石愛(ài)華

中石化中原油田分公司水務(wù)分公司，中國(guó)·河南 濮陽(yáng) 457001

1 引言

在油田井下作業(yè)現(xiàn)有的安全作業(yè)工藝過(guò)程中，存在油水污染作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)及周邊農(nóng)田環(huán)境等因素。研究開(kāi)發(fā)一套適合油田井下作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保無(wú)污染技術(shù)，可以重點(diǎn)解決修井作業(yè)施工過(guò)程排出污油、污水、降低井場(chǎng)污染，減少施工中的環(huán)保費(fèi)用。

2 項(xiàng)目概況

在油田井下作業(yè)過(guò)程中，由于存在無(wú)法改變的實(shí)際施工問(wèn)題，我們必須努力研究、改善和制作出針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)符合安全生產(chǎn)要求的解決方案。作業(yè)過(guò)程中存在的施工問(wèn)題主要有以下三方面。

2.1 作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)口區(qū)域污染問(wèn)題

根據(jù)環(huán)保部門(mén)的要求，在井下作業(yè)施工現(xiàn)場(chǎng)需要鋪設(shè)大量防滲布，從而導(dǎo)致井口圍堰易破損，作業(yè)進(jìn)度受影響，井口油水污染作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)狀況嚴(yán)重，油污破壞農(nóng)田及周邊環(huán)境，被污染的農(nóng)田及生態(tài)環(huán)境等很難處理等問(wèn)題。

2.2 作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)清洗管桿污染問(wèn)題

通常在作業(yè)施工現(xiàn)場(chǎng)，針對(duì)附著油蠟的抽油桿采用常規(guī)現(xiàn)場(chǎng)清洗油管方式，就會(huì)產(chǎn)生大量的油污；在作業(yè)施工過(guò)程中，起、下油管、桿時(shí)也會(huì)產(chǎn)生油污，造成施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)污染嚴(yán)重。

2.3 井控風(fēng)險(xiǎn)大易造成污染

在井下作業(yè)過(guò)程中，一般的鉆塞施工和沖砂施工等施工都屬于高風(fēng)險(xiǎn)措施施工。針對(duì)油田井下作業(yè)高風(fēng)險(xiǎn)措施施工井次較多，在施工過(guò)程中必須強(qiáng)調(diào)井控措施[1]，如若井控措施不到位，施工現(xiàn)場(chǎng)將會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，更難處理。

3 項(xiàng)目研究

根據(jù)作業(yè)施工環(huán)境保護(hù)管理規(guī)范要求，需要研究多功能自動(dòng)升降高站臺(tái)、現(xiàn)場(chǎng)無(wú)污染清洗管桿工藝以及具有針對(duì)性的井控工具。

3.1 多功能自動(dòng)升降高站臺(tái)

該站臺(tái)包含自動(dòng)升降高站臺(tái)、污水導(dǎo)液系統(tǒng)、起下油管輔助裝置。該工具可隨作業(yè)機(jī)攜帶，自動(dòng)升降，安裝方便快捷，井筒返出液隨導(dǎo)流槽流入污水罐，消除環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，配套使用起下油管輔助裝置，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

（1）設(shè)計(jì)思路

平臺(tái)尺寸（2.6m*2.6m）能夠滿足日常作業(yè)施工的需要。能夠承載2個(gè)作業(yè)工和配套工具擺放在平臺(tái)上，約承重2000kg。高度可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，范圍是0.6～1.8m。與聯(lián)合作業(yè)機(jī)相連接，搬遷方便，安裝拆卸快。

（2）受力分析

自動(dòng)升降高鉆臺(tái)主要受力為作業(yè)人員和修井作業(yè)設(shè)備的壓力，通過(guò)對(duì)自動(dòng)升降高鉆臺(tái)的受力分析，得到簡(jiǎn)易平臺(tái)支撐框架和支腿為主要的承重部件，所以主要圍繞這二個(gè)部件進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算分析。

（3）力學(xué)性能分析原理

對(duì)自動(dòng)升降高鉆臺(tái)的力學(xué)性能分析，采用工程力學(xué)常用的有限元法，因?yàn)橛邢拊軌蜻m應(yīng)各種復(fù)雜形狀。利用力學(xué)分析軟件ANSYS計(jì)算得出主要承載部件的所選材料都符合要求。

采用一體化設(shè)計(jì)后，方便運(yùn)輸和使用，通過(guò)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工作時(shí)就放下，搬遷時(shí)折疊收起。自動(dòng)升降高鉆臺(tái)主要由液壓升降支撐腿、平臺(tái)支撐架、圍欄、梯子等組成[2-3]，能夠滿足目前油田常見(jiàn)的多種井口的施工。

3.1.1 污水導(dǎo)流系統(tǒng)

污水導(dǎo)流系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路：作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的油水，由油水收集裝置收集；再通過(guò)導(dǎo)流管流入至廢液回收池；最后由罐車(chē)將廢液拉至廠污水處理站。

3.1.2 起下油管輔助裝置

（1）設(shè)計(jì)思路

有效解決鉆臺(tái)升高后，起下油管人工抱大頭問(wèn)題，提高了作業(yè)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度；采用一體化設(shè)計(jì)整合在自動(dòng)升降高鉆臺(tái)上，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況可隨意掛置，調(diào)整高度。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

油管起下輔助裝置安裝在自動(dòng)升降平臺(tái)下方外側(cè)，通過(guò)液壓動(dòng)力進(jìn)行控制，該裝置主要由框架、活動(dòng)支臂、承重臂組成，完成油管抓放和升降作業(yè)。

3.1.3 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：利用油液的壓力能，通過(guò)操縱手柄控制安裝和工作，能夠適應(yīng)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)高頻率使用，方便日常維護(hù)修理。

傳動(dòng)方案優(yōu)選：在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)、氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)這三個(gè)系統(tǒng)中，從應(yīng)用環(huán)境、安全操作、動(dòng)力需求這三方面綜合分析，確定液壓控制系統(tǒng)更適合井下作業(yè)。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)無(wú)污染清洗管桿工藝

該工藝包含清洗管桿參數(shù)分析、現(xiàn)場(chǎng)無(wú)污染清洗管桿方案、優(yōu)化工藝操作步驟。井下作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)污染清洗管桿技術(shù)?？杀苊庠?、蠟質(zhì)物體返出地面造成環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，起出的管桿干凈無(wú)油污，不需要鋪設(shè)防滲膜，減少了現(xiàn)場(chǎng)污水的產(chǎn)生。

3.2.1 關(guān)鍵技術(shù)

清洗參數(shù)分析，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)污染清洗方案，優(yōu)化工藝操作步驟，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析。先對(duì)清洗管桿參數(shù)清洗壓力進(jìn)行分析，如果要提高油管的清洗效率，盡量使用水蒸氣，并提高壓力。

3.2.2 現(xiàn)場(chǎng)無(wú)污染清洗管桿方案

方案的思路與原則包括以下五點(diǎn)：

①?lài)@建設(shè)綠色企業(yè)目標(biāo)。

②合理選擇材料，避免二次污染。

③實(shí)現(xiàn)污染物的閉路循環(huán)和零排放。

④確保不會(huì)對(duì)生產(chǎn)開(kāi)發(fā)及作業(yè)造成不利影響。

⑤清洗介質(zhì)盡量采用水蒸氣。

抽油桿清洗技術(shù)：在井口安裝蒸汽刺洗裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)起出的抽油桿進(jìn)行360°環(huán)形刺洗，再采用密封刮蠟器對(duì)刺洗過(guò)的抽油桿進(jìn)行再次清理，保證正常起出的抽油桿清潔。

油管清洗方案：在油管上安裝高壓刺洗噴頭，連接蒸汽注入管線，由蒸汽車(chē)向管柱內(nèi)注入加壓高溫水蒸氣，刺洗掉的原油流入井內(nèi)，達(dá)到清潔液面以上油管的目的。

3.2.3 優(yōu)化工藝操作步驟

起抽油桿清洗工藝步驟：

①起桿井口清洗裝置由壓蓋、膠芯、殼體、進(jìn)液口、清潔管線、回收管線、蒸汽車(chē)組成。

②安裝蒸汽清洗裝置。

③連接清洗裝置與蒸汽車(chē)。

④回接蒸汽裝置與套管。

⑤啟動(dòng)設(shè)備預(yù)熱運(yùn)行。

⑥五分鐘后，蒸汽注入在膠芯以下形成蒸汽高溫紊流區(qū)，對(duì)抽油桿進(jìn)行清洗、通過(guò)回接管進(jìn)入油套環(huán)空，化開(kāi)油流從環(huán)空沉降至液面。

⑦起桿的同時(shí)蒸汽清潔直至全部起出。

起油管清洗工藝步驟：

①組成：高壓清洗噴頭、清潔管線、回接管線、蒸汽車(chē)組成

②投撞擊桿、砸開(kāi)泄油器。

③安裝高壓清洗噴頭，接駁管線至蒸汽車(chē)。

④蒸汽入井對(duì)油管內(nèi)部進(jìn)行高溫清潔，化開(kāi)油流從油管內(nèi)、環(huán)空沉降至液面。

⑤卸掉高壓清洗噴頭，正常起管。

⑥將液面以上油管起出后，再次安裝高壓清洗噴頭，直至起完（清洗根數(shù)、時(shí)間、關(guān)鍵在動(dòng)液面深度）。

3.2.4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析

分別在油稠含蠟并結(jié)鹽的文13-439、文13-163、文203-16、文15-59、文側(cè)38-5等5口井進(jìn)行試驗(yàn)。

（1）起桿刺洗試驗(yàn)

拆井口、安裝起桿井口刺洗裝置，連接管線平均用時(shí)1.5小時(shí)，采用新工藝刺洗后起出的抽油桿干凈、清潔，用手擦拭無(wú)油跡，且起桿速度不受影響。

（2）起管刺洗試驗(yàn)

投開(kāi)泄油器后，使用油管內(nèi)部刺洗裝置2～3次，對(duì)液面以上油管進(jìn)行高溫刺洗，達(dá)到內(nèi)外壁清潔無(wú)油，拆裝用時(shí)0.5小時(shí)，刺洗用時(shí)1～1.5小時(shí)。

3.3 創(chuàng)新性井控工具

該工具包含油管內(nèi)放噴工具、防溢流短節(jié)和井控防污染工具研究。研發(fā)的2項(xiàng)井控防污染工具，能夠有效避免井涌、井噴對(duì)井場(chǎng)造成嚴(yán)重污染[4-5]，也保證了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)施工的井控安全。

3.3.1 間噴井，起下油管難

小修作業(yè)，施工工序多為起下油管，對(duì)于油氣比大的間噴井，起下油管時(shí)，易造成環(huán)境污染。

3.3.2 鉆塞、沖砂時(shí)，易發(fā)生井噴

沖砂、鉆塞施工是措施最主要的施工工序，近三年中心沖砂施工1391井次，鉆塞施工590井次，鉆塞和沖砂施工容易打開(kāi)井內(nèi)圈閉壓力，易造成井涌等井控事故[6]。

3.3.3 鉆、撈頂塞施工，易發(fā)生頂鉆

鉆頂塞作業(yè)，因水泥塞下可能存在一定的圈閉壓力，極易發(fā)生井噴和頂鉆事故。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，多功能升降高鉆臺(tái)由自動(dòng)升降高鉆臺(tái)、導(dǎo)流系統(tǒng)、起下油管輔助裝置組成，利用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行操控，和作業(yè)機(jī)采用一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)井口區(qū)域的無(wú)污染施工，同時(shí)兼具多項(xiàng)功能，安裝快捷，使用方便。