井口防溢与溢流收集工艺研究

王磊

（江苏油田技术监督中心，江苏 江都 225265）

井下作业施工极易形成原油、污水落地，造成环境污染，直接影响当地人民群众的日常生活、农业生产和身心健康，原油和污水的落地也造成了施工井口环境恶劣，影响作业施工，危害操作人员的健康，并且给施工留下了安全隐患。根据施工现状，主要围绕现场施工管柱密封、下管柱防溢、溢流收集等方面存在的问题进行攻关研究，取得了较好成果，通过推广应用，有效减轻了井下作业施工造成的原油、污水落地造成的污染。

1 井口密封工艺研究

1.1 现有井口密封工艺现状与问题分析

在冲砂、钻磨铣工作时，原主要采用桶形高压自封密封井口，原有桶形高压自封高度35cm，在过去井口没有安装防喷器情况下，老式桶形高压自封是安装在井口大四通上平面，井口操作影响不大；随着防喷器安装，井口操作高度整体增加50cm以上，给现场施工带来了较大难度，冲砂、钻磨更换单根操作困难，导致现场不按要求施工现象时有发生，存在严重的安全隐患。

1.2 井口密封工艺设计

为了解决原有自封存在问题，设计一种新型自封装置，利用防喷器内腔安装胶芯，胶芯采用整体结构。

（1）整体式密封胶芯研制。根据现场施工情况，自封胶芯设计为整体式，可以沉入防喷器内腔，有效降低高度，上端挂在四通法兰钢圈槽内，既不影响防喷器功能，又达到了密封目的；为确保胶芯强度与弹性，在整体胶芯内部设计有骨架，骨架由环形钢盘与16组“U”形钢丝相串的加强筋组成，选用耐磨聚脂材料硫化形成整体胶芯。整体胶芯内部通道设计有鼓形腔结构，在油管接箍通过鼓形腔时，胶芯在受压后有自动补偿作用，从而延长胶芯的使用寿命；同时，胶芯上端边缘下部有与防喷器上法兰钢圈槽相配合的胶圈，实现与防喷器的密封。

（2）密封壳体研制。采用螺杆钻钻灰、套管除圬及正冲砂时，过去在井口密封装置高度35cm，安装复杂，随着井口防喷器安装后，老式井口自封给井口操作带来较大难度。由于正循环冲洗时高压修井液是从油管进入，从油套环空返出，出口压力低，这时，井口密封就不需要复杂的高压密封设备，而每年的钻磨、正冲砂工作量占全部循环冲洗工作量80%以上，而不到20%的循环冲洗工作采用反冲方式，因此，研究了对半式低压密封壳体（见图1）。安装后，整体高度仅4cm，完全可以满足正循环冲洗对井口压力密封及强度要求。

2 下油管内防溢工艺研究

2.1 防溢工艺现状与问题分析

图1 低压自封壳体

在新井替泥浆及满井筒液下油管施工时，井内泥浆、原油或污水会从油管内溢出，污染井口环境，给井口施工带来安全隐患。目前，主要措施如下。

（1）为了防止下油管时泥浆、原油或污水从油管管柱内向外溢出，主要措施是在管柱下端接一个倒置单流阀，能防止油管溢流造成的井口污染。而安装倒置单流阀只适合主要进行正洗井施工的一些管柱，且需要单流阀不影响下步工艺要求。

（2）对因工艺管柱不能安装倒置单流阀工序，如试油抽汲管柱，只得采用“冒喷”下一段、洗一段，边下边洗的下管柱方法。这种方法，不仅浪费水资源、产生大量污水、影响施工进度，且易造成地层污染，影响油井产量。

对于能安装单流阀施工的管柱，一方面解决了油管内溢出井液问题，但另一方面，又产生了新的问题：下管柱时，油管内无液体，管柱受浮力影响，下放速度很慢，施工效率较低；安装单流阀后套管内液体不能进入油管，对于一些需要降液面射孔新井只得提出通井管柱，下一趟管柱进行抽汲降液面；安装单流阀，反洗通道受阻，只能进行正洗井，而正洗工艺也存在一些不足：一是在采用清水替泥浆作业时，因泥浆密度大，油管内截面积比环空截面积小，清水推着比重大的泥浆从环空上行效果差，造成洗井不彻底，施工时间长，需要清水量比反替泥浆多20%以上，污水处理量增加等问题；二是当一些施工中出现正洗井不通或工艺需要反洗井时，只能采取提出井内管柱，卸下倒置单流阀，重新下管柱施工。如现场出现过井内泥浆黏稠结块、泥浆厚实正洗不通的情况。

针对以上问题，需研究设计一种既能实现防止管柱内液体外溢，同时，具备正、反洗功能的油管防溢装置，满足了环保及正反洗井的需要。

2.2 防溢器研制

（1）结构设计。通过对现场施工情况进行分析，设计的工具既能实现防止管柱内液体外溢，同时，具备正、反洗井通道功能，主要以现有单流阀、旁通阀作参考，设计了反向单流阀和旁通阀结构，其中，旁通部分为核心部件，由中心管、内套、外管、弹簧组成，外管加工有三个旁通孔，孔与水平径向承60度倾斜角，见图2。

图2 防溢器结构图

（2）操作方法与工作原理。施工时，将油管内防溢装置安装在施工管柱的下端，在管柱的快速下放过程中，由于最下端反向单流阀的作用，泥浆、原油或污水不会从底端进入施工管柱中，由于旁通孔具有大的与上行液流的流向相反倾斜角，套管外液体也不会立即从旁通孔进入油管，设计当3根以上油管下完后，油管内空，套管环空内的液体压力作用在内套上，压缩弹簧下行，旁通阀打开，井液从外管孔进入，经中心管壁上内孔进入施工管柱内，维持内外压力平衡。设计始终确保油管内有3根以上油管是空的，不管是油管在下行中或在坐吊卡时刻，井口油管不会出现井液“喷出”。且满足对于一些需要井液进入油管内的工艺要求，如抽汲管柱。正洗井时，油管内压力大于环空压力，弹簧复位，旁通关闭，由管柱内进入的液体通过底部单流阀下行，可冲洗井底；反洗井时，由套管进入的液体通过防溢装置的旁通机构进入替浆管柱，可以实现反洗井。

3 井口溢流收集工艺研究

3.1 溢流井收集工艺现状与问题分析

井口作业过程中，井内经常有溢流出现，特别是注水井停注后，井口大多存在一定压力，开井后会有溢流，对一般溢流量不大于2m2/小时，再次关井1小时后压力低于5Mpa的注水井，现场一般称为“双低”注水井。

为处理此类注水井的溢流收集问题，目前，主要有两种作业方式，常规方法是在井口附近挖一小池，采取边放溢流边起下管柱的常规作业方式，溢流流到井口小池内进行收集，再用泵打到大罐内，这种方式已不符合环保要求；另一种方法，是采用带压作业设备施工，对于压力高、溢流量大注水井，带压作业是最有效的方法，但由于带压作业配套设施多，搬迁、组装时间长，施工起下管柱速度只有普通作业1/3左右，存在费用高、效率低的问题，对于这种“双低”注水井采用带压设备施工，不符合当前低成本作业形势要求。

针对压力低、溢流量低的“双低”注水井作业环保问题，分析认为，可以对现有的井控、环保配套装置及工艺技术进行优化，采用普通250修井机代替带压设备进行施工，以满足“双低”井作业要求。

3.2 收集工艺研究

根据注水井井口压力、溢流大小及管柱特点，研究针对不同井口的溢流收集方式、井口作业操作方式及配套设施，本着利用现有工用具、对现有设施、设备进行优化、改进，确保研究费用较小的思路，主要研究了接液盒常规作业井口操作方式，适用井口高度小于1.5m的井。

主要配套设施有：井口接液盒、井口收集罐、收液泵、收集大罐等配套装置。其中，重点研制了接液盒，该盒为两半式结构，可以直接放置在防喷器上，两半式圆盘套在防喷器法兰周围，不影响正常施工，见图3。

图3 接液盒式收集装置

液体收集操作程序：与普通作业一样，在井口安装自封；在井口安装接液盒，在下部连接软管线；在井口附近放置接液小罐；关闭套管闸门，井口溢出的液体经接液盒收集，通过软管线流入接液小罐；采用收液泵将小罐内液体打入收集大罐内。

接液盒常规操作方式不增加操作高度，不改变原有操作方式，操作方便，但当井口高度较高时，井口操作难度大，此种操作方式不适应，需要增加平台进行操作。

4 结语

井口防溢流与溢流收集工艺研究成果解决了现场施工管柱密封、下管柱防溢、井口溢流等方面造成的环境污染问题，有效减少了原油、污水落地数量，促进了绿色修井工作的实现，为油田开发提供了技术支持。

通过研究和总结，得出以下结论和建议：

（1）井下施工作业是目前油田污染的主要来源之一，为了实现环境保护目标，实现绿色修井，要求我们对井下施工作业问题进行深入的探讨与研究，使其能够利用高科技手段，创新出新型的作业方式，保障高效和清洁的双赢局势，推动油田可持续发展。

（2）江苏油田油水井大多地处水网地区，环境风险大，通过对井下作业设备、工具、工艺的研究，形成的循环冲洗、井口清洁、污染液收集等一整套高效作业的环保生产技术，不仅能降低劳动强度，达到高速高效作业的目的，同时，有效降低了环境风险。

（3）为有效发挥研究成果在生产中的作用，需要大力进行推广应用，同时，在生产应用中不断进行完善升级，为后期开发工控一体化的施工作业设备作准备，实现管柱有效密封、溢流自动收集，进一步提高生产效率，有效满足环保、安全要求。