井下作業(yè)環(huán)保裝置配套技術(shù)研究與應(yīng)用

朱立雙（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

1 存在的問題

自“史上最嚴(yán)環(huán)保法”實(shí)施以來，環(huán)保執(zhí)法部門對違法排污企業(yè)采取“按日計(jì)罰、移送行政拘留”等更加嚴(yán)厲的措施，作為油田修井行業(yè)，環(huán)保壓力與日俱增。為此，作業(yè)大隊(duì)引進(jìn)了井下作業(yè)環(huán)保裝置。該裝置具有油管和抽油桿清洗、污油水回收和外排三項(xiàng)功能，具體方法是先將抽油桿、油管從套管內(nèi)起出，并將油管內(nèi)攜帶的油水、鍋爐蒸汽清洗油管、抽油桿產(chǎn)生的污油水和下管桿時產(chǎn)生的溢流，統(tǒng)一散排到管桿橋下面帶有圍堰的防滲布上，通過真空泵和負(fù)吸管線將污油水回收到污油罐內(nèi)，再利用排污泵外排到拉油罐車內(nèi)，拉運(yùn)到中轉(zhuǎn)站進(jìn)行統(tǒng)一處理（圖1）。

圖1 應(yīng)用環(huán)保裝置回收污油污水流程

在污油水回收過程中存在以下四個方面問題：一是防滲布由是聚乙烯加工而成的塑料布，鐵制油管和抽油桿橋座底板都有尖銳的棱角，易刮壞防滲布造成滲漏；二是圍堰是用小橋座和抽油桿搭設(shè)的，當(dāng)污油水量較大或管理不及時容易使圍堰失效；三是油田冬季施工溫度在0℃以下的時間近5個月，在負(fù)吸管線間歇負(fù)吸油水時易結(jié)冰造成凍堵；四是冬季由井口落入圍堰內(nèi)的殘液凍結(jié)成固體的污油冰無法回收。為此，研制了開展井下作業(yè)環(huán)保裝置配套技術(shù)研究，通過現(xiàn)場應(yīng)用，消除了井下作業(yè)過程中的環(huán)保隱患，實(shí)現(xiàn)了污油水不落地回收，有效避免了環(huán)境污染情況的發(fā)生，符合集團(tuán)公司修井行業(yè)關(guān)于“清潔作業(yè)、環(huán)保施工”的總體要求。

2 環(huán)保裝置配套技術(shù)研究

井下作業(yè)施工現(xiàn)場應(yīng)用井下作業(yè)環(huán)保裝置對作業(yè)過程中產(chǎn)生的污油水進(jìn)行回收，下面就以檢泵井施工工序?yàn)槔?，針對檢泵過程中污油水散排到防滲布上進(jìn)行收集，存在環(huán)保隱患較多的問題，作業(yè)大隊(duì)以減少污油水落地為目標(biāo)開展攻關(guān)，為此，以施工工序?yàn)楣?jié)點(diǎn)，將各節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的污油水不落地直接回收至井下作業(yè)環(huán)保裝置，從而大幅提高井下作業(yè)環(huán)保施工效果和水平。

2.1 解決起出抽油桿、油管外壁附著較多油蠟，地面清洗易造成環(huán)境污染問題

抽油桿和油管從套管起出時，抽油桿和油管外壁附著許多油蠟，為了達(dá)到抽油桿和油管下井標(biāo)準(zhǔn)，需要用井下作業(yè)環(huán)保裝置的鍋爐蒸汽進(jìn)行清洗時產(chǎn)生的污油水落到防滲布上回收難度較大，如果能在抽油桿和油管起出的同時進(jìn)行外壁清蠟，可大幅減少污油水落地量，為此研制了管桿在線清洗器[1]。

2.1.1 結(jié)構(gòu)組成

該管桿在線清洗器主要由殼體、蒸汽噴頭、刮蠟?zāi)z芯、限位環(huán)、蒸汽接頭、法蘭等組成。其中殼體、蒸汽噴頭、蒸汽接頭、法蘭通過焊接方式連接在一起，上下兩個刮蠟?zāi)z芯放入殼體，通過限位環(huán)進(jìn)行定位，膠芯分為油管刮蠟?zāi)z芯和抽油桿刮蠟?zāi)z芯兩種。

2.1.2 工作原理

1）抽油桿在線清洗原理：通過抽油桿短節(jié)將抽油桿引入清洗器，利用法蘭連接到采油樹上，在抽油桿起出過程中，通過裝置的高壓鍋爐蒸汽對抽油桿外壁進(jìn)行加熱清洗，產(chǎn)生的污油水混合液利用裝置的負(fù)壓管線回收至裝置污油罐內(nèi)。

2）油管在線清洗原理：通過油管短節(jié)將油管引入清洗器及期內(nèi)部膠芯，利用法蘭連接到采油樹上，在油管起出過程中，通過高壓鍋爐蒸汽對油管外壁進(jìn)行清洗，清洗產(chǎn)生的污油水連同油管內(nèi)攜帶的污油水推至清洗器的殼體內(nèi)，一起回收至裝置污油罐內(nèi)。

2.1.3 主要技術(shù)特點(diǎn)

1）殼體橫截面呈鴨蛋形，長×寬×高＝700×400×450 mm，材料為45#鋼板，內(nèi)部焊接有環(huán)形噴頭，噴頭通過裝置外的蒸汽接頭與鍋爐管線連接，下端有廢液出口，通過負(fù)吸管線將清洗產(chǎn)生的污油水回收至裝置的污油罐內(nèi)。

2）蒸汽噴頭一共15 個，呈螺旋上升狀，噴嘴直徑1.5 mm，最大壓力可達(dá)1 MPa，通過蒸汽將抽油桿外壁油蠟融化后利用蒸汽高壓刺力將抽油桿表面的油蠟刮削干凈。

3）膠芯分為油管膠芯和抽油桿膠芯兩種，主要作用是封閉蒸汽，輔助作用是刮抽油桿和油管外壁的油蠟。

油管膠芯外徑150 mm，內(nèi)徑69 mm，高45 mm；抽油桿膠芯為多層橡膠板疊加而成，外徑150 mm，內(nèi)徑25 mm，高45 mm，在內(nèi)徑方向上每隔120°割一個徑向長10 mm 的細(xì)縫，保證抽油桿和扶正器順利通過，同時將蒸汽限制在殼體內(nèi)。

4）抽油桿在線清洗后可達(dá)到抽油桿下井標(biāo)準(zhǔn)：抽油桿表面油蠟厚度小于或等于2mm，可節(jié)省地面清洗抽油桿工序。

2.2 解決地面清洗油管內(nèi)壁時間長，產(chǎn)生污油水落地回收時難度大的問題

因我廠原油膠質(zhì)含量高，起出油管內(nèi)壁結(jié)蠟較多，傳統(tǒng)清蠟方法是：蒸汽管線前端裝一個4″鋼管，鋼管前端砸扁，插入油管內(nèi)，依靠蒸汽熱量將油管內(nèi)壁油蠟完全融化后，依靠蒸汽將油管清除出油管內(nèi)腔，缺點(diǎn)是蒸汽無控制地調(diào)整噴出，蒸汽利用率低，清洗時間長，產(chǎn)生污油水多。為此，研制了油管內(nèi)壁清洗器，并與負(fù)吸管線相配合，實(shí)現(xiàn)了油管內(nèi)壁油蠟快速清洗和產(chǎn)生污油水不落地回收。

2.2.1 結(jié)構(gòu)組成

油管內(nèi)壁清洗器主要由接頭、工作筒、連接盤、噴孔、軸座、轉(zhuǎn)軸、葉輪和螺絲等組成[2]。接頭與工作筒、連接盤與工作筒通過焊接方式連接，噴孔、軸座和轉(zhuǎn)軸通過連接盤成為一個整體，葉輪通過軸孔套入轉(zhuǎn)軸并坐在軸座上，前端用螺絲固定。

2.2.2 工作原理

油管內(nèi)壁清洗器連接鍋爐車蒸汽管線后插入油管內(nèi)腔，清洗器噴出的蒸汽先將油管內(nèi)壁預(yù)熱，同時通過清洗器內(nèi)腔噴孔噴出的高壓蒸汽驅(qū)動清洗器前端葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將預(yù)熱后的油蠟刮散刮碎[3]，并將刮下的油蠟快速融化成的油蠟混合液體帶出油管。

2.2.3 主要技術(shù)特點(diǎn)

1）工作筒外徑為59 mm，總長度150 mm，其中葉輪、軸座及轉(zhuǎn)軸材質(zhì)為35CrMo 合金鋼，其余部件材質(zhì)為45#鋼。

2）清洗器5 個噴孔直徑均為7 mm，噴孔方向與4 個葉輪葉片成60°夾角，使鍋蒸汽經(jīng)過后噴孔形成高壓蒸汽并驅(qū)動葉輪旋轉(zhuǎn)。

3）葉輪與工作筒內(nèi)側(cè)及前端有一定的配合弧度和合適的配合間隙，保證噴孔噴出的高壓蒸汽能量全部作用在葉輪上，使葉輪獲得較高的轉(zhuǎn)速。

4）在清洗過程中，蒸汽推動油蠟混合物快速流出油管內(nèi)腔，不需要將油管內(nèi)壁油蠟完全融化，減少了蒸汽清油管內(nèi)的時間，從而提高油管內(nèi)壁清蠟效率。

5）蒸汽+油管內(nèi)壁清洗器+負(fù)吸管線工藝組合，實(shí)現(xiàn)快速清洗和污油水不落地回收操作方法是：將裝置負(fù)吸管線套在油管的油蠟出口端，通過強(qiáng)大的負(fù)壓吸力將油管內(nèi)壁清洗器從進(jìn)口端快速吸到出口端，進(jìn)一步減少了油管內(nèi)壁清洗器在油管內(nèi)的停留時間，同時將清洗產(chǎn)生的污油水不落地直接負(fù)吸到裝置的污油罐內(nèi)，消除了此工序的環(huán)保隱患。

2.3 解決冬季裝置回收下油管、抽油桿時的產(chǎn)生的溢流容易凍堵負(fù)吸管線的問題

大慶油田的冬天低于零度天氣從11 月初開始到4 月中旬結(jié)束，大約有5 個月的時間，這期間裝置負(fù)吸功能的不能發(fā)揮作用，原因是冬季結(jié)冰容易凍堵負(fù)吸管線，為此，研制了蒸汽伴熱器[4]，在回收污油水的過程中加入蒸汽伴熱，可有效防止負(fù)吸管線凍堵。

2.3.1 結(jié)構(gòu)組成

蒸汽伴熱器，準(zhǔn)確點(diǎn)說應(yīng)該叫伴熱四通，其中一通用來安裝蒸汽管線，通過蒸汽為回收的污油水提供伴熱，保證裝置負(fù)吸功能正常運(yùn)行。

2.3.2 工作原理

1）下抽油桿時溢流伴熱原理：伴熱四通套在下井的抽油桿上，下端通過絲扣連接到采油樹上，上下端用于抽油桿起下通道，橫向一端接溢流的負(fù)吸管線，另一端接蒸汽管線，在抽油桿下入油管過程中產(chǎn)生的溢流通過負(fù)吸管線回收到裝置的污油罐內(nèi)，由于在溢流中加入了蒸汽伴熱，從而有效防止了管線凍堵，保證了負(fù)吸溢流功能的正常運(yùn)行。

2）下油管時溢流伴熱原理：伴熱一端四通安裝在采油樹的套管四通上，對端用絲堵封閉，橫向一端接負(fù)吸管線，另一端接蒸汽伴熱管線，在油管下入過程中產(chǎn)生的溢流通過負(fù)吸管線回收到裝置的污油罐內(nèi)，由于在溢流中加入了蒸汽伴熱，從而有效防止了負(fù)吸管線凍堵，保證了負(fù)吸下油管溢流回收功能的正常運(yùn)行。

2.3.3 主要技術(shù)特點(diǎn)

1）四通的絲扣尺寸分別為：27/8平式油管公扣、27/8平式油管公扣、27/8外加大油管公扣、鍋爐管線快速接頭。

2）27/8外加大油管公扣用于連接負(fù)吸管線，27/8平式油管公扣用連接采油樹和絲堵，鍋爐管線快速接頭用于連接鍋爐管線，為溢流回收提供伴熱。

3）伴熱四通的應(yīng)用，避免了冬季溢流無法回收，造成作業(yè)現(xiàn)場油水結(jié)冰，收尾時刨冰收油工作量大，油冰處理難度大的問題。

2.4 解決作業(yè)過程中因殘液產(chǎn)生少量固體油冰無法回收的問題

在井下作業(yè)起下油管、抽油桿過程中，盡管一再小心謹(jǐn)慎，還是不可避免還是要產(chǎn)生少量的溢流，在冬天就凍結(jié)成固體油冰，利用裝置無法進(jìn)行回收，為此研制了固體油冰融化器[5]，利用鍋爐蒸汽將固體油冰融化成液體，通過負(fù)吸管線回收至裝置的污油罐內(nèi)。

2.4.1 結(jié)構(gòu)組成

固體油冰融化器主要由筒體、蒸汽接頭，負(fù)吸管線接頭、雜質(zhì)過慮板等組成，蒸汽接頭位于筒體的底端，負(fù)吸管線接頭位于筒體的中部，雜質(zhì)過慮板位于筒體內(nèi)負(fù)吸管線接頭的前端，固體油冰融化器各部件通過焊接方式連接在一起。

2.4.2 工作原理

油冰放入固體油冰融化器內(nèi)，打開蒸汽將油冰加熱油冰慢慢融化，如果是全冰，只開蒸汽即可快速將冰融化，如果油較多可將蒸汽的熱水閥半開，這樣可將油冰快速融化，固體油冰融化成液體后通過負(fù)吸管線回收至裝置的污油罐內(nèi)，其中雜質(zhì)隔離板可有效防止油冰中的莊稼桿葉進(jìn)行裝置，保證污油水回收的順利進(jìn)行。

2.4.3 主要技術(shù)特點(diǎn)

1）油冰融化器筒是用較薄的不銹鋼板加工而成的，輕便耐用。

2）蒸汽接頭采用的是快速接頭，拆卸方便快捷。

3）負(fù)吸管線接頭采用的27/8外加大油管公扣尺寸，與負(fù)吸管線內(nèi)徑配合使用。

4）將井口范圍內(nèi)的固體油冰融化成液體后可快速回收到裝置，實(shí)現(xiàn)地?zé)o污染作業(yè)。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)及應(yīng)用效果

2017 年12 月24 日-29 日，在升58-44 井進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，通過現(xiàn)場應(yīng)用配套設(shè)備，保證抽油桿在線清洗、油管在線清洗及油管內(nèi)攜帶油水、油管內(nèi)壁快速清洗等產(chǎn)生的污油水回收至井下作業(yè)環(huán)保裝置，節(jié)省了地面清洗抽油桿工序，消除了防滲布上污油污水跑冒滴漏隱患，解決了冬季溢流負(fù)吸管線凍堵和固體油冰無法回收問題，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。井下作業(yè)環(huán)保裝置配套技術(shù)設(shè)計(jì)總圖見圖2。

2018 年3 月7 日至2019 年1 月25 日，施工 各類油井119 口，通過井下作業(yè)環(huán)保裝置配套技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用，即通過井下作業(yè)環(huán)保裝置的鍋爐蒸汽+負(fù)壓回收+配套技術(shù)，共回收污油水約939 m3，污油冰13.16 m3，污油水不落地回收率達(dá)98.62%，作業(yè)無污染率為100%。井下作業(yè)環(huán)保裝置配套技術(shù)應(yīng)用效果見圖3。

圖2 井下作業(yè)環(huán)保裝置配套技術(shù)設(shè)計(jì)總圖

圖3 井下作業(yè)環(huán)保裝置配套技術(shù)應(yīng)用效果

4 結(jié)論及認(rèn)識

1）井下作業(yè)環(huán)保裝置配套技術(shù)既可在油井上應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)水井上對作業(yè)過程中油管內(nèi)油水和套管溢流進(jìn)行回收，具有普便的適用性。

2）與常規(guī)井下作業(yè)環(huán)保裝置單獨(dú)應(yīng)用相比，清潔化作業(yè)配套技術(shù)解決了（冬季）作業(yè)過程中污油水不落地回收問題，消除了防滲布收集污油水存在風(fēng)險和隱患。

3）目前泄油器和油管內(nèi)壁在線清蠟技術(shù)處于試驗(yàn)階段，油管內(nèi)的油水還會帶至地面，防滲布還將繼續(xù)使用，需要進(jìn)一步研究取消防滲布使用的問題。

4）清潔化作業(yè)配套技術(shù)覆蓋了井下作業(yè)施工的各個工序，實(shí)現(xiàn)了清潔作業(yè)、環(huán)保施工，符合集團(tuán)公司關(guān)于修井行業(yè)的總體要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。