吉林油田清潔作業(yè)配套技術研究與應用

司曉軍 何增軍 王亞麗

(中國石油吉林油田公司質量安全環(huán)保處)

0 引 言

吉林油田下屬十二個采油單位，采油井達一萬余口。正常維護作業(yè)及增產(chǎn)措施動管柱小修作業(yè)量大，油井小修作業(yè)涉及井數(shù)多，范圍廣，小修作業(yè)現(xiàn)場存在“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象。但隨著2015年新環(huán)保法的實施，油田開發(fā)環(huán)保要求明顯提高，并立法約束(吉林油田公司級、廠級作業(yè)、井控及安全環(huán)保等管理辦法都對油田安全清潔生產(chǎn)提出了更高的要求)，因此如何保證安全環(huán)保的前提下實施油水井作業(yè)成為油田正常生產(chǎn)經(jīng)營需要解決的首要問題[1-3]。

1 油井小修作業(yè)過程中存在的問題

1.1 常規(guī)處置投入大、風險高

2015年以前，作業(yè)過程中主要采用鋪設防滲材料、油土收集裝袋、污水泵罐回收，集中到油土處理中心處理。2015年之前的作業(yè)流程及處理過程見圖1。

圖1 2015年之前的作業(yè)井作業(yè)流程及處理過程

單井作業(yè)一次所產(chǎn)生的油水及油土約為2～4 m3，吉林油田每年處理油土費用高。

1.2 安全環(huán)保形勢嚴峻

根據(jù)《安全生產(chǎn)法》《環(huán)境保護法》要求，環(huán)境污染的性質已由“違規(guī)”上升為“違法”，合法合規(guī)是環(huán)保工作面臨的首要任務。兩法要求：“不具備安全環(huán)保生產(chǎn)條件的，不得從事生產(chǎn)經(jīng)營活動”

從法律界定的環(huán)境范圍看，油田開發(fā)工作從地下到地面到天空、水域都有涉及。為全面推廣環(huán)保作業(yè)技術，實現(xiàn)油水井作業(yè)“零污染”良性循環(huán)的工作模式，使油田開發(fā)處于合法合規(guī)經(jīng)營狀態(tài)[4-5]。

以往的油土處理方式已無法滿足當前的形勢要求，小修作業(yè)過程油水落地是必須要解決的問題。

1.3 控制井口溢流是導致小修作業(yè)環(huán)保隱患的關鍵問題

油井小修作業(yè)時井口溢流，是產(chǎn)生環(huán)境污染的主要原因，由于其覆蓋面廣，溢流壓力變化，控制難度大。解決井口溢流以往采取挖坑泄壓或用防滲布接液的方式，對溢流量小的井能有效控制，但大部分井都會出現(xiàn)收集液落地污染環(huán)境現(xiàn)象，而且所收集的溢流液需要罐車回收，費用高、若回收不及時則易發(fā)生二次污染。

1.4 高壓井增加小修作業(yè)處理難度

油田進入注水開發(fā)后期，注入水沿高滲透層突進，形成嚴重的無效水循環(huán)和低效循環(huán)。部分油井受到注水井注水影響，形成水流優(yōu)勢滲流通道而產(chǎn)生高壓，修井作業(yè)泄壓難度大，控制溢流困難。

油田規(guī)模實施堵水后井下帶封隔器管柱增多，增大了小修作業(yè)安全環(huán)保隱患。隨著堵水規(guī)模的增大，采用機械堵水為主體工藝在管柱解封、不正常井修井時增大了小修作業(yè)安全環(huán)保隱患。一是堵水封隔器解封率低，管柱無泄壓通道，無法壓井堵井，管內起壓不可控；二是應用自制、偏心井口堵水井起壓后松井口螺栓時存在管柱上竄風險；三是堵水井油層長期封堵后壓力升高，作業(yè)前無法釋放封堵層壓力，作業(yè)中存在噴管和噴液的安全環(huán)保隱患。

從源頭上解決油水不落地、油水不出井口，主要解決兩方面的問題，一是需要解決常規(guī)非異常高壓井起下管柱遺留問題；二是解決高壓井安全無溢流問題。

2 清潔作業(yè)技術研究

2.1 非異常高壓井密閉清潔作業(yè)技術

從地面治理轉變?yōu)樵搭^預防，從根本上解決污染源的產(chǎn)生。經(jīng)過試驗、改進、再試驗，形成了“井筒內蒸汽清洗密閉回收工藝技術”為主的配套技術系列，全面實現(xiàn)油水井小修作業(yè)油水不落地。

1)蒸汽降黏

利用高溫蒸汽將桿、管外壁附著的油蠟進行降黏，化掉的油蠟與清洗液一起落入井筒。井筒內蒸汽清洗密閉回收工藝流程見圖2。

圖2 井筒內蒸汽清洗密閉回收工藝流程

利用高溫清洗車對其桿、管油蠟進行降黏。高溫車主要功能：產(chǎn)生蒸汽循環(huán)動力形成負壓存儲殘液，為殘液外排提供動力。

修井作業(yè)上提抽油桿的過程中，抽油桿外壁沾附原油，抽油桿出井后，原油從空中向下淋，對抽油機、井架、井口操作環(huán)境和井場環(huán)境都造成了污染。

抽油桿清洗器安裝在井口上，其設計有蒸汽噴環(huán)、密封膠筒、花管、油管封隔膠筒。起桿前，將花管和油管封隔膠筒下到井底20 m處，隔離環(huán)套空間壓力，將配套環(huán)保負壓回收回注裝置連接到井口四通上，在起桿過程中，當抽油桿通過除油器時，高溫帶壓蒸汽使附著在抽油桿上的油污迅速熔化，密封膠筒清除油污，并保證油污回流到井筒內，防止溢出井外。再通過連接到井口四通上的環(huán)保負壓回收回注裝置，將隔離后環(huán)套空間內的油污吸走[1，6]。

2)負壓抽吸

利用真空原理建立循環(huán)，將落入井筒的清洗混合液吸入負壓罐實現(xiàn)回收(參見圖2)。在起升油管過程中，油管內充滿原油、污水等廢液，油管卸開后，廢液從管內流出，泄到井口并流向井場，污染環(huán)境。

該裝置設計有蒸汽噴嘴、密封橡膠、氣動控制部分，并配套電加熱蒸汽清洗器和環(huán)保負壓回收回注裝置。在起油管的過程中，當油管與接箍卸開后，將該裝置在固定軌道上推至井口中心油管處，關閉收集器，打開蒸汽噴嘴和環(huán)保負壓回收回注裝置，上提卸開后的油管一定的距離，油管內的廢液在井口四通處，隨著環(huán)保負壓回收回注裝置被吸走，保證現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境。

3)密閉連續(xù)

利用工藝管線連接井口套管閘門及一體化清洗裝置，實現(xiàn)密閉吸排；同時配備具有阻火防爆功能的阻火器(空氣中含氧氣5%～15%為爆炸極限)。

4)密封防竄

利用膠筒密封桿、管，防止蒸汽上竄；同時具備刮桿、管外壁殘液及防噴功能。

5)洗刮推泄一體化

清洗油管內壁時，將清洗器投入油管中，地面用泵車泵入清洗液，對內壁清洗，利用清洗器膠筒實現(xiàn)刮推殘液下行，殘液通過井下預置的雙功能泄油器落入井內。

在管式泵固定凡爾上部應用泄油器，作業(yè)時抽油桿起出后向油井內投短抽油桿，撞斷銷釘，使油管內外連通。

2.2 異常高壓井清潔作業(yè)技術

剖析油井產(chǎn)生高壓原因，立足將井液控制在井筒內，從井下到地面，分別采取有效識別封堵高壓層，完善配套工藝實現(xiàn)有效泄油，科學選配壓井液壓井，應用防噴管及連續(xù)泄壓裝置等，保障油井小修作業(yè)安全環(huán)保施工。

2.2.1 非固相壓井液技術

壓井指從地面往井里注入密度適當?shù)囊后w(即壓井液)，使井筒里液柱在井底造成的回壓與地層的壓力平衡，阻止地層中的油、氣、水流到井筒而噴至地面。技術關鍵：堅持“壓而不噴，壓而不漏，壓而不死”三原則。需要滿足的要求：井控所需密度、儲存所需的溫度、鹽水與儲層之間的配伍性、腐蝕性、成本、環(huán)保要求。

1)壓井液選型

壓井液主要有3種類型，可用作壓井液的材料有多種，其中無固相鹽水壓井液在國內外修井作業(yè)中應用最廣泛。

常用的鹽水有氯化鈉、氯化鉀、溴化鈉、氯化鈣、溴化鈣、溴化鋅、甲酸鈉、甲酸鉀等。其中鹵化鹽水使用最普遍。為降低固相顆粒對儲層的污染，開展了鹽水壓井液復合配方研究。

鹽水壓井液特性：無固相、密度可調范圍廣(1.01～2.30 g/cm3，不必加入加重劑)、抑制性強、保護油氣層、穩(wěn)定性好。壓井液密度見表1。

表1 壓井液密度 g/cm3

2)壓井液配方研究

考慮到鹽水對降失水劑的影響，需選用抗鹽降失水劑。實驗方法：配制1%膨潤土+1%降失水劑樣品+4%NaCl，陳化24 h后測定其API濾失量。試驗發(fā)現(xiàn)：BZ-RF和REDUL抗鹽降失水效果較好，考慮到成本因素，BZ-RF(16 000/t)，REDUL(27 000/t)，在相同的降失水效果下，決定選用BZ-RF作為無固相鹽水壓井液降失水劑。

研究BZ-RF不同加量時無固相鹽水壓井液API濾失量，實驗證實，BZ-RF加量超過2%時可以將無固相鹽水壓井液API濾失量控制在15 mL以內。

針對不同密度下加入2%的BZ-RF，測得API失水量數(shù)據(jù)，2%的降失水劑BZ-RF加入對于無機鹽加量在30%～65%時，失水量均在15 mL以下，且隨著無機鹽BZ-HD加量的增加，失水量逐漸降低，并趨于平緩。

3)壓井液的腐蝕與防護措施研究

壓井液腐蝕實驗采用掛片失重法，即根據(jù)腐蝕前后金屬試件質量的減少來測定金屬的腐蝕速度。配制不同加量BZ-HD鹽水，然后在80℃下實驗24 h，測得腐蝕速度，研究結果顯示，隨著BZ-HD加量的增加(密度的增大)，對鋼片的腐蝕速度減小。在加入BZ-RF后，能夠很好地抑制BZ-HD鹽水的腐蝕，尤其是可以有效抑制Cl-對掛片的點蝕。結果可以確定，無機鹽選擇BZ-HD，按照設計密度1.20～1.40 g/cm3確定無機鹽加量為30%～65%；確定降失水劑為BZ-RF，加量為2%；從腐蝕評價實驗確定，加入2%的BZ-RF后，不會出現(xiàn)點蝕，緩蝕率下降明顯，不需要額外加入緩蝕劑和除氧劑。

2.2.2 管內防溢液控制裝置

該裝置替代固定凡爾，不影響油井正常生產(chǎn)，當油井需要作業(yè)時油管內防噴泄油功能同時啟動，能實現(xiàn)油管內液體外泄到井筒內，但井筒內壓力無法傳遞到油管內。

井況適應性強，采用偏心泄油結構設計，最大外徑100 mm，設計有沉砂功能；工具與常規(guī)管式泵配套使用，正常生產(chǎn)時不影響抽油泵碰泵的正常操作，并可進行清蠟、熱洗、動液面測試等常規(guī)措施。工具根據(jù)井底壓力自由選擇防噴和泄油功能，油管打壓滑套下移封住進液通道，防噴泄油動作一次完成，操作簡單、封堵可靠。最終達到油管不噴液，套管集液的目的。

2.2.3 簡易小修防噴管裝置及地面溢流自動集液裝置

新環(huán)保法要求油水不落地，而挖坑泄壓費用高且存在污染，油井作業(yè)井口溢流普遍需收集；歷史遺留的自研制的偏心井口較多，與防噴作業(yè)井口不匹配，松井口螺栓時存在管柱上竄風險；防噴作業(yè)力量有限，常規(guī)小修作業(yè)設備不能控制噴管隱患；傳統(tǒng)管桿清蠟清油方式易造成環(huán)境污染。為解決以上問題，研究防噴管裝置及地面溢流自動集液裝置。

小修作業(yè)安全環(huán)保作業(yè)流程：簡易卡瓦防竄管，防頂卡瓦解決非標井口更換，現(xiàn)場標準化敷設，集液器收集換油管時造成的溢流，真空集液罐儲存廢液并外排[7-8]。

3 效果及應用

3.1 密閉清潔作業(yè)工藝應用效果明顯

2019年以來應用項目研究成果實施油井作業(yè)6 132井次，其中常規(guī)非異常高壓密閉清潔工藝5 889井次，減少油土1.8萬m3，累計減少油土處理費用1 008萬元。

清洗除蠟效果明顯，起出的桿、管進行360°無死角清洗，減少“帶病桿”“帶病管”入井率。

作業(yè)現(xiàn)場效果明顯，作業(yè)時沒有污油、污土、污水，省去后續(xù)的處理流程。

3.2 異常高壓井清潔作業(yè)技術應用效果

密閉回收作業(yè)現(xiàn)場無油水落地，達到環(huán)保修井的需求，實現(xiàn)了無污染作業(yè)的目的。異常高壓井243口，減少防噴作業(yè)132井次，節(jié)約費用528萬元，利用壓井液處理壓大井156口，實現(xiàn)增油2 120 t，累計減少井口溢流量約12萬m3；及時恢復油井生產(chǎn)，減少因異常高壓井泄壓、修井等造成的等停時間，因而避免了對產(chǎn)量造成的影響。

4 結 論

1)密閉清潔裝置有效抑制了油水溢流井口問題，有效杜絕了油土產(chǎn)生，避免了安全環(huán)保隱患。

2)異常高壓井無固相壓井液技術有效解決了因泄壓導致的油水處理費用及泄壓后導致的降產(chǎn)風險。

3)油井生產(chǎn)管柱安全環(huán)保作業(yè)配套工藝的改進和完善，對清潔生產(chǎn)及作業(yè)過程中降低油土產(chǎn)生意義重大。