修井液控制及再利用技術(shù)研究

楊義興 曹慶紅 余建軍 李鵬剛 隋明祥（長慶油田第十采油廠）

隨著新環(huán)保法的頒布實(shí)施，對各行各業(yè)的環(huán)保提出了更高要求，要保住綠水青山，守住環(huán)保紅線，解決修井現(xiàn)場的環(huán)保問題勢在必行。通過與相關(guān)單位調(diào)研、學(xué)習(xí)和交流發(fā)現(xiàn)，修井液作為修井現(xiàn)場的重要污染源，必須形成適應(yīng)修井現(xiàn)場的修井液控制技術(shù)。調(diào)研國內(nèi)各油田現(xiàn)狀，各油田單位由于使用設(shè)備不同，部分油田在修井作業(yè)井口處有操作平臺(tái)，只需在平臺(tái)下加裝收污傘即可避免井口的環(huán)保問題。井場油管桿清理則是通過拉至指定處理點(diǎn)進(jìn)行集中處理，規(guī)避了井場環(huán)保問題。由于設(shè)備所限，無法安裝井口操作平臺(tái)；長慶油田地域廣闊、山區(qū)道路限制，將油管桿拉運(yùn)至指定處理點(diǎn)處理不現(xiàn)實(shí)。因此需要適合山區(qū)、高原等偏遠(yuǎn)野外環(huán)境的修井液控制技術(shù)，在不更換修井主體設(shè)備的前提下，以最小投入，達(dá)到環(huán)保與效益雙贏[1]。

1 技術(shù)思路

結(jié)合現(xiàn)場情況及生產(chǎn)實(shí)際，立足“井筒控制、地面收集、流程回收、處理再用”的總體思路，完善現(xiàn)有技術(shù)、研發(fā)新技術(shù)及設(shè)備，達(dá)到減少修井次數(shù)，避免現(xiàn)場廢液泄露、污染[2-4]。

1）井筒控制，針對原井管柱有泄油器且井筒暢通的井，先打開泄油器再進(jìn)行起原鉆作業(yè)，將油管內(nèi)液體泄流至井筒，從而避免原油及污水被帶到地面，避免污油污水對井口污染。部分井內(nèi)管柱有泄油器，因蠟堵、油桿卡等原因，導(dǎo)致泄油器無法打開，也有一部分井無泄油器，這些井在保證井筒暢通的情況下，采取水泥車反循環(huán)洗井的方法，用清水將深井泵以上油管內(nèi)的油氣水置換至廢液回收裝置，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)排放，從而避免起原鉆過程中污油污水返出井口。

2）地面收集，針對管柱不暢通或者無法實(shí)現(xiàn)反洗，井筒內(nèi)液體無法置換和泄流的井，在起鉆過程中，井口使用油管防噴濺裝置配合防噴堵頭，將油管內(nèi)液體定向收集至井口集液操作臺(tái)；針對起出地面油管內(nèi)殘留的污油污水及蠟，油管桿橋采用鋼制平臺(tái)和軟體平臺(tái)搭建，刺洗時(shí)產(chǎn)生的污油、污水及蠟收集至鋼制平臺(tái)或軟體平臺(tái)內(nèi)。

3）流程回收，收集在井口集液操作臺(tái)、鋼制平臺(tái)和軟體平臺(tái)內(nèi)的廢液，經(jīng)預(yù)置的流程管線，啟動(dòng)廢液回收裝置吸污泵吸入該裝置內(nèi)進(jìn)行處理。

4）處理再用，吸入裝置內(nèi)的廢液，經(jīng)過沉降、過濾和油水分離，到達(dá)凈水艙內(nèi)，通過裝置內(nèi)連通的流程管線，實(shí)現(xiàn)修井液再利用，原油回收。沉降罐底的廢渣經(jīng)污油泥專用處理設(shè)備加熱、過濾、分離，實(shí)現(xiàn)固廢無害化排放、水循環(huán)再利用、原油回收。

通過以上四個(gè)方面的措施技術(shù)及相關(guān)設(shè)施配套，實(shí)現(xiàn)井下作業(yè)整個(gè)生產(chǎn)過程的廢液控制、循環(huán)再利用，污油泥無害化處理排放。

2 實(shí)施方案

修井液控制及再利用技術(shù)使用的主要設(shè)備設(shè)施為井口集液操作臺(tái)、油管防噴濺裝置、鋼制平臺(tái)、軟體平臺(tái)、廢液回收裝置和污油泥專用處理設(shè)備。修井液控制技術(shù)成果推廣應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 修井液控制技術(shù)成果推廣應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)Tab.1 The promotion and application of workover fluid control technology achievements

這些設(shè)備設(shè)施的創(chuàng)新研制和不同范圍的推廣應(yīng)用，有效減少生產(chǎn)過程中環(huán)保用品的使用量和污染物的排放量，達(dá)到節(jié)約成本又改善環(huán)境的目的[5-6]。

2.1 井口集液操作臺(tái)

井口集液操作臺(tái)主要由槽體、菱形鐵絲網(wǎng)、半圓體、升降支腿、出水口、連接口和連接鋼板等部件組成，兩件組合成一套，置于井口。主要用于收集井口、油管防噴濺裝置流下來的液體，并將液體通過流程管線回收至廢液回收裝置。

使用時(shí)將兩部分井口集液操作臺(tái)安裝于井口下，半圓體與井口四通下法蘭貼合在一起，通過連接口使用軟管將操作臺(tái)兩部分連接起來，起下鉆過程中井口和油管防噴濺裝置內(nèi)流出的液體通過菱形鐵絲網(wǎng)流入水槽內(nèi)，水槽內(nèi)的液體通過流程管線吸入廢液回收裝置，徹底解決井口污油污水的問題，消除了安全環(huán)保隱患。井口人員工作時(shí)，利用可升降支腿，可以在30～60 cm之間隨意調(diào)節(jié)高度，方便操作人員適應(yīng)不同的井口高度。

2.2 油管防噴濺裝置

油管防噴濺裝置主要由油管防濺盒、垂直導(dǎo)軌架、水平導(dǎo)軌架、垂直調(diào)整液缸、水平調(diào)整液缸、水平液缸架、支撐調(diào)節(jié)桿、下固定座、操作箱、管路和防噴堵頭等部件構(gòu)成。

用來密封卸開油管處污油污水，將油水混合物引流至井口集液操作臺(tái)中定向排放。在起下油管作業(yè)時(shí)，由于管柱內(nèi)堵塞、泄油器失效、井內(nèi)油水在氣柱作用下有一定的上涌現(xiàn)象等原因，當(dāng)兩根油管的連接螺紋卸開后，上一根油管內(nèi)存有的原油等液體就會(huì)從卸開處快速流出，一方面會(huì)噴濺到現(xiàn)場作業(yè)人員身上，作業(yè)人員無法靠近，影響施工效率；另外一方面還會(huì)濺落到井口周圍造成環(huán)境污染，并存在安全隱患。油管防噴濺裝置可使液體流至井口集液操作臺(tái)內(nèi)，配合防噴堵頭能夠有效的防止油管內(nèi)液體噴濺。

油管防噴濺裝置主要通過油管防濺盒來發(fā)揮其作用的，使用時(shí)將裝置安裝于井口井控器材及井口四通上，將垂直導(dǎo)軌架、水平導(dǎo)軌架安裝在支架上，將油管防濺盒安裝于垂直導(dǎo)軌架上，調(diào)整好高度，安裝液壓管線及吹掃管線，操作操作箱即可實(shí)現(xiàn)油管防濺盒對油管的抱合與分離。

油管防濺盒由三瓣式筒狀合圍構(gòu)成，其中前兩半為開合部分，前端外部有手動(dòng)開關(guān)鎖止扣；當(dāng)防濺盒抱緊油管時(shí)，前兩半式部分自動(dòng)關(guān)閉。防濺盒體下部有兩個(gè)排液口，排液口可連接排液管線將油管內(nèi)液體導(dǎo)向到井口集液操作臺(tái)內(nèi)；上部有兩個(gè)吹氣口，吹氣口連接吹氣管線，用于強(qiáng)迫原油快速流出排液管；氣源利用修井設(shè)備氣源。在修井設(shè)備主氣路合適位置，將三通接頭、手動(dòng)球閥連接好，用于取出氣源。防濺盒內(nèi)各主體之間結(jié)合面都有密封條，密封條的壓緊程度取決于壓緊螺栓，壓緊螺栓不要太過緊，到密封好結(jié)合面為止。防濺盒內(nèi)部有兩個(gè)拉簧，用于自動(dòng)關(guān)閉盒體。

2.3 油管鋼制平臺(tái)

油管鋼制平臺(tái)主要由接油盤（由6個(gè)2×10×0.1 m小接油盤組成，其中3個(gè)接油盤帶工字鋼，1個(gè)接油盤帶輕軌）、油管支架、輕軌、移動(dòng)小車、排污接口、排污管、吊耳和包裝運(yùn)輸箱組成。

使用時(shí)6個(gè)接油盤并排放置組成12 m×10 m的油槽，工字鋼間距4 m，接上排污管，在輕軌上放置移動(dòng)小車。用來接收上部油管桿流下的液體及阻擋刺洗油管時(shí)噴出蒸氣，并進(jìn)行收集，通過連接的流程管線，啟動(dòng)廢液回收裝置上的吸污泵實(shí)現(xiàn)回收。該平臺(tái)代替易損壞的藍(lán)銀布和土工膜，可重復(fù)循環(huán)使用，從而避免對環(huán)境污染。

2.4 油管軟體平臺(tái)

油管軟體平臺(tái)主要由化學(xué)高分子材料組成，主要用來接收上部油管流下的液體，并進(jìn)行收集，然后經(jīng)過吸污泵實(shí)現(xiàn)回收利用，具有耐磨、抗撕裂、防靜電防紫外線、無污染、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特征，可重復(fù)使用100井次。該平臺(tái)代替易損壞的藍(lán)銀布和土工膜，最后由生產(chǎn)廠家回收，從而避免對環(huán)境污染。

使用時(shí)，將兩塊高分子軟體平臺(tái)（13 m×6.5 m）平鋪，連接處重疊加高，形成一個(gè)正方形（邊長13 m），各邊使用支架支起20 cm高墻，防止液體外流，方便平臺(tái)內(nèi)液體回收。

2.5 廢液回收裝置

內(nèi)設(shè)4個(gè)艙，分別由1#沉砂艙（粗過濾艙）、2#沉泥艙（油水分離器）、3#沉淀艙、4#凈水艙、吸污泵、清洗噴淋裝置、活動(dòng)承渣器、閥門、管路、液位計(jì)及活動(dòng)防護(hù)欄等部件組成。

該裝置主要用于修井廢液回收、沉降和分離，達(dá)到循環(huán)再利用的目的。井口操作臺(tái)、油管鋼制平臺(tái)等設(shè)施收集的所有液體通過內(nèi)置的自吸泵收集；井內(nèi)出來液體通過流程管線連接進(jìn)入裝置，所有收集的液體經(jīng)沉砂艙、油水分離艙、沉淀艙，最終到達(dá)凈水艙，經(jīng)過沉降、過濾和油水分離，達(dá)到修井液再利用、原油回收的目的[7]。

使用自吸泵對現(xiàn)場液體進(jìn)行收集，減輕人員勞動(dòng)強(qiáng)度；利用四級沉降，實(shí)現(xiàn)固液分離和油水分離，達(dá)到廢液再利用目的；實(shí)施三級過濾，對液體內(nèi)的固相顆粒及漂浮物進(jìn)行過濾；沉砂艙、沉泥艙底部設(shè)計(jì)承渣盤，打開排渣手輪，使固體沉淀物從裝置內(nèi)排出，杜絕人員進(jìn)入有限空間；設(shè)計(jì)清洗設(shè)施，可實(shí)現(xiàn)井場清洗和罐內(nèi)自清洗；設(shè)計(jì)油水分離器，使原油得到更好收集。

2.6 污油泥專用處理設(shè)備

由吸料泵、導(dǎo)熱油爐、加熱攪拌罐、過濾器、進(jìn)料泵、螺旋輸送機(jī)、三相臥螺離心機(jī)、殘液罐、電器控制系統(tǒng)等部件組成。該設(shè)備主要用于處理沖砂、磨鉆等作業(yè)后沉降在罐底污油泥。使用時(shí)，污油泥由吸料螺桿泵泵入加熱攪拌罐，攪拌罐由導(dǎo)熱油爐供熱，經(jīng)過加熱后的污油泥輸送至過濾裝置，過濾大顆粒雜質(zhì)，再由進(jìn)料螺桿泵泵入三相臥螺離心機(jī)，分離出來的殘?jiān)陕菪斔蜋C(jī)經(jīng)排渣口排出撬體外，分離出來污水和石油分別由不同的排液口引出撬體外，實(shí)現(xiàn)固、液、油分離，每小時(shí)可以處理1 t污油泥，達(dá)到污油泥無害化排放的目的。

3 應(yīng)用效果

依據(jù)“井筒控制、地面收集、流程回收、處理再用”的總體思路，經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)、設(shè)備設(shè)施的改進(jìn)及完善，自由研制新型環(huán)保設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了密閉清潔修井作業(yè)，降低了現(xiàn)場污染問題發(fā)生，其現(xiàn)場應(yīng)用主要分兩大部分。

3.1 井筒控制

控制井筒內(nèi)液體，避免污油、污水流出井口。井筒控制流程見圖1。采取的方法就是在起原井油管前，利用水泥車將活性水泵入井筒內(nèi)，進(jìn)行反循環(huán)替油作業(yè)，將深井泵以上油管內(nèi)的原油、蠟等污染物用活性水置換，避免起原井油管過程中污油、污水返出井口。

圖1 井筒控制流程Fig.1 Wellbore control process

3.2 地面收集、流程回收和處理再用

在第一部分的井筒控制失效后采取的地面補(bǔ)救措施。如果因?yàn)榫略蛟斐删矁?nèi)液體無法被置換洗出，只能采取地面補(bǔ)救措施。通過井口油管防噴濺裝置和集液操作臺(tái)將井口產(chǎn)生的污油污水進(jìn)行收集，集液槽將刺洗油管的固體物及污油污水進(jìn)行收集，油管鋼制平臺(tái)和軟件平臺(tái)將油管桿外壁上的流下的污油污水收集，收集的廢液通過流程，用吸污泵吸入廢液回收裝置，經(jīng)廢液回收裝置處理后的液體，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)再利用，廢液回收裝置沉砂艙排出污油泥，經(jīng)污油泥專用處理設(shè)備加熱、過濾、分離，實(shí)現(xiàn)固廢無害化排放、水循環(huán)再利用、原油回收，修井液回收處理流程見圖2。

圖2 修井液回收處理流程Fig.2 Workover fluid recycling process

修井液控制及再利用技術(shù)在長慶油田推廣應(yīng)用，效果顯著，不僅減少了對土工膜及藍(lán)銀布的用量，實(shí)現(xiàn)修井液和污油泥流程化回收、處理再利用和無害化排放，降低了操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了占井周期，基本實(shí)現(xiàn)了污油污水不落地，杜絕了對環(huán)境的污染[8]。

3.3 效益情況

修井液控制及再利用技術(shù)已在長慶油田修井現(xiàn)場推廣應(yīng)用，年平均使用2 000多井次，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3.3.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

通過修井液回收再利用，平均單井節(jié)約生產(chǎn)水200 m3，節(jié)約費(fèi)用1萬元。利用廢液回收裝置和污油泥處理設(shè)備，平均單井可分離回收原油2 t，目前原油價(jià)格0.46萬元/t，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益0.92萬元。利用污油泥處理設(shè)備，單井減排污油泥5 m3，按污油泥處理費(fèi)0.32萬元/m3計(jì)算，節(jié)約成本1.60萬元。平均單井可生產(chǎn)直接經(jīng)濟(jì)效益共3.52萬元。

3.3.2 間接經(jīng)濟(jì)效益

單井可縮短占井周期2 d以上，原油經(jīng)濟(jì)損失減少1.38萬元。減少人工成本0.64萬元。平均單井可生產(chǎn)間接經(jīng)濟(jì)效益2.02萬元。合計(jì)平均單井可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益5.54萬元。

3.3.3 社會(huì)效益

修井液控制及再利用技術(shù)有效解決了修井現(xiàn)場廢液、廢渣回收處理難問題，降低了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高現(xiàn)場操作安全性，減少了作業(yè)中安全風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)用前景廣，環(huán)保效益無法估量[9-10]。

4 認(rèn)識(shí)及結(jié)論

1）通過井口油管防噴濺裝置、井口集液操作臺(tái)、鋼制平臺(tái)、軟體平臺(tái)、廢液回收裝置和污油泥專用處理設(shè)備的應(yīng)用，井口廢液有效受控，確保了井控安全，避免了井口著火風(fēng)險(xiǎn)，方便了人員操作；變廢為寶，踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，環(huán)保效益顯著。

2）設(shè)計(jì)的廢液回收裝置，杜絕了人員中毒風(fēng)險(xiǎn)；實(shí)現(xiàn)廢液沉降、油水分離后，循環(huán)再利用。

3）研制的污油泥專用處理設(shè)備，污水進(jìn)行循環(huán)再利用，原油進(jìn)行回收；對固廢使用快速自動(dòng)壓濾渣壓濾，壓濾效果達(dá)到固體排放標(biāo)準(zhǔn)。

4）流程化作業(yè)提高工效?，F(xiàn)場液體回收、裝置內(nèi)清洗和固體清理流程化，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。

5）減少固體垃圾排放。早期使用HDPE土工膜使用壽命短，1套使用3～5井次，發(fā)生破損無法修復(fù)，產(chǎn)生固廢垃圾100 kg/套，回收困難；而軟體平臺(tái)平均使用100井次，可修復(fù)，可清洗，大幅度減少固廢垃圾；研制的鋼制平臺(tái)非低值易耗品，可長期使用，大幅度減少固廢垃圾。