油田清潔化作業(yè)的技術(shù)研究與應(yīng)用

于濟(jì)源（大慶油田有限責(zé)任公司第六采油廠）

綠色安全發(fā)展是國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，近年來(lái)，國(guó)家出臺(tái)多項(xiàng)安全環(huán)保法律文件和政策規(guī)定，特別是“新兩法”實(shí)施以來(lái)，對(duì)安全環(huán)保工作的重視程度和監(jiān)管力度前所未有。為深入貫徹集團(tuán)公司建設(shè)綠色礦山的戰(zhàn)略任務(wù)[1]，推進(jìn)落實(shí)《油氣田企業(yè)綠色礦山創(chuàng)建方案》，按照某油田“井液不出井、出井不落地、落地不污染”的清潔作業(yè)總體要求，將在清潔化作業(yè)上，全面應(yīng)用井筒、地面控制技術(shù)，并形成以“井筒控制為主、地面控制為輔”的清潔作業(yè)技術(shù)，同時(shí)，強(qiáng)化“日常洗井管理、壓井液控量管理”等保障措施，進(jìn)一步減少井筒廢液、廢物排出，實(shí)現(xiàn)不同井型、不同作業(yè)類型的綠色施工，形成可復(fù)制、可推廣的清潔化作業(yè)模式[2-3]。

1 井下清潔化作業(yè)配套工藝技術(shù)

1.1 套管防噴控制配套技術(shù)

一是在維護(hù)作業(yè)上，針對(duì)抽油機(jī)井和螺桿泵井，主要應(yīng)用防噴錨定一體化工藝[4]；針對(duì)電泵井，應(yīng)用液壓式套管防噴工藝。施工過(guò)程中，如果油管不出現(xiàn)溢流，可采取使用簡(jiǎn)易自封裝置，實(shí)現(xiàn)套管防噴，目前全廠共有潛力井838 口，井下存量381 口，潛力井技術(shù)覆蓋率45.5%。2021 年應(yīng)用70井次，二次作業(yè)井197 井次，防噴成功率98.5%，減排污油污水0.96×104m3。

1.2 措施井防噴控制配套技術(shù)

一是在壓裂措施上，應(yīng)用壓裂防噴橋塞[5]，2021 年實(shí)施20 井次，在實(shí)現(xiàn)井筒流體有效控制的同時(shí)，平均單井壓后投產(chǎn)時(shí)間縮短10 d，少影響產(chǎn)油300 t，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益90 萬(wàn)元。

二是在產(chǎn)能新井上，應(yīng)用射孔聯(lián)作工藝，年均實(shí)施50 口井，防噴成功率達(dá)100%，實(shí)現(xiàn)射孔全過(guò)程井口無(wú)溢流作業(yè)。

三是加快補(bǔ)孔防噴一體化技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)孔過(guò)程中的套管防噴，實(shí)現(xiàn)清潔作業(yè)的同時(shí)，節(jié)省壓井液使用、縮短補(bǔ)孔作業(yè)施工周期、提高補(bǔ)孔增油效果，考慮老井補(bǔ)孔時(shí)補(bǔ)孔彈起爆釋放的力對(duì)管柱中防噴封隔器、錨定工具的沖擊，從耐振及避振兩個(gè)角度，進(jìn)行相應(yīng)工具的設(shè)計(jì)。

1）油管減振器的設(shè)計(jì)及加工。應(yīng)用避振結(jié)構(gòu)，將補(bǔ)孔起爆時(shí)的瞬間沖擊力進(jìn)行吸收，保證其他工具功能的完好性。

2）補(bǔ)孔防噴封隔器的設(shè)計(jì)及加工。參考目前油井防噴丟手封隔器的結(jié)構(gòu)，對(duì)釋放結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)化、優(yōu)化設(shè)計(jì)，考慮補(bǔ)孔瞬間的振動(dòng)沖擊，滿足補(bǔ)孔起爆后，能正常進(jìn)行丟手動(dòng)作。

3）補(bǔ)孔防噴錨定工具的設(shè)計(jì)及加工。參考目前油井防噴支撐卡瓦的結(jié)構(gòu)，對(duì)支撐爪結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)化、優(yōu)化設(shè)計(jì)，考慮補(bǔ)孔瞬間的振動(dòng)沖擊，滿足補(bǔ)孔起爆后，能正常進(jìn)行卡瓦爪張開(kāi)及回收動(dòng)作。

4）補(bǔ)孔防噴井下工具模擬補(bǔ)孔振動(dòng)試驗(yàn)。完成上述兩項(xiàng)設(shè)計(jì)后分別對(duì)單一工具進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，獲取試驗(yàn)前后錨定及其他機(jī)械活動(dòng)結(jié)構(gòu)的可靠性，全部成功后，進(jìn)行連接，對(duì)整體工具串進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬補(bǔ)孔后防噴振動(dòng)試驗(yàn)。從而進(jìn)行防噴錨定結(jié)構(gòu)的座封，繼而完成防噴封隔器的有效釋放，達(dá)到補(bǔ)孔后一趟管柱實(shí)現(xiàn)套管防噴作用。

1.3 油管防噴控制配套技術(shù)

針對(duì)噴勢(shì)較弱井，為減少環(huán)境污染，并改善作業(yè)施工環(huán)境，主要應(yīng)用油管防噴工藝。

一是在采油井方面，針對(duì)抽油機(jī)井，φ70 mm及以上泵型應(yīng)用防噴脫接器，φ57 mm 及以下泵型應(yīng)用活堵；針對(duì)螺桿泵井，應(yīng)用提拉開(kāi)關(guān)+支撐卡瓦組合或提拉式管內(nèi)防噴工具。2021 年潛力井750口，應(yīng)用596 井次，潛力井技術(shù)覆蓋率79.4%，減排污油污水0.6×104m3。

二是在注入井方面，針對(duì)井內(nèi)溢流大的注水井，應(yīng)用可溶防噴工具、爆破喇叭口，防止井液進(jìn)入油管，實(shí)現(xiàn)下管柱作業(yè)油管一次防噴。潛力井892 口井，井下在用647 口井（可溶防噴工具75 口井，爆破喇叭口572 口井），適用井技術(shù)覆蓋率72.6%，年均應(yīng)用100 井次。針對(duì)井內(nèi)溢流大的分層注水井，應(yīng)用防漏底球，防止井液進(jìn)入油管，實(shí)現(xiàn)下管柱油管一次防噴。年均應(yīng)用350 井次，井下在用411 口井，適用井技術(shù)覆蓋率100%。

三是在作業(yè)過(guò)程中應(yīng)用泄油器工藝技術(shù)[6]，起下油管施工作業(yè)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)油套連通，將油管中剩余油液卸至套管內(nèi)，實(shí)現(xiàn)“井液不出井”，目前正在試驗(yàn)階段。

四是試驗(yàn)應(yīng)用“長(zhǎng)柱塞+短泵筒”泄油泵，泵筒本體上設(shè)計(jì)泄油通道，柱塞提出泵筒后實(shí)現(xiàn)泄油，解決作業(yè)時(shí)油管內(nèi)殘留液體帶出地面的問(wèn)題，同時(shí)為正循環(huán)洗井提供通道，大幅提升桿管熱洗清蠟效果，計(jì)劃開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)20 井次，減少污油污水排放達(dá)100 m3。

1.4 井筒清潔控制配套技術(shù)

為提高井筒清潔程度，降低清潔作業(yè)施工難度，2022 年將加強(qiáng)采油井熱洗管理，并制定熱洗提質(zhì)提效專項(xiàng)方案，提高熱洗管理水平。

一是摸索最優(yōu)洗井參數(shù)。根據(jù)前期進(jìn)行熱洗時(shí)DTS 井溫測(cè)試得出結(jié)論，2022 年結(jié)合地面改造，以排量參數(shù)為優(yōu)先考慮對(duì)象，在管線滿足大排量洗井要求下，進(jìn)行不同排量參數(shù)匹配、不同洗井溫度進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)時(shí)間、空間上連續(xù)的井筒內(nèi)部溫度變化情況，結(jié)合室內(nèi)蠟質(zhì)成分、融蠟析蠟溫度檢測(cè)，確定最佳的熱洗排量、溫度、時(shí)間組合。結(jié)合產(chǎn)液、含水、液面及舉升方式差異，在參數(shù)上設(shè)計(jì)不同排量、溫度、熱洗時(shí)長(zhǎng)組合，實(shí)現(xiàn)溶蠟、排蠟的雙重目的，形成不同驅(qū)替方式的熱洗參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高單井洗井效果。

二是推廣防倒灌式洗井工藝[7]。減少洗井液倒灌地層、縮短洗井后產(chǎn)量恢復(fù)周期的同時(shí)，使洗井液最大限度進(jìn)入油管，提高融蠟、排蠟效果。繼續(xù)攻關(guān)防倒灌式大孔道洗井工藝研究，開(kāi)展大孔道洗井閥研制。改進(jìn)現(xiàn)有洗井閥孔道結(jié)構(gòu)，加大洗井閥過(guò)流面積，使小排量螺桿泵洗井排量提高30%；開(kāi)展洗井防倒灌工具研制。目前現(xiàn)有洗井防倒灌工具施工中需增加一套丟手管柱，工具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大，再次維修施工費(fèi)用較高。新研制防倒灌工具共兩套研究方案，一是溫控式防倒灌工具，使用溫控材料，高溫洗井液通過(guò)時(shí)，封隔器自動(dòng)擴(kuò)張封閉油套環(huán)形空間，防止洗井液倒灌地層，二是皮碗式防倒灌工具，使用以皮碗封隔器為主體防倒灌工具，依靠皮碗和套管內(nèi)壁的過(guò)盈來(lái)密封油套環(huán)空，在井內(nèi)壓差作用下皮碗擴(kuò)張密封環(huán)空，使用工具使含水恢復(fù)期降低50%。

三是推廣低頻浪涌電解蠟堵技術(shù)。該技術(shù)利用大地容性、阻性特征，輸出低頻電流，形成“浪涌效應(yīng)”，提高井下生產(chǎn)管柱電流強(qiáng)度及深度，將電流熱效應(yīng)最大限度作用在井下管柱，融化油管表面死油死蠟，達(dá)到解堵解卡的目的。2022 年，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)實(shí)施30 井次，預(yù)計(jì)節(jié)約生產(chǎn)成本800 萬(wàn)元以上。

四是建立壓井液使用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[8]，即要求作業(yè)施工隊(duì)伍在作業(yè)前連續(xù)3 d 核實(shí)溢流量、井口壓力，并繪制壓降曲線，并引入壓降變化百分比，然后計(jì)算壓降百分比k，該值反應(yīng)井口壓力下降快慢，參考“k”值確定壓井類型，及時(shí)跟蹤單井壓降情況，應(yīng)用公式計(jì)算所需壓井液密度，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)，確定壓井液使用原則。確保壓井液使用符合安全、環(huán)保、技術(shù)要求，繼續(xù)堅(jiān)持“壓而不噴、壓而不漏、壓而不死”的原則，并保證壓井液的各項(xiàng)指標(biāo)符合要求，合理選用壓井方式，提前做好施工井前洗井計(jì)劃，保證井內(nèi)壓力平衡。

1.5 地面設(shè)備及配套工藝技術(shù)

一是針對(duì)泥漿排放場(chǎng)地空間緊張、泥漿處理能力有限問(wèn)題。應(yīng)用廢棄泥漿回注技術(shù)，能夠?qū)U棄泥漿有效注入聚后水驅(qū)一類油層內(nèi)，并通過(guò)降低注入濃度、采用泥漿和污水段塞周期的注入方式有效控制壓力上升速度，保證廢棄泥漿處理量。2022 年計(jì)劃處理廢棄泥漿0.35×104m3。

二是在地面控制技術(shù)上，通過(guò)配備“兩集一收”環(huán)保設(shè)備，保證含油污泥、污水出井不落地。在井口處主要應(yīng)用井口集液平臺(tái)及聚氨酯井口圍堰[9]，施工的隊(duì)伍已全部配備了聚氨酯井口圍堰；在管桿橋上，主要應(yīng)用鋼制管桿擺放平臺(tái)及聚氨酯防滲布，目前共配備鋼制管桿橋62 套，聚氨酯防滲布64 套；在污油污水回收上，共配備了60 套污油污水回收裝置，年均回收廢液6.6×104m3，基本實(shí)現(xiàn)出井不落地、落地不污染。

三是開(kāi)展井口清洗管桿技術(shù)[10]，降低起出管桿死油死蠟的附著率。利用井口下第一根油管加裝篩管，使油套環(huán)空形成大排量循環(huán)通道，可進(jìn)行桿柱井內(nèi)清洗，目前清洗裝置可立即投入使用，3 月份開(kāi)展試驗(yàn)，檢驗(yàn)該裝置的實(shí)際應(yīng)用效果預(yù)計(jì)2022年9 月正式投入使用，計(jì)劃應(yīng)用4 套設(shè)備，2022 年現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)40 井次。

四是針對(duì)帶壓起桿工作需求，開(kāi)展7 MPa 管桿一體式帶壓作業(yè)技術(shù)攻關(guān)，保障7 MPa 以內(nèi)采油井維護(hù)性作業(yè)需求。由于抽油桿加裝扶正器后，桿體與扶正器之間變徑較大、扶正器外形不規(guī)則、桿體結(jié)蠟等因素。在7 MPa 高效帶壓設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造，形成管桿一體式帶壓作業(yè)技術(shù)，研制抽油桿三級(jí)密封裝置置于主機(jī)通徑內(nèi)，保證密閉起桿；同時(shí)，改造卡瓦系統(tǒng)，保證安全起桿。與獨(dú)立式抽油桿帶壓作業(yè)裝置相比，施工提效50.0%以上，費(fèi)用下降50.0%以上。目前已完成兩套抽油桿三級(jí)密封裝置加工，全年計(jì)劃試驗(yàn)10 井次。

2 清潔化工藝及設(shè)備應(yīng)用計(jì)劃

2.1 應(yīng)用井筒控制成熟技術(shù)

一是推廣套管防噴控制技術(shù)，2022 年計(jì)劃應(yīng)用150 井次，套管防噴控制技術(shù)應(yīng)用計(jì)劃見(jiàn)表1，適用井技術(shù)覆蓋率達(dá)到60%以上，全年減排污油污水1.2×104m3，力爭(zhēng)三年實(shí)現(xiàn)潛力井技術(shù)全覆蓋。

表1 套管防噴控制技術(shù)應(yīng)用計(jì)劃Tab.1 Application plan of casing blowout prevention control technology

二是推廣采油井油管防噴控制技術(shù)。2022 年計(jì)劃應(yīng)用750 井次，油管防噴控制技術(shù)應(yīng)用計(jì)劃見(jiàn)表2，適用井應(yīng)用覆蓋率達(dá)到100%，預(yù)計(jì)全年減排污油污水1.5×104m3。

表2 油管防噴控制技術(shù)應(yīng)用計(jì)劃Tab.2 Application plan of oil tubing blowout prevention control technology

三是推廣注入井油管防噴控制技術(shù)。2022 年計(jì)劃應(yīng)用640 井次，工具用量1 070 套，注入井防噴控制技術(shù)應(yīng)用計(jì)劃見(jiàn)表3，適用井應(yīng)用覆蓋率達(dá)到100%，預(yù)計(jì)全年減排污油污水1.9×104m3。

表3 注入井防噴控制技術(shù)應(yīng)用計(jì)劃Tab.3 Application plan of injection well blowout prevention control technology

2.2 加大地面設(shè)備控制配套

針對(duì)桿管在線刺洗帶來(lái)的影響施工效率、施工質(zhì)量的問(wèn)題，創(chuàng)建管桿后線清洗檢測(cè)車間，即將投產(chǎn)運(yùn)行，主要實(shí)現(xiàn)三方面功能：

1）緩解環(huán)保壓力：消除作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)管桿刺洗產(chǎn)生的廢液，減少管桿刺洗廢液排放、減少鍋爐車廢氣排放。

2）提高施工效率：由一個(gè)臺(tái)班實(shí)現(xiàn)出井管桿與入井管桿的拉運(yùn)，起下管桿無(wú)縫銜接。

3）提高施工質(zhì)量：后線清洗檢測(cè)修復(fù)一體化，提高二次下井桿管質(zhì)量，延長(zhǎng)檢泵周期。

在地面輔助技術(shù)應(yīng)用安排方面，加大“兩集一收”設(shè)備設(shè)施配備力度。新增及更新“兩集一收”設(shè)備，在井口環(huán)保設(shè)備配備上，新增10 臺(tái)車載式集液平臺(tái)，更換40 套聚氨酯管桿橋圍堰、井口圍堰，更新5 臺(tái)污油污水負(fù)壓回收裝置。

2022 年加大對(duì)7 MPa 帶壓設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，針對(duì)井內(nèi)壓力長(zhǎng)期不降，下降幅度緩慢，采取量壓，符合7 MPa 帶壓設(shè)備的優(yōu)先采用帶壓作業(yè)技術(shù)，全年計(jì)劃實(shí)施帶壓作業(yè)160 井次，其中常規(guī)帶壓作業(yè)90 井次，7 MPa 高效帶壓作業(yè)70 井次。目前，某油田年均7 MPa 以下帶壓作業(yè)130 井次以上，為保證這部分井高效、低成本帶壓作業(yè)施工，還需配套2 臺(tái)7 MPa 高效帶壓作業(yè)設(shè)備，全面應(yīng)用7 MPa 帶壓作業(yè)技術(shù)施工后，年可節(jié)約帶壓作業(yè)施工成本1 040 萬(wàn)元。

3 應(yīng)用效果與評(píng)價(jià)

截至目前，采油井油套防噴工藝設(shè)計(jì)，已實(shí)施846 井次，產(chǎn)能新井應(yīng)用射孔下泵聯(lián)作技術(shù)28 井次，油管后線清洗已實(shí)施41 井次，累計(jì)清洗油管3.3×104m。壓井井中共應(yīng)用防噴工具126 井次，減少二次作業(yè)中使用壓井液78 井次，節(jié)省成本約為150 萬(wàn)元，通過(guò)使用電解+融蠟劑的物理法與化學(xué)法相結(jié)合的復(fù)合解堵工藝，解堵成功率達(dá)到80.0%以上，解堵周期由7 d 以上下降到5 d 以內(nèi)，已累計(jì)成功解堵23 井次。在6 口井上探索應(yīng)用了連續(xù)油管解蠟堵工藝，成功率100%，平均解堵時(shí)間1.5 d，平均單井節(jié)約大修作業(yè)時(shí)間8 d，節(jié)省作業(yè)費(fèi)用490 萬(wàn)元。

施工各類油水井3 000 口，回收油泥量1 643 t，回收率達(dá)100%。與去年同比，減少固廢313 t，完成全年工作目標(biāo)的62.6%，拉運(yùn)回收廢液10×104m3，回收率達(dá)100%。與去年同比，減少液廢1.6×104m3，完成全年工作目標(biāo)的64%，清潔化效果顯著提升。2021—2022 年上半年減排效果對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 2021—2022 年上半年減排效果對(duì)比Tab.4 Comparison of emission reduction effects in the first half of 2021—2022

4 結(jié)論

1）油田井下作業(yè)清潔技術(shù)和設(shè)備的推廣應(yīng)用，達(dá)到了清潔化生產(chǎn)的目標(biāo)，創(chuàng)造了良好的施工環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。

2）加強(qiáng)科研公關(guān)力度，推廣更有效的清潔技術(shù)，改善對(duì)井筒的治理能力，有效的保證井筒內(nèi)的清潔度。

3）以井筒控制為主、地面控制為輔的清潔作業(yè)技術(shù)系列，強(qiáng)化“日常洗井管理、壓井液控量管理”等保障措施，進(jìn)一步減少井筒廢液、廢物排出，達(dá)到“井液不出井、出井不落地、落地不污染”的根本要求。

4）通過(guò)采用清潔化作業(yè)方法，固液固廢回收率達(dá)100%，相比2020 年，減少固廢313 t，減少?gòu)U液1.6×104m3，清潔化效果顯著提升。

5）通過(guò)開(kāi)展井筒防噴工藝技術(shù)969 井次，優(yōu)化洗井、壓井參數(shù)。應(yīng)用防倒灌洗井工具50 井次，低頻浪涌電解堵工藝30 井次，提升井筒清潔程度，改善作業(yè)施工環(huán)境的同時(shí)，減少作業(yè)外排廢液2.31×104m3，節(jié)省作業(yè)成本2 000 余萬(wàn)元。

6）通過(guò)后線清洗檢測(cè)修復(fù)一體化工藝，已實(shí)施41 井次，累計(jì)清洗油管3.3×104m，提高二次下井桿管質(zhì)量，降低檢泵頻次，延長(zhǎng)了檢泵周期。

7）不斷改進(jìn)生產(chǎn)工藝，采取不同的防護(hù)措施如聚氨酯井口圍堰60 套，污油污水回收裝置20 套等，年回收廢液6.6×104m3，真正實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)。