井下作业现场无污染的研究与应用

石爱华

中石化中原油田分公司水务分公司，中国·河南 濮阳 457001

1 引言

在油田井下作业现有的安全作业工艺过程中，存在油水污染作业现场及周边农田环境等因素。研究开发一套适合油田井下作业标准化现场环保无污染技术，可以重点解决修井作业施工过程排出污油、污水、降低井场污染，减少施工中的环保费用。

2 项目概况

在油田井下作业过程中，由于存在无法改变的实际施工问题，我们必须努力研究、改善和制作出针对施工现场符合安全生产要求的解决方案。作业过程中存在的施工问题主要有以下三方面。

2.1 作业现场进口区域污染问题

根据环保部门的要求，在井下作业施工现场需要铺设大量防渗布，从而导致井口围堰易破损，作业进度受影响，井口油水污染作业现场状况严重，油污破坏农田及周边环境，被污染的农田及生态环境等很难处理等问题。

2.2 作业现场清洗管杆污染问题

通常在作业施工现场，针对附着油蜡的抽油杆采用常规现场清洗油管方式，就会产生大量的油污；在作业施工过程中，起、下油管、杆时也会产生油污，造成施工作业现场污染严重。

2.3 井控风险大易造成污染

在井下作业过程中，一般的钻塞施工和冲砂施工等施工都属于高风险措施施工。针对油田井下作业高风险措施施工井次较多，在施工过程中必须强调井控措施[1]，如若井控措施不到位，施工现场将会对环境造成污染，更难处理。

3 项目研究

根据作业施工环境保护管理规范要求，需要研究多功能自动升降高站台、现场无污染清洗管杆工艺以及具有针对性的井控工具。

3.1 多功能自动升降高站台

该站台包含自动升降高站台、污水导液系统、起下油管辅助装置。该工具可随作业机携带，自动升降，安装方便快捷，井筒返出液随导流槽流入污水罐，消除环境污染风险，配套使用起下油管辅助装置，减轻了操作人员的劳动强度，提高了工作效率，降低了安全风险。

（1）设计思路

平台尺寸（2.6m*2.6m）能够满足日常作业施工的需要。能够承载2个作业工和配套工具摆放在平台上，约承重2000kg。高度可以自动调节，范围是0.6～1.8m。与联合作业机相连接，搬迁方便，安装拆卸快。

（2）受力分析

自动升降高钻台主要受力为作业人员和修井作业设备的压力，通过对自动升降高钻台的受力分析，得到简易平台支撑框架和支腿为主要的承重部件，所以主要围绕这二个部件进行相应的计算分析。

（3）力学性能分析原理

对自动升降高钻台的力学性能分析，采用工程力学常用的有限元法，因为有限元法能够适应各种复杂形状。利用力学分析软件ANSYS计算得出主要承载部件的所选材料都符合要求。

采用一体化设计后，方便运输和使用，通过液压系统实现工作时就放下，搬迁时折叠收起。自动升降高钻台主要由液压升降支撑腿、平台支撑架、围栏、梯子等组成[2-3]，能够满足目前油田常见的多种井口的施工。

3.1.1 污水导流系统

污水导流系统设计思路：作业过程中产生的油水，由油水收集装置收集；再通过导流管流入至废液回收池；最后由罐车将废液拉至厂污水处理站。

3.1.2 起下油管辅助装置

（1）设计思路

有效解决钻台升高后，起下油管人工抱大头问题，提高了作业效率，降低劳动强度；采用一体化设计整合在自动升降高钻台上，根据现场情况可随意挂置，调整高度。

（2）结构设计

油管起下辅助装置安装在自动升降平台下方外侧，通过液压动力进行控制，该装置主要由框架、活动支臂、承重臂组成，完成油管抓放和升降作业。

3.1.3 液压传动系统

结构设计：利用油液的压力能，通过操纵手柄控制安装和工作，能够适应作业现场高频率使用，方便日常维护修理。

传动方案优选：在电气传动系统、气压传动系统和液压传动系统这三个系统中，从应用环境、安全操作、动力需求这三方面综合分析，确定液压控制系统更适合井下作业。

3.2 现场无污染清洗管杆工艺

该工艺包含清洗管杆参数分析、现场无污染清洗管杆方案、优化工艺操作步骤。井下作业现场无污染清洗管杆技术。可避免原油、蜡质物体返出地面造成环境污染风险，起出的管杆干净无油污，不需要铺设防渗膜，减少了现场污水的产生。

3.2.1 关键技术

清洗参数分析，现场无污染清洗方案，优化工艺操作步骤，现场试验分析。先对清洗管杆参数清洗压力进行分析，如果要提高油管的清洗效率，尽量使用水蒸气，并提高压力。

3.2.2 现场无污染清洗管杆方案

方案的思路与原则包括以下五点：

①围绕建设绿色企业目标。

②合理选择材料，避免二次污染。

③实现污染物的闭路循环和零排放。

④确保不会对生产开发及作业造成不利影响。

⑤清洗介质尽量采用水蒸气。

抽油杆清洗技术：在井口安装蒸汽刺洗装置，实现对起出的抽油杆进行360°环形刺洗，再采用密封刮蜡器对刺洗过的抽油杆进行再次清理，保证正常起出的抽油杆清洁。

油管清洗方案：在油管上安装高压刺洗喷头，连接蒸汽注入管线，由蒸汽车向管柱内注入加压高温水蒸气，刺洗掉的原油流入井内，达到清洁液面以上油管的目的。

3.2.3 优化工艺操作步骤

起抽油杆清洗工艺步骤：

①起杆井口清洗装置由压盖、胶芯、壳体、进液口、清洁管线、回收管线、蒸汽车组成。

②安装蒸汽清洗装置。

③连接清洗装置与蒸汽车。

④回接蒸汽装置与套管。

⑤启动设备预热运行。

⑥五分钟后，蒸汽注入在胶芯以下形成蒸汽高温紊流区，对抽油杆进行清洗、通过回接管进入油套环空，化开油流从环空沉降至液面。

⑦起杆的同时蒸汽清洁直至全部起出。

起油管清洗工艺步骤：

①组成：高压清洗喷头、清洁管线、回接管线、蒸汽车组成

②投撞击杆、砸开泄油器。

③安装高压清洗喷头，接驳管线至蒸汽车。

④蒸汽入井对油管内部进行高温清洁，化开油流从油管内、环空沉降至液面。

⑤卸掉高压清洗喷头，正常起管。

⑥将液面以上油管起出后，再次安装高压清洗喷头，直至起完（清洗根数、时间、关键在动液面深度）。

3.2.4 现场试验分析

分别在油稠含蜡并结盐的文13-439、文13-163、文203-16、文15-59、文侧38-5等5口井进行试验。

（1）起杆刺洗试验

拆井口、安装起杆井口刺洗装置，连接管线平均用时1.5小时，采用新工艺刺洗后起出的抽油杆干净、清洁，用手擦拭无油迹，且起杆速度不受影响。

（2）起管刺洗试验

投开泄油器后，使用油管内部刺洗装置2～3次，对液面以上油管进行高温刺洗，达到内外壁清洁无油，拆装用时0.5小时，刺洗用时1～1.5小时。

3.3 创新性井控工具

该工具包含油管内放喷工具、防溢流短节和井控防污染工具研究。研发的2项井控防污染工具，能够有效避免井涌、井喷对井场造成严重污染[4-5]，也保证了现场作业施工的井控安全。

3.3.1 间喷井，起下油管难

小修作业，施工工序多为起下油管，对于油气比大的间喷井，起下油管时，易造成环境污染。

3.3.2 钻塞、冲砂时，易发生井喷

冲砂、钻塞施工是措施最主要的施工工序，近三年中心冲砂施工1391井次，钻塞施工590井次，钻塞和冲砂施工容易打开井内圈闭压力，易造成井涌等井控事故[6]。

3.3.3 钻、捞顶塞施工，易发生顶钻

钻顶塞作业，因水泥塞下可能存在一定的圈闭压力，极易发生井喷和顶钻事故。

4 结语

总之，多功能升降高钻台由自动升降高钻台、导流系统、起下油管辅助装置组成，利用液压传动系统进行操控，和作业机采用一体化设计，实现了作业现场井口区域的无污染施工，同时兼具多项功能，安装快捷，使用方便。