井下作業(yè)現場井場防污染治理裝置研究與應用

吳正銀 趙增權 鐘敏 王強 李濤（青海油田井下作業(yè)公司）

油田環(huán)境的保護，對油田的開采和可持續(xù)開發(fā)有著重要的意義。油水井在修井作業(yè)過程中，通過起下油桿、起下油管、清蠟、壓裂、沖砂等工序或井噴現象，會將井內的油水帶出地面，進而導致施工現場及其周圍區(qū)域的環(huán)境污染。若未采取有效的施工技術和應用適當的設備裝置，被帶到地面的油水便會向周圍擴散，進而造成周圍環(huán)境的污染，并加大了施工人員的操作難度。此外，大量油污積聚于井口周圍，易導致火災的發(fā)生，浪費自然資源、損壞油水井相關設備的同時，也嚴重威脅施工人員的財產安全和生命安全。因此，為保證修井過程的清潔和安全，達到環(huán)保修井作業(yè)的目的，探究油水井井下作業(yè)過程中的污染根源，并推廣及應用環(huán)保修井作業(yè)配套技術具有必要性意義，可促使油水井井內的油污得到有效排放及回收，減少對環(huán)境的污染，為自然資源的節(jié)省和施工人員人身安全提供有力保障[1]。

1 處置現狀

在油水井作業(yè)施工過程中，產生的原油含量較高的廢礦物油、油泥砂和沾油廢棄物，油泥砂的物理性質是廢礦物油與含礦物油廢物，這些對環(huán)境具有一定潛在威脅，必須采取適當的技術措施，進行防范和治理。青海油田井下作業(yè)的40支作業(yè)隊伍，作業(yè)施工過程中每月產生的廢礦物油65 t，沾油廢棄物達55 t，油泥砂160 t，其總量達到280 t。

過去由于環(huán)保治污技術措施少，手段簡單，只能以一種原始的簡單方法，頭痛醫(yī)頭腳痛醫(yī)腳，結果不能從根源上防止作業(yè)施工過程中的環(huán)境污染現象[2]。早期，對落地油水做成一種小面積的圍堰，但這種方式雖然杜絕了油水橫流所造成的大面積的跑水和跑油，但就小面積的土地還是難免形成影響，后來制作了一種小面積的井口圍堰，內部鋪貼防滲膜，外圍用一種專用的塑料圍擋做成小的積液池，但這種也是有其局限性的，污油污水難免溢出，還有對作業(yè)井場也做成圍堰式的積液池，內部也鋪貼防滲膜，這樣以來，環(huán)境防污染的措施有了，也起到了保護環(huán)境的目的和作用[3]；但是，員工的勞動強度增加了20%，生產成本增加了5%，勞動效率下降了5%，整體經濟效益降低15%。

2 井口污染技術解決方案

如何才能更好的治理污油污水，成了井下作業(yè)施工過程中的一大難題，在勘探生產過程，帶壓作業(yè)技術應用能夠很好的解決作業(yè)污染的問題[4]，但其設備投入占井周期長，生產成本高等原因，制約了其技術在整個生產維護中的應用。通過對2 000多口井的樣本分析，產生廢礦物油、油泥砂和沾油廢棄物的主要原因是井口返出物落地形成的。

摒棄以往圍獵式污染治理的誤區(qū)，立足于目前技術現狀，梳理存在問題根源和解決問題的方法，形成不讓返出物落地的思路，設計和研發(fā)了一種石油修井作業(yè)現場環(huán)保治污平臺裝置[5-7]。

3 裝置結構改造

3．1 結構及原理

裝置由治污傘、導管、支撐框架，往復平移驅動機構，集污機構，防濺機構和護欄等組成。大修現場防污設計見圖1。

圖1 大修現場防污設計Fig.1 The anti-fouling design of overhaul site

現場設備安裝到位后，作業(yè)過程中井口返出物將不會直接落地地面，而是從鉆臺平面落入收油傘，進入收油傘的污油污水將會順著導管流入積液池，當積液池的液體達到一定量時，原油將會用罐車拉運到定點回收地，返出的水作為修井液將重復利用[8]。

3.2 升級改造

整個裝置在應用過程中，還是產生了諸多問題，比如冬季施工時，收油治污傘內的液體造成棟堵、大修側鉆過程中鉆井液泥漿在罐內沉淀，以及在解決了大修作業(yè)現場的問題，油水井投產維護過程中，形成的污油污水的治理，而且油水井投產維護作業(yè)施工現場所面臨的環(huán)保風險更大，只有解決了油水井投產維護作業(yè)施工時的環(huán)境污染風險，才能算是達到我們從根源上防止作業(yè)施工給環(huán)境所形成的環(huán)保風險。

如何解決以上問題？同樣的思路不變，所采取的措施和手段也是一樣的，杜絕從井筒中跑出的油水落地，但作業(yè)現場還有一個突出的問題是，起作業(yè)生產管柱時，生產管柱中的油水在卸扣提升的瞬間，管柱內的液體將在鉆臺上傾瀉而下形成噴濺，這同樣要造成油水落地，造成環(huán)境污染[9]。

針對投產、維護和措施作業(yè)，設計和加工了適合作業(yè)維護施工中的環(huán)保治污平臺裝置。作業(yè)現場環(huán)保治污平臺裝置見圖2。

圖2 作業(yè)現場環(huán)保治污平臺裝置Fig.2 The environmental protection and pollution control platform device at the operation site

4 裝置實施的技術方案

4.1 各部件實施連接方式

裝置各部件中支撐框架包括支腿，支腿固定套，撐板和井架連接塊；撐板一側通過所述支腿固定套固定于所述支腿上，另一側通過所述井架連接塊與油井井架連接；撐板包括踏板和兩條軌道，兩條軌道平行固定于所述踏板下表面，兩條軌道內側的踏板開設槽口；往復平移驅動機構固定于所述踏板下方，往復平移驅動機構帶動集污機構和防濺機構沿軌道在槽口內往復移動；而防污機構包括防污漏斗，排污管，底法蘭，導流管和鋼板網；其防污漏斗固定于平臺上平面鋼板網中央，其鋼板網兩相對側邊滑動安裝于所述軌道內；排污管與防污漏斗下口聯通，排污管底部設置有底法蘭，排污管側壁聯通導流管；防濺機構包括防噴濺伸縮套筒和防濺連接蓋所述防濺連接蓋蓋合于防污漏斗上口，防噴濺伸縮套筒固定于防濺連接蓋中央的安裝孔內，防噴濺伸縮套筒與防污漏斗聯通；起升機構包括起升撬動支架，支架踩踏杠桿，伸縮套筒起升撬半環(huán)，伸縮套筒起升卡箍，支架底座，復位底座和復位彈簧；伸縮套筒起升卡箍固定于防噴濺伸縮套筒上端，伸縮套筒起升撬半環(huán)的開口端與伸縮套筒起升卡箍活動銷接，伸縮套筒起升撬半環(huán)的固定端與支架踩踏杠桿的一端固定連接，支架踩踏杠桿的中部與起升撬動支架的頂端活動銷接，支架踩踏杠桿的另一端為踩踏端；復位底座內部設置滑槽，支架底座滑動安裝于滑槽內；復位彈簧一端固定于滑槽底部，另一端固定于支架底座上。

4.2 裝置主要部件實施技術方案

在現場應用安裝時，就維護作業(yè)現場來講，修井設備安裝到位后，具備作業(yè)施工的一切條件，我們要進行裝置安裝，對原井口設備采油井口更換為井控設備，液壓封井器或手動防噴器，在井控設備法蘭上平面，安裝防污漏斗，接下來安裝簡易鉆臺及其支腿等，安裝防噴濺裝置，對各部件進行位置校正，在各機構能夠滿足作業(yè)施工的條件下，我們的整個裝置就達到還作業(yè)施工中的環(huán)保目標，同時，還能有效防治地面污油對地層的污染[10]。

裝置在具體實施過程中，首先與修井機井架連接，使得環(huán)保治污平臺裝置和采油井口建立起一個治污整體。當起升井內生產管柱時，往復平移驅動機構帶動集污機構和防濺機構靠近生產管柱，在卸扣完成后起升防噴濺伸縮套筒，使管柱內的污油污水導流入防污漏斗內，后通過導流管導流到回收池中。需要特別說明的是防噴濺伸縮套筒起升方法：其中起升機構主要起作用是起升撬動支架，支架踩踏杠桿與復位底座和復位彈簧。當踏動支架踩踏杠桿的踩踏端時，通過杠桿原理，支架踩踏杠桿撬起伸縮套筒起升撬半環(huán)，同時支架底座壓縮復位彈簧，伸縮套筒起升撬半環(huán)過聯動作用撬起伸縮套筒起升卡箍，伸縮套筒起升卡箍帶動防噴濺伸縮套筒做起升運動，從而實現起升動作；當放開支架踩踏杠桿的踩踏端時，由于復位彈簧的收縮作用，實現反作用運動，防噴濺伸縮套筒縮回；從而有效的防止井筒內的返出物噴濺和流淌到井口和地面。

5 應用效果

修井作業(yè)現場環(huán)保治污平臺裝置實現了油水不落地目的，達到了環(huán)境保護和污染治理的目標。目前，在青海油田井下作業(yè)施工現場，大修13支隊伍和作業(yè)15支隊伍，自2019—2021年共安裝28套裝置，2021年廢礦物油、油泥砂和沾油廢棄物總量從2019年的每月280 t，下降到了90 t，減少近190 t，下降率達68%，治理費用按每噸350元計算，每月治污費降低6.65萬元，這樣，全年將減少非生產成本支出79.8萬元。三廢治污成本分析統計見表1。

表1 三廢治污成本分析統計Tab.1 The cost analysis of the three waste pollution control

安全效益：根據應用新技術工藝減少非生產成本支出，每期傷亡事故非生產支出總費用為180萬元。新裝置原油回收產生的經濟效益為54萬元；總體計算經濟效益313.05萬元。

6 結論

裝置的技術方案整體來講裝置從井下作業(yè)井場污染治理的源頭進行探索和研究，為了實現作業(yè)井場作業(yè)液體和井筒返出物不落地的目的進行裝置的設計和實施，最終通過近3 a的應用達到了設計的目的，起到了環(huán)境保護和井下作業(yè)施工環(huán)境污染治理的作用。同時，裝置可有效避免管柱內的液體噴濺以及對井口范圍內環(huán)境的污染，保持大修作業(yè)鉆臺、維護作業(yè)簡易鉆臺平臺上的干凈與整潔，保護操作員工的身心健康，促進了作業(yè)現場環(huán)保治理技術進步，其社會效益明顯。另外，裝置可以起到井筒內返出物回收的作用，提高了油井的單井產量，創(chuàng)造了明顯的經濟效益。