王茂林 張大椿 黃雪鋒 楊雅雯 鄭 麗賀茂國(guó) 魏 星 郭曉光

1.中國(guó)石油西南油氣田分公司川中油氣礦 2.中國(guó)石油西南油氣田分公司天然氣經(jīng)濟(jì)研究所

0 引言

隨著世界能源低碳化進(jìn)程進(jìn)一步加快，天然氣能源成為世界能源發(fā)展的主要方向[1]。我國(guó)《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》明確指出，“十三五”期間，國(guó)家將逐步降低煤炭消費(fèi)比重，提高天然氣能源消費(fèi)比重，大幅降低二氧化碳排放強(qiáng)度和污染物排放水平，努力將天然氣消費(fèi)比重由“十二五”期間的5.9%提升至10%[1]。中國(guó)石油西南油氣田分公司作為國(guó)內(nèi)第一個(gè)以天然氣生產(chǎn)為主的千萬(wàn)噸級(jí)油氣田，立足“十三五”期間國(guó)家政策利好，加快推進(jìn)產(chǎn)能布局。隨著有人/無(wú)人值守井日益增多，結(jié)合成熟的“中心井站管理模式”[2-10]，川中油氣礦油氣生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管控面臨著如何確保井站高效、安全生產(chǎn)的嚴(yán)峻問(wèn)題[5-9]，尤其是近年來(lái)日趨嚴(yán)重的方井積水問(wèn)題，給井站員工的生產(chǎn)運(yùn)行、管線操作、設(shè)備保養(yǎng)等方面帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。

油氣生產(chǎn)區(qū)下沉式方井分布廣泛，下沉式方井為坑槽構(gòu)筑物，故自然降雨易致井底積水，加之方井內(nèi)壁滲水現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，且部分單井由于井口地勢(shì)較周?chē)孛娴投霈F(xiàn)地面流水倒灌現(xiàn)象，故油氣田下沉式方井積水頻繁，雷雨季節(jié)，積水現(xiàn)象更甚，而采氣樹(shù)通常又置于下沉式方井中央，這嚴(yán)重影響井口裝置的維護(hù)保養(yǎng)和生產(chǎn)操作，尤其對(duì)于目前日趨增多的無(wú)人值守油氣井而言，井底積水問(wèn)題屬于重大安全生產(chǎn)隱患。迫切需要一套符合油氣生產(chǎn)區(qū)井站分散、地勢(shì)偏遠(yuǎn)、人力匱乏、工業(yè)電未全覆蓋等生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際特點(diǎn)的井底積水治理整體方案。

1 方井積水治理分析

1.1 方井積水治理現(xiàn)狀

以中國(guó)石油西南油氣田分公司川中油氣礦廣安采油氣作業(yè)區(qū)為例，下沉式方井治理模式主要為人工抽排。因?yàn)樽鳂I(yè)區(qū)下沉式方井眾多，且老區(qū)老井的防水效果普遍欠佳，尤其在雷雨季節(jié)，方井積水頻繁、積水量大，亟需一種井底自動(dòng)排液裝置。市面上的自動(dòng)潛污泵多為三相防爆異步電機(jī)帶動(dòng)，對(duì)于地處偏遠(yuǎn)的單井而言，三相供電投資成本及維護(hù)成本較高，大多單井現(xiàn)場(chǎng)無(wú)三相制供電設(shè)施配備；且現(xiàn)行的主流單相潛污泵防爆等級(jí)無(wú)法滿足油氣生產(chǎn)場(chǎng)所的特殊要求，不能實(shí)現(xiàn)廣泛的工業(yè)應(yīng)用，同時(shí)人工抽水勞動(dòng)強(qiáng)度大，進(jìn)入井底進(jìn)行抽水操作受作業(yè)空間限制，存在跌倒、觸電等多種風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 方井積水治理新模式

為有效解決方井積水問(wèn)題，尤其是無(wú)人值守井的方井積水問(wèn)題，川中油氣礦主導(dǎo)開(kāi)展多單位聯(lián)合科技攻關(guān)，研制出適合單井現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)和防爆防護(hù)等級(jí)要求的單相防爆浮球式潛污泵，并形成以該泵為技術(shù)核心的整體自動(dòng)排水工藝裝置。經(jīng)實(shí)踐總結(jié)，形成了可推廣、可固化的積水治理模式：①有人有電井站安裝固定式防爆潛水泵，員工根據(jù)方井井底積液槽積水情況自行打水；②無(wú)人有電井站安裝自動(dòng)排水工藝裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排水；③無(wú)人無(wú)電但具備接電條件的井站就近搭接農(nóng)電安裝自動(dòng)排水工藝裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排水；③無(wú)人無(wú)電且不具備接電條件的井站組織力量集中抽排。

2 自動(dòng)排水工藝裝置

2.1 單相防爆浮球式潛污泵

1）浮球原理。浮球液位開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)主要基于浮力和靜磁場(chǎng)原理設(shè)計(jì)生產(chǎn)，帶有磁體的浮球在被測(cè)介質(zhì)中的位置受浮力作用影響：液位的變化導(dǎo)致磁性浮子位置的變化，促使浮球中的磁體和傳感器（磁簧開(kāi)關(guān)）作用，從而產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào)。

2）防爆防護(hù)等級(jí)。據(jù)《GB 50058-2014爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》[10]要求，該泵防爆防護(hù)等級(jí)為ExdⅡBT4，滿足油氣井生產(chǎn)場(chǎng)所防爆及防護(hù)要求。

2.2 自動(dòng)排水工藝裝置流程

潛污泵將井底污水抽排至井場(chǎng)排水溝集中處理（圖1）。在下沉式方井井底低洼處開(kāi)設(shè)方形坑槽，潛污泵用地腳螺栓固定于井底坑槽四周地面；泵體吸入口處設(shè)置過(guò)濾篩網(wǎng)罩，防止積液中雜物堵塞泵體葉輪。當(dāng)井底液位到達(dá)液位設(shè)定高限值時(shí)浮球液位開(kāi)關(guān)自動(dòng)閉合啟泵，開(kāi)始排液至井場(chǎng)排水溝，當(dāng)井底液位到達(dá)液位設(shè)定低限值時(shí)開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi)關(guān)泵，當(dāng)次排液完成，無(wú)需人工操作（圖2）。

圖1 工藝流程示意圖

工藝配管為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)勘三維配管，用以連接所述機(jī)泵出口至井區(qū)排水溝；泵出口單向閥為旋啟式單向閥，用以防止所述機(jī)泵停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)管線液流倒流至井底。機(jī)泵配套電力電纜采用單相制供電，無(wú)需企業(yè)三相制供電設(shè)施投資及維護(hù)成本。

3 推廣使用及效益評(píng)價(jià)

3.1 推廣使用情況

截至2018年10月，廣安采油氣作業(yè)區(qū)已在廣安002-23、X24等23座井站使用上述自動(dòng)工藝裝置，該裝置自動(dòng)程度高，大幅降低勞動(dòng)強(qiáng)度，一次性投資成本低，防爆及防護(hù)等級(jí)符合油氣井生產(chǎn)場(chǎng)所特殊要求，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期安全平穩(wěn)運(yùn)行，有效解決了方井積水問(wèn)題。

3.2 管理評(píng)價(jià)

1）自動(dòng)排水系統(tǒng)簡(jiǎn)單方便，水泵能夠及時(shí)啟動(dòng)和停止，順利排放污水，減少了井站員工的操作程序，極大地節(jié)約了操作時(shí)間，并且能夠及時(shí)可靠地將積水排出，避免形成水患，造成安全隱患，尤其對(duì)于無(wú)人值守的單井而言，極大地降低了低效、無(wú)效的用工量，在一定程度上更為有效地使用人力資源。

2）該裝置適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，低壓農(nóng)電、市電均能滿足其用電需求，同時(shí)該裝置設(shè)計(jì)制造可靠，不會(huì)出現(xiàn)因漏電而造成燒壞電機(jī)。

3.3 效益評(píng)價(jià)

3.3.1 人工抽排模式

在該模式下，發(fā)生的成本主要是人工差旅費(fèi)、打水油耗費(fèi)、車(chē)輛運(yùn)行費(fèi)，下面以一口單井進(jìn)行測(cè)算。

根據(jù)實(shí)際情況，為了保證方井不積水，每口井每月打水次數(shù)在6～10次，每次約2～4 h，取平均值（每月打水8次、每次3 h）；同時(shí)按照發(fā)電機(jī)油耗5 L/h，油價(jià)7.5元／L進(jìn)行測(cè)算。

1）人工差旅費(fèi)：?jiǎn)T工打水差旅費(fèi)每次40元，每次共3人（含司機(jī)）。40（元/人·次）×3（人）×12（月）×8（次/月）=11 520元。

2）打水油耗費(fèi)：3（h/次）×8（次 /月）×12（月）×5（L/h）×7.5（元 /L）=10 800 元。

3）車(chē)輛燃油費(fèi)：按照每次來(lái)回150 km，每百公里油耗 15 L 計(jì)算。8（次 /月）×12（月）×1.5（100 km/次）×15（L/100 km）×7.5（元 /L）=16 200 元。

每口井全年人工差旅費(fèi)、打水油耗費(fèi)、車(chē)輛燃油費(fèi)合計(jì)：11 520 元＋ 10 800 元＋ 16 200 元＝ 38 520 元。

人工抽排模式下每口井全年耗費(fèi)（除去設(shè)備維修費(fèi)）38 520 元。

3.3.2 自動(dòng)排水模式

在該模式下，發(fā)生的成本主要是設(shè)備及材料費(fèi)、自動(dòng)排水電費(fèi)、人工費(fèi)，下面以一口單井進(jìn)行測(cè)算。

1）單口井安裝設(shè)備及材料費(fèi)用：帶浮球的固定式防爆潛水泵購(gòu)置費(fèi)2 500元；材料費(fèi)（PPR管、PVC管、彎頭、電纜線、單向閥、隔柵板）1 500元。

2）自動(dòng)排水電費(fèi)：帶浮球的固定式防爆潛水泵電機(jī)一般是1 100 W，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察得出的經(jīng)驗(yàn)，每天運(yùn)行約 30 min，即 0.5 h，每度電 0.7 元。0.5（h/d）×30（d/月）×12（月）×1.1（°/h）×0.7（元/度）=139元。

3）人工費(fèi)：安裝費(fèi)每口井安裝需3人2 d完成，加司機(jī)共4人。40（元/人）×4（人）=160元；土建費(fèi)：開(kāi)挖泵坑1個(gè)200元。

4）車(chē)輛運(yùn)行費(fèi)：安裝設(shè)備時(shí)車(chē)輛來(lái)回150 km，每百公里油耗 15 L。1.5（100 km/次）×15（L/100 km）×7.5（元/L）=168元。每口井全年設(shè)備及材料費(fèi)、自動(dòng)排水電費(fèi)、人工費(fèi)、車(chē)輛運(yùn)行費(fèi)合計(jì)：4 000元＋139元＋360元＋168元＝4 667元。

由于部分井無(wú)動(dòng)力電，需就近搭設(shè)當(dāng)?shù)剞r(nóng)電，安裝費(fèi)加電桿、配電箱、電線、電表、開(kāi)戶等費(fèi)用約15 000元 ，有電和無(wú)電井約對(duì)半開(kāi)，因此上述費(fèi)用再增加7 500元，合計(jì)12 167元。故自動(dòng)排水模式每口井全年費(fèi)用（除去設(shè)備維修費(fèi)）：12 167元。

3.2.3 兩種模式比較

1）自動(dòng)排水模式設(shè)備安裝的所有費(fèi)用總和均大大低于人工抽排模式，且自動(dòng)排水模式運(yùn)行成本低，每年139元，而人工排水模式每年均要達(dá)到3萬(wàn)多元。

2）自動(dòng)排水模式最大限度減少了人工和車(chē)輛工作量，減少了人員在交通、現(xiàn)場(chǎng)打水的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3）自動(dòng)排水模式確保了方井底部隨時(shí)無(wú)積水，人工抽排模式不能保證方井底部隨時(shí)無(wú)積水，對(duì)井口裝置的漆面容易造成損傷，進(jìn)而腐蝕裝置。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，治水技術(shù)創(chuàng)新成果效益明顯，下沉式方井積水治理新模式切實(shí)可行，井底自動(dòng)排水工藝裝置普適性廣、一次性投資低、運(yùn)行安全穩(wěn)定、維護(hù)量小，有效解決了下沉式方井積水問(wèn)題，規(guī)避了無(wú)人值守井積水問(wèn)題導(dǎo)致的重大安全隱患，極具工程實(shí)際意義。

川中油氣礦積極探索并成功應(yīng)用的治水技術(shù)創(chuàng)新成果，解決了油氣田企業(yè)生產(chǎn)井站面臨的共性問(wèn)題，該治水技術(shù)在西南油氣田分公司乃至全國(guó)各大油氣田的下沉式方井積水整體治理中應(yīng)用潛力巨大。