油田清潔化作業的技術研究與應用

于濟源（大慶油田有限責任公司第六采油廠）

綠色安全發展是國家發展戰略，近年來，國家出臺多項安全環保法律文件和政策規定，特別是“新兩法”實施以來，對安全環保工作的重視程度和監管力度前所未有。為深入貫徹集團公司建設綠色礦山的戰略任務[1]，推進落實《油氣田企業綠色礦山創建方案》，按照某油田“井液不出井、出井不落地、落地不污染”的清潔作業總體要求，將在清潔化作業上，全面應用井筒、地面控制技術，并形成以“井筒控制為主、地面控制為輔”的清潔作業技術，同時，強化“日常洗井管理、壓井液控量管理”等保障措施，進一步減少井筒廢液、廢物排出，實現不同井型、不同作業類型的綠色施工，形成可復制、可推廣的清潔化作業模式[2-3]。

1 井下清潔化作業配套工藝技術

1.1 套管防噴控制配套技術

一是在維護作業上，針對抽油機井和螺桿泵井，主要應用防噴錨定一體化工藝[4]；針對電泵井，應用液壓式套管防噴工藝。施工過程中，如果油管不出現溢流，可采取使用簡易自封裝置，實現套管防噴，目前全廠共有潛力井838 口，井下存量381 口，潛力井技術覆蓋率45.5%。2021 年應用70井次，二次作業井197 井次，防噴成功率98.5%，減排污油污水0.96×104m3。

1.2 措施井防噴控制配套技術

一是在壓裂措施上，應用壓裂防噴橋塞[5]，2021 年實施20 井次，在實現井筒流體有效控制的同時，平均單井壓后投產時間縮短10 d，少影響產油300 t，創造經濟效益90 萬元。

二是在產能新井上，應用射孔聯作工藝，年均實施50 口井，防噴成功率達100%，實現射孔全過程井口無溢流作業。

三是加快補孔防噴一體化技術研發，實現補孔過程中的套管防噴，實現清潔作業的同時，節省壓井液使用、縮短補孔作業施工周期、提高補孔增油效果，考慮老井補孔時補孔彈起爆釋放的力對管柱中防噴封隔器、錨定工具的沖擊，從耐振及避振兩個角度，進行相應工具的設計。

1）油管減振器的設計及加工。應用避振結構，將補孔起爆時的瞬間沖擊力進行吸收，保證其他工具功能的完好性。

2）補孔防噴封隔器的設計及加工。參考目前油井防噴丟手封隔器的結構，對釋放結構進行強化、優化設計，考慮補孔瞬間的振動沖擊，滿足補孔起爆后，能正常進行丟手動作。

3）補孔防噴錨定工具的設計及加工。參考目前油井防噴支撐卡瓦的結構，對支撐爪結構進行強化、優化設計，考慮補孔瞬間的振動沖擊，滿足補孔起爆后，能正常進行卡瓦爪張開及回收動作。

4）補孔防噴井下工具模擬補孔振動試驗。完成上述兩項設計后分別對單一工具進行振動試驗，獲取試驗前后錨定及其他機械活動結構的可靠性，全部成功后，進行連接，對整體工具串進行現場模擬補孔后防噴振動試驗。從而進行防噴錨定結構的座封，繼而完成防噴封隔器的有效釋放，達到補孔后一趟管柱實現套管防噴作用。

1.3 油管防噴控制配套技術

針對噴勢較弱井，為減少環境污染，并改善作業施工環境，主要應用油管防噴工藝。

一是在采油井方面，針對抽油機井，φ70 mm及以上泵型應用防噴脫接器，φ57 mm 及以下泵型應用活堵；針對螺桿泵井，應用提拉開關+支撐卡瓦組合或提拉式管內防噴工具。2021 年潛力井750口，應用596 井次，潛力井技術覆蓋率79.4%，減排污油污水0.6×104m3。

二是在注入井方面，針對井內溢流大的注水井，應用可溶防噴工具、爆破喇叭口，防止井液進入油管，實現下管柱作業油管一次防噴。潛力井892 口井，井下在用647 口井（可溶防噴工具75 口井，爆破喇叭口572 口井），適用井技術覆蓋率72.6%，年均應用100 井次。針對井內溢流大的分層注水井，應用防漏底球，防止井液進入油管，實現下管柱油管一次防噴。年均應用350 井次，井下在用411 口井，適用井技術覆蓋率100%。

三是在作業過程中應用泄油器工藝技術[6]，起下油管施工作業過程中，實現油套連通，將油管中剩余油液卸至套管內，實現“井液不出井”，目前正在試驗階段。

四是試驗應用“長柱塞+短泵筒”泄油泵，泵筒本體上設計泄油通道，柱塞提出泵筒后實現泄油，解決作業時油管內殘留液體帶出地面的問題，同時為正循環洗井提供通道，大幅提升桿管熱洗清蠟效果，計劃開展現場試驗20 井次，減少污油污水排放達100 m3。

1.4 井筒清潔控制配套技術

為提高井筒清潔程度，降低清潔作業施工難度，2022 年將加強采油井熱洗管理，并制定熱洗提質提效專項方案，提高熱洗管理水平。

一是摸索最優洗井參數。根據前期進行熱洗時DTS 井溫測試得出結論，2022 年結合地面改造，以排量參數為優先考慮對象，在管線滿足大排量洗井要求下，進行不同排量參數匹配、不同洗井溫度進行測試，根據時間、空間上連續的井筒內部溫度變化情況，結合室內蠟質成分、融蠟析蠟溫度檢測，確定最佳的熱洗排量、溫度、時間組合。結合產液、含水、液面及舉升方式差異，在參數上設計不同排量、溫度、熱洗時長組合，實現溶蠟、排蠟的雙重目的，形成不同驅替方式的熱洗參數標準，提高單井洗井效果。

二是推廣防倒灌式洗井工藝[7]。減少洗井液倒灌地層、縮短洗井后產量恢復周期的同時，使洗井液最大限度進入油管，提高融蠟、排蠟效果。繼續攻關防倒灌式大孔道洗井工藝研究，開展大孔道洗井閥研制。改進現有洗井閥孔道結構，加大洗井閥過流面積，使小排量螺桿泵洗井排量提高30%；開展洗井防倒灌工具研制。目前現有洗井防倒灌工具施工中需增加一套丟手管柱，工具結構復雜，施工難度大，再次維修施工費用較高。新研制防倒灌工具共兩套研究方案，一是溫控式防倒灌工具，使用溫控材料，高溫洗井液通過時，封隔器自動擴張封閉油套環形空間，防止洗井液倒灌地層，二是皮碗式防倒灌工具，使用以皮碗封隔器為主體防倒灌工具，依靠皮碗和套管內壁的過盈來密封油套環空，在井內壓差作用下皮碗擴張密封環空，使用工具使含水恢復期降低50%。

三是推廣低頻浪涌電解蠟堵技術。該技術利用大地容性、阻性特征，輸出低頻電流，形成“浪涌效應”，提高井下生產管柱電流強度及深度，將電流熱效應最大限度作用在井下管柱，融化油管表面死油死蠟，達到解堵解卡的目的。2022 年，現場技術實施30 井次，預計節約生產成本800 萬元以上。

四是建立壓井液使用技術標準[8]，即要求作業施工隊伍在作業前連續3 d 核實溢流量、井口壓力，并繪制壓降曲線，并引入壓降變化百分比，然后計算壓降百分比k，該值反應井口壓力下降快慢，參考“k”值確定壓井類型，及時跟蹤單井壓降情況，應用公式計算所需壓井液密度，結合標準，確定壓井液使用原則。確保壓井液使用符合安全、環保、技術要求，繼續堅持“壓而不噴、壓而不漏、壓而不死”的原則，并保證壓井液的各項指標符合要求，合理選用壓井方式，提前做好施工井前洗井計劃，保證井內壓力平衡。

1.5 地面設備及配套工藝技術

一是針對泥漿排放場地空間緊張、泥漿處理能力有限問題。應用廢棄泥漿回注技術，能夠將廢棄泥漿有效注入聚后水驅一類油層內，并通過降低注入濃度、采用泥漿和污水段塞周期的注入方式有效控制壓力上升速度，保證廢棄泥漿處理量。2022 年計劃處理廢棄泥漿0.35×104m3。

二是在地面控制技術上，通過配備“兩集一收”環保設備，保證含油污泥、污水出井不落地。在井口處主要應用井口集液平臺及聚氨酯井口圍堰[9]，施工的隊伍已全部配備了聚氨酯井口圍堰；在管桿橋上，主要應用鋼制管桿擺放平臺及聚氨酯防滲布，目前共配備鋼制管桿橋62 套，聚氨酯防滲布64 套；在污油污水回收上，共配備了60 套污油污水回收裝置，年均回收廢液6.6×104m3，基本實現出井不落地、落地不污染。

三是開展井口清洗管桿技術[10]，降低起出管桿死油死蠟的附著率。利用井口下第一根油管加裝篩管，使油套環空形成大排量循環通道，可進行桿柱井內清洗，目前清洗裝置可立即投入使用，3 月份開展試驗，檢驗該裝置的實際應用效果預計2022年9 月正式投入使用，計劃應用4 套設備，2022 年現場試驗40 井次。

四是針對帶壓起桿工作需求，開展7 MPa 管桿一體式帶壓作業技術攻關，保障7 MPa 以內采油井維護性作業需求。由于抽油桿加裝扶正器后，桿體與扶正器之間變徑較大、扶正器外形不規則、桿體結蠟等因素。在7 MPa 高效帶壓設備基礎上進行技術改造，形成管桿一體式帶壓作業技術，研制抽油桿三級密封裝置置于主機通徑內，保證密閉起桿；同時，改造卡瓦系統，保證安全起桿。與獨立式抽油桿帶壓作業裝置相比，施工提效50.0%以上，費用下降50.0%以上。目前已完成兩套抽油桿三級密封裝置加工，全年計劃試驗10 井次。

2 清潔化工藝及設備應用計劃

2.1 應用井筒控制成熟技術

一是推廣套管防噴控制技術，2022 年計劃應用150 井次，套管防噴控制技術應用計劃見表1，適用井技術覆蓋率達到60%以上，全年減排污油污水1.2×104m3，力爭三年實現潛力井技術全覆蓋。

表1 套管防噴控制技術應用計劃Tab.1 Application plan of casing blowout prevention control technology

二是推廣采油井油管防噴控制技術。2022 年計劃應用750 井次，油管防噴控制技術應用計劃見表2，適用井應用覆蓋率達到100%，預計全年減排污油污水1.5×104m3。

表2 油管防噴控制技術應用計劃Tab.2 Application plan of oil tubing blowout prevention control technology

三是推廣注入井油管防噴控制技術。2022 年計劃應用640 井次，工具用量1 070 套，注入井防噴控制技術應用計劃見表3，適用井應用覆蓋率達到100%，預計全年減排污油污水1.9×104m3。

表3 注入井防噴控制技術應用計劃Tab.3 Application plan of injection well blowout prevention control technology

2.2 加大地面設備控制配套

針對桿管在線刺洗帶來的影響施工效率、施工質量的問題，創建管桿后線清洗檢測車間，即將投產運行，主要實現三方面功能：

1）緩解環保壓力：消除作業現場管桿刺洗產生的廢液，減少管桿刺洗廢液排放、減少鍋爐車廢氣排放。

2）提高施工效率：由一個臺班實現出井管桿與入井管桿的拉運，起下管桿無縫銜接。

3）提高施工質量：后線清洗檢測修復一體化，提高二次下井桿管質量，延長檢泵周期。

在地面輔助技術應用安排方面，加大“兩集一收”設備設施配備力度。新增及更新“兩集一收”設備，在井口環保設備配備上，新增10 臺車載式集液平臺，更換40 套聚氨酯管桿橋圍堰、井口圍堰，更新5 臺污油污水負壓回收裝置。

2022 年加大對7 MPa 帶壓設備的現場應用，針對井內壓力長期不降，下降幅度緩慢，采取量壓，符合7 MPa 帶壓設備的優先采用帶壓作業技術，全年計劃實施帶壓作業160 井次，其中常規帶壓作業90 井次，7 MPa 高效帶壓作業70 井次。目前，某油田年均7 MPa 以下帶壓作業130 井次以上，為保證這部分井高效、低成本帶壓作業施工，還需配套2 臺7 MPa 高效帶壓作業設備，全面應用7 MPa 帶壓作業技術施工后，年可節約帶壓作業施工成本1 040 萬元。

3 應用效果與評價

截至目前，采油井油套防噴工藝設計，已實施846 井次，產能新井應用射孔下泵聯作技術28 井次，油管后線清洗已實施41 井次，累計清洗油管3.3×104m。壓井井中共應用防噴工具126 井次，減少二次作業中使用壓井液78 井次，節省成本約為150 萬元，通過使用電解+融蠟劑的物理法與化學法相結合的復合解堵工藝，解堵成功率達到80.0%以上，解堵周期由7 d 以上下降到5 d 以內，已累計成功解堵23 井次。在6 口井上探索應用了連續油管解蠟堵工藝，成功率100%，平均解堵時間1.5 d，平均單井節約大修作業時間8 d，節省作業費用490 萬元。

施工各類油水井3 000 口，回收油泥量1 643 t，回收率達100%。與去年同比，減少固廢313 t，完成全年工作目標的62.6%，拉運回收廢液10×104m3，回收率達100%。與去年同比，減少液廢1.6×104m3，完成全年工作目標的64%，清潔化效果顯著提升。2021—2022 年上半年減排效果對比見表4。

表4 2021—2022 年上半年減排效果對比Tab.4 Comparison of emission reduction effects in the first half of 2021—2022

4 結論

1）油田井下作業清潔技術和設備的推廣應用，達到了清潔化生產的目標，創造了良好的施工環境和經濟效益。

2）加強科研公關力度，推廣更有效的清潔技術，改善對井筒的治理能力，有效的保證井筒內的清潔度。

3）以井筒控制為主、地面控制為輔的清潔作業技術系列，強化“日常洗井管理、壓井液控量管理”等保障措施，進一步減少井筒廢液、廢物排出，達到“井液不出井、出井不落地、落地不污染”的根本要求。

4）通過采用清潔化作業方法，固液固廢回收率達100%，相比2020 年，減少固廢313 t，減少廢液1.6×104m3，清潔化效果顯著提升。

5）通過開展井筒防噴工藝技術969 井次，優化洗井、壓井參數。應用防倒灌洗井工具50 井次，低頻浪涌電解堵工藝30 井次，提升井筒清潔程度，改善作業施工環境的同時，減少作業外排廢液2.31×104m3，節省作業成本2 000 余萬元。

6）通過后線清洗檢測修復一體化工藝，已實施41 井次，累計清洗油管3.3×104m，提高二次下井桿管質量，降低檢泵頻次，延長了檢泵周期。

7）不斷改進生產工藝，采取不同的防護措施如聚氨酯井口圍堰60 套，污油污水回收裝置20 套等，年回收廢液6.6×104m3，真正實現了清潔生產。