井下作业现场井场防污染治理装置研究与应用

吴正银 赵增权 钟敏 王强 李涛（青海油田井下作业公司）

油田环境的保护，对油田的开采和可持续开发有着重要的意义。油水井在修井作业过程中，通过起下油杆、起下油管、清蜡、压裂、冲砂等工序或井喷现象，会将井内的油水带出地面，进而导致施工现场及其周围区域的环境污染。若未采取有效的施工技术和应用适当的设备装置，被带到地面的油水便会向周围扩散，进而造成周围环境的污染，并加大了施工人员的操作难度。此外，大量油污积聚于井口周围，易导致火灾的发生，浪费自然资源、损坏油水井相关设备的同时，也严重威胁施工人员的财产安全和生命安全。因此，为保证修井过程的清洁和安全，达到环保修井作业的目的，探究油水井井下作业过程中的污染根源，并推广及应用环保修井作业配套技术具有必要性意义，可促使油水井井内的油污得到有效排放及回收，减少对环境的污染，为自然资源的节省和施工人员人身安全提供有力保障[1]。

1 处置现状

在油水井作业施工过程中，产生的原油含量较高的废矿物油、油泥砂和沾油废弃物，油泥砂的物理性质是废矿物油与含矿物油废物，这些对环境具有一定潜在威胁，必须采取适当的技术措施，进行防范和治理。青海油田井下作业的40支作业队伍，作业施工过程中每月产生的废矿物油65 t，沾油废弃物达55 t，油泥砂160 t，其总量达到280 t。

过去由于环保治污技术措施少，手段简单，只能以一种原始的简单方法，头痛医头脚痛医脚，结果不能从根源上防止作业施工过程中的环境污染现象[2]。早期，对落地油水做成一种小面积的围堰，但这种方式虽然杜绝了油水横流所造成的大面积的跑水和跑油，但就小面积的土地还是难免形成影响，后来制作了一种小面积的井口围堰，内部铺贴防渗膜，外围用一种专用的塑料围挡做成小的积液池，但这种也是有其局限性的，污油污水难免溢出，还有对作业井场也做成围堰式的积液池，内部也铺贴防渗膜，这样以来，环境防污染的措施有了，也起到了保护环境的目的和作用[3]；但是，员工的劳动强度增加了20%，生产成本增加了5%，劳动效率下降了5%，整体经济效益降低15%。

2 井口污染技术解决方案

如何才能更好的治理污油污水，成了井下作业施工过程中的一大难题，在勘探生产过程，带压作业技术应用能够很好的解决作业污染的问题[4]，但其设备投入占井周期长，生产成本高等原因，制约了其技术在整个生产维护中的应用。通过对2 000多口井的样本分析，产生废矿物油、油泥砂和沾油废弃物的主要原因是井口返出物落地形成的。

摒弃以往围猎式污染治理的误区，立足于目前技术现状，梳理存在问题根源和解决问题的方法，形成不让返出物落地的思路，设计和研发了一种石油修井作业现场环保治污平台装置[5-7]。

3 装置结构改造

3．1 结构及原理

装置由治污伞、导管、支撑框架，往复平移驱动机构，集污机构，防溅机构和护栏等组成。大修现场防污设计见图1。

图1 大修现场防污设计Fig.1 The anti-fouling design of overhaul site

现场设备安装到位后，作业过程中井口返出物将不会直接落地地面，而是从钻台平面落入收油伞，进入收油伞的污油污水将会顺着导管流入积液池，当积液池的液体达到一定量时，原油将会用罐车拉运到定点回收地，返出的水作为修井液将重复利用[8]。

3.2 升级改造

整个装置在应用过程中，还是产生了诸多问题，比如冬季施工时，收油治污伞内的液体造成栋堵、大修侧钻过程中钻井液泥浆在罐内沉淀，以及在解决了大修作业现场的问题，油水井投产维护过程中，形成的污油污水的治理，而且油水井投产维护作业施工现场所面临的环保风险更大，只有解决了油水井投产维护作业施工时的环境污染风险，才能算是达到我们从根源上防止作业施工给环境所形成的环保风险。

如何解决以上问题？同样的思路不变，所采取的措施和手段也是一样的，杜绝从井筒中跑出的油水落地，但作业现场还有一个突出的问题是，起作业生产管柱时，生产管柱中的油水在卸扣提升的瞬间，管柱内的液体将在钻台上倾泻而下形成喷溅，这同样要造成油水落地，造成环境污染[9]。

针对投产、维护和措施作业，设计和加工了适合作业维护施工中的环保治污平台装置。作业现场环保治污平台装置见图2。

图2 作业现场环保治污平台装置Fig.2 The environmental protection and pollution control platform device at the operation site

4 装置实施的技术方案

4.1 各部件实施连接方式

装置各部件中支撑框架包括支腿，支腿固定套，撑板和井架连接块；撑板一侧通过所述支腿固定套固定于所述支腿上，另一侧通过所述井架连接块与油井井架连接；撑板包括踏板和两条轨道，两条轨道平行固定于所述踏板下表面，两条轨道内侧的踏板开设槽口；往复平移驱动机构固定于所述踏板下方，往复平移驱动机构带动集污机构和防溅机构沿轨道在槽口内往复移动；而防污机构包括防污漏斗，排污管，底法兰，导流管和钢板网；其防污漏斗固定于平台上平面钢板网中央，其钢板网两相对侧边滑动安装于所述轨道内；排污管与防污漏斗下口联通，排污管底部设置有底法兰，排污管侧壁联通导流管；防溅机构包括防喷溅伸缩套筒和防溅连接盖所述防溅连接盖盖合于防污漏斗上口，防喷溅伸缩套筒固定于防溅连接盖中央的安装孔内，防喷溅伸缩套筒与防污漏斗联通；起升机构包括起升撬动支架，支架踩踏杠杆，伸缩套筒起升撬半环，伸缩套筒起升卡箍，支架底座，复位底座和复位弹簧；伸缩套筒起升卡箍固定于防喷溅伸缩套筒上端，伸缩套筒起升撬半环的开口端与伸缩套筒起升卡箍活动销接，伸缩套筒起升撬半环的固定端与支架踩踏杠杆的一端固定连接，支架踩踏杠杆的中部与起升撬动支架的顶端活动销接，支架踩踏杠杆的另一端为踩踏端；复位底座内部设置滑槽，支架底座滑动安装于滑槽内；复位弹簧一端固定于滑槽底部，另一端固定于支架底座上。

4.2 装置主要部件实施技术方案

在现场应用安装时，就维护作业现场来讲，修井设备安装到位后，具备作业施工的一切条件，我们要进行装置安装，对原井口设备采油井口更换为井控设备，液压封井器或手动防喷器，在井控设备法兰上平面，安装防污漏斗，接下来安装简易钻台及其支腿等，安装防喷溅装置，对各部件进行位置校正，在各机构能够满足作业施工的条件下，我们的整个装置就达到还作业施工中的环保目标，同时，还能有效防治地面污油对地层的污染[10]。

装置在具体实施过程中，首先与修井机井架连接，使得环保治污平台装置和采油井口建立起一个治污整体。当起升井内生产管柱时，往复平移驱动机构带动集污机构和防溅机构靠近生产管柱，在卸扣完成后起升防喷溅伸缩套筒，使管柱内的污油污水导流入防污漏斗内，后通过导流管导流到回收池中。需要特别说明的是防喷溅伸缩套筒起升方法：其中起升机构主要起作用是起升撬动支架，支架踩踏杠杆与复位底座和复位弹簧。当踏动支架踩踏杠杆的踩踏端时，通过杠杆原理，支架踩踏杠杆撬起伸缩套筒起升撬半环，同时支架底座压缩复位弹簧，伸缩套筒起升撬半环过联动作用撬起伸缩套筒起升卡箍，伸缩套筒起升卡箍带动防喷溅伸缩套筒做起升运动，从而实现起升动作；当放开支架踩踏杠杆的踩踏端时，由于复位弹簧的收缩作用，实现反作用运动，防喷溅伸缩套筒缩回；从而有效的防止井筒内的返出物喷溅和流淌到井口和地面。

5 应用效果

修井作业现场环保治污平台装置实现了油水不落地目的，达到了环境保护和污染治理的目标。目前，在青海油田井下作业施工现场，大修13支队伍和作业15支队伍，自2019—2021年共安装28套装置，2021年废矿物油、油泥砂和沾油废弃物总量从2019年的每月280 t，下降到了90 t，减少近190 t，下降率达68%，治理费用按每吨350元计算，每月治污费降低6.65万元，这样，全年将减少非生产成本支出79.8万元。三废治污成本分析统计见表1。

表1 三废治污成本分析统计Tab.1 The cost analysis of the three waste pollution control

安全效益：根据应用新技术工艺减少非生产成本支出，每期伤亡事故非生产支出总费用为180万元。新装置原油回收产生的经济效益为54万元；总体计算经济效益313.05万元。

6 结论

装置的技术方案整体来讲装置从井下作业井场污染治理的源头进行探索和研究，为了实现作业井场作业液体和井筒返出物不落地的目的进行装置的设计和实施，最终通过近3 a的应用达到了设计的目的，起到了环境保护和井下作业施工环境污染治理的作用。同时，装置可有效避免管柱内的液体喷溅以及对井口范围内环境的污染，保持大修作业钻台、维护作业简易钻台平台上的干净与整洁，保护操作员工的身心健康，促进了作业现场环保治理技术进步，其社会效益明显。另外，装置可以起到井筒内返出物回收的作用，提高了油井的单井产量，创造了明显的经济效益。