刘 博 章 敬 李慧敏 曹 元 安 静 贾 悦

(1.中国石油新疆油田分公司工程技术研究院；2.中国石油新疆油田分公司安全监督中心；3.中国石油新疆油田分公司工程技术公司)

0 引 言

修井作业已成为油田稳产复产的重要手段之一，但在修井作业过程中，不可避免地会产生固体和液体废物，例如：含油污泥、油蜡、地面清洗废液、洗井废液、沾油废物等，对环境造成不同程度的污染，且易造成二次环境污染，处理处置危险废物给作业单位带来新的问题。

现阶段，作业队伍普遍采用“末端治理”方式来防止环境污染[1]，即现场铺设防渗布。为进一步改善修井作业面临的环保现状，选用具有防渗、防水、防油特点的新型防渗布，结实耐用，可重复使用4～12次，同时改进了防渗布的铺设方式，如：在准备作业中，管桥下部铺设防渗布，在其周边用油管卷起建立围堰；在地面清洗作业中，用防渗布搭建清蜡环保墙等。实施此项环保措施降低了二次环境污染的几率，减少了部分危险废物的产生，但却增加了人工劳动强度，冬季铺设、清理尤为困难，未能实现污染物的源头减量化控制，危险废物产生和二次环境污染的问题仍未解决。

为此，积极探索绿色环保修井作业技术，走产业升级和新工业化之路，对油田的绿色可持续发展具有十分重要的意义。

1 霍尔三维结构的建立

霍尔三维结构又称硬系统方法论(Hard System Methodology)，它是将系统工程建立在一个三维坐标系空间结构上[2]，三维结构由时间维、逻辑维和知识维组成，运用系统工程知识使空间上各项活动相互影响、紧密相关，组成了一个有机的整体[3]。系统工程的每一项具体工作，在这个三维空间中都对应一个区域[4]。

在工程领域内，石油工程与环境工程均为大型复杂的系统工程，两者存在少部分内容交叉，基本属于相互独立的系统工程。为解决修井作业中存在的环境污染，采用霍尔三维结构的系统工程方法论，深度融合石油工程中修井工艺与环境工程中的环境风险。

从系统观点出发，将单次修井作业视为一个全生命周期，可将其时间维划分为12个工序阶段，包括作业准备、洗井、提油管、地面清洗、完工收尾等[5]；结合油田作业现状，分类梳理修井技术措施，其逻辑维可细分为12项，包括检泵、补层、复抽、上返补层、分注、打捞等；在作业阶段，环境污染风险主要受作业内部和外部环境因素综合影响，具有区域局限性，知识维可分为井口和井场两个环境风险区域。经演绎转换霍尔三维结构模型，将若干修井工艺和环境风险的单元模块对应至时间维、逻辑维和知识维构建的三维空间内，建立了188个模块的修井工艺与环境风险系统模型，见图1。

图1 修井工艺与环境风险系统模型

2 主要因素分析

通过运用系统工程方法，精准定位修井作业全过程中的各环境污染环节，确定出井场区域的两个环境污染环节为地面清洗和完工收尾，见图2；井口区域的5个环境污染环节包括拆井口安装井控装置、提结构、通井、射孔和下结构，见图3。

图2 井场区域环境污染环节

图3 井口区域环境污染环节

在上述7个工序环节中，不可避免地会出现原油、油蜡、油砂等落地的现象，最终形成含油污泥。含油污泥已被列入《国家危险废物名录》(2016)，具有毒性和易燃性的特征。

经上述各环节的分析，发现模型中地面清洗和完工收尾两个工序环节在井场环境污染区域(除分注措施以外)呈现线性化分布；拆井口安装井控装置、提结构和下结构3个工序在井口环境污染区域呈现线性化分布，其余两个工序环节未发现有明显规律。

由于修井作业产生的含油污泥在收集、转移、处理等阶段需要耗费大量人力、物力、财力，结合现场实际，统计出各修井工序环节产生含油污泥的权重，见表1。

表1 含油污泥权重

由表1可知，井场区域内含油污泥产生量的权重高达63%，环境污染风险主要是地面清洗和完工收尾所产生，其含油污泥产生量的权重分别为36%，27%；井口区域内产生含油污泥的修井工序虽多，但含油污泥产生量的权重相对较小，仅为37%。因此，井场环境的污染防治尤为重要。

3 修井作业井场环保技术的研发

针对井场区域含油污泥产生量大的两个作业工序环节，即地面清洗和完工收尾，公司自主研制了井场管杆盒，用于井场环境保护及污染防治。

井场管杆盒设计了横担、集成积液盒、放油阀、挡板等装置设备，主要由油管盒和抽油杆盒两部分组成，分别摆放油管和抽油杆等井下管柱。该工艺具备3方面特点：①工艺结构设计紧凑，占地面积小，仅为传统修井作业管柱摆放面积的40%；②适用范围比较广，可满足井深小于3 000 m生产井的作业要求，管柱摆放采用逐层累加的方式，井场管杆盒的上部最高可累计摆放8层管柱；③具有较强的储液能力，可容纳油水混合物近10 m3，并且安装、拆卸简单，易于操作。

该工艺除了具备正常修井作业管桥的性能外，还拥有收集、回收和防止原油落地等多项环保功能，主要包括：①集成积液盒主要收集在输送、摆放时管杆壁滴落流出的原油；②在地面清洗作业前竖起折叠式挡板，可有效阻止在地面清洗作业时油、水、蜡、砂等油水混合物从油管尾部喷洒至地面，使其全部落入集成积液盒内；③放油阀主要应用于完工收尾环节，结合污水泵一同作业，将集成积液盒内的油水废液送至生产系统，减少油水废液清理、转移造成的二次环境污染。

4 现场应用效果

修井作业井场环保技术于2016年、2017年分别在新疆油田6个采油厂开展试验，共计应用了2 105井次作业。

4.1 环保效益

经油田现场应用，新工艺技术有3项环保效果：①修井作业的井场区域内均未产生含油污泥，实现了油水不落地，从源头上消除了含油污泥对井场的环境污染风险；②井场区域内无需铺设防渗布，作业后也无需清洗、处置沾油防渗布，大幅降低了沾油废物的清理、回收、运输等二次环境污染的风险；③在完工井收尾阶段，油水废液可集中回收至油气生产系统，实现了油水废液资源化利用。

4.2 作业效率

在施工准备、完工收尾工序中，新工艺技术提升了作业效率，作业人员无需铺设、回收管桥和防渗布、挖设排污沟和排污池、回收含油污泥和沾油废物、恢复井场地貌等，节省了人工劳动时间，降低了人工劳动强度，与常规修井作业的施工时间对比，井场管杆盒可节约作业工时3.6 h/井次。同时，新工艺技术改善了员工操作的工作环境，无需在油污上作业，并降低了摔倒的安全风险。

4.3 经济效益

新工艺技术与传统环保工艺相比，节约了施工消耗费用和危险废物处置费，包括人工费、材料费、清洗费、拉运费、含油污泥处置费和沾油废物处置费，估算每年可节约修井作业环保费用约92.7万元。若考虑新工艺的固定资产折旧及维护维修费等，采用新工艺与传统环保工艺的费用支出基本持平[6]。

5 结 论

1)通过运用霍尔三维结构模型，建立了修井工艺与环境风险系统模型，分析了各作业工序中环境污染要素，精准定位了地面清洗和完工收尾两个主要环境污染的工序环节，明确了井场区域为环境污染防治的主方向。

2)现场应用表明，修井作业井场环保技术应用效果较好，在环保上实现了修井作业井场区域的清洁生产，消除了二次环境污染的风险；在技术上先进、可靠、适用，提升了作业效率；在经济上节约了人工费、材料费、清洗费等作业成本。

3)研发的修井作业井场环保技术—井场管杆盒，实现了“末端治理”的修井环保方式向“源头控制”的转型升级，具有进一步推广的潜力和空间。