下管柱防污防喷装置的研制与应用

张兴瑞

【摘 要】胜利油田在主要生产单位的基层队全面推广清洁生产审核验收，清洁生产工作受到了油田的高度重视。推行清洁生产、降低油水外排、减少环境污染成为油田环保工作的重中之重。本文介绍了喷下管柱施工现状，阐述了下管柱防污防喷装置项目开展情况和取得的效果。

【关键词】管柱；防污防喷装置；研制；应用

在修井作业施工过程中，进行通井替浆、冲砂等下油管工序施工时，井筒处于井液全部充满状态时，井内液体随着油管下入体积的不断增大，井内液体会在下油管的过程中，从油套环空和油管内喷溢出来。井内的油水混合物流出井口，造成井口的污染，给职工在施工中既增加了劳动强度，同时也给职工带来了更多的安全隐患，在下油管过程中不断溅落在井口操作人员身上，使职工身体健康方面受到危害。胜利采油厂作业大队经过科技攻关，成功研制与推广应用了下管柱防污防喷装置，实现了下管柱无污染作业，避免油水外泄污染环境，保障了修井作业清洁生产。

一、喷下管柱施工现状

作业施工是采油厂原油上产的的重要保障措施。修井施工中，由于井筒处于充满状态等原因，造成在下油管施工过程当中，随着油管下入井内，体积不断增加，加上井下工具的收拢作用，井内液体从油管内和油套环空溢出，从空中喷出并洒落在井口操作人员身上， 尤其是在新井投产下替浆管柱时，由于钻井泥浆中添加了许多化学物质，对操作人员身心健康造成危害，同时造成井口周围的环境污染，增加了工人的劳动强度，也增加了安全隐患。

为了避免上述喷下油管状况，施工作业队在下井管柱中连接单流阀，井口倒上高压自封，在套管上接高压水龙带，使井内井液、泥浆从套管内流出后，直接流入回收罐内，避免从油管内喷出造成污染，方便了井口操作人员工作。

但是，随着油管下入深度的不断增加，由于单流阀的存在，使油管内处于无井液状态，会对油管造成挤压，现使用J55油管的最大抗挤压力为47.8MPa，容易造成油管受压挤扁变形（图1），容易将油管打裂或打掉，发生油管折断落井等工程事故事故，造成后续的复杂打捞等工程事故处理。

二、下管柱防污防喷装置项目简介

针对上述施工安全及环境污染方面存在的问题，我们对目前现场使用的各种井口配件及工具进行了深入的调研，研制出新型油管喷提防污装置，来满足目前修井作业的需要。

1.基本设想

研制一种下管柱防污防喷装置，随着油管下入的深度可使井内油管底部阀体，在套管液柱的作用下打开，始终保持油管内的液柱与套管有一定压差，可以正反循环。将单流阀进行改进实现双向流动，当下井管柱不深时，双流阀可起单向流动的作用，避免井液进入油管，并排出相当于下井油管容积的井液；当管柱下至一定深度，油套环空液柱压力大于双流阀所承受设计压力时，止流一端被打开，井液进入油管，避免了油管被挤扁，由于井内已被排出了一段等同于油管容积的井液，不会从油管上端溢出。

下管柱防污防喷装置应满足的条件：一是防止井液从油管内喷出；二是油管内外压差保持较小值，防止油管外压挤坏油管；三是可以正、反循环施工。

2.下管柱防污防喷装置结构

多功能防污管柱调控阀结构：上接头内套管，调节隔板，下弹簧，钢球阀体，密封胶圈，销钉等组成（见图2）。

工作原理：本装置接在管柱下部，油管下井时，油套压差小于弹簧所承受设计压力（定为0.5MPa）时，油管内无井液，防止了井内液体从油管内喷出，随着油管下入深度的增加，油套压差逐渐增大至0.5MPa时，钢球上移打开阀体通道，井内液体进入油管，并保持油套压差在0.5MPa左右，防止了油管被外压挤扁，实现了下管柱无污染作业，当因油稠或砂面时造成管柱遇阻下不到位时，可以从油管内打压，首先验证油管是否有漏失现象，压差大于12MPa时，销钉剪断液体推动阀体下移至循环孔下部，打开通道实现油套连通，实施冲砂洗井作業。

三、下管柱防污防喷装置的应用

1.现场施工

本装置接在管柱下部，油管下井时，油套压差小于弹簧所承受设计压力时，防止了井液从油管内溢出，随着油管下入深度的增加，油套压差逐渐增大，阀体上移打开阀体通道， 修井液进入油管并保持油套一定的压差，实现了下管柱无污染作业。当管柱遇阻下不到位时，可以从油管内打压，主要作用有：（1）在销钉的安全范围内可验证油管是否有漏失现象。（2）压力大于12MPa时，销钉剪断液体推动阀体下移至循环孔下部，打开通道实现油套连通，实施冲洗作业。

避免因井筒充满井液而产生喷下管柱施工，造成环境污染，减少工人劳动强度，消除了施工中的安全隐患。

2.应用效果

油井防污装置主要应用于井筒被井液充满的作业施工井。在下施工管柱过程中，将油井防污阀接在管柱下部，随着管柱下入深度的不断增加，能够有效地保持油套压力平衡，防止井内泥浆或井液从油管内溢出。既减少了作业污染，降低了职工劳动高强度，又消除了因污染带来的施工安全施工隐患，提高了作业时效。

（1）本装置工具结构简单，可重复使用。不仅能有效解决冒喷下管柱对环境造成的油水污染，同时也有利于施工现场的标准化和规范化，有利于推行无污染作业施工，降低了作业成本，实现了清洁生产。

（2）本装置能够解决职工避免喷下管柱的实际困难，降低了因喷下管柱造成的劳动强度的增大和施工过程中的安全隐患，确保了安全生产。

（3）本装置能最大限度的减少喷下管柱造成的环境污染，降低了职工劳动强度，消除了安全隐患，满足了职工的实际需求，为控制生产成本和安全生产起到积极作用，具有明显的经济效益和社会效益。

四、结论

该装置通过在胜利采油厂的实验应用，已完全成熟，可广泛推广至全油田使用，具有良好的社会效益和推广应用价值。该装置已申报国家专利，进一步推广应用。2016年至今使用该新式防污阀120余口井，节约环保费用36万余元，取得了良好的经济效果。可更好的满足作业现场施工的需求，进一步提高该装置的使用效果，实现我们倡导清洁生产的目标。通过现场使用，有效地解决了修井液对施工人员身心伤害，减少修井作业造成环境污染，节约环保费用的支出。作业施工减少工人劳动强度，保证安全清洁生产，缩短施工周期，提高了工作时效，降低井下作业修井费用。同时，施工中验证油管是否有漏失现象，减少了工序提高了施工质量。

【参考文献】

[1]采油工艺原理.北京：石油工业出版社，王鸿勋等.1997：110-117

[2]油井维修.北京：石油工业出版社，唐北星等.1984：284-287

[3]井下作业.北京：石油工业出版社，赵昌祥等.1990：61-713/19/04