大慶油田帶壓作業安全環保風險分析與對策

吳志強

(中國石油集團長城鉆探工程有限公司井下作業分公司)

0 引 言

帶壓作業是維持井筒原始壓力，在不泄壓、不壓井的情況下按照方案要求進行施工的一種作業技術，其優點和經濟效益得到了充分的認可。大慶油田現平均每年待作業井次超過6萬口，其中有近1 000口井需要通過帶壓作業完成[1]，雖然不足年修井井次的2%，但是這些都是一些特殊井，具有壓力高、水溫高、環境敏感、井口簡易等特點，常規作業井控風險大，一旦發生安全環保事故，控制難度大，對社會、環境影響范圍廣，很難滿足現代油田發展需要。

1 帶壓作業安全環保存在的問題

1.1 井筒管柱風險

1.1.1 油管壓力控制失效

帶壓作業關鍵技術是油管壓力控制，而井筒內套管、油管的完整性決定了油管壓力控制能否成功。油水井油管結垢、結蠟、腐蝕以及套管錯斷、變形最為常見，大慶油田油層為中生代陸相白堊紀砂巖，平均深度在900～1 300 m，原油石蠟基，黏性大，油井停產后，原油失去流動性，隨著溫度的降低，出現結蠟的現象。油田注入水礦化度高、腐蝕性強，即使采用防垢、防腐油管，結垢、腐蝕的問題也很難解決，在施工中發現結垢最嚴重的油管近1/3空間被占居，3年以上的注水管出現不同程度的點狀、線狀腐蝕。大慶油田在開發過程中，出現了3次套損高發期，分別是1986，1999和2013年，累計套損近萬口，套損率達到了15.4%[2-3]。無論是結垢、結蠟、腐蝕還是套管錯斷、變形，哪種原因都可能導致油管壓力控制失效。油管壓力失控是帶壓作業最大的風險，也是最難控制的風險。

1.1.2 輕管柱竄管重管柱落管風險

當管柱軸向力為零時的管柱長度稱為管柱的中和點，管柱中和點等于管柱的截面力/油管浮重。中和點是理論上的計算，它與井內壓力、油管與套管的摩擦力、油管與防噴器組的摩擦力、管柱實際質量密切相關，實際中和點長度和理論長度存在一定的誤差，一般在重管柱還有5根和輕管柱還有5根時是中和點容易出現落管和竄管的區間，現場操作一定要小心謹慎，避免出現輕管柱竄管重管柱油管脫落掉入井內[4]。但是目前大慶油田有60%的帶壓作業設備是輔助式帶壓作業裝備，操作規程規定在中和點以下的管柱使用大鉤起下，中和點以上的管柱使用液壓缸起下[5]，實際操作風險高。大慶油田井深普遍在1 000 m左右，對中和點發生竄管落管影響不是很大。

1.1.3 管柱發生屈曲變形

帶壓作業管柱屈曲變形主要的形式有拉斷、壓彎、斷脫。無支撐長度過大、油管腐蝕、油管磨損強度降低、操作失誤都有可能發生油管屈曲事故。帶壓下管柱時，油管在大缸下壓軸向力作用下，游動卡瓦距最上密封防噴器之間的距離超過安全距離，或者低于安全系數的70%時，油管容易出現壓彎、壓斷(一般對φ60，φ73，φ89 mm的油管安全無支撐長度系數取70%)[6]。油管在縱向擠壓作用下超出油管抗擠毀屈服強度時出現擠扁、擠斷。一般情況下油水井帶壓作業油管擠毀發生的概率很低，壓力高的氣井發生的可能性較大。但是油管受到腐蝕介質腐蝕后可能出現管壁變薄、抽油桿磨損油管穿孔造成強度下降，在操作中稍有不慎就會出現油管擠扁、擠斷事故[7]。

1.2 地面設備風險

油水井帶壓作業工藝流程包括搬遷、施工準備、封堵油管、拆井口采油樹、安裝帶壓設備、起管、轉排油管、下完井管柱、拆設備、收尾。每一道工序都可能產生安全環保隱患，其中最常見的是密封滲漏風險、管橋區原油落地風險。

1.2.1 密封滲漏風險

1)帶壓起下油管時，半封、球形工作防噴器切換，防噴器組腔體內存在一定的壓力，在釋放壓力過程中，有少量污油、污水從防噴器內溢出，如果不通過一定的措施及時回收，會對設備和地面造成污染。

2)防噴器膠芯的磨損是導致密封滲漏的主要原因，其中油管接箍通過防噴器膠芯時對其磨損影響最大，膠芯的尺寸對油管外徑的變化需要進行匹配，目前大慶油田常用的油管有φ62，φ73 mm兩種尺寸，油水井帶壓作業每口井最多需要更換兩次不同尺寸的半封膠皮，膠芯磨損以及更換半封膠皮都會造成污油污水的滲漏。

3)遠程液控裝置液壓輸出、輸入端有液壓油滲漏風險。在安裝和拆卸液壓控制管線時，液壓油會有一定的損耗，平均每個液壓輸出/輸入端口損失液壓油約15 mL，如果密封油膠圈損壞，液壓油將出現大量泄漏。

4)液控操作室位于井口25 m以外，拆卸、吊裝、拉運對管線造成磨損，管線越長發生破損刺漏的風險就越高，高壓管線刺漏不但會造成污染，還會對現場人員造成傷害。

1.2.2 管橋區原油落地風險

帶壓作業不洗井、不壓井，起管過程中雖然防噴器膠皮可以刮掉一部分原油，但是油管外壁結蠟、油管內壁原油多，油管、抽油桿起出倒到管橋區后原油落地，尤其是夏季油管受熱升溫快，原油融化后大面積滴落在管橋下，特別是大雨過后容易通過防滲布滲漏到地面，而且使用過的防滲布回收處理造成二次污染。

1.3 現場管理風險

風險管理執行不到位。現場未執行“兩書一表”和風險管理工具、評價方法要求，區域崗位員工沒有履行區域職責開展危害因素辨識。對安全生產宣貫、培訓不到位，管理人員不清楚風險防控的方法，沒有結合帶壓作業專業實際特點制定有效的防控措施。安全事故“二八法則”中季節變化、人員變更、施工中的“不得手、不好用、不及時、盯不住、憂患多、意識差”也會導致現場風險的增加。

2 帶壓作業風險對策研究

2.1 現場管理制度體系建設

按照培訓、模板、檢查、追蹤、總結和建檔6個步驟開展安全隱患排查工作。從源頭抓好培訓，開展被檢查人員、檢查人員和管理人員三級安全培訓，提高檢查人員的素質，明確被檢查人員的職責，提升管理人員水平。制定應急、井控、危化品等7個專業的檢查模板，規范各檢查項目的內容及標準。結合相關操作規程、管理辦法，將每一項重點防控與現場隱患點源進行逐一對照、分級、整理，完善并細化具體檢查內容、標準。按照指定的檢查模板和細化的規程，加大現場安全監管力度。專職安全監督通過巡井監督和駐井監督的方式，嚴把施工現場監督檢查關，重點井、關鍵工序監督駐井率均達到100%。對檢查發現產生問題的直接原因和間接原因進行分析，有針對性地制定糾正及預防措施，通過追蹤、監督、復查，確認預防措施。及時進行總結，認真開展分類、統計、分析，對易發、高發的隱患問題，制定有針對性的整改措施，下發HSE通報，對下步工作進行安排部署。對發現的問題和整改措施建立檔案，為再次開展檢查提供依據，明確檢查方向，也能指導基層隊伍有針對性地強化基礎工作，促進基層單位舉一反三地抓整改，避免出現重復性問題[8]。

2.2 安全環保專業設備研發與配備

1)井口污水回收裝置。該裝置能夠適應于各種型號的帶壓作業設備，由四塊槽鋼組合而成，組合后嚴絲合縫，多次試驗未發現滲漏現象，有效避免井口、防噴器組滲漏造成對地面土壤的污染。目前已投入使用13套，不僅能夠替代井口鋪設防滲布效果，還避免了防滲布回收二次處理污染問題。污水、污油回收裝置收集的廢液和原油通過多功能一體化環保罐抽吸后，進行固液分離、污水回收。通過近兩年的使用，能夠保證作業現場污油污水不落地，分離后的液體回注鄰井或干線，固體環保回收。

2)便捷式井場圍堰具有靈活組合、便于操作、規范美觀、清潔環保等優點，徹底改變了以往圍堰圍堵不嚴、鋪裝困難等缺點。主要用于作業機、遠程液控裝置、工具房、值班房與地面隔離，避免“跑、冒、滴、漏”造成污染。

3)帶壓作業支撐裝置具有體積小、操作簡單、不依靠動力源的特點，對帶壓作業裝置起到了良好的支撐和穩固作用，并有效保護了井口、套管。

4)液控管線盒將電路、油路管線隔離。通過將兩個規格為9 m×1 m的管線盒拼接，縮短軟質液控管線的長度，避免了液控管線磨損，安裝時只需將兩端的管線分別與遠程控制裝置、防噴器端連接，減輕了安裝作業勞動強度。液控管線安裝后將管線盒上鋼板蓋上后，即便出現高壓液控管線刺漏，也不會對現場工作人員造成傷害。

5)管橋污油回收槽。為了避免油管在管橋上滴落的原油滲漏到地面，減少防滲布回收造成二次環保危害，結合大慶油田井場特點，設計并制作油管管橋污油回收槽，每套回收槽由八塊長9 m、寬1 m的槽鋼焊接而成，回收槽在現場拼接時每一塊槽鋼與相鄰的槽鋼扣在一起，兩塊槽鋼之間的縫隙被掩蓋，管橋上原油不會通過縫隙落到地面。每套回收槽成本不足5萬元，可以循環使用10年以上，每年平均每支帶壓作業隊伍減少防滲布成本4萬元，經濟效益可觀。

2.3 帶壓完井工藝、帶壓配合工藝的優化

2.3.1 完井管柱預置內防噴工具

油水井帶壓作業針對壓力高、環境敏感等特殊井修井作業，相對于常規作業雖然優點多，但是成本高，是常規小修作業費用的5～10倍。為了避免下次施工作業再次面對諸多小修施工無法解決的問題，帶壓作業完井時對完井管柱進行優化，在套管內或者油管內預置防噴工具，減少下次作業時污水、原油的排放，減少環境污染。目前常用的完井管柱預置優化組合有以下幾種：油管串+帽型開關(或活堵)+泵(封配)；油管串+泵(封配)+尾管閥；油管串+泵(封配)+捅桿+封隔器。

2.3.2 帶壓配合工藝優化

油井生產到一定階段后，產能和滲透率降低，為了增加產能，提高油井產量，需要補孔或壓裂，帶壓作業配合射孔、壓裂施工能夠確保井筒及地層內持續高壓，避免地層裂縫合攏，避免常規壓裂作業壓完后壓井液對儲層的傷害，儲層改造效率高，適用性比較強，可以在不動井口的情況下進行多種作業。目前帶壓作業配合壓裂[9]、射孔、注灰作業應用非常成熟，平均每年配合壓裂約10口、配合射孔約50口、配合注灰作業約35口。

3 結論與建議

大慶油田油水井帶壓作業的應用為高壓井、環境敏感井維修提供了保障措施，但是油田開發了近60年，井內套管錯斷、油管腐蝕嚴重，為油管壓力控制和完井帶來諸多問題。

油水井帶壓作業是一種清潔環保的作業模式，但是施工風險高，一旦井控出現問題，不僅造成經濟損失，也會對環境造成污染。井控管理和安全風險排查要做到萬無一失。

井口污水回收裝置、液控管線盒、管橋架原油回收槽等環保裝置的研制和投入解決了廢液、原油落地問題，可以有效避免環境污染和防滲布回收處理二次污染。

油管壓力控制技術需要進一步完善。研究化學封堵工藝解決油管腐蝕造成無法投堵問題，研究精準定位冷凍力油管壓力控制技術解決油管任意位置封堵問題。

帶壓作業智能控制研究。我國帶壓作業技術起步比較晚，材料性能、裝配制造工藝等方面與國外公司都有很大的差距，導致帶壓作業設備安全可靠性、自動化和智能化水平不夠高，智能化帶壓作業機能有效避免操作失誤造成的事故。