安塞油田井下作業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)研究與應(yīng)用

邱家友，朱明新，黃軍強(qiáng)，吳海闊，劉德來(lái)，蔣 娜

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第一采油廠(chǎng)，陜西延安 716000）

安塞油田所轄油區(qū)以黃土塬地貌為主，生態(tài)環(huán)境脆弱，植被污染后難以恢復(fù)，其主力區(qū)塊位于延安市“四河三庫(kù)”環(huán)境敏感區(qū)域，年產(chǎn)生含油污泥約8 000 t，作業(yè)產(chǎn)生的含油污泥占到總量的50 %以上，安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)大，因此推進(jìn)井下作業(yè)清潔生產(chǎn)，立足“井筒控制、井口預(yù)防、地面補(bǔ)防”技術(shù)思路，搞好末端治理的同時(shí)加強(qiáng)前端防控，是油田效益開(kāi)發(fā)和良性發(fā)展的一項(xiàng)重要舉措[1-3]。

1 清潔生產(chǎn)現(xiàn)狀

安塞油田地處“三庫(kù)四河”環(huán)境敏感區(qū)，點(diǎn)多面廣、區(qū)域分散，年產(chǎn)生含油污泥約8 000 t，作業(yè)產(chǎn)生的含油污泥占到總量的50 %以上，每噸含油污泥的處置費(fèi)用達(dá)到1 200 元，每年處置含油污泥的費(fèi)用高達(dá)1 000萬(wàn)元，其中井下作業(yè)年產(chǎn)生污油泥4 000 t，主要來(lái)源于三個(gè)方面：

（1）起管桿時(shí)油水從井口噴出，灑落在井口周?chē)?/p>

（2）起抽油桿作業(yè)時(shí)，抽油桿上原油、蠟塊陂帶出，滴落在井口周?chē)?/p>

（3）蠟、原油刺洗時(shí)落在防滲布上，防滲布不可重復(fù)利用，變另一種污染物。

2 清潔生產(chǎn)工藝前期試驗(yàn)

針對(duì)井下作業(yè)時(shí)存在“油水噴出、原油蠟塊滴落在井口、原油蠟塊落在防滲布產(chǎn)生另一種污染”等三個(gè)方面污染[4]，結(jié)合調(diào)研東部油田清潔生產(chǎn)工藝，認(rèn)為密閉清洗、鋼制箱體平臺(tái)可達(dá)到清潔生產(chǎn)目的，但均存在費(fèi)用較高。因此，在密閉清洗、鋼制箱體平臺(tái)試驗(yàn)的同時(shí)，開(kāi)展了高分子防滲材料優(yōu)選。

2.1 密閉清洗

清洗設(shè)備主要由真空超導(dǎo)加熱清洗和污油污水回收處理兩部分組成，安裝井口刺洗裝置后連接好污油污水回收管線(xiàn)，在井口進(jìn)行油桿外壁的刺洗，同時(shí)將溢出的污油污水進(jìn)行同步回收；油桿清洗完畢并提出油井后，打開(kāi)卸油器，將油管內(nèi)壁清洗干凈。

2.1.1 抽油桿清洗 先后試驗(yàn)了同步清洗回收、殘液遺留井筒兩種方式。

2.1.1.1 同步清洗回收 在井口安裝清洗器對(duì)抽油桿進(jìn)行同步清洗，井下不下入眼管，實(shí)現(xiàn)抽油清洗后立即返出，達(dá)到同步清洗同步回收的目的。試驗(yàn)時(shí)殘液循環(huán)出井筒，清洗器縱向高度短（10 cm），回收管管徑偏?。?8 mm，與熱水出口管徑一致），影響回收效果（見(jiàn)圖1）。

2.1.1.2 殘液遺留井筒 先下入花管，在井口安裝清洗器及刮蠟?zāi)z芯，起抽油桿的同步清洗刮蠟，殘液從眼管流入井筒。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，清洗通道較長(zhǎng)（增加花管），清洗質(zhì)量及效率較高，但殘液以及蠟質(zhì)都流到井筒內(nèi)，對(duì)油井后期生產(chǎn)有一定影響。

圖1 同步回收清洗示意圖

下入花管后，熱洗液能進(jìn)入井筒，增加了熱洗通道，使得清洗通道較長(zhǎng)，清洗質(zhì)量及效率較高。但殘液以及蠟質(zhì)難以排出，存在流到井筒內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)油井后期生產(chǎn)有一定影響。

對(duì)比而言，殘液遺留井筒對(duì)東部油田結(jié)蠟輕微適用性強(qiáng)，而安塞油田結(jié)蠟嚴(yán)重，適應(yīng)性較差，優(yōu)選同步清洗回收工藝，但需進(jìn)一步開(kāi)展優(yōu)化改進(jìn)，提高清洗效果。

2.1.2 油管清洗 先后試驗(yàn)了蒸氣清洗、膠芯清洗等兩種方式。

2.1.2.1 井口注蒸氣清洗 不插軟管蠟質(zhì)全部洗入井筒內(nèi)，未達(dá)到井筒清潔目的；下入高壓軟管可用于泄油器打不開(kāi)井，但延長(zhǎng)8 h，且當(dāng)氣油比較高時(shí)存在溢流風(fēng)險(xiǎn)。

如井深1 500 m，動(dòng)液面800 m，受熱前井內(nèi)溫度t1=40 ℃，井內(nèi)液V1=6.3 m3。由理想氣體狀態(tài)方程：PV=nRT，受熱前T1=273+40 K，加熱后T2=273+80 K，則V2=1.13V1，計(jì)算井筒環(huán)空充滿(mǎn)氣油比≥30 m3/t，井筒環(huán)空充滿(mǎn)，存在溢流風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.2.2 下膠芯清洗 先打開(kāi)泄油器，然后從井口投入清洗膠芯，利用快速接頭連接水泥車(chē)推動(dòng)下行，利用機(jī)械刮削力和水力噴射兩重效果清洗。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，入井水量少（平均入井水量3 m3），有利于油層保護(hù)，同時(shí)作業(yè)時(shí)間短，1 h 即可完成內(nèi)壁清洗需要水泥車(chē)和罐車(chē)配合，單井作業(yè)增加約2 700 元；對(duì)于泄油器無(wú)法打開(kāi)井無(wú)法清洗。

對(duì)比而言，膠芯清洗相對(duì)效果較好，但需對(duì)密閉清洗車(chē)進(jìn)行改進(jìn)，增加高壓設(shè)備。

2.2 鋼制箱體平臺(tái)作業(yè)

由擺放油管桿箱體、井口作業(yè)平臺(tái)和圍欄輔助三部分組成，箱體用于油管、桿作業(yè)擺放；溢流污油經(jīng)作業(yè)井口平臺(tái)流至箱體，施工結(jié)束后集中回收。

借鑒吉林油田采用的技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)形狀加工鋼制箱體，主要由3 具油管箱體、3 具抽油桿箱體及1 個(gè)井口集油箱體組成，箱體底部均為4 mm 鋼板，總重8.8 t，在杏18-12 井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，刺洗油管桿過(guò)程中750 kg 油水混合物全部集中在作業(yè)箱內(nèi)，但質(zhì)量過(guò)大，裝卸、現(xiàn)場(chǎng)擺放不便，箱體間對(duì)接密封效果及與井口適應(yīng)性差。

2.3 高分子防滲材料

初選聚氯乙烯材料，采用5.5 m×2 m×3 mm×10 塊防滲布拼接鋪設(shè)，總質(zhì)量約500 kg，使用無(wú)縫鋼管互相插接成框架作為支撐，重復(fù)應(yīng)用2 口井，主要存在質(zhì)量及體積較大，不便于運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)擺放等問(wèn)題，需進(jìn)一步優(yōu)選。

3 后期優(yōu)化改進(jìn)

經(jīng)過(guò)前期試驗(yàn)，需針對(duì)安塞油田氣油比較高、井筒結(jié)蠟較嚴(yán)重特點(diǎn)，需開(kāi)展密閉清洗工藝優(yōu)化改進(jìn)，并按照方便運(yùn)輸原則改進(jìn)鋼制箱體設(shè)備、優(yōu)選高分子防滲材料。

3.1 密閉清洗

3.1.1 抽油桿刺洗

3.1.1.1 施工工藝 優(yōu)選同步清洗回收，并安裝刮蠟?zāi)z芯及高壓清洗水嘴，達(dá)到“水力射流+高溫溶化+膠芯刮蠟”多重效果，原油污水由負(fù)壓泵回收。

3.1.1.2 設(shè)備改進(jìn) 圍繞清洗效率及殘液回收率，從清洗器縱向高度、增設(shè)高壓清洗噴嘴、殘液回收管徑及設(shè)備等方面進(jìn)行優(yōu)化（見(jiàn)圖2、圖3）。

圖2 清洗腔內(nèi)高壓清洗噴嘴示意圖

圖3 設(shè)備改進(jìn)項(xiàng)目圖

具體管徑優(yōu)化計(jì)算如下：

已知管徑為38 mm 時(shí)回收管出口P=1 MPa。

總體來(lái)說(shuō)，煤樣在不同浸泡時(shí)間下的單軸壓縮曲線(xiàn)具有相似的特征，在受載初期單軸壓縮曲線(xiàn)均呈上凸型，達(dá)到峰值應(yīng)力以后又迅速跌落。說(shuō)明無(wú)論是自然煤樣還是有機(jī)/酸復(fù)合溶液浸泡后煤樣均具有一定程度的壓密階段和脆性特征，不同的是，隨著浸泡時(shí)間的增加，煤樣的彈性模量和峰值強(qiáng)度逐漸減小，而峰值應(yīng)變和總應(yīng)變呈增加的趨勢(shì)。

3.1.1.3 施工參數(shù) 根據(jù)結(jié)蠟特征、析蠟溫度要求，分別試驗(yàn)了高溫低壓、低溫高壓兩種參數(shù)，優(yōu)選低溫高壓參數(shù)，排量由熱平衡Q吸=Q放計(jì)算。

高溫低壓：參數(shù)為溫度110 ℃、清洗壓力4 MPa，存在蠟不能擊散、受熱膨脹影響井口殘液噴濺；

低溫高壓：參數(shù)為溫度75 ℃～85 ℃、清洗壓力10 MPa，井口殘液無(wú)噴濺，能達(dá)到清洗效果。

3.1.2 油管內(nèi)壁清洗

3.1.2.1 改進(jìn)“膠芯清洗”對(duì)密閉清洗車(chē)增加高壓設(shè)備，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)推動(dòng)清洗膠芯要求；圍繞清蠟效果、防止蠟質(zhì)進(jìn)入油層確定溫度、壓力、排量等參數(shù)。

3.1.2.2 試驗(yàn)油管提出井口單根清洗 為滿(mǎn)足對(duì)泄壓器打不開(kāi)井油管提出井口單根清洗要求，自主研發(fā)設(shè)計(jì)了快速接頭、防噴回收夾筒（見(jiàn)圖4、圖5），使降低占井時(shí)間突破性進(jìn)展。

快速接頭：設(shè)計(jì)為插入式，比油管旋塞絲扣接頭時(shí)間降低2/3。

防噴回收夾筒：采用氣動(dòng)及時(shí)抱緊、松開(kāi)，及時(shí)回收殘液。

圖4 快速接頭

圖5 防噴回收夾筒

3.1.3 油管外壁清洗 從套氣閘門(mén)注入熱水，經(jīng)油管外壁清洗器清洗后，產(chǎn)生原油、污水由負(fù)壓泵回收，具體施工參數(shù)要求為：

（1）溫度高于析蠟點(diǎn)，60 ℃以上，適當(dāng)控制溫度，可提高排量；

（2）排量≥2 m3/h（以提油管速度40 秒/根，提出油管溫度大于析蠟點(diǎn)計(jì)算）；

（3）水量滿(mǎn)足逐根清洗要求。

3.2 鋼制箱體設(shè)備研制與優(yōu)化

便于搬遷、安裝要求，自主設(shè)計(jì)，對(duì)井口集油箱體、箱體尺寸及箱體間搭接方式改進(jìn)。

（1）箱體尺寸改進(jìn)：6 個(gè)大箱體改進(jìn)為10 個(gè)管、桿同橋小箱體，由8.8 t 下降到5 t。

（2）井口集油箱體改進(jìn)：改為井口集油托盤(pán)和導(dǎo)油槽，將井口流出的原油導(dǎo)至油管桿箱體內(nèi)。

（3）搭接方式改進(jìn)：搭瓦楞板拼接改為臺(tái)肩搭接，便于現(xiàn)場(chǎng)施工。

3.3 高分子防滲材料優(yōu)選

（1）優(yōu)選原則：按照耐熱、拉伸強(qiáng)度和延伸率性能好、輕量化及可回收原則選取，解決油污回收和防止二次污染問(wèn)題。

（2）優(yōu)選結(jié)果：經(jīng)3 次選型，選用聚胺脂涂層軟體材料，總重80 kg，且廠(chǎng)家回收循環(huán)利用，不產(chǎn)生二次污染；室內(nèi)測(cè)試，抗拉伸及熱老化等性能良好，預(yù)測(cè)重復(fù)利用150 井次以上（見(jiàn)表1）。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

4.1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

表1 高分子防滲材料技術(shù)指標(biāo)

2017 年立足“井筒控制、井口預(yù)防、地面補(bǔ)防”技術(shù)思路，推廣試驗(yàn)密閉式清洗、鋼制箱體平臺(tái)、高分子防滲材料作業(yè)等3 種工藝，共實(shí)施300 井次，減少油泥120 t，減少一次性防滲布7.5 t，減少原油損失22.5 t。

（1）密閉清洗：結(jié)合井筒狀況，優(yōu)選工藝，實(shí)施52井次，實(shí)現(xiàn)井液不出井。

（2）鋼制箱體平臺(tái)：現(xiàn)場(chǎng)擺放時(shí)間由6 h 下降到2 h，實(shí)施118 井次，污油集中回收，實(shí)現(xiàn)出井不落地。

（3）高分子防滲材料：?jiǎn)螇K聚胺脂高分子涂層軟件材料最多已用60 井次，外觀無(wú)破損，可持續(xù)使用。共實(shí)施130 井次，配套擋板隔離，實(shí)現(xiàn)了油污全部回收（見(jiàn)表2）。

表2 井下作業(yè)清潔生產(chǎn)實(shí)施情況

4.2 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

減少污油泥120 t、防滲布7.5 t，處理按每噸1 000元計(jì)，節(jié)約12.75 萬(wàn)元；減少一次性防滲布、鍋爐車(chē)刺洗及原油損失，2 010 元/井次，共計(jì)60.3 萬(wàn)元，合計(jì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益73 萬(wàn)元，同時(shí)達(dá)到減少污染、促進(jìn)油區(qū)的生態(tài)環(huán)境建設(shè)，社會(huì)效益和環(huán)境效益顯著，形成的技術(shù)體系對(duì)長(zhǎng)慶油田其他區(qū)塊具有很好的借鑒意義（見(jiàn)表3）。

表3 井下作業(yè)清潔生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益統(tǒng)計(jì)表

5 認(rèn)識(shí)及下步建議

（1）開(kāi)展清潔生產(chǎn)工藝達(dá)到前端削減環(huán)保問(wèn)題目的。形成清潔生產(chǎn)工藝技術(shù)體系，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用152 口，單井減少油泥0.18 t 以上，達(dá)到了清潔生產(chǎn)目的。

（2）清潔生產(chǎn)工藝優(yōu)化后具有較好的適應(yīng)性，但密閉清洗存在蠟遺留井筒、延長(zhǎng)占井周期等問(wèn)題，需結(jié)合地層壓力、井況、結(jié)蠟等情況，仍需進(jìn)一步改進(jìn)。

（3）清潔生產(chǎn)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需源頭減少修井工作量。堅(jiān)持“多維護(hù)、少修井”理念，加大井筒綜合治理，降低作業(yè)頻次，減少井下作業(yè)工作量，從源頭實(shí)施清潔生產(chǎn)。