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摘 要：本文针对油田清蜡需求与技术现状进行调研，提出采用车载膜分离法制氮-增压-电加热的清蜡设备设计方案，对关键部件进行了选型及设计，确定其工艺参数；提出解决抽油杆井结蜡问题的初步施工方案，采用温度200℃-300℃的氮气注入配合降粘剂，解决了油管结蜡封堵问题。

关键词：高温氮气清蜡膜分离氮气增产

油井结蜡问题广泛存在于国内各大油田，结蜡将导致抽油机杆往复运动的摩擦阻力增加，进而增大载荷，泵效率降低，油井产量下降。

我国多数油田的原油都含有蜡质，有的含蜡量高达百分之几十，例如大庆油田、南阳油田很多区块都高含石蜡，含量在25%-30%之间。此类高含蜡的油田每年都投入高额的费用用于清防錯作业，大大增加了原油的开采成本。综合以上问题，亟需找到一套完善可靠的石蜡沉积研究方法有效地解决井筒石蜡沉积问题，指导现场清防蜡作业，降低含蜡原油开采成本。

针对上述问题，需要向地层注入能量，常规方法之一为注入一定压力的常温氮气，以增加地层能量，为现有成熟工艺，实现途径为：通过一定的物理方法，获得纯度95%-99%的氮气，经过压缩机的增压，将压力升至25MPa-50MPa左右，将约35℃温度的氮气注入地层，提高地层能量，达到增产目的。

然而，常温氮气所含热量少，对油藏只能起到增加地层能量或配合其他工艺（调剖、混排、泡沫驱等）的作用，对含蜡严重的油田區块，油管存在析蜡、结蜡现象，亟需采取清蜡、清垢、解堵、热氮驱油等措施。油管在地面以下300-500m处结蜡严重，如果合理控制氮气温度，通过热氮气溶解结蜡点在50-65℃的蜡质具备可行性。

根据调研，目前尚无氮气增压-增温一体化设备用于油管清蜡工艺的文献报道，本课题可以弥补这一领域的空白。

1 结构原理

常压空气经螺杆压缩机升压至2.3MPa左右成为压缩空气，随即进入板翅式冷却器将温度降至50℃，进入四组过滤器除去微粒、油滴成为洁净的压缩空气，经电加热器加热至45℃左右，进入制氮膜组，其中氧气作为渗透气被排空，氮气作为非渗透气汇集至出口端，进入增压车的活塞式压缩机组，先后经四次过滤、缓冲、压缩、冷却等，将氮气压力升至35MPa，此时氮气温度为100℃，随后进入高压电加热器，将氮气温度升至300℃左右，由增压车的出口由壬，经由硬管线将高温高压的氮气引至井口的采油树装置，注入套管环空内，完成清蜡任务。

与常规的注氮增产相比，高温注氮需要增压车上添置车载发电机组、高压电加热器、耐高温管线阀门，对于不同的井深结蜡工况，需提供不同的氮气温度和流量，满足清蜡点的深度及温度要求。在高温氮气清蜡技术出现之前，油井现场曾采用蒸汽锅炉清蜡、解堵，由于蒸汽锅炉设备庞大，加之移动不便，需要相应的燃料运输，造成该技术效率低下，与本文要开发的制氮-增压-加热双车一体化的高温氮气清蜡技术相比已见劣势。

2 关键部件选型设计

由于压力、流量、温度等参数会影响设备体积和功率，根据设计经验及调研，如下设计参数的设备既可以满足现场应用，又可以满足双车载道路运输条件：①制氮方式：膜分离法；②氮气排量：≥900Nm3/h；氮气纯度：95%；氮气纯度调节范围：90%-99.5%；③实现功能：常温档位和高温档位可以实现切换；④排气温度：200℃-300℃；⑤额定排气压力：35MPa。

2.1 部件选型

2.2 空冷器

2.3 高压电加热器

经过膜分离法获得的氮气，由往复活塞式压缩机将压力升至35MPa，进入高压电加热器，电加热器为六台加热器管束串联卧式安装，采用框架支撑固定；介质流向为：“尾”进“尾”出。电加热器跟现场管道对接方式为焊接形式。电热元件外壳形状为“U”型，加热元件最终外径为φ16mm。加热元件分发热段和冷段，发热段和冷段的交界处为容器间连接口（正三通）的中心线位置。其中，中心线往前部分为不发热段（即冷段），由于介质最终加热后可达300℃。工艺计算得知，900Nm3/h、35MPa氮气由100℃加热至300℃所需的实际加热功率为74.7kW，实际取高压电加热器的功率为85kW。

2.4 管道强度计算

本套设备的最危险工况处为工作压力35MPa、工作温度300℃的管道，需要谨慎处理，因此，本文将对该处管道壁厚进行强度计算。

材质20G在350℃下的许用应力S=116MPa，系数Y=0.4，设计压力P=38.5MPa，纵向接头系数φ=1.0，腐蚀裕量C2=0.5，管道外径D=60mm。

设计厚度：td=t+C2=8.79+0.5=9.29mm

厚度负偏差：C1=1mm

名义厚度为设计厚度td+厚度负偏差C1后圆整：取tn=12mm

管道尺寸规格取φ60×12。

3 应用研究

新疆克拉玛依油田某注气油井为死井，已停产半年左右，停产主要原因是油管封堵，曾上过各种解堵措施，如：注水、注油、连续油管作业等均无法打通封堵油管，由于高压热氮气技术属于新工艺，在新疆地区首次使用，用该两口死井作为实验井，测试热氮气新工艺是否可行。

施工方法简介：平均每口井注气量均为10000Nm3左右，注气压力平均在15-18MPa，注气温度为200-240℃之间，氮气流量：850-900Nm3/h之间，氮气纯度96%左右，单口井的综合注气时约为2天，成功解堵。

4 结论

对于有杆抽油井，采用套管和油管的环空注入氮气，并反排的方法，将清蜡混合物排出；热氮气清蜡工艺设备要求较少，仅需一套热氮气作业设备即可，施工流程简单，耗时短，省去注汽锅炉的配置成本和操作成本，经济性效果良好，值得业内进一步推广。

参考文献：

[1]付玉如.原油石蜡晶体结构研究[J].石油学报（石油加工）， 1990（6）：20-7.

[2]李克华.油井清蜡剂的类型及发展[J].钻采工艺，1991， 14（13）：65-67.