大庆油田带压作业安全环保风险分析与对策

吴志强

(中国石油集团长城钻探工程有限公司井下作业分公司)

0 引 言

带压作业是维持井筒原始压力，在不泄压、不压井的情况下按照方案要求进行施工的一种作业技术，其优点和经济效益得到了充分的认可。大庆油田现平均每年待作业井次超过6万口，其中有近1 000口井需要通过带压作业完成[1]，虽然不足年修井井次的2%，但是这些都是一些特殊井，具有压力高、水温高、环境敏感、井口简易等特点，常规作业井控风险大，一旦发生安全环保事故，控制难度大，对社会、环境影响范围广，很难满足现代油田发展需要。

1 带压作业安全环保存在的问题

1.1 井筒管柱风险

1.1.1 油管压力控制失效

带压作业关键技术是油管压力控制，而井筒内套管、油管的完整性决定了油管压力控制能否成功。油水井油管结垢、结蜡、腐蚀以及套管错断、变形最为常见，大庆油田油层为中生代陆相白垩纪砂岩，平均深度在900～1 300 m，原油石蜡基，黏性大，油井停产后，原油失去流动性，随着温度的降低，出现结蜡的现象。油田注入水矿化度高、腐蚀性强，即使采用防垢、防腐油管，结垢、腐蚀的问题也很难解决，在施工中发现结垢最严重的油管近1/3空间被占居，3年以上的注水管出现不同程度的点状、线状腐蚀。大庆油田在开发过程中，出现了3次套损高发期，分别是1986，1999和2013年，累计套损近万口，套损率达到了15.4%[2-3]。无论是结垢、结蜡、腐蚀还是套管错断、变形，哪种原因都可能导致油管压力控制失效。油管压力失控是带压作业最大的风险，也是最难控制的风险。

1.1.2 轻管柱窜管重管柱落管风险

当管柱轴向力为零时的管柱长度称为管柱的中和点，管柱中和点等于管柱的截面力/油管浮重。中和点是理论上的计算，它与井内压力、油管与套管的摩擦力、油管与防喷器组的摩擦力、管柱实际质量密切相关，实际中和点长度和理论长度存在一定的误差，一般在重管柱还有5根和轻管柱还有5根时是中和点容易出现落管和窜管的区间，现场操作一定要小心谨慎，避免出现轻管柱窜管重管柱油管脱落掉入井内[4]。但是目前大庆油田有60%的带压作业设备是辅助式带压作业装备，操作规程规定在中和点以下的管柱使用大钩起下，中和点以上的管柱使用液压缸起下[5]，实际操作风险高。大庆油田井深普遍在1 000 m左右，对中和点发生窜管落管影响不是很大。

1.1.3 管柱发生屈曲变形

带压作业管柱屈曲变形主要的形式有拉断、压弯、断脱。无支撑长度过大、油管腐蚀、油管磨损强度降低、操作失误都有可能发生油管屈曲事故。带压下管柱时，油管在大缸下压轴向力作用下，游动卡瓦距最上密封防喷器之间的距离超过安全距离，或者低于安全系数的70%时，油管容易出现压弯、压断(一般对φ60，φ73，φ89 mm的油管安全无支撑长度系数取70%)[6]。油管在纵向挤压作用下超出油管抗挤毁屈服强度时出现挤扁、挤断。一般情况下油水井带压作业油管挤毁发生的概率很低，压力高的气井发生的可能性较大。但是油管受到腐蚀介质腐蚀后可能出现管壁变薄、抽油杆磨损油管穿孔造成强度下降，在操作中稍有不慎就会出现油管挤扁、挤断事故[7]。

1.2 地面设备风险

油水井带压作业工艺流程包括搬迁、施工准备、封堵油管、拆井口采油树、安装带压设备、起管、转排油管、下完井管柱、拆设备、收尾。每一道工序都可能产生安全环保隐患，其中最常见的是密封渗漏风险、管桥区原油落地风险。

1.2.1 密封渗漏风险

1)带压起下油管时，半封、球形工作防喷器切换，防喷器组腔体内存在一定的压力，在释放压力过程中，有少量污油、污水从防喷器内溢出，如果不通过一定的措施及时回收，会对设备和地面造成污染。

2)防喷器胶芯的磨损是导致密封渗漏的主要原因，其中油管接箍通过防喷器胶芯时对其磨损影响最大，胶芯的尺寸对油管外径的变化需要进行匹配，目前大庆油田常用的油管有φ62，φ73 mm两种尺寸，油水井带压作业每口井最多需要更换两次不同尺寸的半封胶皮，胶芯磨损以及更换半封胶皮都会造成污油污水的渗漏。

3)远程液控装置液压输出、输入端有液压油渗漏风险。在安装和拆卸液压控制管线时，液压油会有一定的损耗，平均每个液压输出/输入端口损失液压油约15 mL，如果密封油胶圈损坏，液压油将出现大量泄漏。

4)液控操作室位于井口25 m以外，拆卸、吊装、拉运对管线造成磨损，管线越长发生破损刺漏的风险就越高，高压管线刺漏不但会造成污染，还会对现场人员造成伤害。

1.2.2 管桥区原油落地风险

带压作业不洗井、不压井，起管过程中虽然防喷器胶皮可以刮掉一部分原油，但是油管外壁结蜡、油管内壁原油多，油管、抽油杆起出倒到管桥区后原油落地，尤其是夏季油管受热升温快，原油融化后大面积滴落在管桥下，特别是大雨过后容易通过防渗布渗漏到地面，而且使用过的防渗布回收处理造成二次污染。

1.3 现场管理风险

风险管理执行不到位。现场未执行“两书一表”和风险管理工具、评价方法要求，区域岗位员工没有履行区域职责开展危害因素辨识。对安全生产宣贯、培训不到位，管理人员不清楚风险防控的方法，没有结合带压作业专业实际特点制定有效的防控措施。安全事故“二八法则”中季节变化、人员变更、施工中的“不得手、不好用、不及时、盯不住、忧患多、意识差”也会导致现场风险的增加。

2 带压作业风险对策研究

2.1 现场管理制度体系建设

按照培训、模板、检查、追踪、总结和建档6个步骤开展安全隐患排查工作。从源头抓好培训，开展被检查人员、检查人员和管理人员三级安全培训，提高检查人员的素质，明确被检查人员的职责，提升管理人员水平。制定应急、井控、危化品等7个专业的检查模板，规范各检查项目的内容及标准。结合相关操作规程、管理办法，将每一项重点防控与现场隐患点源进行逐一对照、分级、整理，完善并细化具体检查内容、标准。按照指定的检查模板和细化的规程，加大现场安全监管力度。专职安全监督通过巡井监督和驻井监督的方式，严把施工现场监督检查关，重点井、关键工序监督驻井率均达到100%。对检查发现产生问题的直接原因和间接原因进行分析，有针对性地制定纠正及预防措施，通过追踪、监督、复查，确认预防措施。及时进行总结，认真开展分类、统计、分析，对易发、高发的隐患问题，制定有针对性的整改措施，下发HSE通报，对下步工作进行安排部署。对发现的问题和整改措施建立档案，为再次开展检查提供依据，明确检查方向，也能指导基层队伍有针对性地强化基础工作，促进基层单位举一反三地抓整改，避免出现重复性问题[8]。

2.2 安全环保专业设备研发与配备

1)井口污水回收装置。该装置能够适应于各种型号的带压作业设备，由四块槽钢组合而成，组合后严丝合缝，多次试验未发现渗漏现象，有效避免井口、防喷器组渗漏造成对地面土壤的污染。目前已投入使用13套，不仅能够替代井口铺设防渗布效果，还避免了防渗布回收二次处理污染问题。污水、污油回收装置收集的废液和原油通过多功能一体化环保罐抽吸后，进行固液分离、污水回收。通过近两年的使用，能够保证作业现场污油污水不落地，分离后的液体回注邻井或干线，固体环保回收。

2)便捷式井场围堰具有灵活组合、便于操作、规范美观、清洁环保等优点，彻底改变了以往围堰围堵不严、铺装困难等缺点。主要用于作业机、远程液控装置、工具房、值班房与地面隔离，避免“跑、冒、滴、漏”造成污染。

3)带压作业支撑装置具有体积小、操作简单、不依靠动力源的特点，对带压作业装置起到了良好的支撑和稳固作用，并有效保护了井口、套管。

4)液控管线盒将电路、油路管线隔离。通过将两个规格为9 m×1 m的管线盒拼接，缩短软质液控管线的长度，避免了液控管线磨损，安装时只需将两端的管线分别与远程控制装置、防喷器端连接，减轻了安装作业劳动强度。液控管线安装后将管线盒上钢板盖上后，即便出现高压液控管线刺漏，也不会对现场工作人员造成伤害。

5)管桥污油回收槽。为了避免油管在管桥上滴落的原油渗漏到地面，减少防渗布回收造成二次环保危害，结合大庆油田井场特点，设计并制作油管管桥污油回收槽，每套回收槽由八块长9 m、宽1 m的槽钢焊接而成，回收槽在现场拼接时每一块槽钢与相邻的槽钢扣在一起，两块槽钢之间的缝隙被掩盖，管桥上原油不会通过缝隙落到地面。每套回收槽成本不足5万元，可以循环使用10年以上，每年平均每支带压作业队伍减少防渗布成本4万元，经济效益可观。

2.3 带压完井工艺、带压配合工艺的优化

2.3.1 完井管柱预置内防喷工具

油水井带压作业针对压力高、环境敏感等特殊井修井作业，相对于常规作业虽然优点多，但是成本高，是常规小修作业费用的5～10倍。为了避免下次施工作业再次面对诸多小修施工无法解决的问题，带压作业完井时对完井管柱进行优化，在套管内或者油管内预置防喷工具，减少下次作业时污水、原油的排放，减少环境污染。目前常用的完井管柱预置优化组合有以下几种：油管串+帽型开关(或活堵)+泵(封配)；油管串+泵(封配)+尾管阀；油管串+泵(封配)+捅杆+封隔器。

2.3.2 带压配合工艺优化

油井生产到一定阶段后，产能和渗透率降低，为了增加产能，提高油井产量，需要补孔或压裂，带压作业配合射孔、压裂施工能够确保井筒及地层内持续高压，避免地层裂缝合拢，避免常规压裂作业压完后压井液对储层的伤害，储层改造效率高，适用性比较强，可以在不动井口的情况下进行多种作业。目前带压作业配合压裂[9]、射孔、注灰作业应用非常成熟，平均每年配合压裂约10口、配合射孔约50口、配合注灰作业约35口。

3 结论与建议

大庆油田油水井带压作业的应用为高压井、环境敏感井维修提供了保障措施，但是油田开发了近60年，井内套管错断、油管腐蚀严重，为油管压力控制和完井带来诸多问题。

油水井带压作业是一种清洁环保的作业模式，但是施工风险高，一旦井控出现问题，不仅造成经济损失，也会对环境造成污染。井控管理和安全风险排查要做到万无一失。

井口污水回收装置、液控管线盒、管桥架原油回收槽等环保装置的研制和投入解决了废液、原油落地问题，可以有效避免环境污染和防渗布回收处理二次污染。

油管压力控制技术需要进一步完善。研究化学封堵工艺解决油管腐蚀造成无法投堵问题，研究精准定位冷冻力油管压力控制技术解决油管任意位置封堵问题。

带压作业智能控制研究。我国带压作业技术起步比较晚，材料性能、装配制造工艺等方面与国外公司都有很大的差距，导致带压作业设备安全可靠性、自动化和智能化水平不够高，智能化带压作业机能有效避免操作失误造成的事故。