塔里木油田采油气清洁生产技术方案Word格式.docx

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因此，采油工艺的不同，需要进行不同的井下施工作业，其在生产过程中产生和排放的污染物也有所不同。

压裂酸化和修井作业是油气田重要的增产措施，在塔里木油田的日常生产中应用比较普遍，施工后排出的残液对环境将产生不同程度影响。

井下作业是维持油气井正常生产和增产的主要手段，也是必备的油气生产环节；

井下作业工艺复杂多样，大型修井作业一般由几种工序联合进行。

井下作业的修井施工是一项很复杂的工艺过程，不同的修井作业其基本流程不同，既使是同一修井作业，由于地下情况的不同，施工的工艺过程也不相同。

塔里木油田井下作业从宏观工艺过程来看，主要包括工前准备、设备器材搬迁、井下作业施工及井下作业完工4个主要过程。

修井作业工艺流程见图1-2。

图1-2修井作业工艺流程

塔里木油田在开发过程中，根据油田调整、改造、完善、挖潜的需要，按照工艺设计要求，利用一套地面和井下设备、工具，对油（气）、水井采取各种井下技术措施，达到提高注采量，改善油层渗流条件及油、水井技术状况，提高采油速度和最终采收率的目的。

这一系列井下施工工艺技术统称为井下作业。

井下作业内容主要有油水井维修、油水井大修、油层改造和试油（见表1-1）。

塔里木油田井下作业设备及使用工具见表1-2。

表1-1井下作业主要内容

主要内容

主要目的及功能

油

水

井

维

修

油井维护作业

起下泵抽油杆、电泵、气举阀和油管

试注

清除新井或油井转注前的井壁和井底的泥饼、杂物、脏物，并确定注水井的吸水指数。

清砂与防砂

（不单独进行）

将冲砂液由油管注入井内，将沉淀在井筒内的砂子冲散并随着从油套管环形空间（或油管）返出的冲砂液排到地面上来，解除砂堵、恢复油井正常生产

大

井下落物打捞

把落入井下的管类、杆类、绳类落物及小件落物打捞上来，保证正常生产。

卡钻事故处理

对于发生的砂卡、蜡卡、落物卡、套管变形卡及水泥凝固卡进行处理，

套管损坏的修理

油田开采中后期对损坏套管的修复。

套管内侧钻

对于井下有严重故障的油井利用套管侧钻技术修复

堵水作业

控制产层中水的产出和改变水驱油中水的流动方向，使油田的产水量在一段时间内下降或稳定。

层

改

造

酸化（压）作业

将酸液注入到油层中，溶解掉井底附近地层中的堵塞物质，使地层恢复原有的渗透率，溶蚀地层岩石中的某些组分，增加近井地带渗透率，沟通和扩大裂缝延伸范围，增大油流通道，降低阻力。

压裂作业

利用水力传压的方法把油层劈开形成一条或数条裂缝，加进支撑剂，使其不闭合，改造油层物性，达到油井增产、注水井增注的目的。

试油作业

利用一套专门的设备和方法，对通过钻井取芯，测井等间接手段初步确定的油、气、水层进行直接测试，并取得目的层的压力、温度和油、气、水性质及产能。

主要目的在于确定所试层位有无工业性油气流

表1-2井下作业主要设备及工具

设备

功能

通井机

动力设备，作用是起下油管、钻杆（抽油杆），以及井下打捞、抽汲

修井机

动力设备。

作用是起下管（杆）柱及井下工具，提捞、抽汲和打捞。

井架

主要装置是天车，支撑整个提升设备

循环

冲洗

设备

泥浆泵（车）

循环修井工作液，完成冲洗井底、压井等作业。

洗井车（水泥车）

由洗井泵和动力运载车两部分组成。

专用于洗井作业。

压裂车

基本组成与水泥车相同。

专用于压裂作业。

管汇及弯头

作用是汇集液流和改变液流方向，并有控制高压液流的作用

水龙头

作用是悬吊井下管柱、连接循环冲洗管线中固定部分和旋转部分，并能进行旋转井下管柱完成洗井、冲砂、解卡循环等施工作业，具有高压密封循环修井工作液通道的功能。

修井辅助设备

加热设备（锅炉和锅炉车）

加热各种液剂进行循环冲洗及冲洗打捞等作业。

汽车和汽车吊车

运输及吊运材料

混砂车

液－砂比例混合机，进行油层水力压裂的核心设备。

液氮车

在油田改造措施中主要给液氮伴注压裂和酸化供应大量的氮，是一种独立的液氮储运、泵注及转换装置。

该车能在低压状态下短期储存和运输氮，并能将低压液氮转换为高压液氮或高压常温氮气排出

修井工具

天车、游动滑车、大钩、吊环、吊卡、油管钳、抽油杆钳子、液压油管钳

完成起下作业。

井下作业控制装置

对油气井实施压力控制，对事故进行预防、监测、控制、处理

封隔器

封隔产层或施工目的层，防止层间流体和压力互相干扰。

1.2.1油水井维修

油水井在采油、注水过程中，因地层出砂、出盐，造成产层掩埋、泵砂卡、盐卡，或因管柱结蜡、泵凡尔腐蚀、封隔器失效、油管、抽油杆断脱等种种原因，使油水井不能正常生产。

油水井维修的目的是通过作业施工，使油水井恢复正常生产。

（1）油井维护作业

主要工作内容是起下泵抽油杆、电泵电缆和油管。

（2）试注

油田注水是保持油层压力的有效手段，是油田长期稳产、高产、提高采油速度和最终采收率的有效措施。

油井在正式投入注水前，对新井投注或油井转注试验。

具体到一口注水井，就是清除新井或油井转注前的井壁和井底的泥饼、杂物、脏物，并确定出注水井的吸水指数，为实施注水方案打下良好基础。

试注分三个阶段，即排液、洗井、转注及必要的增注措施。

（3）清砂与防砂

清砂是将具有适当黏度和密度的冲砂液由油管（或油套管环形空间）注入井内，将沉淀在井筒内的砂子冲散，使砂粒随着从油套管环形空间（或油管）返出的冲砂液排到地面上来，达到解除砂堵、恢复油井正常生产的目的。

防砂就是通过一些工艺方法，控制油层出砂，保持油井正常生产。

实施防砂措施后，油层即不出砂，又不破坏其渗透性，使之保持较高的采油速度。

防砂方法有化学防砂和机械防砂两大类。

化学防砂是将化学药剂注入地层，将疏松的地层砂颗粒胶结起来，形成一个具有一定强度和渗透性的挡砂屏障。

而油流又可以渗入油井，达到既防砂又采油的目的。

化学防砂方法主要有树脂胶固砂岩、树脂砂浆、预涂层砾石人工井壁、地下全成、水带干灰砂、水泥砂浆、树脂核桃壳等。

机械防砂是用机械（过滤）装置下入油井的油层部位，阻挡地层砂运动，而地层液体可以通过这些装置，流入井筒，达到既产油又防砂的目的。

机械防砂装置主要包括滤砂管、割缝衬管、绕丝筛管以及绕丝筛管砾石充填。

（4）堵水

油井堵水的目的在于控制产层中水的产出和改变水驱油中水的流动方向，提高水驱油效率，力图使得油田的产水量在一段时间内下降或稳定，以保持油田增产或稳产。

包括机械堵水和化学堵水两大类。

①机械堵水

用封隔器及井下配套工具卡封油井中的出水层位。

这种堵水方法没有选择性，在施工时，配好管柱，使封隔器座封准确、严密，才能达到堵水目的。

此法可以封上层采下层，封下层采上层，或封中间层采两头和封两头采中间层位。

②化学堵水

将化学堵剂注入出水层位，利用堵剂的化学性质或化学反应物在地层中变化生成的物质达到封堵地层出水孔道，降低油井综合含水。

化学堵水又包括选择性堵水和非选择性堵水。

选择性堵水是将一些高分子聚合物或一些遇水生成沉淀、凝固的无机物挤入地层中。

高分子聚合物中的亲水基因遇水后对水有亲合力、吸附性，发生膨胀；

遇油则收缩，没有吸附作用。

遇水生成沉淀、凝固的无机物则可以封堵地层出水孔道，遇油不会产生沉淀或凝固。

非选择性堵水大多是靠沉淀颗粒（如水泥）堵塞地层孔道。

这种堵水方法既堵出水孔道，也堵出油孔道。

1.2.2油水井大修

油水井大修作业施工作业复杂、难度大，操作技术要求高。

常发生的井下事故包括技术事故、井下卡钻事故和井下落物事故三大类。

（1）井下落物打捞

井下落物类型主要有：

管类落物、杆类落物、绳类落物和小件落物。

对于不同的井下落物采取不同工具和不同的打捞方式。

（2）卡钻事故处理

卡钻的类型包括砂卡、蜡卡、落物卡、套管变形卡、水泥凝固卡等。

对于不同的卡钻类型采取不同工具和不同的卡钻处理方式。

（3）套管损坏

油田开采的中后期，套管会出现内径、质量、壁厚、内壁等的变化，对于变形套管的可用胀管器、套管整形器进行修复。

对于套管穿孔或裂缝，可以采用补贴措施修复，修复后的套管内径要缩小约10mm左右。

（4）套管内侧钻

用于修复井下有严重故障的油井，用一般方法处理难见效，有时必须利用套管侧钻技术修复，使死井复活。

套管内侧钻就是在油水井的某一特定深度固定一个斜向器（或采用锻铣开窗式），利用斜面造斜和导斜作用，用铣锥在套管的侧面开窗，从窗口另钻新井眼然后下尾管固井的一整套工艺。

1.2.3油层改造

（1）酸化

油层的酸化处理是有效的增产措施，特别是对碳酸盐油层。

酸化是将按要求配制的酸液注入到油层中，溶解掉井底附近地层中的堵塞物质，使地层恢复原有的渗透率，溶蚀地层岩石中的某些组分，沟通和扩大裂缝延伸范围，增大油流通道，降低阻力，从而增产。

①碳酸盐地层的盐酸处理

碳酸盐地层的主要矿物成分是方解石和白云石，地层的储集空间分为孔隙和裂缝两种类型。

碳酸盐地层的酸处理就是要解除孔隙、裂缝中的堵塞物质或溶解部分方解石、白云石，扩大沟通地层原有的孔隙、裂缝，提高渗透性能。

盐酸酸化原理：

碳酸盐地层的酸处理所用的酸液主要是盐酸，盐酸能溶解油层中的碳酸盐类，生成一种可溶性盐类，用自喷或抽汲等排液方式，将反应后的残酸和可溶物质排到地面，增大油流孔道，提高渗透率。

②砂岩地层的土酸处理

砂岩地层由砂粒及胶结物组成。

砂粒主要是石英和长岩，胶结物主要为黏土和碳酸盐类。

砂岩的油气储集空间和渗流通道就是砂粒和砂粒之间未被胶结物完全充填的孔隙。

砂岩地层的增产措施通常用水力压裂的方法，对于胶结物较多或堵塞严重的砂岩油气层，也常采用以解堵为目的的常规酸化方法。

由于地层含泥质较多、含碳酸盐较少，油井泥浆堵塞较为严重而泥浆中碳酸盐含量较低，因此砂岩地层酸处理普遍用土酸处理。

土酸酸化原理：

盐酸与氢氟酸的混合液称土酸。

土酸中的盐酸可以溶解油层中碳酸盐和一部分铁质、铝质；

土酸中的氢氟酸可以溶解砂岩油层中的硅酸盐矿物和黏土矿物。

反应生成的气体氟化硅和水均可排到地面，以解除地层中粘土堵塞和泥饼，从而增加近井地带的渗透率。

③酸化施工

酸化施工工艺的好坏是影响酸化措施成败的重要因素。

在施工过程中，要严格按设计和操作规程进行，一般酸化工艺过程如下：

——试压：

对施工管柱、井口装置、地面设备、管线进行试压检验。

——低压替酸：

在座封前用前置液或酸液将压井液替到环空。

——高压挤酸：

高压泵注是酸压质量控制的重点，要保证泵注排量的稳定并连续注入，顶替液量要把管柱内的酸液全部顶入地层。

——关井反应：

关井时间根据酸液类型和试验结果进行确定。

——开井放喷排酸。

酸化效果的好坏取决于酸化后排液的速度。

因此，酸后要按设计要求及时排液。

排液方法有自喷抽汲、液氮、气举等。

——施工后产量测试：

酸化残液排出后，酸后产量测试检验酸化效果。

——施工资料录取：

包括酸前井筒资料，施工层位岩心分析资料，施工前后的生产和测试资料，施工设计和与设计有关的试验资料，现场配液资料，入井管柱资料，施工泵注资料，排液资料等。

塔里木油田酸化作业流程见图1-3。

图1-3酸化作业流程

（2）压裂

油层水力压裂简称为油层压裂或压裂。

它是利用水力传压的方法把油层劈开形成一条或数条裂缝，加进支撑剂，使其不闭合，从而改变油流在油层中的流动状况，降低流动阻力，增大流动面积，改造低渗透油层，解决油田层间矛盾，解除油层堵塞等，使油井得到增产，水井得到增注。

作业流程见图1-4。

1.2.4试油（气）

完井后，对可能出油（气）的地层射孔，利用一套专用设备和方法，降低井内液柱压力，诱导地层中的流体流入井内，对流体和地层进行测定。

比较完整的试油工序为：

通井→压井（洗井）→射孔→下管柱→替喷→诱喷排液→求产→测压→封闭上返

一口井经诱喷排液仍未见到油气流或产能较低时，一般还需要采取酸化、压裂等增产措施。

（1）通井

试油前用通井规通井。

通井规外径小于套管内径6-8mm。

新井要通至人工井底，老井及有特殊要求的井要按工艺设计施工。

图1-4压裂作业流程

（2）压井、洗井

①压井

压井的目的是把井下油层压住，使其在射孔或作业时不发生井喷，保证试油和作业完全顺利进行，保证施工后油层不因为压井作业而受到污染。

压井方法主要有灌注法、循环法、挤压法。

——灌注法：

往井内灌注一段压井液就可以把井压住，对一些低压低产油层上返试油时采用。

——循环法：

把配好的压井液泵入井内进行循环，将密度大的液体替入井筒，从而把井压住。

——挤压法：

对易漏井、事故井或井内无油管井不能构成循环时，常用此法。

②洗井

洗井是将油管下入一定深度，然后把洗井液泵入井内，在油管与套管环形空间构成循环，不断冲洗井壁和井底，把脏物带出地面，保证井筒和井底的清洁。

在清水压井射孔前、压裂或酸化等增产措施施工前、打水泥塞（注灰）前、油层砂埋或井底沉砂较多时均要洗井。

目前通常采用正循环和反循环洗井方式。

（3）射孔

用电缆或油管将专门的井下射孔器送入套管内，射穿套管及管外水泥环，并穿进地层一定深度，建立地层与井眼的流通孔道，使地层流体进入井内。

（4）下管柱

油层经射孔打开后，要及时下入测试管柱。

当预计不出砂层时，各级配产器下至油层中部或顶部。

预计可能出砂层，封隔器尽量靠近测试层底界，各级配产器紧接在封隔器之上。

（5）诱喷

试油（气）前井内充满着泥浆或其他压井液，油层与井底之间没有油气流动，经诱喷排液，降低井内液柱对油层的回压，在油层与井底之间形成压差，使油气从油层流入井内，进行求产、测压、取样等测试工作。

（6）求产

试油（气）井通过排液或放喷合格后即进入试油的关键工序—求产测试。

①自喷井求产

自喷井求产根据油井自喷能力，选择合适的油嘴进行测试。

间喷井求产在确定合适的工作制度，定时开井或定压开井求得连续三个间喷周期产量即为该层的产能。

②非自喷井求产

非自喷井根据油层供液能力大小和流体性质不同，可选用抽汲和气举法求产。

——抽汲求产

按地层供液能力大小采用定深、定时间、定次数进行抽汲，使液面始终保持在一定深度。

这样连续求得两天的油水稳定产量及油水分析样品，产量波动范围小于20%。

——气举求产

把油管完成在某一位置，采用定深、定时、定压气举，求得油层产液量。

气井试气的最大特点是由于地面尚未建设集输管线，为节约资源，测试时间一般都比较短。

通常采取测试一个回压下的产量。

试气过程与试油过程相似。

1.3注水

油田投入开发后，如果没有相应的驱油能量补充，油层压力将随着开发时间逐渐下降，导致产量减少，使油田的最终采收率下降。

通过油田注水，可以使油田能量得到补充，保持油层压力，达到油田产油稳定、提高油田最终采收率的目的。

根据油田面积大小，油层连通情况，油层渗透性及原油粘度等情况，可选择不同的注水方式。

1.3.1注水方式

表1-3油田注水方式及适用范围

注水方式

适用范围

边外注水

在含油层边缘以外打注水井，即在含水区注水。

注水井的分布平行于含油层外缘，采油井在含油层内缘的内侧，并平行于含油内缘。

此种注水法对于面积不太大，油层连通情况好、油层渗透性好、原油粘度不大油藏较合适。

边内注水

行列式内部切割注水

用注水井排油，将油藏人为地分割成若干区，每个区是一个独立的单元，在两排注水井间布置成排的油井

环状注水或中央注水

注水井呈环状布置在油藏的腰部，适用于面积不太大，油藏外围渗透性变差，不宜边外注水的油藏。

面积注水

注水井和生产井按一定几何形状均匀分布。

是一种强化注水方式。

1.3.2注水井井身结构

注水井井身主要由导管、表层套管、技术套管、油层套管组成。

导管用来保护井口附近的地层，一般采用螺纹管，周围用混凝土固定。

表层套管用以封隔上部不稳定的松软地层和水层。

技术套管用以封隔难以控制的复杂地层，保证钻井工作顺利进行。

油层套管的作用是保护井壁，造成油气通路，隔绝油、气、水层，下入深度视生产层层位和完井的方法来决定。

1.3.3作业流程

注水井从完钻到正常注水的步骤包括：

排液→洗井→试注→注水生产。

1.3.4注水站

注水站的作用是把供水系统送来或经过处理符合注水水质要求的各种低压水通过水泵加压变成油田开发需要的高压水，经过高压阀组分别送到注水干线，再经配水间送往注水井，注入油层。

注水站主要由储水罐、供水管网、注水泵房、泵机组、高低压水阀及供配电、润滑系统、冷却水系统组成。

注水站的工作环境为高电压、高水压和高噪声。

2污染物产生及控制

2.1污染物产生

采油及修井作业产生的污染物主要为采油污水、固体废物、废气及设备噪声，产生环节见图2-1。

图2-1采油作业污染物产生环节

2.1.1采油污水

采油污水主要来自采出水和注水井洗井水。

采出水是随原油和油田气一起从地下开采出来的、经沉降和电化学脱水等工艺而分离出来的污水，经污水处理站处理合格的方能注入油层。

试注井、注水井工作一段时间后，注水井附近岩层内会附着许多由注水带来的杂质而影响正常生产，需要进行洗井。

注水井洗井水是洗井过程产生的含油污水。

因注水井的注洗井作业是定期进行的，又由于井位分散，不便就地处理，一般由罐车拉运到指定地点进行集中处理。

采油污水的特点：

（1）外排量大

随着油田进入开发中、后期，采出液含水率逐年上升，由此造成了污水量的增加，注水难度加大，加之低渗透区块和特殊开采工艺无法实施污水回注，采油污水及其污染物排放量总体上呈逐年增加趋势。

（2）水温高

采油污水来源于地层深处，水温非常高。

通常在40～70℃。

由于水量大，在地面停留时间短，经污水处理站处理后水温仍然在35～65℃之间。

（3）矿化度高

采出水总矿化度一般在2×

104～30×

104mg/L之间；

矿化度高的水电导率高，加速了电化学反应，使腐蚀速度加快。

另外这些采油废水中还溶解了一些气体，如氧气、硫化物、二氧化碳等，其中氧气是较强的氧化剂，容易发生电化学腐蚀；

酸性气体和氧气共同作用会使腐蚀速度成倍增长。

并且这些高矿化度废水中还含有大量的HCO3－、Ca2+、Mg2+、Ba2+等离子，当水温、水压、pH值发生变化时，极易产生碳酸盐沉淀；

当Ba2＋和SO42－相结合时，会产生硫酸盐沉淀，影响油田的正常生产。

（4）油、水密度差值小

一些油田稠油密度非常大，相对密度在0.95以上,与污水的密度相差很小，由此造成水中油很难上浮，导致油、水分离困难。

（5）有机物含量高、种类多

油田导出水中本身含有多种有机物，如挥发酚、硫化物、石油类等。

为保证油水分离，防止腐蚀、结垢，又在采出水中添加大量的化学药剂，造成采出水成分相当复杂。

（6）细菌含量高

采出水中含有丰富的有机物，又有适宜的水温，是硫酸盐还原菌（SRB）、腐生菌（TGB）繁殖的场所。

大部分采出水中细菌含量为102～104个/mL，有的高达108个/mL。

细菌大量繁殖不仅腐蚀管线，而且造成地层的严重堵塞。

2.1.2落地原油及油泥砂

落地原油及油泥砂是采油作业过程中的主要污染物。

落地原油是采油过程中未进入集输管线而散落在地面的原油。

产生途径主要是自喷井投产前射孔替喷时，部分原油外喷；

井下作业时起下油管、抽油杆，在井场旋转或清洗而散落在井场的原油；

生产过程中管线、阀门发生故障而跑、冒、滴、漏的原油；

发生井喷、管线穿孔或断裂，造成的落地原油。

2.1.3采油废气

采油过程中的废气包括燃料废气和工艺废气。

（1）燃料废气

燃料废气是天然气和燃料油燃烧后的烟气。

塔里木油田用作燃料的天然气有干气和湿气之分。

气井生产的天然气是干气，主要成分是甲烷和极少量的乙烷、丙烷；

油井产生的伴生气基本上是湿气，其成分主在是碳链为C1～C5的烃类。

一般天然气中还含有少量硫化氢、硫醇、氮、氦和二氧化碳等。

天然气是相对清洁的优质燃料，对环境污染不大。

但如果操作不当，也会产生一定量的烟尘、一氧化碳及烃类。

另外，含硫天然气还会产生硫氧化合物。

燃料油燃烧后的烟气主要是由燃油锅炉产生的，燃料油通常采用蒸气雾化的方式进行燃烧，一般都能实现充分燃烧，不会产生大量黑烟（烟尘），但在操作不当或开炉、燃料油倒罐、炉温过低等情况下，也会在短时间内产生大量烟尘污染空气环境。

（2）工艺废气

工艺废气主要来自采油井场、联合站和油气集输系统轻烃的挥发。

塔里木油田工艺废气产生的主要原因是工艺过程中的气体挥发，在个别情况下，如产能建设不配套、油气分离不彻底、工艺流程的跑冒滴漏、温度偏高（环境温度）也可能造成烃类物质的挥发损失；

有的油田伴生气没有完善的集气系统，虽然可利用一部分，但仍有部分损耗；

有些试采井用单井拉油的方式进行采油，油气不能进入集输流程，烃类损耗也较高。

排放出来的轻烃主要成分为甲烷烃和非甲烷烃，其中毒性较大的非甲烷烃占有较大的比例，是油田大气有机污染的主要原因，对大气环境的污染影响较大。

2.1.4采油噪声

主要是机械噪声。

由于采油生产中要采用很多大型机械设备，不可避免要产生较大的噪声，如大型注水泵组、通井机、压裂车、压风机等，噪声强度多在90～110dB之间，给长期工作生活在附近的人群带来一定的影响。

污染物产生情况见表2-1。

表2-1采油及井下作业污染物产生种类

施工工艺

主要污染物

采油过程

采油废水：

CODcr、BOD5、石油类、挥发酚、硫化氢

固体废物：

落地油及油泥砂

采油废气：

燃料废气、工艺废气（烃类挥发）、非甲烷总烃、烟尘、NO2、CO、SO2

噪声：

机械噪声（90-110dB）

井下作业

酸化

废酸残液（HCl、HF、H2SO4、HNO3）、石油类、烟尘、机械噪声、落地油

压裂

压裂液（K2CrO7、三氯甲苯）、烟尘、机械噪声、落地油

修井

石油类、油砂、C