江智強，巨亞鋒，梁萬銀，廖永剛3，白小佩，趙鵬玉

(1.中國石油長慶油田分公司 油氣工藝研究院，西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，西安 710018；3.中國石油長慶油田分公司 第十采油廠，甘肅 慶陽 745100)

國內(nèi)大部分油田進入開采中后期，修井作業(yè)已成為油氣田開采的重要工作內(nèi)容。在油井修井作業(yè)過程中，抽油桿、油管起出時會有原油泄漏。在蒸汽清洗油桿、管過程中，會產(chǎn)生大量的污油、污水，導致環(huán)境污染和資源浪費，給石油企業(yè)造成經(jīng)濟損失和巨大環(huán)保風險[1-2]。傳統(tǒng)方法是在井場挖污油池、地面鋪設防滲布，從而使油污不落地。但是，油污掉落至防滲布上，回收困難，且防滲布黏帶油污后無有效處理手段，造成二次污染，已不能滿足新形勢下的油田環(huán)保要求。近年來，國內(nèi)各大石油公司開展了油井清潔修井技術研究，提出了修井作業(yè)油桿管密閉在線清洗技術[3-5]，目前的裝備大多存在功能單一和清洗效果差等問題，迫切需要提升裝備的適應能力。2017年以來，中國石油長慶油田分公司圍繞“油污不落地”的清潔作業(yè)理念，集成設計了一套油井桿管在線清洗車。該車可在起抽油桿和油管的過程中實現(xiàn)密閉在線清洗、廢液回收與分離處理再利用。較好地解決了油井修井作業(yè)過程中的污染問題，促進了修井作業(yè)模式的轉(zhuǎn)變。

1 結構

油井桿管在線清洗車是針對修井作業(yè)過程中，油桿管密閉在線清洗需求而開發(fā)的一種集高溫、高壓清洗及廢液回收處理作業(yè)于一體的車載設備。該設備裝載在二類底盤車上，由柴油發(fā)電機組作為動力系統(tǒng)、前部安裝有蒸汽冷凝回收泵、污油處理罐(含集油箱)、離心真空泵、旋流除油器；后部安裝有清水罐、補水泵、特種蒸汽鍋爐(含燃燒器)和耐高溫柱塞泵，柱塞泵上部為高壓膠管卷筒、低壓膠管卷筒等。發(fā)電機組和燃燒器的燃料均來自底盤車的柴油罐。結構如圖1所示。

2 工藝流程

油井桿管在線清洗車工藝流程如圖2所示。在修井作業(yè)起油桿管過程中，該車以柴油發(fā)電機組和燃燒器作為整機的動力源，清水罐的水經(jīng)供水泵進入特種蒸汽鍋爐加熱(水溫升至100℃以上)，再進入耐高溫柱塞泵增壓，通過高壓軟管輸送給井口清洗裝置。利用汽-水混合介質(zhì)高溫、高壓雙重作用，沖蝕、溶解抽油桿和油管表面的蠟垢。在冷凝回收泵條件下，井口清洗裝置中返出的廢液通過低壓軟管被吸入污油處理罐中，經(jīng)過斜板進行氣、油、水初級分離。當污油處理罐液位達到一定值時，啟動冷凝回收泵，將污水泵入旋流除油器中進行油水二次分離。分離后的油進入污油處理罐的集油箱，水回流至清水罐進行重復利用。該工藝實現(xiàn)油桿管同步清洗和作業(yè)廢液實時回收處理，達到環(huán)保要求。

3 主要技術參數(shù)

1) 高溫高壓清洗系統(tǒng)。

額定工作溫度 160 ℃

額定工作壓力 20 MPa

額定工作排量 6 m3/h

2) 負壓回收處理系統(tǒng)。

極限真空壓力 0.098 MPa

額定水處理排量 6 m3/h

原油回收率 ≥ 90%

3) 處理后水質(zhì)指標。

含油量≤10 mg/L，懸浮物≤5 mg/L，懸浮物中值直徑≤3 μm。達到循環(huán)再利用水質(zhì)指標要求。

1—污油處理罐(集油箱)；2—旋流除油器；3—清水罐；4—特種蒸汽鍋爐(燃燒器)；5—高壓膠管卷筒；6—低壓膠管卷筒；7—耐高溫柱塞泵；8—發(fā)電機組；9—供水泵；10—蒸汽冷凝回收泵；11—底盤。

圖2 油井桿管在線清洗工藝流程

4 技術特點

油井桿管在線清洗車的研制成功，實現(xiàn)了抽油桿和油管同步清洗和廢液實時回收處理，杜絕修井作業(yè)過程中環(huán)境污染。

1) 清洗系統(tǒng)改進優(yōu)化。高溫蒸汽難以清洗抽油桿表面硬蠟。清洗系統(tǒng)采用后置耐高溫柱塞泵，通過冷水加熱、熱水增壓后形成高溫、高壓的蒸汽-熱水介質(zhì)，工作壓力大幅提高，保證清洗效果[6-10]。配備超壓保護裝置，當出口壓力超過整機最大工作壓力后，柴油發(fā)電機可自動停機，保障作業(yè)安全。

2) 廢液回收處理系統(tǒng)創(chuàng)新。利用真空泵形成的負壓將廢液吸入污油處理罐中，并采用旋流除油器進行油水分離，實現(xiàn)廢液循環(huán)再利用，節(jié)約用水，且油污可通過蒸汽冷凝泵外排。

3) 集中智能控制系統(tǒng)。該車利用MCS系列單片機以及12位A/D器件等開發(fā)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，輔助必要的傳感器，對熱洗過程中溫度、壓力、流量、液位及油料消耗數(shù)據(jù)進行實時采集、存儲，實現(xiàn)工作過程中檢測數(shù)據(jù)信息的數(shù)字化處理和全程檢測[11]，方便對單井清洗回收效果進行分析和評價。

4) 整機集成優(yōu)化設計。通過整體優(yōu)化布局，集成了高溫高壓清洗和廢液回收處理等多項功能，作業(yè)時不需要其它車輛配合，減少操作人員，節(jié)約作業(yè)成本。

5 現(xiàn)場應用

2017年完成研制任務后，為了檢驗油井桿管在線清洗車在各種作業(yè)井況下的清洗效果，選取了4口結蠟嚴重和高汽油比的油井進行了現(xiàn)場試驗。試驗表明，整機運行平穩(wěn)，工作狀態(tài)良好，抽油桿和油管清洗干凈。廢液實時回收，分離處理后，各項技術指標均達到重復再利用要求。現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 油井桿管在線清洗車試驗數(shù)據(jù)

6 結論

1) 油井桿管在線清洗車采用一體化設計思路，集成了高溫高壓清洗、廢液負壓回收、油水分離和智能控制功能于一體，滿足了修井作業(yè)油桿管密閉在線清洗和廢液回收處理需求。

2) 現(xiàn)場應用表明，該車結構緊湊、工作性能穩(wěn)定、自動化程度高、安全可靠，實現(xiàn)了作業(yè)過程油污不落地，避免環(huán)境污染。全面提升了國內(nèi)修井作業(yè)裝備的專業(yè)化水平，具有良好的經(jīng)濟和社會效益，應用前景廣闊。