抽汲防喷盒利用气源环保处理装置

谭文波 张小亮 赵增权 唐建军 吴占关

（西部钻探工程有限公司试油公司）

1 背景

油气勘探开发中，钻井液的调配是一项较为复杂的工作[1]，钻井过程中易发生泥浆污染地层造成地层孔隙堵塞，经替喷诱导而不能形成自喷，再有部分油气井的地层压力低。抽汲求产是认识油层产能液性的重要手段之一，减少井储、提高压力恢复速度、缩短试油周期等优点。因此在低渗透油气藏的试油中，抽汲试油方法占有相当大的比例[2]。抽汲井是指在油井某一深度放置一抽子，当井筒内液面高于抽深时，进行连续抽汲，当井筒液面较低抽不出油时，就停一段时间，待井筒液面上升后再抽汲，即抽汲过程为人为控制的抽子上、下行运动过程[3]。抽汲作业上提抽子时，液体随抽汲钢丝绳的快速上行运动，一起排出井口。传统使用的液压防喷盒是对防喷盒胶皮手动加液体压力使抽汲钢丝绳完成动态密封，但手动打压瞬间时不能达到有效的密封压力，使密封效果差[4]。也有采用抽汲车气源进行控制，江苏油田分公司井下作业2010年成功研制了气控密封抽汲防喷盒[5]，还有设计了双级密封，操作简单可靠，并能达到一定的防喷效果[6]。以上都达不到杜绝一滴原油落地的效果，易引发安全和环境污染等问题[7]。还可以采用强行加大打压压力的方法，然而在现场应用中，参数调节不及时，造成供采不平衡，经常出现抽汲次数多，抽子干磨现象，不仅严重影响了抽子的寿命，而且增加了无效能耗[8]。2015年，新环保法的颁布实施，给油井清洁作业生产提出了更高的要求[9]。进行了新型防喷盒的研究，利用抽汲车气源，在扶正轮下部，安装的两个对称的气嘴，对刚离开密封系统的抽汲钢丝绳进行吹扫，达到环保要求[10]。

2 问题的提出

当前试油井抽汲作业普遍采用的是抽汲滚筒带动钢丝绳抽汲的方式，原有抽汲防喷装置密封效果不佳，运转过程中钢丝绳携带液体飞溅井场、设备，一方面存在污染环境的问题，另一方面大幅增加了抽汲过程中现场污染物处理及设备表面油污清理的费用。需设计研制一种工作装置解决抽汲环保污染问题。

传统进行过的的解决方式有套龙防护封堵式及双级密封式：

1）套笼防护封堵式对于常见的抽汲环保污染问题。在2018年5月利用套笼防护罩，对抽汲防喷盒至抽汲车天滑轮出进行封堵。其优点是操作简单、效果直观，短时间应用有一定效果。缺点是用一段时间后，套笼内部结垢严重，材质耐磨性，使用效果的长久性无法保证。

2）气压（液压）原理压缩密封胶皮的双级密封式（吐哈油田）。双级密封装置结构见图1，采用上下2套密封装置密封，下密封阻挡井内流体，上密封进一步处理溢流的残液。上下密封装置由气缸活塞推动扶正铜套，进而压缩密封胶筒，密封胶筒向内收缩，从而密封抽汲钢丝绳。胶筒为两瓣式，方便更换。通过调研：新型抽汲防喷装置通过4次改进，2017年3—8月共试用4井次，累计抽汲39 d，效果比传统的理想。其优点是该装置具有双级扶正、密封，密封效果较传统的好，对保护抽汲胶杯有效果。缺点是结构复杂，部件多达30多个，制造工艺成本剧增，现场作业安装复杂，使用效果的可靠性也不理想。

图1 双级密封装置结构Fig.1 Structure diagram of double pole sealing device

综上所述，需研制一种投入成本小、将复杂变简单、便捷高效、效果更加可靠的抽汲防喷盒环保处理装置。

3 原因分析

3.1 抽汲飞洒污染

通过多次现场观察，试油井抽汲作业普遍采用的是抽汲滚筒带动钢丝绳抽汲的方式，原有抽汲防喷装置密封效果不佳，在运转过程中钢丝绳麻面、绳芯携带液体，在经过天滑轮受到2倍力弧形挤压渗出，通过天滑轮高速运转而飞溅到井场、设备。

3.2 密封效果不佳

考虑应用双极密封，加工工艺复杂，成本较高，不适合现场推广，需要一种便捷、简单且方便安全的气源吹除式结构。由喷嘴、固定架、气源管路及防喷盒上压帽组成。通过多次试验、结构优化改进，在充分利用抽汲车上压力0.8 MPa气源，完全能将井内带出的原油液，在刚离开密封胶筒时，还受到井底液柱、钢丝绳自重负载的初步渗出的情况下进行吹扫。

3.3 飞洒

考虑井内带出的原油液，在刚离开密封胶筒时，提前对钢丝绳完成二倍挤压，再通过气源吹除式结构就避免了经过天滑轮时受到弧形挤压渗出后飞溅井场、设备。故设计了采用外圈开槽带U形槽高碳铬轴承钢（全淬透型12×52×20）轴承一对，组成挤压轮，提前对抽汲钢丝绳完成挤压，最后经吹扫下来的残液经引流孔收集排出。通过试验模拟实际工况计算挤压力为1.83 t。

针对以上问题，完成室内模拟实验后，确定加工方向，设计、制作了一套试验抽汲防喷盒环保处理装置见图2。

图2 试验抽汲防喷盒环保处理装置Fig.2 Environmental treatment device of test swabbing blowout preventer

4 现场实验

4.1 白XX实验井

2018年6月8日在白XX井进行第一次现场抽汲试验，该井液性为水带油花，组装完成装置，进行试抽，操作控制室手动打压泵打压4 MPa（以前一般打压6～7 MPa），方罐出口见液后，打开气源给喷嘴供气，观察抽汲车气压从0.8 MPa降至0.6 MPa，抽汲车（功率206 kW）工作情况一切正常，试抽三抽沉没度深200 m，三次吹扫排出液5 L（说明有效果），当时现场风力3～4级，未发现飞溅现象。观察钢丝绳情况：卷入滚筒带少量油液（已达到湿挂，但不流淌），试验初步成功。

4.2 艾湖XX实验井第一次试验

6月12日，改制成三个喷嘴的装置，原设想3个喷嘴120°均布，对钢丝绳的吹扫效果更全面和理想。但在玛XX井进行第二次现场抽汲试验，该井液性为前5抽全是油，微带少量气。操作控制室手动打压泵打压4 MPa，方罐出口见液后，打开气源给喷嘴供气，观察抽汲车气压从0.8 MPa降至0.6 MPa，工作情况一切正常，试抽三抽沉没度200 m，当时现场风力2～3级，发现飞溅现象严重，钢丝绳卷入滚筒带油液，试验失败。

4.3 艾湖XX井第二次试验

6月20日，分析前一次失败的原因后，改制喷嘴的装置，恢复2个喷嘴180°对置分布，该井液性为前5抽全是油，带少量气。组装完成装置，进行试抽，操作控制室手动打压泵打压6.5 MPa，方罐出口见液后，打开气源给喷嘴供气，观察抽汲车气压从0.8 MPa降至0.7 MPa，工作情况一切正常，试抽三抽沉没度200 m，当时现场风力2～3级，未发现飞溅现象。钢丝绳卷入滚筒维带油液。但事后调查了解，该井的抽汲车，机械动力大于前次抽汲车，在控制室打压6.5～8 MPa时，抽汲井场基本做到无飞洒。缺点是损伤、更换抽汲胶杯严重而频繁。考虑到此次成功可能具有一定的偶然性，准备第二日，进行更换车况较差、具有普遍现象的抽汲车进行更合理性的验证。

4.4 艾湖XX井第三次试验

6月21日，在艾湖XX实验井井况不变的条件下，进行第三次现场试验验证。

4.4.1 具体验证方法

井况没改变，设备较昨天降一个台阶，控制室手动泵打压压力3.2 MPa（人为降低）。密封胶杯还是沿用原车已经使用过的中等程度，损伤30%的（几次试验均如此），气源压力不变，没度保持和前几次大致相同200 m。

4.4.2 试验效果情况

方罐出口见液后，打开气源给喷嘴供气，观察抽汲车气压从0.8 MPa降至0.6 MPa，抽汲车（功率206 kW）工作情况一切正常，试抽三抽沉没度深200 m，三次吹扫排出液3 L，现场风力2～3级，未发现飞溅现象。钢丝绳卷入滚筒带少量油液（已达到湿挂，但不流淌），试验成功。

5 推广应用情况

1）取得的效果。加工制作新型抽汲防喷装置15套，在新疆油田区块从2019年至今，每年1 200班台次；2019年5月到吐哈油田，在葡北XX井神北XX井、温砂XX井、温XX井、温砂XXX井5井次使用，累计抽汲88 d，节省抽汲装置购置费产生经济效益42.46万元。同时取得了良好的社会效益，避免了环境污染，实现了安全绿色作业。

2）推广中发现的不足。2022年6月20—23日在青海油田花土沟选择稠油、超稠油井（切XX井、牛XX井、冷XX井）相继进行实验，效果不理想，稠油清除效果不佳，说明改装置还得优化改进。、

6 总结

通过2018年对抽汲防喷盒环保处理装置的研制与初步试验，到今年对新型防喷盒的推广，有效验证了该装置创新性，简单的结构设计、最小的成本投入、简单的操作方法就能改变原有抽汲防喷装置密封效果不佳，运转过程中钢丝绳携带液体飞溅井场、设备等污染环境的问题。同时能大幅降低抽汲过程中现场污染物处理及设备表面油污清理的费用，能产生极大的经济效益和社会效益。但针对稠油、超稠油井还无法达到理想效果，固后期还需在此基础上进一步优化改进，比如改变抽汲钢丝绳表面、或利用电缆带压作业防喷阻流管的原理等，进行持续攻关，真正达到适应各种工况的环保要求。