抽汲防噴盒利用氣源環(huán)保處理裝置

譚文波 張小亮 趙增權 唐建軍 吳占關

（西部鉆探工程有限公司試油公司）

1 背景

油氣勘探開發(fā)中，鉆井液的調(diào)配是一項較為復雜的工作[1]，鉆井過程中易發(fā)生泥漿污染地層造成地層孔隙堵塞，經(jīng)替噴誘導而不能形成自噴，再有部分油氣井的地層壓力低。抽汲求產(chǎn)是認識油層產(chǎn)能液性的重要手段之一，減少井儲、提高壓力恢復速度、縮短試油周期等優(yōu)點。因此在低滲透油氣藏的試油中，抽汲試油方法占有相當大的比例[2]。抽汲井是指在油井某一深度放置一抽子，當井筒內(nèi)液面高于抽深時，進行連續(xù)抽汲，當井筒液面較低抽不出油時，就停一段時間，待井筒液面上升后再抽汲，即抽汲過程為人為控制的抽子上、下行運動過程[3]。抽汲作業(yè)上提抽子時，液體隨抽汲鋼絲繩的快速上行運動，一起排出井口。傳統(tǒng)使用的液壓防噴盒是對防噴盒膠皮手動加液體壓力使抽汲鋼絲繩完成動態(tài)密封，但手動打壓瞬間時不能達到有效的密封壓力，使密封效果差[4]。也有采用抽汲車氣源進行控制，江蘇油田分公司井下作業(yè)2010年成功研制了氣控密封抽汲防噴盒[5]，還有設計了雙級密封，操作簡單可靠，并能達到一定的防噴效果[6]。以上都達不到杜絕一滴原油落地的效果，易引發(fā)安全和環(huán)境污染等問題[7]。還可以采用強行加大打壓壓力的方法，然而在現(xiàn)場應用中，參數(shù)調(diào)節(jié)不及時，造成供采不平衡，經(jīng)常出現(xiàn)抽汲次數(shù)多，抽子干磨現(xiàn)象，不僅嚴重影響了抽子的壽命，而且增加了無效能耗[8]。2015年，新環(huán)保法的頒布實施，給油井清潔作業(yè)生產(chǎn)提出了更高的要求[9]。進行了新型防噴盒的研究，利用抽汲車氣源，在扶正輪下部，安裝的兩個對稱的氣嘴，對剛離開密封系統(tǒng)的抽汲鋼絲繩進行吹掃，達到環(huán)保要求[10]。

2 問題的提出

當前試油井抽汲作業(yè)普遍采用的是抽汲滾筒帶動鋼絲繩抽汲的方式，原有抽汲防噴裝置密封效果不佳，運轉(zhuǎn)過程中鋼絲繩攜帶液體飛濺井場、設備，一方面存在污染環(huán)境的問題，另一方面大幅增加了抽汲過程中現(xiàn)場污染物處理及設備表面油污清理的費用。需設計研制一種工作裝置解決抽汲環(huán)保污染問題。

傳統(tǒng)進行過的的解決方式有套龍防護封堵式及雙級密封式：

1）套籠防護封堵式對于常見的抽汲環(huán)保污染問題。在2018年5月利用套籠防護罩，對抽汲防噴盒至抽汲車天滑輪出進行封堵。其優(yōu)點是操作簡單、效果直觀，短時間應用有一定效果。缺點是用一段時間后，套籠內(nèi)部結垢嚴重，材質(zhì)耐磨性，使用效果的長久性無法保證。

2）氣壓（液壓）原理壓縮密封膠皮的雙級密封式（吐哈油田）。雙級密封裝置結構見圖1，采用上下2套密封裝置密封，下密封阻擋井內(nèi)流體，上密封進一步處理溢流的殘液。上下密封裝置由氣缸活塞推動扶正銅套，進而壓縮密封膠筒，密封膠筒向內(nèi)收縮，從而密封抽汲鋼絲繩。膠筒為兩瓣式，方便更換。通過調(diào)研：新型抽汲防噴裝置通過4次改進，2017年3—8月共試用4井次，累計抽汲39 d，效果比傳統(tǒng)的理想。其優(yōu)點是該裝置具有雙級扶正、密封，密封效果較傳統(tǒng)的好，對保護抽汲膠杯有效果。缺點是結構復雜，部件多達30多個，制造工藝成本劇增，現(xiàn)場作業(yè)安裝復雜，使用效果的可靠性也不理想。

圖1 雙級密封裝置結構Fig.1 Structure diagram of double pole sealing device

綜上所述，需研制一種投入成本小、將復雜變簡單、便捷高效、效果更加可靠的抽汲防噴盒環(huán)保處理裝置。

3 原因分析

3.1 抽汲飛灑污染

通過多次現(xiàn)場觀察，試油井抽汲作業(yè)普遍采用的是抽汲滾筒帶動鋼絲繩抽汲的方式，原有抽汲防噴裝置密封效果不佳，在運轉(zhuǎn)過程中鋼絲繩麻面、繩芯攜帶液體，在經(jīng)過天滑輪受到2倍力弧形擠壓滲出，通過天滑輪高速運轉(zhuǎn)而飛濺到井場、設備。

3.2 密封效果不佳

考慮應用雙極密封，加工工藝復雜，成本較高，不適合現(xiàn)場推廣，需要一種便捷、簡單且方便安全的氣源吹除式結構。由噴嘴、固定架、氣源管路及防噴盒上壓帽組成。通過多次試驗、結構優(yōu)化改進，在充分利用抽汲車上壓力0.8 MPa氣源，完全能將井內(nèi)帶出的原油液，在剛離開密封膠筒時，還受到井底液柱、鋼絲繩自重負載的初步滲出的情況下進行吹掃。

3.3 飛灑

考慮井內(nèi)帶出的原油液，在剛離開密封膠筒時，提前對鋼絲繩完成二倍擠壓，再通過氣源吹除式結構就避免了經(jīng)過天滑輪時受到弧形擠壓滲出后飛濺井場、設備。故設計了采用外圈開槽帶U形槽高碳鉻軸承鋼（全淬透型12×52×20）軸承一對，組成擠壓輪，提前對抽汲鋼絲繩完成擠壓，最后經(jīng)吹掃下來的殘液經(jīng)引流孔收集排出。通過試驗模擬實際工況計算擠壓力為1.83 t。

針對以上問題，完成室內(nèi)模擬實驗后，確定加工方向，設計、制作了一套試驗抽汲防噴盒環(huán)保處理裝置見圖2。

圖2 試驗抽汲防噴盒環(huán)保處理裝置Fig.2 Environmental treatment device of test swabbing blowout preventer

4 現(xiàn)場實驗

4.1 白XX實驗井

2018年6月8日在白XX井進行第一次現(xiàn)場抽汲試驗，該井液性為水帶油花，組裝完成裝置，進行試抽，操作控制室手動打壓泵打壓4 MPa（以前一般打壓6～7 MPa），方罐出口見液后，打開氣源給噴嘴供氣，觀察抽汲車氣壓從0.8 MPa降至0.6 MPa，抽汲車（功率206 kW）工作情況一切正常，試抽三抽沉沒度深200 m，三次吹掃排出液5 L（說明有效果），當時現(xiàn)場風力3～4級，未發(fā)現(xiàn)飛濺現(xiàn)象。觀察鋼絲繩情況：卷入滾筒帶少量油液（已達到濕掛，但不流淌），試驗初步成功。

4.2 艾湖XX實驗井第一次試驗

6月12日，改制成三個噴嘴的裝置，原設想3個噴嘴120°均布，對鋼絲繩的吹掃效果更全面和理想。但在瑪XX井進行第二次現(xiàn)場抽汲試驗，該井液性為前5抽全是油，微帶少量氣。操作控制室手動打壓泵打壓4 MPa，方罐出口見液后，打開氣源給噴嘴供氣，觀察抽汲車氣壓從0.8 MPa降至0.6 MPa，工作情況一切正常，試抽三抽沉沒度200 m，當時現(xiàn)場風力2～3級，發(fā)現(xiàn)飛濺現(xiàn)象嚴重，鋼絲繩卷入滾筒帶油液，試驗失敗。

4.3 艾湖XX井第二次試驗

6月20日，分析前一次失敗的原因后，改制噴嘴的裝置，恢復2個噴嘴180°對置分布，該井液性為前5抽全是油，帶少量氣。組裝完成裝置，進行試抽，操作控制室手動打壓泵打壓6.5 MPa，方罐出口見液后，打開氣源給噴嘴供氣，觀察抽汲車氣壓從0.8 MPa降至0.7 MPa，工作情況一切正常，試抽三抽沉沒度200 m，當時現(xiàn)場風力2～3級，未發(fā)現(xiàn)飛濺現(xiàn)象。鋼絲繩卷入滾筒維帶油液。但事后調(diào)查了解，該井的抽汲車，機械動力大于前次抽汲車，在控制室打壓6.5～8 MPa時，抽汲井場基本做到無飛灑。缺點是損傷、更換抽汲膠杯嚴重而頻繁?？紤]到此次成功可能具有一定的偶然性，準備第二日，進行更換車況較差、具有普遍現(xiàn)象的抽汲車進行更合理性的驗證。

4.4 艾湖XX井第三次試驗

6月21日，在艾湖XX實驗井井況不變的條件下，進行第三次現(xiàn)場試驗驗證。

4.4.1 具體驗證方法

井況沒改變，設備較昨天降一個臺階，控制室手動泵打壓壓力3.2 MPa（人為降低）。密封膠杯還是沿用原車已經(jīng)使用過的中等程度，損傷30%的（幾次試驗均如此），氣源壓力不變，沒度保持和前幾次大致相同200 m。

4.4.2 試驗效果情況

方罐出口見液后，打開氣源給噴嘴供氣，觀察抽汲車氣壓從0.8 MPa降至0.6 MPa，抽汲車（功率206 kW）工作情況一切正常，試抽三抽沉沒度深200 m，三次吹掃排出液3 L，現(xiàn)場風力2～3級，未發(fā)現(xiàn)飛濺現(xiàn)象。鋼絲繩卷入滾筒帶少量油液（已達到濕掛，但不流淌），試驗成功。

5 推廣應用情況

1）取得的效果。加工制作新型抽汲防噴裝置15套，在新疆油田區(qū)塊從2019年至今，每年1 200班臺次；2019年5月到吐哈油田，在葡北XX井神北XX井、溫砂XX井、溫XX井、溫砂XXX井5井次使用，累計抽汲88 d，節(jié)省抽汲裝置購置費產(chǎn)生經(jīng)濟效益42.46萬元。同時取得了良好的社會效益，避免了環(huán)境污染，實現(xiàn)了安全綠色作業(yè)。

2）推廣中發(fā)現(xiàn)的不足。2022年6月20—23日在青海油田花土溝選擇稠油、超稠油井（切XX井、牛XX井、冷XX井）相繼進行實驗，效果不理想，稠油清除效果不佳，說明改裝置還得優(yōu)化改進。、

6 總結

通過2018年對抽汲防噴盒環(huán)保處理裝置的研制與初步試驗，到今年對新型防噴盒的推廣，有效驗證了該裝置創(chuàng)新性，簡單的結構設計、最小的成本投入、簡單的操作方法就能改變原有抽汲防噴裝置密封效果不佳，運轉(zhuǎn)過程中鋼絲繩攜帶液體飛濺井場、設備等污染環(huán)境的問題。同時能大幅降低抽汲過程中現(xiàn)場污染物處理及設備表面油污清理的費用，能產(chǎn)生極大的經(jīng)濟效益和社會效益。但針對稠油、超稠油井還無法達到理想效果，固后期還需在此基礎上進一步優(yōu)化改進，比如改變抽汲鋼絲繩表面、或利用電纜帶壓作業(yè)防噴阻流管的原理等，進行持續(xù)攻關，真正達到適應各種工況的環(huán)保要求。