長慶油田井下作業(yè)關(guān)鍵環(huán)保技術(shù)及應(yīng)用*

江智強(qiáng) 王尚衛(wèi) 羅有剛 趙鵬玉 陳曉麗

(1.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室)

0 引 言

長慶油田地處鄂爾多斯盆地，生態(tài)環(huán)境脆弱，涉及水源保護(hù)等環(huán)境敏感區(qū)域多。近年來，隨著油田進(jìn)入5 000萬t穩(wěn)產(chǎn)期，作為油井正常生產(chǎn)維護(hù)的重要手段，井下作業(yè)工作量逐年增加。施工作業(yè)過程中常產(chǎn)生大量返排液和含油污泥，若不及時(shí)有效處理，會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成很大的危害[1-2]。井下作業(yè)過程中的環(huán)保問題已成為油田環(huán)保管控的重點(diǎn)。

為進(jìn)一步提升油田井下作業(yè)清潔生產(chǎn)水平，根據(jù)長慶油田井下作業(yè)特點(diǎn)，通過對(duì)作業(yè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)污染物產(chǎn)生原因進(jìn)行深入分析，以問題為導(dǎo)向，在井下作業(yè)關(guān)鍵工序中融入環(huán)保技術(shù)，形成了一整套井下環(huán)保作業(yè)技術(shù)模式，并逐步推廣應(yīng)用，有效地抑制了井下作業(yè)過程中井液滴落產(chǎn)生的含油污泥，減輕了環(huán)保壓力，助推了油田井下作業(yè)清潔生產(chǎn)。

1 井下作業(yè)過程中面臨的環(huán)保問題

長慶油田面積大、區(qū)域廣，各區(qū)域面臨的結(jié)蠟、結(jié)垢、出砂等工況特征各不相同，絕大多數(shù)井需進(jìn)行壓裂等增產(chǎn)措施。井下作業(yè)施工工藝復(fù)雜多樣，面臨的環(huán)保問題各不相同。通過分析梳理，井下作業(yè)一般包括起原井采油管柱、井筒處理(通洗井沖砂除垢等)、壓裂作業(yè)和下采油管柱完井等工序[3]，各工序存在的環(huán)保隱患主要表現(xiàn)在4個(gè)方面。

1)起原井采油管柱。一是原井采油管柱表面附著大量原油，結(jié)蠟和結(jié)垢，起管柱作業(yè)過程中，從井口噴出的原油和污水落地產(chǎn)生含油污泥；二是油管桿和油管起出后需通過鍋爐車進(jìn)行地面高溫蒸汽刺洗，雖利用地面防滲布進(jìn)行廢液收集，但廢液回收難度大，且防滲布易造成二次污染。

2)井筒處理。長慶油田主要采用常規(guī)油管進(jìn)行沖砂、洗井及鉆磨等井筒處理作業(yè)，作業(yè)過程中接單根易發(fā)生溢流，造成管內(nèi)污油、污水落地，產(chǎn)生含油污泥。

3)壓裂作業(yè)。長慶油田絕大多數(shù)井需進(jìn)行壓裂等增產(chǎn)措施作業(yè)，壓裂后地層能量充足，放噴時(shí)間長，上提管柱時(shí)管內(nèi)返排液溢流滴落，造成污油、污水落地，產(chǎn)生含油污泥。

4)下采油管柱完井。部分高氣油比井、油水井泄壓困難，下采油管柱井口溢流大，易造成污油、污水落地，產(chǎn)生含油污泥。

2 井下作業(yè)關(guān)鍵環(huán)保技術(shù)

2.1 采油管柱密閉清洗技術(shù)

原井采油管柱清洗是井下作業(yè)主要油污產(chǎn)生環(huán)節(jié)。針對(duì)采油管柱的蠟垢特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了以井筒內(nèi)“帶壓射流清洗+化學(xué)熱洗”相結(jié)合的采油管柱密閉清洗技術(shù)，具體包括抽油桿清洗和油管清洗。

1)抽油桿清洗。起抽油桿作業(yè)時(shí)，利用多功能密閉清洗設(shè)備清洗系統(tǒng)提供的壓力1～4 MPa、溫度80～100℃的帶壓熱水，配套專用清洗井口建立密閉循環(huán)清洗回收通道。通過帶壓熱水射流產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊力剝離抽油桿表面的蠟垢，產(chǎn)生的油污通過多功能密閉清洗設(shè)備負(fù)壓實(shí)時(shí)回收，形成射流清洗與負(fù)壓回收閉環(huán)工藝。

2)油管清洗。打開泄油器，利用多功能密閉清洗設(shè)備提供的壓力2～6 MPa、溫度80～100℃的環(huán)保型化學(xué)清洗液，推動(dòng)清洗器高速旋轉(zhuǎn)下行，清除管體內(nèi)壁蠟垢，并溶于環(huán)保型化學(xué)清洗液中。少許外壁結(jié)蠟在高溫條件下融化掉落至井筒，實(shí)現(xiàn)在井筒內(nèi)密閉清洗采油管柱，清洗液實(shí)時(shí)負(fù)壓回收或進(jìn)入井筒溶于環(huán)保型化學(xué)清洗液，有效防止了污油落地造成的污染。

采油管柱密閉清洗技術(shù)示意見圖1。

圖1 采油管柱密閉清洗技術(shù)示意

2.2 油管連續(xù)循環(huán)密閉洗井技術(shù)

油管連續(xù)循環(huán)密閉洗井技術(shù)是在傳統(tǒng)油管洗井工藝中配套連續(xù)循環(huán)密閉洗井裝置[4-5]和簡易沉砂除油處理撬裝設(shè)備，如圖2所示。沖砂洗井或鉆磨除垢作業(yè)時(shí)，首先利用動(dòng)力液壓力使連續(xù)循環(huán)密閉洗井裝置的自封膠芯外表面與內(nèi)表面處于液壓自平衡狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械與液壓雙補(bǔ)償自封。接單根作業(yè)時(shí)，換向短節(jié)與油管相連，當(dāng)下完一根油管換下一根油管時(shí)，吊卡卡住換向短節(jié)接頭，此時(shí)在換向井口中的膠筒推動(dòng)作用下，換向短節(jié)上的滑套打開，清水從換向井口接頭注入。換好下一根油管后，下放換向短節(jié)，換向短節(jié)上的滑套通過換向井口中的膠芯，在彈簧彈力的作用下回到原位，關(guān)閉旁通。該井口配合換向短節(jié)可不停泵接單根，井口液體自動(dòng)換向。返排液進(jìn)入簡易沉砂除油處理撬裝設(shè)備的沉砂室進(jìn)行旋流出砂、氣浮除油，原油從出口管線回注進(jìn)入生產(chǎn)干線，分離后的液體進(jìn)入儲(chǔ)液室回用。整個(gè)作業(yè)過程不停泵，連續(xù)、密閉，井口膠芯密封可靠，可有效阻止沖砂洗井及鉆磨除垢作業(yè)時(shí)液體溢流造成落地污染。

圖2 油管連續(xù)密閉洗井技術(shù)示意

2.3 分段壓裂上提油管防噴技術(shù)

圖3 水平井分段壓裂上提油管防噴技術(shù)管柱

長慶油田是典型的“三低”油藏，絕大多數(shù)井需進(jìn)行壓裂增產(chǎn)措施，主要采用“水平井+分段壓裂”方式。但分段壓裂壓后防噴時(shí)間長，上提管柱時(shí)液體易發(fā)生溢流，造成污油、污水落地，產(chǎn)生含油污泥。為此，優(yōu)化設(shè)計(jì)了分段壓裂上提油管防噴技術(shù)，如圖3所示。①主要采用不壓井裝置，在地面安裝雙閘板防噴器和環(huán)形防噴器，實(shí)現(xiàn)密封環(huán)空壓力；②在壓裂管柱上部安裝可多次激活的壓控循環(huán)開關(guān)閥[6]。上提壓裂管柱時(shí)，通過壓裂液反循環(huán)，在壓差作用下，中心管上行關(guān)閉活門，阻斷管內(nèi)溢流，使上提管柱時(shí)管內(nèi)無液體流出，起到管內(nèi)防噴作用；壓裂時(shí)，中心管下行推開活門，可正常實(shí)施壓裂施工。壓控循環(huán)開關(guān)閥關(guān)閉或開啟活門的壓差為2.0 MPa，施工排量為0.6～2.0 m3/min。實(shí)現(xiàn)壓后不放噴上提油管柱連續(xù)作業(yè)，可有效阻止分段壓裂作業(yè)時(shí)液體溢流造成落地污染。

2.4 液壓式防噴泄油器

長慶油田絕大多數(shù)井初期地層能量充足，采油管柱一般配套有防噴泄油器。但傳統(tǒng)的撞擊式防噴泄油器由于井筒結(jié)蠟結(jié)垢的影響無法打開，后期采油管柱無法泄油造成環(huán)境污染。為此，設(shè)計(jì)了液壓式防噴泄油器。液壓式防噴泄油器提前安裝于采油管柱泵筒與固定球座之間，起鉆作業(yè)時(shí)，通過油管打壓的方式開起泄油孔道，防止油管內(nèi)的污油被帶到地面污染環(huán)境；下鉆作業(yè)時(shí)，利用泄油器防噴功能，減少作業(yè)過程中冒噴對(duì)環(huán)境和施工進(jìn)度的影響。

2.5 帶壓作業(yè)技術(shù)

針對(duì)少量高壓油水井溢流污染問題，通過配套改進(jìn)帶壓作業(yè)裝置，研制系列油管堵塞器，形成油管內(nèi)堵塞工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了井口壓力小于21 MPa油水井管柱的帶壓起下。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

自2017年以來，長慶油田根據(jù)采油井井況特點(diǎn)和施工目的，分別開展采油管柱密閉清洗技術(shù)、油管連續(xù)循環(huán)密閉洗井技術(shù)、分段壓裂上提油管防噴技術(shù)、液壓式防噴泄油器和帶壓作業(yè)等井下作業(yè)環(huán)保技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用150余井次，與常規(guī)井下作業(yè)相比，單井平均減少廢液28.2 m3，減少含油污泥0.2 t，作業(yè)過程返排液不落地，基本實(shí)現(xiàn)作業(yè)過程零污染。

以典型試驗(yàn)井西平某水平井為例。該井位于某環(huán)境敏感區(qū)，為低液量水平井，井深3 521 m，水平段長1 258 m，措施前日產(chǎn)液6.25 m3，含水67.3%，需進(jìn)行重復(fù)壓裂改造，以提高單井產(chǎn)量。按照施工設(shè)計(jì)要求，該井主要包括起原井采油管柱-井筒處理(沖砂除垢等)-對(duì)第三段、四段、五段及七段進(jìn)行重復(fù)壓裂-下采油管柱完井等作業(yè)工序。

2018年4月6日開始進(jìn)行施工作業(yè)。①起原井采油管柱。起采油管柱作業(yè)過程中，通過多功能密閉清洗設(shè)備提供壓力2～4 MPa、溫度80～100℃的環(huán)保型洗井液，配套專用清洗井口和內(nèi)壁清洗器產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊力，在井筒內(nèi)對(duì)油管桿密閉清洗。②井筒處理。下工具油管至3 125 m遇阻，連接清水罐-水泥車-連續(xù)循環(huán)密閉洗井裝置-簡易沉砂除油處理撬裝設(shè)備形成閉環(huán)回路，對(duì)井筒進(jìn)行鉆磨除垢處理。作業(yè)累計(jì)備水量65.0 m3，循環(huán)使用剩余返排液12.8 m3，經(jīng)處理后存于清水罐用于壓裂作業(yè)。③重復(fù)壓裂。考慮為雙封單卡分段壓裂，且單段壓裂規(guī)模大，壓后防噴時(shí)間長，決定在壓裂管柱上部安裝壓控循環(huán)開關(guān)閥，在地面安裝雙閘板防噴器和環(huán)形防噴器，實(shí)現(xiàn)壓后不放噴上提壓裂管柱進(jìn)行下一段作業(yè)。④下采油管柱完井。在采油管柱泵筒和固定閥之間安裝液壓式防噴泄油器，減少下鉆作業(yè)過程中產(chǎn)生冒噴。整個(gè)作業(yè)過程作業(yè)介質(zhì)及返排液實(shí)時(shí)回收處理，不產(chǎn)生含油污泥，實(shí)現(xiàn)了清潔作業(yè)。

4 結(jié)論與建議

1)油田井下環(huán)保作業(yè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，貫穿于原井采油管柱清洗、井筒處理、壓裂作業(yè)和下采油管柱完井等關(guān)鍵管控環(huán)節(jié)，應(yīng)將環(huán)保作業(yè)理念和技術(shù)融入井下施工作業(yè)中，實(shí)現(xiàn)作業(yè)工藝與環(huán)保技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。

2)采油管柱井筒密閉清洗技術(shù)實(shí)現(xiàn)了油管桿井筒清蠟除垢；油管連續(xù)循環(huán)密閉洗井技術(shù)防止了接單根溢流，解決了返排液沉砂除油；分段壓裂上提油管防噴技術(shù)解決了水平井拖動(dòng)壓裂放噴時(shí)間長，起管柱溢流；液壓式防噴泄油器預(yù)置于采油管柱上，滿足了采油管柱上提泄油、下鉆防噴雙功能，提高了泄油器打開幾率；帶壓作業(yè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高壓等特殊油水井安全、清潔作業(yè)。整套井下作業(yè)環(huán)保技術(shù)實(shí)現(xiàn)了作業(yè)過程中液體密閉回收處理，杜絕了含油污泥的產(chǎn)生，有效地抑制了井下作業(yè)過程中的環(huán)境污染，為油田井下作業(yè)提供了全面環(huán)保技術(shù)保障。

3)未來環(huán)保作業(yè)技術(shù)既要保障污油污水的有效收集處理，又要滿足高效率、低成本的施工需求。因此，實(shí)現(xiàn)油田效益開發(fā)和生態(tài)環(huán)境平衡發(fā)展，實(shí)現(xiàn)井下作業(yè)科學(xué)和綠色生產(chǎn)，是今后技術(shù)發(fā)展的重要方向。