——以川渝地區(qū)為例

摘　要：試油測(cè)試作業(yè)是油氣田開發(fā)中不可缺少的環(huán)節(jié)，環(huán)保試油是一種全新的發(fā)展理念，為此，結(jié)合川渝地區(qū)油氣田的實(shí)際情況，針對(duì)性地提出了4種試油安全環(huán)保處理的技術(shù)方案：①采用移動(dòng)式固定基墩替代傳統(tǒng)的打水泥基墩坑來(lái)固定放噴測(cè)試管線，清潔環(huán)保，作業(yè)效率高；②使用密閉燃燒裝置在井場(chǎng)內(nèi)燃燒放噴天然氣體，可大大減少征地修建燃燒池的費(fèi)用以及對(duì)耕地的破壞；③優(yōu)化非常規(guī)氣井放噴排液回收流程，對(duì)返排液進(jìn)行精細(xì)化過(guò)濾回收處理，處理后的液體可直接作為下層或下一口井的壓裂基液，解決了廢液排放帶來(lái)的環(huán)境污染和水資源浪費(fèi)等問(wèn)題；④運(yùn)用井筒排出液自動(dòng)實(shí)時(shí)除硫技術(shù)，在全密閉環(huán)境下實(shí)時(shí)除硫、消泡與中和殘酸，實(shí)現(xiàn)含硫井排出液在污水池內(nèi)的安全排放，保護(hù)了環(huán)境。上述系列技術(shù)已經(jīng)在四川盆地高含硫氣井和頁(yè)巖氣等非常規(guī)氣井中開展了廣泛的應(yīng)用，效果較佳，為常規(guī)的試油測(cè)試工藝注入了新鮮的“血液”。

關(guān)鍵詞：試油測(cè)試  安全環(huán)保試油技術(shù)  移動(dòng)式固定基墩  密閉燃燒  返排液精細(xì)處理  自動(dòng)實(shí)時(shí)除硫

HSE practices during well testing in sour gas and shale gas wells：Case studies of Sichuan and Chongqing fields

Abstract：In order to further improve the security level of environmental management of high-sulfur or shale gas wells during surface well testing in Sichuan and Chongqing gas fields，this paper puts forward the following four corresponding schemes．First，to achieve more environmentally friendliness and higher efficiency，the mobile cement foundations are used to fix the flow lines instead of adopting cement pier foundation pits．Second，using the closed burner to combust the vent gas can not only reduce the noise and heat radiation，but greatly reduce the land acquisition costs and damage to farmlands．Third，through the optimization of the unconventional gas well¢s surface flow layout，the flowback liquid can be fine filtrated and the treated liquid can be directly used as the fracturing base fluid for lower strata or the following wells，solving the problem of environmental pollution caused by waste liquid discharge and meanwhile saving water resources．Fourth，depending on physical and chemical principles，the wellbore liquid automatic real-time sulfur removal technology is used to realize real time sulfur elimination，foam breaking and residual acid neutralizarion，successfully solving the problem of environmental polltition caused by H2S gas and residual acid during the flowback of sulfide wells．The above series of safety and environmental testing technologies have been used in high sulfur or shale gas wells in the Sichuan Basin with satisfactory effects，providing a new proposal for the conventional well testing technologies．

Keywords：high-sulfur well，shale gas well，well testing，safety and environmental testing technologies，mobile cement foundation,closed combustion，fine filtration of flowback liquid，automatic real time sulfur elimination

試油測(cè)試作業(yè)是油氣田開發(fā)中不可缺少的環(huán)節(jié)，環(huán)保試油是一種全新的發(fā)展理念，即在試油生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)采取“環(huán)保”措施，將試油工藝技術(shù)、試油過(guò)程和環(huán)境保護(hù)等有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境影響最小、資源使用最少及經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)^[1]。目前陸地上試油測(cè)試作業(yè)涉及對(duì)環(huán)境的影響主要包括殘酸廢液、地層水排放，采用打水泥基墩同定放噴測(cè)試管線以及采用修建燃燒池的方式燃燒放噴天然氣體對(duì)耕地造成的破壞，以及現(xiàn)場(chǎng)排液中溶解的有害有毒氣體的揮發(fā)造成環(huán)境大氣的污染等問(wèn)題。如何防止和減少試油測(cè)試作業(yè)過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染是一個(gè)不可忽視的重要課題^[2-3]。因此著力于試油測(cè)試持續(xù)和健康發(fā)展的思想，針對(duì)上述試油測(cè)試過(guò)程中普遍存在的難題，開展工藝技術(shù)的研究，形成了一套集“移動(dòng)式基墩固定放噴測(cè)試管線、密閉燃燒裝置燃燒放噴天然氣體、壓裂返排液精細(xì)化過(guò)濾回收和含硫井排出液自動(dòng)實(shí)時(shí)除硫”為一體的試油測(cè)試新工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)試油測(cè)試過(guò)程中的“環(huán)保、降耗、減污、增效”的目標(biāo)。

1　移動(dòng)式基墩環(huán)保固定技術(shù)

為了確保試油測(cè)試中井控安全，要求地面測(cè)試時(shí)高壓油氣流在地面管線中有控制地流動(dòng)，管線和設(shè)備的固定是其中的一項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此井控工作中對(duì)試油測(cè)試期間放噴測(cè)試管線固定有明確的要求。該方法是在地面管線連接結(jié)束后現(xiàn)場(chǎng)直接開挖基墩坑，然后用混凝土澆筑基墩固定地腳螺栓，管線壓板再固定在地腳螺栓上對(duì)管線實(shí)現(xiàn)固定，這種固定方式在1口井地面測(cè)試作業(yè)結(jié)束后，通常要在現(xiàn)場(chǎng)遺留下20～40個(gè)水泥基墩，不僅無(wú)法實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用，而且對(duì)耕地造成了損害。

采用可移動(dòng)式基墩固定放噴測(cè)試管線，測(cè)試作業(yè)結(jié)束后，移動(dòng)式基墩可直接運(yùn)走，且可以多次重復(fù)使用，不對(duì)土地造成永久性破壞，是一種安全有效的管線固定方法。該技術(shù)的關(guān)鍵是可移動(dòng)式固定基墩的合理尺寸確定，通過(guò)建立放噴測(cè)試管線受力數(shù)學(xué)分析模型與幾何模型，采用理論分析和數(shù)值模擬分析相結(jié)合的方法^[4]，計(jì)算出不同產(chǎn)量條件下水和天然氣在直管段和彎管段中做穩(wěn)定流動(dòng)或非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)的受力大小，并用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況條件下測(cè)定的管線受力數(shù)據(jù)來(lái)校正數(shù)學(xué)分析模型，不斷調(diào)整和優(yōu)化，最終設(shè)計(jì)出合乎要求的基墩。

根據(jù)上述方法，確定出天然氣井測(cè)試井場(chǎng)內(nèi)采用移動(dòng)式水泥基墩(圖1)固定時(shí)需滿足的條件：①2個(gè)移動(dòng)式基墩間距不超過(guò)6m；基墩混凝土密度不小于2500kg／m³。②基墩尺寸在直管段處為0.6m×0.6m×0.3m，轉(zhuǎn)彎處為1.2m×1.2m×0.3m。移動(dòng)式基墩固定技術(shù)在川渝地區(qū)非常規(guī)氣藏地面測(cè)試中應(yīng)用20余口井，單井最高測(cè)試產(chǎn)量46.4×10⁴m³，作業(yè)期間管線固定安全可靠。

2　放噴天然氣密閉燃燒技術(shù)

目前頁(yè)巖氣等非常規(guī)氣藏仍然普遍采用燃燒池燃燒放噴的天然氣體，燃燒過(guò)程中，特別是夜間會(huì)產(chǎn)生大量噪音污染和光污染，影響井場(chǎng)周圍社區(qū)居民正常休息，常常導(dǎo)致糾紛，影響該類氣藏24h連續(xù)排液測(cè)試作業(yè)。采用密閉燃燒裝置替代燃燒池進(jìn)行燃燒^[5-6]，可以節(jié)約高價(jià)征用土地來(lái)修建燃燒池等的費(fèi)用，其占地面積小、燃燒效率高，噪音污染、熱輻射和光污染明顯降低。

現(xiàn)用密閉燃燒裝置主要由外部簡(jiǎn)體、內(nèi)嵌耐高溫材料和消音吸附層以及燃燒器等組成(圖2)，采用外置射流點(diǎn)火，耐火隔熱層材料選用特殊陶瓷纖維，安全耐熱溫度達(dá)到l350℃，天然氣燃燒能力達(dá)到10×l0⁴m³／d，燃燒時(shí)火焰包面的高度和寬度大大降低，火焰主要受限于簡(jiǎn)體內(nèi)部。該裝置已在川渝地區(qū)頁(yè)巖氣測(cè)試項(xiàng)目中進(jìn)行了多口井的成功應(yīng)用，應(yīng)用效果表明，在距燃燒位置100m處噪音由原來(lái)燃燒池燃燒時(shí)的100～l30dB降至45dB以內(nèi)，距燃燒位置10m處熱輻射溫度差由原來(lái)35～45℃降至10℃以內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)燃燒的熱輻射和噪音污染大大降低。

3　壓裂返排液精細(xì)化過(guò)濾回收技術(shù)

近年來(lái)，在四川油氣田致密儲(chǔ)層完成了300余井次的加砂壓裂試油測(cè)試作業(yè)，年產(chǎn)生廢液量超過(guò)2.5×10⁴m³。特別是頁(yè)巖氣藏等非常規(guī)氣藏采用大規(guī)模、大液量加砂壓裂作業(yè)，單井改造可達(dá)l2層，每層段加砂壓裂液用量普遍在1000m³以上，后期返排液量較大，如威遠(yuǎn)構(gòu)造W201-H1井返排總液量高達(dá)10305.9m³。過(guò)去測(cè)試期間返排廢液主要通過(guò)地面流程直接排放至污水池，環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)大，未進(jìn)行任何回收再利用處理，造成巨大的水資源浪費(fèi)，后期廢液無(wú)害化處理成本高。

對(duì)壓裂返排液的處理已有大量的研究成果^[7-11]。專用的返排回收流程主要由除砂、除屑和氣液分離與精細(xì)化過(guò)濾回收裝置組成^[12]。從圖3可以看出，壓裂返排液經(jīng)過(guò)流程前端的捕塞器除屑、旋流除砂器除砂后，通過(guò)動(dòng)力油嘴管匯控制，進(jìn)入下游緩沖罐進(jìn)行氣液體分離，分離后的液體進(jìn)入返排罐計(jì)量后，再導(dǎo)入多袋式雙聯(lián)過(guò)濾器進(jìn)行精細(xì)化過(guò)濾處理。多袋式雙聯(lián)過(guò)濾器額定工作壓力1MPa，過(guò)濾流量120m³／h，過(guò)濾精度達(dá)到10mm級(jí)別，通過(guò)該裝置處理后的液體，具備回收條件，可作為下一層或下一口井的壓裂基液。壓裂返排液精細(xì)化過(guò)濾回收技術(shù)的形成，可以為試油測(cè)試期間廢液的處理提供一個(gè)有效的解決途徑。

4　含硫井排出液自動(dòng)實(shí)時(shí)除硫技術(shù)

含硫氣井試油作業(yè)期間，井筒排出的液體(地層水，酸化后返排殘酸)溶解H2S等大量氣體，過(guò)去現(xiàn)場(chǎng)的做法通常是將這些液體經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的處理直接排放到現(xiàn)場(chǎng)污水池，污水池廢液中溶解的H2S氣體會(huì)逐漸溢出并不斷向周圍環(huán)境飄溢，同時(shí)返排出的殘酸可能含有的泡沫等也會(huì)向環(huán)境飄散，給作業(yè)井場(chǎng)和周圍自然環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的安全危害。

含硫井排出液自動(dòng)實(shí)時(shí)處理技術(shù)主要采用物理和化學(xué)相結(jié)合的方法，對(duì)高含硫氣井測(cè)試期間排出液進(jìn)行除硫、消泡和殘酸中和處理。該技術(shù)主要通過(guò)分離器、緩沖罐對(duì)流體中的氣體進(jìn)行一級(jí)和二級(jí)物理分離，同時(shí)采用自動(dòng)實(shí)時(shí)除硫裝置在流程中特定位置加注處理劑對(duì)產(chǎn)出流體進(jìn)行化學(xué)處理，除硫劑等的優(yōu)選至關(guān)重要^[13]。自動(dòng)實(shí)時(shí)除硫裝置是該工藝技術(shù)得以成功實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，其主要由注入系統(tǒng)、混合系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)組成，作業(yè)中通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)放噴出口大氣中H2S含量與污水池殘酸濃度，并及時(shí)反饋數(shù)據(jù)給自動(dòng)實(shí)時(shí)除硫裝置PLC綜合控制系統(tǒng)，由PLC自動(dòng)控制向流程管線內(nèi)加注除硫劑、消泡劑、pH值調(diào)節(jié)劑，在密閉環(huán)境中進(jìn)行除硫、消泡和殘酸中和。最終將處理后排放至污水池的流體pH值基本控制在6.4～7.8范圍，放噴出口大氣環(huán)境中H2S含量小于l4.4mg／m³，實(shí)現(xiàn)安全排放，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境。

含硫井排出液自動(dòng)實(shí)時(shí)處理流程(圖4)和]二藝技術(shù)目前已經(jīng)在川渝地區(qū)多口井開展應(yīng)用，效果顯著(圖5)，如高石2井在排液期間，采用該技術(shù)對(duì)井筒產(chǎn)出液進(jìn)行處理前，放噴出口大氣環(huán)境中H2S含量主要維持在115～173mg／m³范圍內(nèi)，而應(yīng)用該技術(shù)后，放噴出口大氣環(huán)境中H2S含量降低到8.65mg／m³以內(nèi)，可以滿足井場(chǎng)人員連續(xù)作業(yè)的要求。

5　結(jié)論

通過(guò)在試油測(cè)試作業(yè)過(guò)程中不斷創(chuàng)新和實(shí)踐，研發(fā)了集成“移動(dòng)式基墩固定放噴測(cè)試管線、密閉燃燒裝置燃燒放噴天然氣體、壓裂返排液精細(xì)化過(guò)濾回收和含硫井排出液自動(dòng)實(shí)時(shí)除硫”為一體的試油安全環(huán)保配套測(cè)試技術(shù)，并在實(shí)際中開展了廣泛地應(yīng)用，使試油測(cè)試與環(huán)境保護(hù)有機(jī)結(jié)合，一方面起到節(jié)能減排目的，減少對(duì)環(huán)境的污染，另一方面有效降低了作業(yè)成本，提高了試油測(cè)試效率，實(shí)現(xiàn)了試油測(cè)試全過(guò)程中的最小環(huán)境影響、最優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。試油環(huán)保測(cè)試技術(shù)將成為未來(lái)試油測(cè)試可持續(xù)發(fā)展的必然方向之一。

參考文獻(xiàn)

[1]陳志勝，席娟，馬勇軍．環(huán)保試油技術(shù)探索[J]．油氣田環(huán)境保護(hù)，2011，21(6)：44-46．

CHEN Zhisheng,XI Juan，MA Yongjun．Exploration on environmental oil testing technology[J]．Environmental Protection of Oil&Gas Fields，2011，21(6)：44-46．

[2]余婷婷，鄧廣東，袁勇，等．頁(yè)巖氣開發(fā)面臨的環(huán)保挑戰(zhàn)及建議[J]．油氣田環(huán)境保護(hù)，2013，23(5)：56-61．

YU Tingting，DENG Guangdong，YUAN Yong，et al．Environmental challenges and suggestions in shale gas development[J]．Enviromental Protection of Oil&Gas Fields，2013，23(5)：56-61．

[3]李勇明，彭璃，王中澤．頁(yè)巖氣壓裂增產(chǎn)機(jī)理與施工技術(shù)分析[J]．西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，35(2)：90-96．

LI Yongming,PENG Yu,WANG Zhongze．Analysis of shale gas fracture stimulation mechanism and operating techniques[J]．Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2013，35(2)：90-96．

[4]陳小榆，朱盼，蘇鑫，等．天然氣放噴管線彎管流場(chǎng)的數(shù)值模擬[J]．石油工業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2013，79(3)：57-60．

CHEN Xiaoyu，ZHU Pan,SU Xin，et al．Numerical simulation of the elbow pipe flow field for natural gas blowout[J]．Computer Application of Petroleum，2013，79(3)：57-60．

[5]曾黎．油田筒式爐防燒損技術(shù)[J]．油氣田地面工程，2010，29(12)：93-95．

ZENG Li．Technology of tube furnace prevent damage in the Oilfield[J]．Oil-Gasfield Surface Engineering，2010，29(12)：93-95．

[6]楊仲卿，郭名女，耿豪杰，等．頁(yè)巖氣燃燒器燃燒特性的數(shù)值模擬[J]．天然氣工業(yè)，2013，33(7)：113-117．

YANG Zhongqing，GUO Mingnv，GENG Haojie，et al．Numerical simulation of combustion  characteristics of shale-gas burners[J]．Natural Gas Industry，2013，33(7)：113-117．

[7]JIANG Q，RENTSCHLER J，PENRRONE R，et al．Application of ceramic membrane and ion exchange for the treatment of the flowback water from Marcellus shale gas production[J]．Journal of Membrane Science，2013，431：55-61．

[8]MILLER D J，HUANG Xiaofei，LI Hua，et al．Fouling-resistant membranes for the treatment of flowback water from hydraulic shale fracturing：A pilot study[J]．Journal of Memhrane Science，2013，437：265-275．

[9]劉文士，廖仕孟，向啟貴，等．美國(guó)頁(yè)巖氣壓裂返排液處理技術(shù)現(xiàn)狀及啟示[J]．天然氣工業(yè)，2013，33(1 2)：l58-162．

LIU Wenshi，LIAO Shimeng，XIANG Qigui，et al．Status quo of fracturing flowbaek fluids treatment technologies of US shale gas wells and its enlightenment for China[J]．Natural Gas Industry，2913，33(12)：158-162．

[10]陳明燕．大牛地氣用壓裂返排廢液催化氧化聯(lián)合處理實(shí)驗(yàn)[J]．天然氣工業(yè)，2012，32(3)：113-116．

CHEN Mingyan．An experimental study of the combined treatment of catalytic oxidation and fracturing waste fluid treatment in the Daniudi Gas Field[J]．Natural Gas Industry，2012，32(3)：113-116．

[11]LUTZ B D，LEWIS A N，DOYLE M W．Generation,transport and disposal of wastewater associated with Marcellus shale gas development[J]．Water Resources Research，2013，49(2)：647-656．

[12]劉飛，王勃，潘登，等．四川盆地頁(yè)巖氣井地面安全返排測(cè)試技術(shù)[J]．河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，31(1)：30-34．

LIU Fei，WANG Bo，PAN Deng，et al．Surface flow back test technology of shale gas in Sichuan Basin[J]．Journal of Henan Polytechnic University：Natural Science Edition，2013，31(1)：30-34．

[13]李樹剛，魏振吉，孫中磊．鉆井液除硫劑除硫效果的靜態(tài)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)及認(rèn)識(shí)[J]．天然氣工業(yè)，2012，32(8)：82-87．

LI Shugang，WEI Zhenji，SUN Zhonglei．Static evaluation of indoor experimental conditions for the effect of desulphurization agents in drilling fluids[J]．Natural Gas Industry，2012，32(8)：82-87．

本文作者：楊光煉  劉飛  潘登  張衛(wèi)勤  劉海上  曾忱

作者單位：中國(guó)石油川慶鉆探工程公司鉆采工程技術(shù)研究院

  中國(guó)石油新疆油田公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)

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