安塞油田井下作業清潔生產技術研究與應用

邱家友，朱明新，黃軍強，吳海闊，劉德來，蔣 娜

（中國石油長慶油田分公司第一采油廠，陜西延安 716000）

安塞油田所轄油區以黃土塬地貌為主，生態環境脆弱，植被污染后難以恢復，其主力區塊位于延安市“四河三庫”環境敏感區域，年產生含油污泥約8 000 t，作業產生的含油污泥占到總量的50 %以上，安全環保風險大，因此推進井下作業清潔生產，立足“井筒控制、井口預防、地面補防”技術思路，搞好末端治理的同時加強前端防控，是油田效益開發和良性發展的一項重要舉措[1-3]。

1 清潔生產現狀

安塞油田地處“三庫四河”環境敏感區，點多面廣、區域分散，年產生含油污泥約8 000 t，作業產生的含油污泥占到總量的50 %以上，每噸含油污泥的處置費用達到1 200 元，每年處置含油污泥的費用高達1 000萬元，其中井下作業年產生污油泥4 000 t，主要來源于三個方面：

（1）起管桿時油水從井口噴出，灑落在井口周圍；

（2）起抽油桿作業時，抽油桿上原油、蠟塊陂帶出，滴落在井口周圍；

（3）蠟、原油刺洗時落在防滲布上，防滲布不可重復利用，變另一種污染物。

2 清潔生產工藝前期試驗

針對井下作業時存在“油水噴出、原油蠟塊滴落在井口、原油蠟塊落在防滲布產生另一種污染”等三個方面污染[4]，結合調研東部油田清潔生產工藝，認為密閉清洗、鋼制箱體平臺可達到清潔生產目的，但均存在費用較高。因此，在密閉清洗、鋼制箱體平臺試驗的同時，開展了高分子防滲材料優選。

2.1 密閉清洗

清洗設備主要由真空超導加熱清洗和污油污水回收處理兩部分組成，安裝井口刺洗裝置后連接好污油污水回收管線，在井口進行油桿外壁的刺洗，同時將溢出的污油污水進行同步回收；油桿清洗完畢并提出油井后，打開卸油器，將油管內壁清洗干凈。

2.1.1 抽油桿清洗 先后試驗了同步清洗回收、殘液遺留井筒兩種方式。

2.1.1.1 同步清洗回收 在井口安裝清洗器對抽油桿進行同步清洗，井下不下入眼管，實現抽油清洗后立即返出，達到同步清洗同步回收的目的。試驗時殘液循環出井筒，清洗器縱向高度短（10 cm），回收管管徑偏小（38 mm，與熱水出口管徑一致），影響回收效果（見圖1）。

2.1.1.2 殘液遺留井筒 先下入花管，在井口安裝清洗器及刮蠟膠芯，起抽油桿的同步清洗刮蠟，殘液從眼管流入井筒。試驗發現，清洗通道較長（增加花管），清洗質量及效率較高，但殘液以及蠟質都流到井筒內，對油井后期生產有一定影響。

圖1 同步回收清洗示意圖

下入花管后，熱洗液能進入井筒，增加了熱洗通道，使得清洗通道較長，清洗質量及效率較高。但殘液以及蠟質難以排出，存在流到井筒內風險，對油井后期生產有一定影響。

對比而言，殘液遺留井筒對東部油田結蠟輕微適用性強，而安塞油田結蠟嚴重，適應性較差，優選同步清洗回收工藝，但需進一步開展優化改進，提高清洗效果。

2.1.2 油管清洗 先后試驗了蒸氣清洗、膠芯清洗等兩種方式。

2.1.2.1 井口注蒸氣清洗 不插軟管蠟質全部洗入井筒內，未達到井筒清潔目的；下入高壓軟管可用于泄油器打不開井，但延長8 h，且當氣油比較高時存在溢流風險。

如井深1 500 m，動液面800 m，受熱前井內溫度t1=40 ℃，井內液V1=6.3 m3。由理想氣體狀態方程：PV=nRT，受熱前T1=273+40 K，加熱后T2=273+80 K，則V2=1.13V1，計算井筒環空充滿氣油比≥30 m3/t，井筒環空充滿，存在溢流風險。

2.1.2.2 下膠芯清洗 先打開泄油器，然后從井口投入清洗膠芯，利用快速接頭連接水泥車推動下行，利用機械刮削力和水力噴射兩重效果清洗。試驗發現，入井水量少（平均入井水量3 m3），有利于油層保護，同時作業時間短，1 h 即可完成內壁清洗需要水泥車和罐車配合，單井作業增加約2 700 元；對于泄油器無法打開井無法清洗。

對比而言，膠芯清洗相對效果較好，但需對密閉清洗車進行改進，增加高壓設備。

2.2 鋼制箱體平臺作業

由擺放油管桿箱體、井口作業平臺和圍欄輔助三部分組成，箱體用于油管、桿作業擺放；溢流污油經作業井口平臺流至箱體，施工結束后集中回收。

借鑒吉林油田采用的技術參數和設計形狀加工鋼制箱體，主要由3 具油管箱體、3 具抽油桿箱體及1 個井口集油箱體組成，箱體底部均為4 mm 鋼板，總重8.8 t，在杏18-12 井進行了現場試驗，刺洗油管桿過程中750 kg 油水混合物全部集中在作業箱內，但質量過大，裝卸、現場擺放不便，箱體間對接密封效果及與井口適應性差。

2.3 高分子防滲材料

初選聚氯乙烯材料，采用5.5 m×2 m×3 mm×10 塊防滲布拼接鋪設，總質量約500 kg，使用無縫鋼管互相插接成框架作為支撐，重復應用2 口井，主要存在質量及體積較大，不便于運輸及現場擺放等問題，需進一步優選。

3 后期優化改進

經過前期試驗，需針對安塞油田氣油比較高、井筒結蠟較嚴重特點，需開展密閉清洗工藝優化改進，并按照方便運輸原則改進鋼制箱體設備、優選高分子防滲材料。

3.1 密閉清洗

3.1.1 抽油桿刺洗

3.1.1.1 施工工藝 優選同步清洗回收，并安裝刮蠟膠芯及高壓清洗水嘴，達到“水力射流+高溫溶化+膠芯刮蠟”多重效果，原油污水由負壓泵回收。

3.1.1.2 設備改進 圍繞清洗效率及殘液回收率，從清洗器縱向高度、增設高壓清洗噴嘴、殘液回收管徑及設備等方面進行優化（見圖2、圖3）。

圖2 清洗腔內高壓清洗噴嘴示意圖

圖3 設備改進項目圖

具體管徑優化計算如下：

已知管徑為38 mm 時回收管出口P=1 MPa。

總體來說，煤樣在不同浸泡時間下的單軸壓縮曲線具有相似的特征，在受載初期單軸壓縮曲線均呈上凸型，達到峰值應力以后又迅速跌落。說明無論是自然煤樣還是有機/酸復合溶液浸泡后煤樣均具有一定程度的壓密階段和脆性特征，不同的是，隨著浸泡時間的增加，煤樣的彈性模量和峰值強度逐漸減小，而峰值應變和總應變呈增加的趨勢。

3.1.1.3 施工參數 根據結蠟特征、析蠟溫度要求，分別試驗了高溫低壓、低溫高壓兩種參數，優選低溫高壓參數，排量由熱平衡Q吸=Q放計算。

高溫低壓：參數為溫度110 ℃、清洗壓力4 MPa，存在蠟不能擊散、受熱膨脹影響井口殘液噴濺；

低溫高壓：參數為溫度75 ℃～85 ℃、清洗壓力10 MPa，井口殘液無噴濺，能達到清洗效果。

3.1.2 油管內壁清洗

3.1.2.1 改進“膠芯清洗”對密閉清洗車增加高壓設備，滿足現場推動清洗膠芯要求；圍繞清蠟效果、防止蠟質進入油層確定溫度、壓力、排量等參數。

3.1.2.2 試驗油管提出井口單根清洗 為滿足對泄壓器打不開井油管提出井口單根清洗要求，自主研發設計了快速接頭、防噴回收夾筒（見圖4、圖5），使降低占井時間突破性進展。

快速接頭：設計為插入式，比油管旋塞絲扣接頭時間降低2/3。

防噴回收夾筒：采用氣動及時抱緊、松開，及時回收殘液。

圖4 快速接頭

圖5 防噴回收夾筒

3.1.3 油管外壁清洗 從套氣閘門注入熱水，經油管外壁清洗器清洗后，產生原油、污水由負壓泵回收，具體施工參數要求為：

（1）溫度高于析蠟點，60 ℃以上，適當控制溫度，可提高排量；

（2）排量≥2 m3/h（以提油管速度40 秒/根，提出油管溫度大于析蠟點計算）；

（3）水量滿足逐根清洗要求。

3.2 鋼制箱體設備研制與優化

便于搬遷、安裝要求，自主設計，對井口集油箱體、箱體尺寸及箱體間搭接方式改進。

（1）箱體尺寸改進：6 個大箱體改進為10 個管、桿同橋小箱體，由8.8 t 下降到5 t。

（2）井口集油箱體改進：改為井口集油托盤和導油槽，將井口流出的原油導至油管桿箱體內。

（3）搭接方式改進：搭瓦楞板拼接改為臺肩搭接，便于現場施工。

3.3 高分子防滲材料優選

（1）優選原則：按照耐熱、拉伸強度和延伸率性能好、輕量化及可回收原則選取，解決油污回收和防止二次污染問題。

（2）優選結果：經3 次選型，選用聚胺脂涂層軟體材料，總重80 kg，且廠家回收循環利用，不產生二次污染；室內測試，抗拉伸及熱老化等性能良好，預測重復利用150 井次以上（見表1）。

4 現場應用效果

4.1 現場應用情況

表1 高分子防滲材料技術指標

2017 年立足“井筒控制、井口預防、地面補防”技術思路，推廣試驗密閉式清洗、鋼制箱體平臺、高分子防滲材料作業等3 種工藝，共實施300 井次，減少油泥120 t，減少一次性防滲布7.5 t，減少原油損失22.5 t。

（1）密閉清洗：結合井筒狀況，優選工藝，實施52井次，實現井液不出井。

（2）鋼制箱體平臺：現場擺放時間由6 h 下降到2 h，實施118 井次，污油集中回收，實現出井不落地。

（3）高分子防滲材料：單塊聚胺脂高分子涂層軟件材料最多已用60 井次，外觀無破損，可持續使用。共實施130 井次，配套擋板隔離，實現了油污全部回收（見表2）。

表2 井下作業清潔生產實施情況

4.2 經濟效益評價

減少污油泥120 t、防滲布7.5 t，處理按每噸1 000元計，節約12.75 萬元；減少一次性防滲布、鍋爐車刺洗及原油損失，2 010 元/井次，共計60.3 萬元，合計產生經濟效益73 萬元，同時達到減少污染、促進油區的生態環境建設，社會效益和環境效益顯著，形成的技術體系對長慶油田其他區塊具有很好的借鑒意義（見表3）。

表3 井下作業清潔生產經濟效益統計表

5 認識及下步建議

（1）開展清潔生產工藝達到前端削減環保問題目的。形成清潔生產工藝技術體系，現場應用152 口，單井減少油泥0.18 t 以上，達到了清潔生產目的。

（2）清潔生產工藝優化后具有較好的適應性，但密閉清洗存在蠟遺留井筒、延長占井周期等問題，需結合地層壓力、井況、結蠟等情況，仍需進一步改進。

（3）清潔生產是一項系統工程，需源頭減少修井工作量。堅持“多維護、少修井”理念，加大井筒綜合治理，降低作業頻次，減少井下作業工作量，從源頭實施清潔生產。