淺析固井工程中的節(jié)能減排

李金平（大慶鉆探工程公司鉆技二公司）

淺析固井工程中的節(jié)能減排

李金平（大慶鉆探工程公司鉆技二公司）

為在固井工程中實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，吉林油田堅(jiān)持實(shí)際與理論研究相結(jié)合，針對(duì)固井過(guò)程中廢棄物排放問(wèn)題，采取優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、調(diào)整尾漿配比、運(yùn)灰車改造等措施，節(jié)約了水泥及填加劑用量，對(duì)油田環(huán)境保護(hù)做出較大貢獻(xiàn)，節(jié)能減排效果顯著。

固井工程；廢棄物排放；節(jié)能減排

吉林油田在固井施工中通過(guò)對(duì)運(yùn)灰車輛改造、井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、合理應(yīng)用早強(qiáng)劑等技術(shù)措施，不僅減少了水泥粉塵的排放，而且減少了水泥及添加劑的使用量。

1 固井施工中的排放物

1.1 水泥

固井施工中應(yīng)用最多的材料就是水泥，也是在整個(gè)施工過(guò)程中排放最多的廢棄物，其主要排放途徑如下：

1）水泥運(yùn)灰車在裝卸過(guò)程中，干粉狀水泥易產(chǎn)生大量粉塵，對(duì)環(huán)境及人體造成損害[1]。

2）水泥漿的主要作用是用來(lái)封固油井儲(chǔ)層，為油田生產(chǎn)服務(wù)，水泥車向油井注水泥漿置換出大量鉆井液及返至井口的水泥漿，包含大量有毒化學(xué)成分及重金屬，污染土壤、周圍環(huán)境及人畜用水安全[2]。

1.2 水泥填加劑

水泥漿分為常規(guī)水泥漿體系和高抗鹽水泥漿體系，不同體系的水泥漿所需填加劑不同，同一體系的水泥漿根據(jù)溫度不同所選填加劑也有所不同，如抗鹽抗高溫降失水劑、緩凝劑、分散劑、早強(qiáng)劑等，表1為抗鹽高溫水泥漿填加失水劑后性能參數(shù)：

填加劑與水泥漿混合攪拌后注入井筒后，和水泥一樣，會(huì)污染環(huán)境、損害人體。由此可知，要在固井施工中實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，必須嚴(yán)格控制水泥及其填加劑的用量及排放。

表1 高溫150℃飽和鹽水水泥獎(jiǎng)體系性能

2 優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)

2.1 減小井眼尺寸

在鉆進(jìn)過(guò)程中減小表層部分的井眼直徑，這一技術(shù)主要應(yīng)用在吉林油田各采油廠的淺井區(qū)塊，井眼直徑和套管直徑的減小可以節(jié)約水泥及外加劑的用量。例如：吉林油田某井固井過(guò)程中，方案優(yōu)化前表層一開(kāi)鉆頭直徑375 mm，與其匹配的套管直徑為273 mm，井壁與套管間的理論環(huán)容量為：51.91 L/m；優(yōu)化后表層一開(kāi)鉆頭直徑和套管直徑分別調(diào)整為：311 mm，244.5 mm，理論環(huán)容量則變?yōu)椋?9.01 L/m；優(yōu)化前后相比理論環(huán)容量減小22.90 L/m，也就是減小水泥漿的用量，節(jié)約水泥用量占比44%[3-4]。

2.2 減少套管的層次或淺下套管100 m

吉林油田扶余、新民采油廠部分區(qū)塊在保證井下安全的前提下，采取減少井內(nèi)下入套管層次、淺下套管等優(yōu)化措施，每口井表層套管用量減少約100 m，約減少水泥用量32%。

3 在尾漿中摻加早強(qiáng)劑

為了提高鉆井工作的效率，通常在表層固井時(shí)在水泥漿中摻加早強(qiáng)劑，縮短固井二開(kāi)時(shí)間。

水泥漿配方如下：

配方：天山G級(jí)水泥+5%TW600S+44%水

密度：1.90 g/cm3

5 h強(qiáng)度：2.8 MPa

8 h強(qiáng)度：5.4 MPa

優(yōu)化前水泥與TW600S早強(qiáng)劑干混，水泥漿中早強(qiáng)劑占比較大，易造成早強(qiáng)劑浪費(fèi)。優(yōu)化后早強(qiáng)劑在水泥漿的尾漿部分加入[5]，具體操作如下：

1）套管腳部分封固質(zhì)量決定表層套管固井質(zhì)量，其上部井段的固井質(zhì)量一般不會(huì)影響二開(kāi)，因此可以只在管腳部分的水泥漿中摻加早強(qiáng)劑[6]。

2）如果套管腳部分也采用早強(qiáng)水泥漿，則造成水泥漿分兩端干混，不僅浪費(fèi)時(shí)間，而且增加運(yùn)輸成本；現(xiàn)場(chǎng)可采用濕混方式，即先將早強(qiáng)劑與清水在水泥車中混抖，再在套管腳封固時(shí)加入到水泥漿中，此方法可降低早強(qiáng)劑使用量約60%。

4 運(yùn)灰車的改造

水泥裝卸及運(yùn)輸中，會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，嚴(yán)重危害環(huán)境和人體健康，應(yīng)對(duì)運(yùn)灰車進(jìn)行改造，增加粉塵凈化及回收裝置[7]。

4.1 粉塵凈化及回收裝置設(shè)計(jì)

◇測(cè)定運(yùn)灰車所排出粉塵的壓力及濃度，計(jì)算其流量Q；

◇定制濾袋，要求使用壽命長(zhǎng)、阻力小、易維護(hù)；

◇根據(jù)運(yùn)灰車過(guò)濾面積的大小計(jì)算濾袋用量；

◇根據(jù)工作需要，采用脈沖噴吹的清灰方式，速率v；

◇確定清灰所用的氣源及動(dòng)力；

◇裝置的安裝。

根據(jù)吉林油田運(yùn)灰車和灰罐容積，確定裝置粉塵設(shè)計(jì)流量Q=400m3/h，脈沖噴吹速率v=1.41m/min。

4.2 計(jì)算所需濾袋用量

過(guò)濾面積A=Q/60 V

Q為處理煙氣流量（m3/h），v為過(guò)濾風(fēng)速（m/min）。

過(guò)濾面積=4.9（m2）

根據(jù)運(yùn)灰車的布局，選擇Φ130 mm×600 mm圓柱體濾袋

每條濾袋面積a=3.14×d×L（圓袋）= 0.245（m2）

濾袋數(shù)量n=A/a=20

4.3 裝置除塵方式及其氣源、電源

裝置安裝多個(gè)脈沖閥，在閥口安裝噴吹管，對(duì)準(zhǔn)安裝在下部的濾袋進(jìn)行脈沖清灰。裝置氣源是由車載空壓機(jī)提供，電磁閥及24 V脈沖控制儀是油運(yùn)灰車電瓶供電[8]。

4.4 裝置安裝固定

根據(jù)運(yùn)灰車結(jié)構(gòu)，凈化除塵裝置安裝在車尾，設(shè)置專用支架，焊接固定。

4.5 裝置參數(shù)（表2）

表2 水泥粉塵凈化回收裝置主要參數(shù)

4.6 裝置特點(diǎn)

◇體積小、重量輕、安裝簡(jiǎn)便、隨車移動(dòng)；

◇裝置所需氣源、電源均是運(yùn)灰車原有的固定設(shè)備，無(wú)需另設(shè)動(dòng)力源；

◇裝置用濾袋將粉狀水泥與環(huán)境隔離，濾袋外水泥粉灰采用脈沖噴吹方式清除，效率高。

5 節(jié)能減排技術(shù)在固井現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用

5.1 井身優(yōu)化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

以扶余采油廠井12-14-X為例：

參數(shù)表層井深結(jié)構(gòu)理論每米環(huán)容/L理論水泥漿用量/m3優(yōu)化前∮375mm×300m∮273mm×300 m 51.9 15.5優(yōu)化后∮311mm×300m∮244.5mm×300 m 29.0 7.7

實(shí)際固井施工中，表層井徑一般會(huì)擴(kuò)大，水泥漿用量附加1倍，該井用水泥25 t，優(yōu)化后可節(jié)約20 t，2012年以來(lái)，42井次采用井身優(yōu)化技術(shù)，節(jié)約水泥用量約800 t。

5.2 在尾漿中摻加早強(qiáng)劑

2012年，該技術(shù)在各采油廠實(shí)際固井工程中應(yīng)用，每口井約減少使用早強(qiáng)劑1.05 t，共應(yīng)用35井次，合計(jì)減少早強(qiáng)劑用量36.75 t。

5.3 粉塵凈化及回收裝置的實(shí)際應(yīng)用

該裝置2012年在油田固井公司所用運(yùn)灰車上安裝，經(jīng)過(guò)在水泥裝卸、運(yùn)輸中現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，運(yùn)灰車粉塵的排放濃度大大降低，由安裝之前的222 mg/m3降低至0.02 mg/m3。

6 結(jié)論

以上幾項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，不僅減少了原材料的消耗，降低了固井成本，同時(shí)對(duì)周圍環(huán)境、土壤、水質(zhì)的污染降到了最低，具有積極的環(huán)保意義，應(yīng)該在各油田固井施工中積極推廣。

[1]陳紅.固井設(shè)計(jì)與分析系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2012，34（8）：114-116.

[2]韓劍，李傳紅．層間壓差對(duì)固井質(zhì)量影響規(guī)律研究[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2002，21（4）：52-54．

[3]楊林，劉士安，孫林平.水泥膠結(jié)測(cè)井存在的問(wèn)題和建議[J].測(cè)井技術(shù)，2004，28（2）：29-32．

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[5]薛梅.對(duì)固井質(zhì)量解釋評(píng)價(jià)若干問(wèn)題的探討[J].測(cè)井技術(shù)，2000，24（6）：470-475．

[6]顧軍，高德利，石鳳歧，等.論固井二界面封固系統(tǒng)及其重要性[J].鉆井液與完井液，2005，22（2）：7-10.

[7]馬文英，張輝，田軍，等.提高第二界面固井質(zhì)量的鉆井液與前置液研究[J].鉆井液與完井液，2003，20（04）：27-30.

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10.3969/j.issn.2095-1493.2017.02.014

2016-11-29

（編輯 李珊梅）

李金平，工程師，1999年畢業(yè)于吉林省石油學(xué)校（鉆井工程專業(yè)），現(xiàn)從事固井、酸化、防砂工作，E-mail：450665710@qq. com，地址：吉林松原大慶鉆探工程公司鉆技二公司，138000。