井下作业环保装置配套技术研究与应用

朱立双（大庆油田有限责任公司第八采油厂）

1 存在的问题

自“史上最严环保法”实施以来，环保执法部门对违法排污企业采取“按日计罚、移送行政拘留”等更加严厉的措施，作为油田修井行业，环保压力与日俱增。为此，作业大队引进了井下作业环保装置。该装置具有油管和抽油杆清洗、污油水回收和外排三项功能，具体方法是先将抽油杆、油管从套管内起出，并将油管内携带的油水、锅炉蒸汽清洗油管、抽油杆产生的污油水和下管杆时产生的溢流，统一散排到管杆桥下面带有围堰的防渗布上，通过真空泵和负吸管线将污油水回收到污油罐内，再利用排污泵外排到拉油罐车内，拉运到中转站进行统一处理（图1）。

图1 应用环保装置回收污油污水流程

在污油水回收过程中存在以下四个方面问题：一是防渗布由是聚乙烯加工而成的塑料布，铁制油管和抽油杆桥座底板都有尖锐的棱角，易刮坏防渗布造成渗漏；二是围堰是用小桥座和抽油杆搭设的，当污油水量较大或管理不及时容易使围堰失效；三是油田冬季施工温度在0℃以下的时间近5个月，在负吸管线间歇负吸油水时易结冰造成冻堵；四是冬季由井口落入围堰内的残液冻结成固体的污油冰无法回收。为此，研制了开展井下作业环保装置配套技术研究，通过现场应用，消除了井下作业过程中的环保隐患，实现了污油水不落地回收，有效避免了环境污染情况的发生，符合集团公司修井行业关于“清洁作业、环保施工”的总体要求。

2 环保装置配套技术研究

井下作业施工现场应用井下作业环保装置对作业过程中产生的污油水进行回收，下面就以检泵井施工工序为例，针对检泵过程中污油水散排到防渗布上进行收集，存在环保隐患较多的问题，作业大队以减少污油水落地为目标开展攻关，为此，以施工工序为节点，将各节点产生的污油水不落地直接回收至井下作业环保装置，从而大幅提高井下作业环保施工效果和水平。

2.1 解决起出抽油杆、油管外壁附着较多油蜡，地面清洗易造成环境污染问题

抽油杆和油管从套管起出时，抽油杆和油管外壁附着许多油蜡，为了达到抽油杆和油管下井标准，需要用井下作业环保装置的锅炉蒸汽进行清洗时产生的污油水落到防渗布上回收难度较大，如果能在抽油杆和油管起出的同时进行外壁清蜡，可大幅减少污油水落地量，为此研制了管杆在线清洗器[1]。

2.1.1 结构组成

该管杆在线清洗器主要由壳体、蒸汽喷头、刮蜡胶芯、限位环、蒸汽接头、法兰等组成。其中壳体、蒸汽喷头、蒸汽接头、法兰通过焊接方式连接在一起，上下两个刮蜡胶芯放入壳体，通过限位环进行定位，胶芯分为油管刮蜡胶芯和抽油杆刮蜡胶芯两种。

2.1.2 工作原理

1）抽油杆在线清洗原理：通过抽油杆短节将抽油杆引入清洗器，利用法兰连接到采油树上，在抽油杆起出过程中，通过装置的高压锅炉蒸汽对抽油杆外壁进行加热清洗，产生的污油水混合液利用装置的负压管线回收至装置污油罐内。

2）油管在线清洗原理：通过油管短节将油管引入清洗器及期内部胶芯，利用法兰连接到采油树上，在油管起出过程中，通过高压锅炉蒸汽对油管外壁进行清洗，清洗产生的污油水连同油管内携带的污油水推至清洗器的壳体内，一起回收至装置污油罐内。

2.1.3 主要技术特点

1）壳体横截面呈鸭蛋形，长×宽×高＝700×400×450 mm，材料为45#钢板，内部焊接有环形喷头，喷头通过装置外的蒸汽接头与锅炉管线连接，下端有废液出口，通过负吸管线将清洗产生的污油水回收至装置的污油罐内。

2）蒸汽喷头一共15 个，呈螺旋上升状，喷嘴直径1.5 mm，最大压力可达1 MPa，通过蒸汽将抽油杆外壁油蜡融化后利用蒸汽高压刺力将抽油杆表面的油蜡刮削干净。

3）胶芯分为油管胶芯和抽油杆胶芯两种，主要作用是封闭蒸汽，辅助作用是刮抽油杆和油管外壁的油蜡。

油管胶芯外径150 mm，内径69 mm，高45 mm；抽油杆胶芯为多层橡胶板叠加而成，外径150 mm，内径25 mm，高45 mm，在内径方向上每隔120°割一个径向长10 mm 的细缝，保证抽油杆和扶正器顺利通过，同时将蒸汽限制在壳体内。

4）抽油杆在线清洗后可达到抽油杆下井标准：抽油杆表面油蜡厚度小于或等于2mm，可节省地面清洗抽油杆工序。

2.2 解决地面清洗油管内壁时间长，产生污油水落地回收时难度大的问题

因我厂原油胶质含量高，起出油管内壁结蜡较多，传统清蜡方法是：蒸汽管线前端装一个4″钢管，钢管前端砸扁，插入油管内，依靠蒸汽热量将油管内壁油蜡完全融化后，依靠蒸汽将油管清除出油管内腔，缺点是蒸汽无控制地调整喷出，蒸汽利用率低，清洗时间长，产生污油水多。为此，研制了油管内壁清洗器，并与负吸管线相配合，实现了油管内壁油蜡快速清洗和产生污油水不落地回收。

2.2.1 结构组成

油管内壁清洗器主要由接头、工作筒、连接盘、喷孔、轴座、转轴、叶轮和螺丝等组成[2]。接头与工作筒、连接盘与工作筒通过焊接方式连接，喷孔、轴座和转轴通过连接盘成为一个整体，叶轮通过轴孔套入转轴并坐在轴座上，前端用螺丝固定。

2.2.2 工作原理

油管内壁清洗器连接锅炉车蒸汽管线后插入油管内腔，清洗器喷出的蒸汽先将油管内壁预热，同时通过清洗器内腔喷孔喷出的高压蒸汽驱动清洗器前端叶轮高速旋转，将预热后的油蜡刮散刮碎[3]，并将刮下的油蜡快速融化成的油蜡混合液体带出油管。

2.2.3 主要技术特点

1）工作筒外径为59 mm，总长度150 mm，其中叶轮、轴座及转轴材质为35CrMo 合金钢，其余部件材质为45#钢。

2）清洗器5 个喷孔直径均为7 mm，喷孔方向与4 个叶轮叶片成60°夹角，使锅蒸汽经过后喷孔形成高压蒸汽并驱动叶轮旋转。

3）叶轮与工作筒内侧及前端有一定的配合弧度和合适的配合间隙，保证喷孔喷出的高压蒸汽能量全部作用在叶轮上，使叶轮获得较高的转速。

4）在清洗过程中，蒸汽推动油蜡混合物快速流出油管内腔，不需要将油管内壁油蜡完全融化，减少了蒸汽清油管内的时间，从而提高油管内壁清蜡效率。

5）蒸汽+油管内壁清洗器+负吸管线工艺组合，实现快速清洗和污油水不落地回收操作方法是：将装置负吸管线套在油管的油蜡出口端，通过强大的负压吸力将油管内壁清洗器从进口端快速吸到出口端，进一步减少了油管内壁清洗器在油管内的停留时间，同时将清洗产生的污油水不落地直接负吸到装置的污油罐内，消除了此工序的环保隐患。

2.3 解决冬季装置回收下油管、抽油杆时的产生的溢流容易冻堵负吸管线的问题

大庆油田的冬天低于零度天气从11 月初开始到4 月中旬结束，大约有5 个月的时间，这期间装置负吸功能的不能发挥作用，原因是冬季结冰容易冻堵负吸管线，为此，研制了蒸汽伴热器[4]，在回收污油水的过程中加入蒸汽伴热，可有效防止负吸管线冻堵。

2.3.1 结构组成

蒸汽伴热器，准确点说应该叫伴热四通，其中一通用来安装蒸汽管线，通过蒸汽为回收的污油水提供伴热，保证装置负吸功能正常运行。

2.3.2 工作原理

1）下抽油杆时溢流伴热原理：伴热四通套在下井的抽油杆上，下端通过丝扣连接到采油树上，上下端用于抽油杆起下通道，横向一端接溢流的负吸管线，另一端接蒸汽管线，在抽油杆下入油管过程中产生的溢流通过负吸管线回收到装置的污油罐内，由于在溢流中加入了蒸汽伴热，从而有效防止了管线冻堵，保证了负吸溢流功能的正常运行。

2）下油管时溢流伴热原理：伴热一端四通安装在采油树的套管四通上，对端用丝堵封闭，横向一端接负吸管线，另一端接蒸汽伴热管线，在油管下入过程中产生的溢流通过负吸管线回收到装置的污油罐内，由于在溢流中加入了蒸汽伴热，从而有效防止了负吸管线冻堵，保证了负吸下油管溢流回收功能的正常运行。

2.3.3 主要技术特点

1）四通的丝扣尺寸分别为：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、锅炉管线快速接头。

2）27/8外加大油管公扣用于连接负吸管线，27/8平式油管公扣用连接采油树和丝堵，锅炉管线快速接头用于连接锅炉管线，为溢流回收提供伴热。

3）伴热四通的应用，避免了冬季溢流无法回收，造成作业现场油水结冰，收尾时刨冰收油工作量大，油冰处理难度大的问题。

2.4 解决作业过程中因残液产生少量固体油冰无法回收的问题

在井下作业起下油管、抽油杆过程中，尽管一再小心谨慎，还是不可避免还是要产生少量的溢流，在冬天就冻结成固体油冰，利用装置无法进行回收，为此研制了固体油冰融化器[5]，利用锅炉蒸汽将固体油冰融化成液体，通过负吸管线回收至装置的污油罐内。

2.4.1 结构组成

固体油冰融化器主要由筒体、蒸汽接头，负吸管线接头、杂质过虑板等组成，蒸汽接头位于筒体的底端，负吸管线接头位于筒体的中部，杂质过虑板位于筒体内负吸管线接头的前端，固体油冰融化器各部件通过焊接方式连接在一起。

2.4.2 工作原理

油冰放入固体油冰融化器内，打开蒸汽将油冰加热油冰慢慢融化，如果是全冰，只开蒸汽即可快速将冰融化，如果油较多可将蒸汽的热水阀半开，这样可将油冰快速融化，固体油冰融化成液体后通过负吸管线回收至装置的污油罐内，其中杂质隔离板可有效防止油冰中的庄稼杆叶进行装置，保证污油水回收的顺利进行。

2.4.3 主要技术特点

1）油冰融化器筒是用较薄的不锈钢板加工而成的，轻便耐用。

2）蒸汽接头采用的是快速接头，拆卸方便快捷。

3）负吸管线接头采用的27/8外加大油管公扣尺寸，与负吸管线内径配合使用。

4）将井口范围内的固体油冰融化成液体后可快速回收到装置，实现地无污染作业。

3 现场试验及应用效果

2017 年12 月24 日-29 日，在升58-44 井进行了现场试验，通过现场应用配套设备，保证抽油杆在线清洗、油管在线清洗及油管内携带油水、油管内壁快速清洗等产生的污油水回收至井下作业环保装置，节省了地面清洗抽油杆工序，消除了防渗布上污油污水跑冒滴漏隐患，解决了冬季溢流负吸管线冻堵和固体油冰无法回收问题，实现了预期目标。井下作业环保装置配套技术设计总图见图2。

2018 年3 月7 日至2019 年1 月25 日，施工 各类油井119 口，通过井下作业环保装置配套技术现场应用，即通过井下作业环保装置的锅炉蒸汽+负压回收+配套技术，共回收污油水约939 m3，污油冰13.16 m3，污油水不落地回收率达98.62%，作业无污染率为100%。井下作业环保装置配套技术应用效果见图3。

图2 井下作业环保装置配套技术设计总图

图3 井下作业环保装置配套技术应用效果

4 结论及认识

1）井下作业环保装置配套技术既可在油井上应用，可实现水井上对作业过程中油管内油水和套管溢流进行回收，具有普便的适用性。

2）与常规井下作业环保装置单独应用相比，清洁化作业配套技术解决了（冬季）作业过程中污油水不落地回收问题，消除了防渗布收集污油水存在风险和隐患。

3）目前泄油器和油管内壁在线清蜡技术处于试验阶段，油管内的油水还会带至地面，防渗布还将继续使用，需要进一步研究取消防渗布使用的问题。

4）清洁化作业配套技术覆盖了井下作业施工的各个工序，实现了清洁作业、环保施工，符合集团公司关于修井行业的总体要求，具有广阔的应用前景。