淺析固井工程中的節能減排

李金平（大慶鉆探工程公司鉆技二公司）

淺析固井工程中的節能減排

李金平（大慶鉆探工程公司鉆技二公司）

為在固井工程中實現節能減排，吉林油田堅持實際與理論研究相結合，針對固井過程中廢棄物排放問題，采取優化井身結構、調整尾漿配比、運灰車改造等措施，節約了水泥及填加劑用量，對油田環境保護做出較大貢獻，節能減排效果顯著。

固井工程；廢棄物排放；節能減排

吉林油田在固井施工中通過對運灰車輛改造、井身結構優化、合理應用早強劑等技術措施，不僅減少了水泥粉塵的排放，而且減少了水泥及添加劑的使用量。

1 固井施工中的排放物

1.1 水泥

固井施工中應用最多的材料就是水泥，也是在整個施工過程中排放最多的廢棄物，其主要排放途徑如下：

1）水泥運灰車在裝卸過程中，干粉狀水泥易產生大量粉塵，對環境及人體造成損害[1]。

2）水泥漿的主要作用是用來封固油井儲層，為油田生產服務，水泥車向油井注水泥漿置換出大量鉆井液及返至井口的水泥漿，包含大量有毒化學成分及重金屬，污染土壤、周圍環境及人畜用水安全[2]。

1.2 水泥填加劑

水泥漿分為常規水泥漿體系和高抗鹽水泥漿體系，不同體系的水泥漿所需填加劑不同，同一體系的水泥漿根據溫度不同所選填加劑也有所不同，如抗鹽抗高溫降失水劑、緩凝劑、分散劑、早強劑等，表1為抗鹽高溫水泥漿填加失水劑后性能參數：

填加劑與水泥漿混合攪拌后注入井筒后，和水泥一樣，會污染環境、損害人體。由此可知，要在固井施工中實現節能減排，必須嚴格控制水泥及其填加劑的用量及排放。

表1 高溫150℃飽和鹽水水泥獎體系性能

2 優化井身結構

2.1 減小井眼尺寸

在鉆進過程中減小表層部分的井眼直徑，這一技術主要應用在吉林油田各采油廠的淺井區塊，井眼直徑和套管直徑的減小可以節約水泥及外加劑的用量。例如：吉林油田某井固井過程中，方案優化前表層一開鉆頭直徑375 mm，與其匹配的套管直徑為273 mm，井壁與套管間的理論環容量為：51.91 L/m；優化后表層一開鉆頭直徑和套管直徑分別調整為：311 mm，244.5 mm，理論環容量則變為：29.01 L/m；優化前后相比理論環容量減小22.90 L/m，也就是減小水泥漿的用量，節約水泥用量占比44%[3-4]。

2.2 減少套管的層次或淺下套管100 m

吉林油田扶余、新民采油廠部分區塊在保證井下安全的前提下，采取減少井內下入套管層次、淺下套管等優化措施，每口井表層套管用量減少約100 m，約減少水泥用量32%。

3 在尾漿中摻加早強劑

為了提高鉆井工作的效率，通常在表層固井時在水泥漿中摻加早強劑，縮短固井二開時間。

水泥漿配方如下：

配方：天山G級水泥+5%TW600S+44%水

密度：1.90 g/cm3

5 h強度：2.8 MPa

8 h強度：5.4 MPa

優化前水泥與TW600S早強劑干混，水泥漿中早強劑占比較大，易造成早強劑浪費。優化后早強劑在水泥漿的尾漿部分加入[5]，具體操作如下：

1）套管腳部分封固質量決定表層套管固井質量，其上部井段的固井質量一般不會影響二開，因此可以只在管腳部分的水泥漿中摻加早強劑[6]。

2）如果套管腳部分也采用早強水泥漿，則造成水泥漿分兩端干混，不僅浪費時間，而且增加運輸成本；現場可采用濕混方式，即先將早強劑與清水在水泥車中混抖，再在套管腳封固時加入到水泥漿中，此方法可降低早強劑使用量約60%。

4 運灰車的改造

水泥裝卸及運輸中，會產生大量粉塵，嚴重危害環境和人體健康，應對運灰車進行改造，增加粉塵凈化及回收裝置[7]。

4.1 粉塵凈化及回收裝置設計

◇測定運灰車所排出粉塵的壓力及濃度，計算其流量Q；

◇定制濾袋，要求使用壽命長、阻力小、易維護；

◇根據運灰車過濾面積的大小計算濾袋用量；

◇根據工作需要，采用脈沖噴吹的清灰方式，速率v；

◇確定清灰所用的氣源及動力；

◇裝置的安裝。

根據吉林油田運灰車和灰罐容積，確定裝置粉塵設計流量Q=400m3/h，脈沖噴吹速率v=1.41m/min。

4.2 計算所需濾袋用量

過濾面積A=Q/60 V

Q為處理煙氣流量（m3/h），v為過濾風速（m/min）。

過濾面積=4.9（m2）

根據運灰車的布局，選擇Φ130 mm×600 mm圓柱體濾袋

每條濾袋面積a=3.14×d×L（圓袋）= 0.245（m2）

濾袋數量n=A/a=20

4.3 裝置除塵方式及其氣源、電源

裝置安裝多個脈沖閥，在閥口安裝噴吹管，對準安裝在下部的濾袋進行脈沖清灰。裝置氣源是由車載空壓機提供，電磁閥及24 V脈沖控制儀是油運灰車電瓶供電[8]。

4.4 裝置安裝固定

根據運灰車結構，凈化除塵裝置安裝在車尾，設置專用支架，焊接固定。

4.5 裝置參數（表2）

表2 水泥粉塵凈化回收裝置主要參數

4.6 裝置特點

◇體積小、重量輕、安裝簡便、隨車移動；

◇裝置所需氣源、電源均是運灰車原有的固定設備，無需另設動力源；

◇裝置用濾袋將粉狀水泥與環境隔離，濾袋外水泥粉灰采用脈沖噴吹方式清除，效率高。

5 節能減排技術在固井現場的應用

5.1 井身優化技術的實際應用

以扶余采油廠井12-14-X為例：

參數表層井深結構理論每米環容/L理論水泥漿用量/m3優化前∮375mm×300m∮273mm×300 m 51.9 15.5優化后∮311mm×300m∮244.5mm×300 m 29.0 7.7

實際固井施工中，表層井徑一般會擴大，水泥漿用量附加1倍，該井用水泥25 t，優化后可節約20 t，2012年以來，42井次采用井身優化技術，節約水泥用量約800 t。

5.2 在尾漿中摻加早強劑

2012年，該技術在各采油廠實際固井工程中應用，每口井約減少使用早強劑1.05 t，共應用35井次，合計減少早強劑用量36.75 t。

5.3 粉塵凈化及回收裝置的實際應用

該裝置2012年在油田固井公司所用運灰車上安裝，經過在水泥裝卸、運輸中現場測試，運灰車粉塵的排放濃度大大降低，由安裝之前的222 mg/m3降低至0.02 mg/m3。

6 結論

以上幾項技術的應用，不僅減少了原材料的消耗，降低了固井成本，同時對周圍環境、土壤、水質的污染降到了最低，具有積極的環保意義，應該在各油田固井施工中積極推廣。

[1]陳紅.固井設計與分析系統的開發[J].石油天然氣學報，2012，34（8）：114-116.

[2]韓劍，李傳紅．層間壓差對固井質量影響規律研究[J].大慶石油地質與開發，2002，21（4）：52-54．

[3]楊林，劉士安，孫林平.水泥膠結測井存在的問題和建議[J].測井技術，2004，28（2）：29-32．

[4]孫建孟.定量評價固井界面膠結質量的方法研究.測井技術[J].2004，28（3），199-203．

[5]薛梅.對固井質量解釋評價若干問題的探討[J].測井技術，2000，24（6）：470-475．

[6]顧軍，高德利，石鳳歧，等.論固井二界面封固系統及其重要性[J].鉆井液與完井液，2005，22（2）：7-10.

[7]馬文英，張輝，田軍，等.提高第二界面固井質量的鉆井液與前置液研究[J].鉆井液與完井液，2003，20（04）：27-30.

[8]楊振杰，李家芬，蘇長明，等.使用優質鉆井液提高固井二界面膠結質量[J].鉆井液與完井液，2006，20（2）：70-75.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.02.014

2016-11-29

（編輯 李珊梅）

李金平，工程師，1999年畢業于吉林省石油學校（鉆井工程專業），現從事固井、酸化、防砂工作，E-mail：450665710@qq. com，地址：吉林松原大慶鉆探工程公司鉆技二公司，138000。