井口防溢與溢流收集工藝研究

王磊

（江蘇油田技術監督中心，江蘇 江都 225265）

井下作業施工極易形成原油、污水落地，造成環境污染，直接影響當地人民群眾的日常生活、農業生產和身心健康，原油和污水的落地也造成了施工井口環境惡劣，影響作業施工，危害操作人員的健康，并且給施工留下了安全隱患。根據施工現狀，主要圍繞現場施工管柱密封、下管柱防溢、溢流收集等方面存在的問題進行攻關研究，取得了較好成果，通過推廣應用，有效減輕了井下作業施工造成的原油、污水落地造成的污染。

1 井口密封工藝研究

1.1 現有井口密封工藝現狀與問題分析

在沖砂、鉆磨銑工作時，原主要采用桶形高壓自封密封井口，原有桶形高壓自封高度35cm，在過去井口沒有安裝防噴器情況下，老式桶形高壓自封是安裝在井口大四通上平面，井口操作影響不大；隨著防噴器安裝，井口操作高度整體增加50cm以上，給現場施工帶來了較大難度，沖砂、鉆磨更換單根操作困難，導致現場不按要求施工現象時有發生，存在嚴重的安全隱患。

1.2 井口密封工藝設計

為了解決原有自封存在問題，設計一種新型自封裝置，利用防噴器內腔安裝膠芯，膠芯采用整體結構。

（1）整體式密封膠芯研制。根據現場施工情況，自封膠芯設計為整體式，可以沉入防噴器內腔，有效降低高度，上端掛在四通法蘭鋼圈槽內，既不影響防噴器功能，又達到了密封目的；為確保膠芯強度與彈性，在整體膠芯內部設計有骨架，骨架由環形鋼盤與16組“U”形鋼絲相串的加強筋組成，選用耐磨聚脂材料硫化形成整體膠芯。整體膠芯內部通道設計有鼓形腔結構，在油管接箍通過鼓形腔時，膠芯在受壓后有自動補償作用，從而延長膠芯的使用壽命；同時，膠芯上端邊緣下部有與防噴器上法蘭鋼圈槽相配合的膠圈，實現與防噴器的密封。

（2）密封殼體研制。采用螺桿鉆鉆灰、套管除圬及正沖砂時，過去在井口密封裝置高度35cm，安裝復雜，隨著井口防噴器安裝后，老式井口自封給井口操作帶來較大難度。由于正循環沖洗時高壓修井液是從油管進入，從油套環空返出，出口壓力低，這時，井口密封就不需要復雜的高壓密封設備，而每年的鉆磨、正沖砂工作量占全部循環沖洗工作量80%以上，而不到20%的循環沖洗工作采用反沖方式，因此，研究了對半式低壓密封殼體（見圖1）。安裝后，整體高度僅4cm，完全可以滿足正循環沖洗對井口壓力密封及強度要求。

2 下油管內防溢工藝研究

2.1 防溢工藝現狀與問題分析

圖1 低壓自封殼體

在新井替泥漿及滿井筒液下油管施工時，井內泥漿、原油或污水會從油管內溢出，污染井口環境，給井口施工帶來安全隱患。目前，主要措施如下。

（1）為了防止下油管時泥漿、原油或污水從油管管柱內向外溢出，主要措施是在管柱下端接一個倒置單流閥，能防止油管溢流造成的井口污染。而安裝倒置單流閥只適合主要進行正洗井施工的一些管柱，且需要單流閥不影響下步工藝要求。

（2）對因工藝管柱不能安裝倒置單流閥工序，如試油抽汲管柱，只得采用“冒噴”下一段、洗一段，邊下邊洗的下管柱方法。這種方法，不僅浪費水資源、產生大量污水、影響施工進度，且易造成地層污染，影響油井產量。

對于能安裝單流閥施工的管柱，一方面解決了油管內溢出井液問題，但另一方面，又產生了新的問題：下管柱時，油管內無液體，管柱受浮力影響，下放速度很慢，施工效率較低；安裝單流閥后套管內液體不能進入油管，對于一些需要降液面射孔新井只得提出通井管柱，下一趟管柱進行抽汲降液面；安裝單流閥，反洗通道受阻，只能進行正洗井，而正洗工藝也存在一些不足：一是在采用清水替泥漿作業時，因泥漿密度大，油管內截面積比環空截面積小，清水推著比重大的泥漿從環空上行效果差，造成洗井不徹底，施工時間長，需要清水量比反替泥漿多20%以上，污水處理量增加等問題；二是當一些施工中出現正洗井不通或工藝需要反洗井時，只能采取提出井內管柱，卸下倒置單流閥，重新下管柱施工。如現場出現過井內泥漿黏稠結塊、泥漿厚實正洗不通的情況。

針對以上問題，需研究設計一種既能實現防止管柱內液體外溢，同時，具備正、反洗功能的油管防溢裝置，滿足了環保及正反洗井的需要。

2.2 防溢器研制

（1）結構設計。通過對現場施工情況進行分析，設計的工具既能實現防止管柱內液體外溢，同時，具備正、反洗井通道功能，主要以現有單流閥、旁通閥作參考，設計了反向單流閥和旁通閥結構，其中，旁通部分為核心部件，由中心管、內套、外管、彈簧組成，外管加工有三個旁通孔，孔與水平徑向承60度傾斜角，見圖2。

圖2 防溢器結構圖

（2）操作方法與工作原理。施工時，將油管內防溢裝置安裝在施工管柱的下端，在管柱的快速下放過程中，由于最下端反向單流閥的作用，泥漿、原油或污水不會從底端進入施工管柱中，由于旁通孔具有大的與上行液流的流向相反傾斜角，套管外液體也不會立即從旁通孔進入油管，設計當3根以上油管下完后，油管內空，套管環空內的液體壓力作用在內套上，壓縮彈簧下行，旁通閥打開，井液從外管孔進入，經中心管壁上內孔進入施工管柱內，維持內外壓力平衡。設計始終確保油管內有3根以上油管是空的，不管是油管在下行中或在坐吊卡時刻，井口油管不會出現井液“噴出”。且滿足對于一些需要井液進入油管內的工藝要求，如抽汲管柱。正洗井時，油管內壓力大于環空壓力，彈簧復位，旁通關閉，由管柱內進入的液體通過底部單流閥下行，可沖洗井底；反洗井時，由套管進入的液體通過防溢裝置的旁通機構進入替漿管柱，可以實現反洗井。

3 井口溢流收集工藝研究

3.1 溢流井收集工藝現狀與問題分析

井口作業過程中，井內經常有溢流出現，特別是注水井停注后，井口大多存在一定壓力，開井后會有溢流，對一般溢流量不大于2m2/小時，再次關井1小時后壓力低于5Mpa的注水井，現場一般稱為“雙低”注水井。

為處理此類注水井的溢流收集問題，目前，主要有兩種作業方式，常規方法是在井口附近挖一小池，采取邊放溢流邊起下管柱的常規作業方式，溢流流到井口小池內進行收集，再用泵打到大罐內，這種方式已不符合環保要求；另一種方法，是采用帶壓作業設備施工，對于壓力高、溢流量大注水井，帶壓作業是最有效的方法，但由于帶壓作業配套設施多，搬遷、組裝時間長，施工起下管柱速度只有普通作業1/3左右，存在費用高、效率低的問題，對于這種“雙低”注水井采用帶壓設備施工，不符合當前低成本作業形勢要求。

針對壓力低、溢流量低的“雙低”注水井作業環保問題，分析認為，可以對現有的井控、環保配套裝置及工藝技術進行優化，采用普通250修井機代替帶壓設備進行施工，以滿足“雙低”井作業要求。

3.2 收集工藝研究

根據注水井井口壓力、溢流大小及管柱特點，研究針對不同井口的溢流收集方式、井口作業操作方式及配套設施，本著利用現有工用具、對現有設施、設備進行優化、改進，確保研究費用較小的思路，主要研究了接液盒常規作業井口操作方式，適用井口高度小于1.5m的井。

主要配套設施有：井口接液盒、井口收集罐、收液泵、收集大罐等配套裝置。其中，重點研制了接液盒，該盒為兩半式結構，可以直接放置在防噴器上，兩半式圓盤套在防噴器法蘭周圍，不影響正常施工，見圖3。

圖3 接液盒式收集裝置

液體收集操作程序：與普通作業一樣，在井口安裝自封；在井口安裝接液盒，在下部連接軟管線；在井口附近放置接液小罐；關閉套管閘門，井口溢出的液體經接液盒收集，通過軟管線流入接液小罐；采用收液泵將小罐內液體打入收集大罐內。

接液盒常規操作方式不增加操作高度，不改變原有操作方式，操作方便，但當井口高度較高時，井口操作難度大，此種操作方式不適應，需要增加平臺進行操作。

4 結語

井口防溢流與溢流收集工藝研究成果解決了現場施工管柱密封、下管柱防溢、井口溢流等方面造成的環境污染問題，有效減少了原油、污水落地數量，促進了綠色修井工作的實現，為油田開發提供了技術支持。

通過研究和總結，得出以下結論和建議：

（1）井下施工作業是目前油田污染的主要來源之一，為了實現環境保護目標，實現綠色修井，要求我們對井下施工作業問題進行深入的探討與研究，使其能夠利用高科技手段，創新出新型的作業方式，保障高效和清潔的雙贏局勢，推動油田可持續發展。

（2）江蘇油田油水井大多地處水網地區，環境風險大，通過對井下作業設備、工具、工藝的研究，形成的循環沖洗、井口清潔、污染液收集等一整套高效作業的環保生產技術，不僅能降低勞動強度，達到高速高效作業的目的，同時，有效降低了環境風險。

（3）為有效發揮研究成果在生產中的作用，需要大力進行推廣應用，同時，在生產應用中不斷進行完善升級，為后期開發工控一體化的施工作業設備作準備，實現管柱有效密封、溢流自動收集，進一步提高生產效率，有效滿足環保、安全要求。