井下作業(yè)現(xiàn)場無污染的研究與應用

石愛華

中石化中原油田分公司水務分公司，中國·河南 濮陽 457001

1 引言

在油田井下作業(yè)現(xiàn)有的安全作業(yè)工藝過程中，存在油水污染作業(yè)現(xiàn)場及周邊農田環(huán)境等因素。研究開發(fā)一套適合油田井下作業(yè)標準化現(xiàn)場環(huán)保無污染技術，可以重點解決修井作業(yè)施工過程排出污油、污水、降低井場污染，減少施工中的環(huán)保費用。

2 項目概況

在油田井下作業(yè)過程中，由于存在無法改變的實際施工問題，我們必須努力研究、改善和制作出針對施工現(xiàn)場符合安全生產要求的解決方案。作業(yè)過程中存在的施工問題主要有以下三方面。

2.1 作業(yè)現(xiàn)場進口區(qū)域污染問題

根據環(huán)保部門的要求，在井下作業(yè)施工現(xiàn)場需要鋪設大量防滲布，從而導致井口圍堰易破損，作業(yè)進度受影響，井口油水污染作業(yè)現(xiàn)場狀況嚴重，油污破壞農田及周邊環(huán)境，被污染的農田及生態(tài)環(huán)境等很難處理等問題。

2.2 作業(yè)現(xiàn)場清洗管桿污染問題

通常在作業(yè)施工現(xiàn)場，針對附著油蠟的抽油桿采用常規(guī)現(xiàn)場清洗油管方式，就會產生大量的油污；在作業(yè)施工過程中，起、下油管、桿時也會產生油污，造成施工作業(yè)現(xiàn)場污染嚴重。

2.3 井控風險大易造成污染

在井下作業(yè)過程中，一般的鉆塞施工和沖砂施工等施工都屬于高風險措施施工。針對油田井下作業(yè)高風險措施施工井次較多，在施工過程中必須強調井控措施[1]，如若井控措施不到位，施工現(xiàn)場將會對環(huán)境造成污染，更難處理。

3 項目研究

根據作業(yè)施工環(huán)境保護管理規(guī)范要求，需要研究多功能自動升降高站臺、現(xiàn)場無污染清洗管桿工藝以及具有針對性的井控工具。

3.1 多功能自動升降高站臺

該站臺包含自動升降高站臺、污水導液系統(tǒng)、起下油管輔助裝置。該工具可隨作業(yè)機攜帶，自動升降，安裝方便快捷，井筒返出液隨導流槽流入污水罐，消除環(huán)境污染風險，配套使用起下油管輔助裝置，減輕了操作人員的勞動強度，提高了工作效率，降低了安全風險。

（1）設計思路

平臺尺寸（2.6m*2.6m）能夠滿足日常作業(yè)施工的需要。能夠承載2個作業(yè)工和配套工具擺放在平臺上，約承重2000kg。高度可以自動調節(jié)，范圍是0.6～1.8m。與聯(lián)合作業(yè)機相連接，搬遷方便，安裝拆卸快。

（2）受力分析

自動升降高鉆臺主要受力為作業(yè)人員和修井作業(yè)設備的壓力，通過對自動升降高鉆臺的受力分析，得到簡易平臺支撐框架和支腿為主要的承重部件，所以主要圍繞這二個部件進行相應的計算分析。

（3）力學性能分析原理

對自動升降高鉆臺的力學性能分析，采用工程力學常用的有限元法，因為有限元法能夠適應各種復雜形狀。利用力學分析軟件ANSYS計算得出主要承載部件的所選材料都符合要求。

采用一體化設計后，方便運輸和使用，通過液壓系統(tǒng)實現(xiàn)工作時就放下，搬遷時折疊收起。自動升降高鉆臺主要由液壓升降支撐腿、平臺支撐架、圍欄、梯子等組成[2-3]，能夠滿足目前油田常見的多種井口的施工。

3.1.1 污水導流系統(tǒng)

污水導流系統(tǒng)設計思路：作業(yè)過程中產生的油水，由油水收集裝置收集；再通過導流管流入至廢液回收池；最后由罐車將廢液拉至廠污水處理站。

3.1.2 起下油管輔助裝置

（1）設計思路

有效解決鉆臺升高后，起下油管人工抱大頭問題，提高了作業(yè)效率，降低勞動強度；采用一體化設計整合在自動升降高鉆臺上，根據現(xiàn)場情況可隨意掛置，調整高度。

（2）結構設計

油管起下輔助裝置安裝在自動升降平臺下方外側，通過液壓動力進行控制，該裝置主要由框架、活動支臂、承重臂組成，完成油管抓放和升降作業(yè)。

3.1.3 液壓傳動系統(tǒng)

結構設計：利用油液的壓力能，通過操縱手柄控制安裝和工作，能夠適應作業(yè)現(xiàn)場高頻率使用，方便日常維護修理。

傳動方案優(yōu)選：在電氣傳動系統(tǒng)、氣壓傳動系統(tǒng)和液壓傳動系統(tǒng)這三個系統(tǒng)中，從應用環(huán)境、安全操作、動力需求這三方面綜合分析，確定液壓控制系統(tǒng)更適合井下作業(yè)。

3.2 現(xiàn)場無污染清洗管桿工藝

該工藝包含清洗管桿參數(shù)分析、現(xiàn)場無污染清洗管桿方案、優(yōu)化工藝操作步驟。井下作業(yè)現(xiàn)場無污染清洗管桿技術。可避免原油、蠟質物體返出地面造成環(huán)境污染風險，起出的管桿干凈無油污，不需要鋪設防滲膜，減少了現(xiàn)場污水的產生。

3.2.1 關鍵技術

清洗參數(shù)分析，現(xiàn)場無污染清洗方案，優(yōu)化工藝操作步驟，現(xiàn)場試驗分析。先對清洗管桿參數(shù)清洗壓力進行分析，如果要提高油管的清洗效率，盡量使用水蒸氣，并提高壓力。

3.2.2 現(xiàn)場無污染清洗管桿方案

方案的思路與原則包括以下五點：

①圍繞建設綠色企業(yè)目標。

②合理選擇材料，避免二次污染。

③實現(xiàn)污染物的閉路循環(huán)和零排放。

④確保不會對生產開發(fā)及作業(yè)造成不利影響。

⑤清洗介質盡量采用水蒸氣。

抽油桿清洗技術：在井口安裝蒸汽刺洗裝置，實現(xiàn)對起出的抽油桿進行360°環(huán)形刺洗，再采用密封刮蠟器對刺洗過的抽油桿進行再次清理，保證正常起出的抽油桿清潔。

油管清洗方案：在油管上安裝高壓刺洗噴頭，連接蒸汽注入管線，由蒸汽車向管柱內注入加壓高溫水蒸氣，刺洗掉的原油流入井內，達到清潔液面以上油管的目的。

3.2.3 優(yōu)化工藝操作步驟

起抽油桿清洗工藝步驟：

①起桿井口清洗裝置由壓蓋、膠芯、殼體、進液口、清潔管線、回收管線、蒸汽車組成。

②安裝蒸汽清洗裝置。

③連接清洗裝置與蒸汽車。

④回接蒸汽裝置與套管。

⑤啟動設備預熱運行。

⑥五分鐘后，蒸汽注入在膠芯以下形成蒸汽高溫紊流區(qū)，對抽油桿進行清洗、通過回接管進入油套環(huán)空，化開油流從環(huán)空沉降至液面。

⑦起桿的同時蒸汽清潔直至全部起出。

起油管清洗工藝步驟：

①組成：高壓清洗噴頭、清潔管線、回接管線、蒸汽車組成

②投撞擊桿、砸開泄油器。

③安裝高壓清洗噴頭，接駁管線至蒸汽車。

④蒸汽入井對油管內部進行高溫清潔，化開油流從油管內、環(huán)空沉降至液面。

⑤卸掉高壓清洗噴頭，正常起管。

⑥將液面以上油管起出后，再次安裝高壓清洗噴頭，直至起完（清洗根數(shù)、時間、關鍵在動液面深度）。

3.2.4 現(xiàn)場試驗分析

分別在油稠含蠟并結鹽的文13-439、文13-163、文203-16、文15-59、文側38-5等5口井進行試驗。

（1）起桿刺洗試驗

拆井口、安裝起桿井口刺洗裝置，連接管線平均用時1.5小時，采用新工藝刺洗后起出的抽油桿干凈、清潔，用手擦拭無油跡，且起桿速度不受影響。

（2）起管刺洗試驗

投開泄油器后，使用油管內部刺洗裝置2～3次，對液面以上油管進行高溫刺洗，達到內外壁清潔無油，拆裝用時0.5小時，刺洗用時1～1.5小時。

3.3 創(chuàng)新性井控工具

該工具包含油管內放噴工具、防溢流短節(jié)和井控防污染工具研究。研發(fā)的2項井控防污染工具，能夠有效避免井涌、井噴對井場造成嚴重污染[4-5]，也保證了現(xiàn)場作業(yè)施工的井控安全。

3.3.1 間噴井，起下油管難

小修作業(yè)，施工工序多為起下油管，對于油氣比大的間噴井，起下油管時，易造成環(huán)境污染。

3.3.2 鉆塞、沖砂時，易發(fā)生井噴

沖砂、鉆塞施工是措施最主要的施工工序，近三年中心沖砂施工1391井次，鉆塞施工590井次，鉆塞和沖砂施工容易打開井內圈閉壓力，易造成井涌等井控事故[6]。

3.3.3 鉆、撈頂塞施工，易發(fā)生頂鉆

鉆頂塞作業(yè)，因水泥塞下可能存在一定的圈閉壓力，極易發(fā)生井噴和頂鉆事故。

4 結語

總之，多功能升降高鉆臺由自動升降高鉆臺、導流系統(tǒng)、起下油管輔助裝置組成，利用液壓傳動系統(tǒng)進行操控，和作業(yè)機采用一體化設計，實現(xiàn)了作業(yè)現(xiàn)場井口區(qū)域的無污染施工，同時兼具多項功能，安裝快捷，使用方便。