井下作業環保裝置配套技術研究與應用

朱立雙（大慶油田有限責任公司第八采油廠）

1 存在的問題

自“史上最嚴環保法”實施以來，環保執法部門對違法排污企業采取“按日計罰、移送行政拘留”等更加嚴厲的措施，作為油田修井行業，環保壓力與日俱增。為此，作業大隊引進了井下作業環保裝置。該裝置具有油管和抽油桿清洗、污油水回收和外排三項功能，具體方法是先將抽油桿、油管從套管內起出，并將油管內攜帶的油水、鍋爐蒸汽清洗油管、抽油桿產生的污油水和下管桿時產生的溢流，統一散排到管桿橋下面帶有圍堰的防滲布上，通過真空泵和負吸管線將污油水回收到污油罐內，再利用排污泵外排到拉油罐車內，拉運到中轉站進行統一處理（圖1）。

圖1 應用環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的，當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，在負吸管線間歇負吸油水時易結冰造成凍堵；四是冬季由井口落入圍堰內的殘液凍結成固體的污油冰無法回收。為此，研制了開展井下作業環保裝置配套技術研究，通過現場應用，消除了井下作業過程中的環保隱患，實現了污油水不落地回收，有效避免了環境污染情況的發生，符合集團公司修井行業關于“清潔作業、環保施工”的總體要求。

2 環保裝置配套技術研究

井下作業施工現場應用井下作業環保裝置對作業過程中產生的污油水進行回收，下面就以檢泵井施工工序為例，針對檢泵過程中污油水散排到防滲布上進行收集，存在環保隱患較多的問題，作業大隊以減少污油水落地為目標開展攻關，為此，以施工工序為節點，將各節點產生的污油水不落地直接回收至井下作業環保裝置，從而大幅提高井下作業環保施工效果和水平。

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，為了達到抽油桿和油管下井標準，需要用井下作業環保裝置的鍋爐蒸汽進行清洗時產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 結構組成

該管桿在線清洗器主要由殼體、蒸汽噴頭、刮蠟膠芯、限位環、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，上下兩個刮蠟膠芯放入殼體，通過限位環進行定位，膠芯分為油管刮蠟膠芯和抽油桿刮蠟膠芯兩種。

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行加熱清洗，產生的污油水混合液利用裝置的負壓管線回收至裝置污油罐內。

2）油管在線清洗原理：通過油管短節將油管引入清洗器及期內部膠芯，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行清洗，清洗產生的污油水連同油管內攜帶的污油水推至清洗器的殼體內，一起回收至裝置污油罐內。

2.1.3 主要技術特點

1）殼體橫截面呈鴨蛋形，長×寬×高＝700×400×450 mm，材料為45#鋼板，內部焊接有環形噴頭，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，通過負吸管線將清洗產生的污油水回收至裝置的污油罐內。

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，內徑25 mm，高45 mm，在內徑方向上每隔120°割一個徑向長10 mm 的細縫，保證抽油桿和扶正器順利通過，同時將蒸汽限制在殼體內。

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

2.2 解決地面清洗油管內壁時間長，產生污油水落地回收時難度大的問題

因我廠原油膠質含量高，起出油管內壁結蠟較多，傳統清蠟方法是：蒸汽管線前端裝一個4″鋼管，鋼管前端砸扁，插入油管內，依靠蒸汽熱量將油管內壁油蠟完全融化后，依靠蒸汽將油管清除出油管內腔，缺點是蒸汽無控制地調整噴出，蒸汽利用率低，清洗時間長，產生污油水多。為此，研制了油管內壁清洗器，并與負吸管線相配合，實現了油管內壁油蠟快速清洗和產生污油水不落地回收。

2.2.1 結構組成

油管內壁清洗器主要由接頭、工作筒、連接盤、噴孔、軸座、轉軸、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、軸座和轉軸通過連接盤成為一個整體，葉輪通過軸孔套入轉軸并坐在軸座上，前端用螺絲固定。

2.2.2 工作原理

油管內壁清洗器連接鍋爐車蒸汽管線后插入油管內腔，清洗器噴出的蒸汽先將油管內壁預熱，同時通過清洗器內腔噴孔噴出的高壓蒸汽驅動清洗器前端葉輪高速旋轉，將預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 主要技術特點

1）工作筒外徑為59 mm，總長度150 mm，其中葉輪、軸座及轉軸材質為35CrMo 合金鋼，其余部件材質為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，使鍋蒸汽經過后噴孔形成高壓蒸汽并驅動葉輪旋轉。

3）葉輪與工作筒內側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速。

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

5）蒸汽+油管內壁清洗器+負吸管線工藝組合，實現快速清洗和污油水不落地回收操作方法是：將裝置負吸管線套在油管的油蠟出口端，通過強大的負壓吸力將油管內壁清洗器從進口端快速吸到出口端，進一步減少了油管內壁清洗器在油管內的停留時間，同時將清洗產生的污油水不落地直接負吸到裝置的污油罐內，消除了此工序的環保隱患。

2.3 解決冬季裝置回收下油管、抽油桿時的產生的溢流容易凍堵負吸管線的問題

大慶油田的冬天低于零度天氣從11 月初開始到4 月中旬結束，大約有5 個月的時間，這期間裝置負吸功能的不能發揮作用，原因是冬季結冰容易凍堵負吸管線，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，可有效防止負吸管線凍堵。

2.3.1 結構組成

蒸汽伴熱器，準確點說應該叫伴熱四通，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，保證裝置負吸功能正常運行。

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吸管線，另一端接蒸汽管線，在抽油桿下入油管過程中產生的溢流通過負吸管線回收到裝置的污油罐內，由于在溢流中加入了蒸汽伴熱，從而有效防止了管線凍堵，保證了負吸溢流功能的正常運行。

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，橫向一端接負吸管線，另一端接蒸汽伴熱管線，在油管下入過程中產生的溢流通過負吸管線回收到裝置的污油罐內，由于在溢流中加入了蒸汽伴熱，從而有效防止了負吸管線凍堵，保證了負吸下油管溢流回收功能的正常運行。

2.3.3 主要技術特點

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）伴熱四通的應用，避免了冬季溢流無法回收，造成作業現場油水結冰，收尾時刨冰收油工作量大，油冰處理難度大的問題。

2.4 解決作業過程中因殘液產生少量固體油冰無法回收的問題

在井下作業起下油管、抽油桿過程中，盡管一再小心謹慎，還是不可避免還是要產生少量的溢流，在冬天就凍結成固體油冰，利用裝置無法進行回收，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，通過負吸管線回收至裝置的污油罐內。

2.4.1 結構組成

固體油冰融化器主要由筒體、蒸汽接頭，負吸管線接頭、雜質過慮板等組成，蒸汽接頭位于筒體的底端，負吸管線接頭位于筒體的中部，雜質過慮板位于筒體內負吸管線接頭的前端，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，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吸管線回收至裝置的污油罐內，其中雜質隔離板可有效防止油冰中的莊稼桿葉進行裝置，保證污油水回收的順利進行。

2.4.3 主要技術特點

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）負吸管線接頭采用的27/8外加大油管公扣尺寸，與負吸管線內徑配合使用。

4）將井口范圍內的固體油冰融化成液體后可快速回收到裝置，實現地無污染作業。

3 現場試驗及應用效果

2017 年12 月24 日-29 日，在升58-44 井進行了現場試驗，通過現場應用配套設備，保證抽油桿在線清洗、油管在線清洗及油管內攜帶油水、油管內壁快速清洗等產生的污油水回收至井下作業環保裝置，節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，解決了冬季溢流負吸管線凍堵和固體油冰無法回收問題，實現了預期目標。井下作業環保裝置配套技術設計總圖見圖2。

2018 年3 月7 日至2019 年1 月25 日，施工 各類油井119 口，通過井下作業環保裝置配套技術現場應用，即通過井下作業環保裝置的鍋爐蒸汽+負壓回收+配套技術，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98.62%，作業無污染率為100%。井下作業環保裝置配套技術應用效果見圖3。

圖2 井下作業環保裝置配套技術設計總圖

圖3 井下作業環保裝置配套技術應用效果

4 結論及認識

1）井下作業環保裝置配套技術既可在油井上應用，可實現水井上對作業過程中油管內油水和套管溢流進行回收，具有普便的適用性。

2）與常規井下作業環保裝置單獨應用相比，清潔化作業配套技術解決了（冬季）作業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險和隱患。

3）目前泄油器和油管內壁在線清蠟技術處于試驗階段，油管內的油水還會帶至地面，防滲布還將繼續使用，需要進一步研究取消防滲布使用的問題。

4）清潔化作業配套技術覆蓋了井下作業施工的各個工序，實現了清潔作業、環保施工，符合集團公司關于修井行業的總體要求，具有廣闊的應用前景。