吴志强,2012年毕业于西安石油大学油气井工程专业,现在中国石油集团长城钻探工程有限公司井下作业分公司从事油水井带压作业技术研究及现场管理工作。通信地址:辽宁省锦州市凌河区金城丽都12 130,121000。E mail:616772091@qq
.com。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)
摘 要 通过对大庆油田近15年油水井带压作业施工进行分析,从井筒管柱、地面设备设施、现场管理3个方面出存在的安全环保风险,
评价这些风险产生的机理和危害,完善现场管理制度、研发或配备遏制安全环境事故发生的专业设备装置、优化完井及配合施工工艺等防范措施,有效减少带压作业可能出现的安全环保问题。
关键词 修井;带压作业;环保作业;风险分析
DOI:10.3969/j
.issn.1005 3158.2020.06.018 文章编号:1005 3158(2020)06 0064 030 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1000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900~1300m,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1000m
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,φ89mm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
·46· 油 气 田 环 境 保 护
2020年12月 ENVIRONMENTALPROTECTIONOFOIL&GASFIELDS V
ol.30 No.6
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,φ73mm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15mL,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25m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
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2020年12月吴志强:大庆油田带压作业安全环保风险分析与对策
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9m×1m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9m、宽1m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。
参考文献
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(收稿日期 2020 07 20)
(编辑 王蕊)
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·油气田环境保护·HSE专栏 Vol.30 No.6
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ne,andthedetectedconcentrationappeared;onthe3291days,pollutantsfromthecoastlineexceededthestandard.Thisworkwillprovidepracticalexperienceforsimilarworkofgroundwaterenvironmentalimpactassessmentandenvironmentalriskprevention.犓犈犢犠犗犚犇犛 oilandgasterminal;landingpipeline;leakage;groundwater;migration
犈犮狅犾狅犵犻犮犪犾犐犿狆犪犮狋犃狀犪犾狔狊犻狊狅犳犗犻犾犛狆犻犾犾犻狀狋犺犲犌狌犾犳狅犳犕犲狓犻犮狅(47)
DongWenwan WangYanchang WuJuntao
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cymeasures,theimpactontheecology,andthelong termimpactandcompensationtenyearsaftertheaccident.TheresultsshowthattheoilspillintheGulfofMexicohascausedlong termbiologicalandecologicalimpactsonfish,birds,benthicorganismsandrareandendangeredspeciesinthenorthernpartoftheGulfofMexico.Theimpactshavebeenreducedbutcannotbecompletelyeliminatedaftermultiplecompensationmeasures.
犓犈犢犠犗犚犇犛 GulfofMexicooilspill;long termecologicalimpact;ecologicalcompensationmeasures
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犃犅犛犜犚犃犆犜 Leakagedetectionandrepair(LDAR)technologyhasbeenwidelyusedforvolatileorganiccompounds(VOCs)emissionreductionofpetroleumrefiningandpetrochemicalenterprises,buttherearefewapplicationsinupstreamenterprisesengagedinexploitationandprocessingofoilandgas.LDARisusedtoperformoverallleakagedetectionandstatisticsanalysisonanaturalgasprocessingplant.Asaresult,23sealingpointsthathappenleakagearefound,andtheoverallleakagerateis0.47%,andtheinitialrepairrateis26.1%byLDAR.TheVOCsemissioncanbecalculatedas1.8648tonsperyearafterremediation.ThroughtheimplementationofLDARwork,theemissionreductionofVOCscanachievegoodeconomicandenvironme
ntalbenefits,meanwhileprovidereferencesforVOCsfugitivepollutionpreventioninupstreamenterprisesengagedinexploitationandprocessingofoilandgas.犓犈犢犠犗犚犇犛 LDAR;naturalgasprocessingplant;volatileorganiccompounds
元斌犛狋犪狋狌狊犪狀犱犘狅犾犻犮狔犛狌犵犵犲狊狋犻狅狀狊犳狅狉犗狀犾犻狀犲犕狅狀犻狋狅狉犻狀犵狅犳犞狅犾犪狋犻犾犲犗狉犵犪狀犻犮犆狅犿狆狅狌狀犱狊犻狀犘犲狋狉狅犮犺犲犿犻犮犪犾犐狀犱狌狊狋狉狔(55)
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犃犅犛犜犚犃犆犜 Basedontherequirementsforonlinemonitoringofvolatileorganiccompounds(VOCs)intherefineryandpetrochemicalindustry,theinstallationstatusofVOCsonlinemonitoringwasinvestigated.Thesurveydataofmorethan40enterprisesshowthattheVOCsonlinemonitoringinstallationofrefineryandpetrochemicalindustryinChinaiscurrentlyinitsinfancy.Acoupleofproblemsneedtoberesolved,includingsignificantdifferencesincomparativedata,inconsistentinstallationrequirementsforsourceitems,fugitiveemissionssupervision,monitoringmethodoftreatingefficiency,applicabilityinpetrochemicalenterprises.ItisrecommendedthatthesourceinstallationrequirementsforVOCsonlinemonitoringshouldbeclarified.Moreover,technicalspecifications,comparisonstandardprocedures,qualifiedproductcatalogshouldbeformulated,andm
oreimportantlyfugitiveemissionssupervisionmethodshouldbeexplored.
犓犈犢犠犗犚犇犛 petrochemicalindustry;volatileorganiccompounds;onlinemonitoring
犐狀犳犾狌犲狀犮犲犉犪犮狋狅狉狊犪狀犱犐犿狆狉狅狏犲犿犲狀狋犕犲犪狊狌狉犲狊狅犳犃狀犪犾狔狊犻狊犕犲狋犺狅犱犳狅狉犇犲狋犲狉犿犻狀犪狋犻狅狀狅犳犛狌狊狆犲狀犱犲犱犛狅犾犻犱狊犻狀犠犪狊狋犲狑犪狋犲狉犆狅狀狋犪犻狀犻狀犵犘狅犾狔犿犲狉狊犻狀犗犻犾犉犻犲犾犱狊(59)MaXiaoqiang1 JingHui2
(1.犙犎犛犈犇犲狆犪狉狋犿犲狀狋狅犳犘犲狋狉狅犆犺犻狀犪犇犪狇犻狀犵犗犻犾犳犻犲犾犱犆狅犿狆犪狀狔;2.犙狌犪犾犻狋狔犛犪犳犲狋狔犪狀犱犈狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪犾犘狉狅狋犲犮狋犻狅狀犛狌狆犲狉狏犻狊犻狅狀犪狀犱犈狏犪犾狌犪狋犻狅狀犆犲狀狋犲狉,犘犲狋狉狅犆犺犻狀犪犇犪狇犻狀犵犗犻犾犳犻犲犾犱犆狅犿狆犪狀狔)犃犅犛犜犚犃犆犜 Atpresent,asinglemembranefiltrationmethodisusuallyusedforthedeterminationofsuspendedsolidsintheproducedwastewatercontainingpolymersinDaqingOilfield,but
thismethodhassomeproblemssuchaslongfiltrationtimeandhighdeterminationresults.Throughlaboratorysimulationexperiments,weanalyzedtheinfluenceofresidualpolymercontentandpolymermolecularweightonthedeterminationresultsofsuspendedsolids,andimprovedthedeterminationandanalysismethodofsuspendedsolids.Theseresultsshowthatthemeasurementtimeofsuspendedsolidscanbeshorterandtheaccuracycanbehigherafterhighspeedshearingorhydrogenperoxidetreatmentordoublefiltrationmembranefiltration.犓犈犢犠犗犚犇犛 oilfieldwastewatercontainingpolymers;suspendsolidscontent;membranefiltermethod
犚犲狊犲犪狉犮犺狅狀狋犺犲犛犪犳犲狋狔犕犪狀犪犵犲犿犲狀狋犕狅犱犲狅犳犗犻犾犜狉犪狀狊狆狅狉狋犪狋犻狅狀犆狅犿狆犪狀狔犝狀犱犲狉狋犺犲犖犲狑犛犻狋狌犪狋犻狅狀(62)HuangWei ZengMingyou
(犘犲狋狉狅犆犺犻狀犪犆犺犪狀犵狇犻狀犵犗犻犾犳犻犲犾犱犆狅犿狆犪狀狔犖狅.2犗犻犾犜狉犪狀狊犿犻狊狊犻狅狀犛狋犪狋犻狅狀)
犃犅犛犜犚犃犆犜 Becausethestorageandtransportationmediumofoilenterprisesisinflammableandexplosive,oncetheaccidenthappens,thelossandsocialinfluencearegreat.Atpresent,therearestillsomeproblemsinthemanagement,suchasillegalcriminalsdrillingandstealingoil,leakageriskcausedbythelongservicelifeofpipelines,andlimitedabilityofenterprisesafetymanagementpersonnel.Thispaperdrawslessonsfromthethinkingof“responsibleland”inruralareas,andintroducesthesafetymanagementmodeof“onedividedandtwocontrolled”inpipelinetransportationenterprisesexploredandformedinthemanagementofthisenterprise,soastojointlyexploremanagementexperienceandcontinuouslyimprovethe
safetymanagementofstationandwarehouseaswellasthepreventionandcontrollevelofpipelineleakage.犓犈犢犠犗犚犇犛 oiltransportationcompany;safetymanagement;mode犛犪犳犲狋狔犪狀犱犈狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪犾犚犻狊犽犃狀犪犾狔狊犻狊犪狀犱犆狅狌狀狋犲狉犿犲犪狊狌狉犲狊狅犳犛狀狌犫犫犻狀犵犛犲狉狏犻犮犲犻狀犇犪狇犻狀犵犗犻犾犳犻犲犾犱(64)
WuZhiqiang
(犇狅狑狀犺狅犾犲犗狆犲狉犪狋犻狅狀犅狉犪狀犮犺狅犳犆犖犘犆犌狉狅狌狆犌狉犲犪狋犠犪犾犾犇狉犻犾犾犻狀犵犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犆狅.,犔狋犱.)
犃犅犛犜犚犃犆犜 Safetyandenvironmentalrisksareidentifiedfromthethreeaspectsofwellborestring,groundequipmentandfacilities,andsitemanagement,basedontheoilandwaterwellsnubbingserviceinDaqingOilfieldinrecent15years.Byevaluatingthemechanismandharmcausedbytheserisks,perfectingthesit
emanagementsystem,developingorinstallingprofessionalequipmentanddevicestopreventtheoccurrenceofsafetyandenvironmentalaccidents,optimizingthecompletionandcooperatingwiththeconstructiontechnologyandotherpreventivemeasures,safetyandenvironmentalprotectionproblemsthatmayoccurinpressureoperationcanbeeffectivelyreduced.
犓犈犢犠犗犚犇犛 workoveroperation;snubbingservice;environmentalprotection;riskanalysis
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6
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犃犅犛犜犚犃犆犜 ENVIRONMENTALPROTECTIONOFOIL&GASFI
ELDS Vol.30 No.6
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