大慶油田帶壓作業(yè)安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)分析與對策

吳志強(qiáng)

(中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司井下作業(yè)分公司)

0 引 言

帶壓作業(yè)是維持井筒原始壓力，在不泄壓、不壓井的情況下按照方案要求進(jìn)行施工的一種作業(yè)技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)效益得到了充分的認(rèn)可。大慶油田現(xiàn)平均每年待作業(yè)井次超過6萬口，其中有近1 000口井需要通過帶壓作業(yè)完成[1]，雖然不足年修井井次的2%，但是這些都是一些特殊井，具有壓力高、水溫高、環(huán)境敏感、井口簡易等特點(diǎn)，常規(guī)作業(yè)井控風(fēng)險(xiǎn)大，一旦發(fā)生安全環(huán)保事故，控制難度大，對社會、環(huán)境影響范圍廣，很難滿足現(xiàn)代油田發(fā)展需要。

1 帶壓作業(yè)安全環(huán)保存在的問題

1.1 井筒管柱風(fēng)險(xiǎn)

1.1.1 油管壓力控制失效

帶壓作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)是油管壓力控制，而井筒內(nèi)套管、油管的完整性決定了油管壓力控制能否成功。油水井油管結(jié)垢、結(jié)蠟、腐蝕以及套管錯(cuò)斷、變形最為常見，大慶油田油層為中生代陸相白堊紀(jì)砂巖，平均深度在900～1 300 m，原油石蠟基，黏性大，油井停產(chǎn)后，原油失去流動(dòng)性，隨著溫度的降低，出現(xiàn)結(jié)蠟的現(xiàn)象。油田注入水礦化度高、腐蝕性強(qiáng)，即使采用防垢、防腐油管，結(jié)垢、腐蝕的問題也很難解決，在施工中發(fā)現(xiàn)結(jié)垢最嚴(yán)重的油管近1/3空間被占居，3年以上的注水管出現(xiàn)不同程度的點(diǎn)狀、線狀腐蝕。大慶油田在開發(fā)過程中，出現(xiàn)了3次套損高發(fā)期，分別是1986，1999和2013年，累計(jì)套損近萬口，套損率達(dá)到了15.4%[2-3]。無論是結(jié)垢、結(jié)蠟、腐蝕還是套管錯(cuò)斷、變形，哪種原因都可能導(dǎo)致油管壓力控制失效。油管壓力失控是帶壓作業(yè)最大的風(fēng)險(xiǎn)，也是最難控制的風(fēng)險(xiǎn)。

1.1.2 輕管柱竄管重管柱落管風(fēng)險(xiǎn)

當(dāng)管柱軸向力為零時(shí)的管柱長度稱為管柱的中和點(diǎn)，管柱中和點(diǎn)等于管柱的截面力/油管浮重。中和點(diǎn)是理論上的計(jì)算，它與井內(nèi)壓力、油管與套管的摩擦力、油管與防噴器組的摩擦力、管柱實(shí)際質(zhì)量密切相關(guān)，實(shí)際中和點(diǎn)長度和理論長度存在一定的誤差，一般在重管柱還有5根和輕管柱還有5根時(shí)是中和點(diǎn)容易出現(xiàn)落管和竄管的區(qū)間，現(xiàn)場操作一定要小心謹(jǐn)慎，避免出現(xiàn)輕管柱竄管重管柱油管脫落掉入井內(nèi)[4]。但是目前大慶油田有60%的帶壓作業(yè)設(shè)備是輔助式帶壓作業(yè)裝備，操作規(guī)程規(guī)定在中和點(diǎn)以下的管柱使用大鉤起下，中和點(diǎn)以上的管柱使用液壓缸起下[5]，實(shí)際操作風(fēng)險(xiǎn)高。大慶油田井深普遍在1 000 m左右，對中和點(diǎn)發(fā)生竄管落管影響不是很大。

1.1.3 管柱發(fā)生屈曲變形

帶壓作業(yè)管柱屈曲變形主要的形式有拉斷、壓彎、斷脫。無支撐長度過大、油管腐蝕、油管磨損強(qiáng)度降低、操作失誤都有可能發(fā)生油管屈曲事故。帶壓下管柱時(shí)，油管在大缸下壓軸向力作用下，游動(dòng)卡瓦距最上密封防噴器之間的距離超過安全距離，或者低于安全系數(shù)的70%時(shí)，油管容易出現(xiàn)壓彎、壓斷(一般對φ60，φ73，φ89 mm的油管安全無支撐長度系數(shù)取70%)[6]。油管在縱向擠壓作用下超出油管抗擠毀屈服強(qiáng)度時(shí)出現(xiàn)擠扁、擠斷。一般情況下油水井帶壓作業(yè)油管擠毀發(fā)生的概率很低，壓力高的氣井發(fā)生的可能性較大。但是油管受到腐蝕介質(zhì)腐蝕后可能出現(xiàn)管壁變薄、抽油桿磨損油管穿孔造成強(qiáng)度下降，在操作中稍有不慎就會出現(xiàn)油管擠扁、擠斷事故[7]。

1.2 地面設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)

油水井帶壓作業(yè)工藝流程包括搬遷、施工準(zhǔn)備、封堵油管、拆井口采油樹、安裝帶壓設(shè)備、起管、轉(zhuǎn)排油管、下完井管柱、拆設(shè)備、收尾。每一道工序都可能產(chǎn)生安全環(huán)保隱患，其中最常見的是密封滲漏風(fēng)險(xiǎn)、管橋區(qū)原油落地風(fēng)險(xiǎn)。

1.2.1 密封滲漏風(fēng)險(xiǎn)

1)帶壓起下油管時(shí)，半封、球形工作防噴器切換，防噴器組腔體內(nèi)存在一定的壓力，在釋放壓力過程中，有少量污油、污水從防噴器內(nèi)溢出，如果不通過一定的措施及時(shí)回收，會對設(shè)備和地面造成污染。

2)防噴器膠芯的磨損是導(dǎo)致密封滲漏的主要原因，其中油管接箍通過防噴器膠芯時(shí)對其磨損影響最大，膠芯的尺寸對油管外徑的變化需要進(jìn)行匹配，目前大慶油田常用的油管有φ62，φ73 mm兩種尺寸，油水井帶壓作業(yè)每口井最多需要更換兩次不同尺寸的半封膠皮，膠芯磨損以及更換半封膠皮都會造成污油污水的滲漏。

3)遠(yuǎn)程液控裝置液壓輸出、輸入端有液壓油滲漏風(fēng)險(xiǎn)。在安裝和拆卸液壓控制管線時(shí)，液壓油會有一定的損耗，平均每個(gè)液壓輸出/輸入端口損失液壓油約15 mL，如果密封油膠圈損壞，液壓油將出現(xiàn)大量泄漏。

4)液控操作室位于井口25 m以外，拆卸、吊裝、拉運(yùn)對管線造成磨損，管線越長發(fā)生破損刺漏的風(fēng)險(xiǎn)就越高，高壓管線刺漏不但會造成污染，還會對現(xiàn)場人員造成傷害。

1.2.2 管橋區(qū)原油落地風(fēng)險(xiǎn)

帶壓作業(yè)不洗井、不壓井，起管過程中雖然防噴器膠皮可以刮掉一部分原油，但是油管外壁結(jié)蠟、油管內(nèi)壁原油多，油管、抽油桿起出倒到管橋區(qū)后原油落地，尤其是夏季油管受熱升溫快，原油融化后大面積滴落在管橋下，特別是大雨過后容易通過防滲布滲漏到地面，而且使用過的防滲布回收處理造成二次污染。

1.3 現(xiàn)場管理風(fēng)險(xiǎn)

風(fēng)險(xiǎn)管理執(zhí)行不到位。現(xiàn)場未執(zhí)行“兩書一表”和風(fēng)險(xiǎn)管理工具、評價(jià)方法要求，區(qū)域崗位員工沒有履行區(qū)域職責(zé)開展危害因素辨識。對安全生產(chǎn)宣貫、培訓(xùn)不到位，管理人員不清楚風(fēng)險(xiǎn)防控的方法，沒有結(jié)合帶壓作業(yè)專業(yè)實(shí)際特點(diǎn)制定有效的防控措施。安全事故“二八法則”中季節(jié)變化、人員變更、施工中的“不得手、不好用、不及時(shí)、盯不住、憂患多、意識差”也會導(dǎo)致現(xiàn)場風(fēng)險(xiǎn)的增加。

2 帶壓作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)對策研究

2.1 現(xiàn)場管理制度體系建設(shè)

按照培訓(xùn)、模板、檢查、追蹤、總結(jié)和建檔6個(gè)步驟開展安全隱患排查工作。從源頭抓好培訓(xùn)，開展被檢查人員、檢查人員和管理人員三級安全培訓(xùn)，提高檢查人員的素質(zhì)，明確被檢查人員的職責(zé)，提升管理人員水平。制定應(yīng)急、井控、?；返?個(gè)專業(yè)的檢查模板，規(guī)范各檢查項(xiàng)目的內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合相關(guān)操作規(guī)程、管理辦法，將每一項(xiàng)重點(diǎn)防控與現(xiàn)場隱患點(diǎn)源進(jìn)行逐一對照、分級、整理，完善并細(xì)化具體檢查內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)。按照指定的檢查模板和細(xì)化的規(guī)程，加大現(xiàn)場安全監(jiān)管力度。專職安全監(jiān)督通過巡井監(jiān)督和駐井監(jiān)督的方式，嚴(yán)把施工現(xiàn)場監(jiān)督檢查關(guān)，重點(diǎn)井、關(guān)鍵工序監(jiān)督駐井率均達(dá)到100%。對檢查發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生問題的直接原因和間接原因進(jìn)行分析，有針對性地制定糾正及預(yù)防措施，通過追蹤、監(jiān)督、復(fù)查，確認(rèn)預(yù)防措施。及時(shí)進(jìn)行總結(jié)，認(rèn)真開展分類、統(tǒng)計(jì)、分析，對易發(fā)、高發(fā)的隱患問題，制定有針對性的整改措施，下發(fā)HSE通報(bào)，對下步工作進(jìn)行安排部署。對發(fā)現(xiàn)的問題和整改措施建立檔案，為再次開展檢查提供依據(jù)，明確檢查方向，也能指導(dǎo)基層隊(duì)伍有針對性地強(qiáng)化基礎(chǔ)工作，促進(jìn)基層單位舉一反三地抓整改，避免出現(xiàn)重復(fù)性問題[8]。

2.2 安全環(huán)保專業(yè)設(shè)備研發(fā)與配備

1)井口污水回收裝置。該裝置能夠適應(yīng)于各種型號的帶壓作業(yè)設(shè)備，由四塊槽鋼組合而成，組合后嚴(yán)絲合縫，多次試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，有效避免井口、防噴器組滲漏造成對地面土壤的污染。目前已投入使用13套，不僅能夠替代井口鋪設(shè)防滲布效果，還避免了防滲布回收二次處理污染問題。污水、污油回收裝置收集的廢液和原油通過多功能一體化環(huán)保罐抽吸后，進(jìn)行固液分離、污水回收。通過近兩年的使用，能夠保證作業(yè)現(xiàn)場污油污水不落地，分離后的液體回注鄰井或干線，固體環(huán)保回收。

2)便捷式井場圍堰具有靈活組合、便于操作、規(guī)范美觀、清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，徹底改變了以往圍堰圍堵不嚴(yán)、鋪裝困難等缺點(diǎn)。主要用于作業(yè)機(jī)、遠(yuǎn)程液控裝置、工具房、值班房與地面隔離，避免“跑、冒、滴、漏”造成污染。

3)帶壓作業(yè)支撐裝置具有體積小、操作簡單、不依靠動(dòng)力源的特點(diǎn)，對帶壓作業(yè)裝置起到了良好的支撐和穩(wěn)固作用，并有效保護(hù)了井口、套管。

4)液控管線盒將電路、油路管線隔離。通過將兩個(gè)規(guī)格為9 m×1 m的管線盒拼接，縮短軟質(zhì)液控管線的長度，避免了液控管線磨損，安裝時(shí)只需將兩端的管線分別與遠(yuǎn)程控制裝置、防噴器端連接，減輕了安裝作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度。液控管線安裝后將管線盒上鋼板蓋上后，即便出現(xiàn)高壓液控管線刺漏，也不會對現(xiàn)場工作人員造成傷害。

5)管橋污油回收槽。為了避免油管在管橋上滴落的原油滲漏到地面，減少防滲布回收造成二次環(huán)保危害，結(jié)合大慶油田井場特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并制作油管管橋污油回收槽，每套回收槽由八塊長9 m、寬1 m的槽鋼焊接而成，回收槽在現(xiàn)場拼接時(shí)每一塊槽鋼與相鄰的槽鋼扣在一起，兩塊槽鋼之間的縫隙被掩蓋，管橋上原油不會通過縫隙落到地面。每套回收槽成本不足5萬元，可以循環(huán)使用10年以上，每年平均每支帶壓作業(yè)隊(duì)伍減少防滲布成本4萬元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

2.3 帶壓完井工藝、帶壓配合工藝的優(yōu)化

2.3.1 完井管柱預(yù)置內(nèi)防噴工具

油水井帶壓作業(yè)針對壓力高、環(huán)境敏感等特殊井修井作業(yè)，相對于常規(guī)作業(yè)雖然優(yōu)點(diǎn)多，但是成本高，是常規(guī)小修作業(yè)費(fèi)用的5～10倍。為了避免下次施工作業(yè)再次面對諸多小修施工無法解決的問題，帶壓作業(yè)完井時(shí)對完井管柱進(jìn)行優(yōu)化，在套管內(nèi)或者油管內(nèi)預(yù)置防噴工具，減少下次作業(yè)時(shí)污水、原油的排放，減少環(huán)境污染。目前常用的完井管柱預(yù)置優(yōu)化組合有以下幾種：油管串+帽型開關(guān)(或活堵)+泵(封配)；油管串+泵(封配)+尾管閥；油管串+泵(封配)+捅桿+封隔器。

2.3.2 帶壓配合工藝優(yōu)化

油井生產(chǎn)到一定階段后，產(chǎn)能和滲透率降低，為了增加產(chǎn)能，提高油井產(chǎn)量，需要補(bǔ)孔或壓裂，帶壓作業(yè)配合射孔、壓裂施工能夠確保井筒及地層內(nèi)持續(xù)高壓，避免地層裂縫合攏，避免常規(guī)壓裂作業(yè)壓完后壓井液對儲層的傷害，儲層改造效率高，適用性比較強(qiáng)，可以在不動(dòng)井口的情況下進(jìn)行多種作業(yè)。目前帶壓作業(yè)配合壓裂[9]、射孔、注灰作業(yè)應(yīng)用非常成熟，平均每年配合壓裂約10口、配合射孔約50口、配合注灰作業(yè)約35口。

3 結(jié)論與建議

大慶油田油水井帶壓作業(yè)的應(yīng)用為高壓井、環(huán)境敏感井維修提供了保障措施，但是油田開發(fā)了近60年，井內(nèi)套管錯(cuò)斷、油管腐蝕嚴(yán)重，為油管壓力控制和完井帶來諸多問題。

油水井帶壓作業(yè)是一種清潔環(huán)保的作業(yè)模式，但是施工風(fēng)險(xiǎn)高，一旦井控出現(xiàn)問題，不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，也會對環(huán)境造成污染。井控管理和安全風(fēng)險(xiǎn)排查要做到萬無一失。

井口污水回收裝置、液控管線盒、管橋架原油回收槽等環(huán)保裝置的研制和投入解決了廢液、原油落地問題，可以有效避免環(huán)境污染和防滲布回收處理二次污染。

油管壓力控制技術(shù)需要進(jìn)一步完善。研究化學(xué)封堵工藝解決油管腐蝕造成無法投堵問題，研究精準(zhǔn)定位冷凍力油管壓力控制技術(shù)解決油管任意位置封堵問題。

帶壓作業(yè)智能控制研究。我國帶壓作業(yè)技術(shù)起步比較晚，材料性能、裝配制造工藝等方面與國外公司都有很大的差距，導(dǎo)致帶壓作業(yè)設(shè)備安全可靠性、自動(dòng)化和智能化水平不夠高，智能化帶壓作業(yè)機(jī)能有效避免操作失誤造成的事故。