井下作業(yè)現(xiàn)場井場防污染治理裝置研究與應(yīng)用

吳正銀 趙增權(quán) 鐘敏 王強(qiáng) 李濤（青海油田井下作業(yè)公司）

油田環(huán)境的保護(hù)，對油田的開采和可持續(xù)開發(fā)有著重要的意義。油水井在修井作業(yè)過程中，通過起下油桿、起下油管、清蠟、壓裂、沖砂等工序或井噴現(xiàn)象，會(huì)將井內(nèi)的油水帶出地面，進(jìn)而導(dǎo)致施工現(xiàn)場及其周圍區(qū)域的環(huán)境污染。若未采取有效的施工技術(shù)和應(yīng)用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備裝置，被帶到地面的油水便會(huì)向周圍擴(kuò)散，進(jìn)而造成周圍環(huán)境的污染，并加大了施工人員的操作難度。此外，大量油污積聚于井口周圍，易導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生，浪費(fèi)自然資源、損壞油水井相關(guān)設(shè)備的同時(shí)，也嚴(yán)重威脅施工人員的財(cái)產(chǎn)安全和生命安全。因此，為保證修井過程的清潔和安全，達(dá)到環(huán)保修井作業(yè)的目的，探究油水井井下作業(yè)過程中的污染根源，并推廣及應(yīng)用環(huán)保修井作業(yè)配套技術(shù)具有必要性意義，可促使油水井井內(nèi)的油污得到有效排放及回收，減少對環(huán)境的污染，為自然資源的節(jié)省和施工人員人身安全提供有力保障[1]。

1 處置現(xiàn)狀

在油水井作業(yè)施工過程中，產(chǎn)生的原油含量較高的廢礦物油、油泥砂和沾油廢棄物，油泥砂的物理性質(zhì)是廢礦物油與含礦物油廢物，這些對環(huán)境具有一定潛在威脅，必須采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施，進(jìn)行防范和治理。青海油田井下作業(yè)的40支作業(yè)隊(duì)伍，作業(yè)施工過程中每月產(chǎn)生的廢礦物油65 t，沾油廢棄物達(dá)55 t，油泥砂160 t，其總量達(dá)到280 t。

過去由于環(huán)保治污技術(shù)措施少，手段簡單，只能以一種原始的簡單方法，頭痛醫(yī)頭腳痛醫(yī)腳，結(jié)果不能從根源上防止作業(yè)施工過程中的環(huán)境污染現(xiàn)象[2]。早期，對落地油水做成一種小面積的圍堰，但這種方式雖然杜絕了油水橫流所造成的大面積的跑水和跑油，但就小面積的土地還是難免形成影響，后來制作了一種小面積的井口圍堰，內(nèi)部鋪貼防滲膜，外圍用一種專用的塑料圍擋做成小的積液池，但這種也是有其局限性的，污油污水難免溢出，還有對作業(yè)井場也做成圍堰式的積液池，內(nèi)部也鋪貼防滲膜，這樣以來，環(huán)境防污染的措施有了，也起到了保護(hù)環(huán)境的目的和作用[3]；但是，員工的勞動(dòng)強(qiáng)度增加了20%，生產(chǎn)成本增加了5%，勞動(dòng)效率下降了5%，整體經(jīng)濟(jì)效益降低15%。

2 井口污染技術(shù)解決方案

如何才能更好的治理污油污水，成了井下作業(yè)施工過程中的一大難題，在勘探生產(chǎn)過程，帶壓作業(yè)技術(shù)應(yīng)用能夠很好的解決作業(yè)污染的問題[4]，但其設(shè)備投入占井周期長，生產(chǎn)成本高等原因，制約了其技術(shù)在整個(gè)生產(chǎn)維護(hù)中的應(yīng)用。通過對2 000多口井的樣本分析，產(chǎn)生廢礦物油、油泥砂和沾油廢棄物的主要原因是井口返出物落地形成的。

摒棄以往圍獵式污染治理的誤區(qū)，立足于目前技術(shù)現(xiàn)狀，梳理存在問題根源和解決問題的方法，形成不讓返出物落地的思路，設(shè)計(jì)和研發(fā)了一種石油修井作業(yè)現(xiàn)場環(huán)保治污平臺(tái)裝置[5-7]。

3 裝置結(jié)構(gòu)改造

3．1 結(jié)構(gòu)及原理

裝置由治污傘、導(dǎo)管、支撐框架，往復(fù)平移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，集污機(jī)構(gòu)，防濺機(jī)構(gòu)和護(hù)欄等組成。大修現(xiàn)場防污設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 大修現(xiàn)場防污設(shè)計(jì)Fig.1 The anti-fouling design of overhaul site

現(xiàn)場設(shè)備安裝到位后，作業(yè)過程中井口返出物將不會(huì)直接落地地面，而是從鉆臺(tái)平面落入收油傘，進(jìn)入收油傘的污油污水將會(huì)順著導(dǎo)管流入積液池，當(dāng)積液池的液體達(dá)到一定量時(shí)，原油將會(huì)用罐車?yán)\(yùn)到定點(diǎn)回收地，返出的水作為修井液將重復(fù)利用[8]。

3.2 升級改造

整個(gè)裝置在應(yīng)用過程中，還是產(chǎn)生了諸多問題，比如冬季施工時(shí)，收油治污傘內(nèi)的液體造成棟堵、大修側(cè)鉆過程中鉆井液泥漿在罐內(nèi)沉淀，以及在解決了大修作業(yè)現(xiàn)場的問題，油水井投產(chǎn)維護(hù)過程中，形成的污油污水的治理，而且油水井投產(chǎn)維護(hù)作業(yè)施工現(xiàn)場所面臨的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)更大，只有解決了油水井投產(chǎn)維護(hù)作業(yè)施工時(shí)的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，才能算是達(dá)到我們從根源上防止作業(yè)施工給環(huán)境所形成的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

如何解決以上問題？同樣的思路不變，所采取的措施和手段也是一樣的，杜絕從井筒中跑出的油水落地，但作業(yè)現(xiàn)場還有一個(gè)突出的問題是，起作業(yè)生產(chǎn)管柱時(shí)，生產(chǎn)管柱中的油水在卸扣提升的瞬間，管柱內(nèi)的液體將在鉆臺(tái)上傾瀉而下形成噴濺，這同樣要造成油水落地，造成環(huán)境污染[9]。

針對投產(chǎn)、維護(hù)和措施作業(yè)，設(shè)計(jì)和加工了適合作業(yè)維護(hù)施工中的環(huán)保治污平臺(tái)裝置。作業(yè)現(xiàn)場環(huán)保治污平臺(tái)裝置見圖2。

圖2 作業(yè)現(xiàn)場環(huán)保治污平臺(tái)裝置Fig.2 The environmental protection and pollution control platform device at the operation site

4 裝置實(shí)施的技術(shù)方案

4.1 各部件實(shí)施連接方式

裝置各部件中支撐框架包括支腿，支腿固定套，撐板和井架連接塊；撐板一側(cè)通過所述支腿固定套固定于所述支腿上，另一側(cè)通過所述井架連接塊與油井井架連接；撐板包括踏板和兩條軌道，兩條軌道平行固定于所述踏板下表面，兩條軌道內(nèi)側(cè)的踏板開設(shè)槽口；往復(fù)平移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)固定于所述踏板下方，往復(fù)平移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)集污機(jī)構(gòu)和防濺機(jī)構(gòu)沿軌道在槽口內(nèi)往復(fù)移動(dòng)；而防污機(jī)構(gòu)包括防污漏斗，排污管，底法蘭，導(dǎo)流管和鋼板網(wǎng)；其防污漏斗固定于平臺(tái)上平面鋼板網(wǎng)中央，其鋼板網(wǎng)兩相對側(cè)邊滑動(dòng)安裝于所述軌道內(nèi)；排污管與防污漏斗下口聯(lián)通，排污管底部設(shè)置有底法蘭，排污管側(cè)壁聯(lián)通導(dǎo)流管；防濺機(jī)構(gòu)包括防噴濺伸縮套筒和防濺連接蓋所述防濺連接蓋蓋合于防污漏斗上口，防噴濺伸縮套筒固定于防濺連接蓋中央的安裝孔內(nèi)，防噴濺伸縮套筒與防污漏斗聯(lián)通；起升機(jī)構(gòu)包括起升撬動(dòng)支架，支架踩踏杠桿，伸縮套筒起升撬半環(huán)，伸縮套筒起升卡箍，支架底座，復(fù)位底座和復(fù)位彈簧；伸縮套筒起升卡箍固定于防噴濺伸縮套筒上端，伸縮套筒起升撬半環(huán)的開口端與伸縮套筒起升卡箍活動(dòng)銷接，伸縮套筒起升撬半環(huán)的固定端與支架踩踏杠桿的一端固定連接，支架踩踏杠桿的中部與起升撬動(dòng)支架的頂端活動(dòng)銷接，支架踩踏杠桿的另一端為踩踏端；復(fù)位底座內(nèi)部設(shè)置滑槽，支架底座滑動(dòng)安裝于滑槽內(nèi)；復(fù)位彈簧一端固定于滑槽底部，另一端固定于支架底座上。

4.2 裝置主要部件實(shí)施技術(shù)方案

在現(xiàn)場應(yīng)用安裝時(shí)，就維護(hù)作業(yè)現(xiàn)場來講，修井設(shè)備安裝到位后，具備作業(yè)施工的一切條件，我們要進(jìn)行裝置安裝，對原井口設(shè)備采油井口更換為井控設(shè)備，液壓封井器或手動(dòng)防噴器，在井控設(shè)備法蘭上平面，安裝防污漏斗，接下來安裝簡易鉆臺(tái)及其支腿等，安裝防噴濺裝置，對各部件進(jìn)行位置校正，在各機(jī)構(gòu)能夠滿足作業(yè)施工的條件下，我們的整個(gè)裝置就達(dá)到還作業(yè)施工中的環(huán)保目標(biāo)，同時(shí)，還能有效防治地面污油對地層的污染[10]。

裝置在具體實(shí)施過程中，首先與修井機(jī)井架連接，使得環(huán)保治污平臺(tái)裝置和采油井口建立起一個(gè)治污整體。當(dāng)起升井內(nèi)生產(chǎn)管柱時(shí)，往復(fù)平移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)集污機(jī)構(gòu)和防濺機(jī)構(gòu)靠近生產(chǎn)管柱，在卸扣完成后起升防噴濺伸縮套筒，使管柱內(nèi)的污油污水導(dǎo)流入防污漏斗內(nèi)，后通過導(dǎo)流管導(dǎo)流到回收池中。需要特別說明的是防噴濺伸縮套筒起升方法：其中起升機(jī)構(gòu)主要起作用是起升撬動(dòng)支架，支架踩踏杠桿與復(fù)位底座和復(fù)位彈簧。當(dāng)踏動(dòng)支架踩踏杠桿的踩踏端時(shí)，通過杠桿原理，支架踩踏杠桿撬起伸縮套筒起升撬半環(huán)，同時(shí)支架底座壓縮復(fù)位彈簧，伸縮套筒起升撬半環(huán)過聯(lián)動(dòng)作用撬起伸縮套筒起升卡箍，伸縮套筒起升卡箍帶動(dòng)防噴濺伸縮套筒做起升運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)起升動(dòng)作；當(dāng)放開支架踩踏杠桿的踩踏端時(shí)，由于復(fù)位彈簧的收縮作用，實(shí)現(xiàn)反作用運(yùn)動(dòng)，防噴濺伸縮套筒縮回；從而有效的防止井筒內(nèi)的返出物噴濺和流淌到井口和地面。

5 應(yīng)用效果

修井作業(yè)現(xiàn)場環(huán)保治污平臺(tái)裝置實(shí)現(xiàn)了油水不落地目的，達(dá)到了環(huán)境保護(hù)和污染治理的目標(biāo)。目前，在青海油田井下作業(yè)施工現(xiàn)場，大修13支隊(duì)伍和作業(yè)15支隊(duì)伍，自2019—2021年共安裝28套裝置，2021年廢礦物油、油泥砂和沾油廢棄物總量從2019年的每月280 t，下降到了90 t，減少近190 t，下降率達(dá)68%，治理費(fèi)用按每噸350元計(jì)算，每月治污費(fèi)降低6.65萬元，這樣，全年將減少非生產(chǎn)成本支出79.8萬元。三廢治污成本分析統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 三廢治污成本分析統(tǒng)計(jì)Tab.1 The cost analysis of the three waste pollution control

安全效益：根據(jù)應(yīng)用新技術(shù)工藝減少非生產(chǎn)成本支出，每期傷亡事故非生產(chǎn)支出總費(fèi)用為180萬元。新裝置原油回收產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為54萬元；總體計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益313.05萬元。

6 結(jié)論

裝置的技術(shù)方案整體來講裝置從井下作業(yè)井場污染治理的源頭進(jìn)行探索和研究，為了實(shí)現(xiàn)作業(yè)井場作業(yè)液體和井筒返出物不落地的目的進(jìn)行裝置的設(shè)計(jì)和實(shí)施，最終通過近3 a的應(yīng)用達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的，起到了環(huán)境保護(hù)和井下作業(yè)施工環(huán)境污染治理的作用。同時(shí)，裝置可有效避免管柱內(nèi)的液體噴濺以及對井口范圍內(nèi)環(huán)境的污染，保持大修作業(yè)鉆臺(tái)、維護(hù)作業(yè)簡易鉆臺(tái)平臺(tái)上的干凈與整潔，保護(hù)操作員工的身心健康，促進(jìn)了作業(yè)現(xiàn)場環(huán)保治理技術(shù)進(jìn)步，其社會(huì)效益明顯。另外，裝置可以起到井筒內(nèi)返出物回收的作用，提高了油井的單井產(chǎn)量，創(chuàng)造了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。