——以川渝地區(qū)為例

摘　要：試油測試作業(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，結合川渝地區(qū)油氣田的實際情況，針對性地提出了4種試油安全環(huán)保處理的技術方案：①采用移動式固定基墩替代傳統(tǒng)的打水泥基墩坑來固定放噴測試管線，清潔環(huán)保，作業(yè)效率高；②使用密閉燃燒裝置在井場內燃燒放噴天然氣體，可大大減少征地修建燃燒池的費用以及對耕地的破壞；③優(yōu)化非常規(guī)氣井放噴排液回收流程，對返排液進行精細化過濾回收處理，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的環(huán)境污染和水資源浪費等問題；④運用井筒排出液自動實時除硫技術，在全密閉環(huán)境下實時除硫、消泡與中和殘酸，實現含硫井排出液在污水池內的安全排放，保護了環(huán)境。上述系列技術已經在四川盆地高含硫氣井和頁巖氣等非常規(guī)氣井中開展了廣泛的應用，效果較佳，為常規(guī)的試油測試工藝注入了新鮮的“血液”。

關鍵詞：試油測試  安全環(huán)保試油技術  移動式固定基墩  密閉燃燒  返排液精細處理  自動實時除硫

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，即在試油生產過程的各個環(huán)節(jié)采取“環(huán)保”措施，將試油工藝技術、試油過程和環(huán)境保護等有機地結合起來，從而實現環(huán)境影響最小、資源使用最少及經濟效益最優(yōu)^[1]。目前陸地上試油測試作業(yè)涉及對環(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試管線以及采用修建燃燒池的方式燃燒放噴天然氣體對耕地造成的破壞，以及現場排液中溶解的有害有毒氣體的揮發(fā)造成環(huán)境大氣的污染等問題。如何防止和減少試油測試作業(yè)過程中對環(huán)境的污染是一個不可忽視的重要課題^[2-3]。因此著力于試油測試持續(xù)和健康發(fā)展的思想，針對上述試油測試過程中普遍存在的難題，開展工藝技術的研究，形成了一套集“移動式基墩固定放噴測試管線、密閉燃燒裝置燃燒放噴天然氣體、壓裂返排液精細化過濾回收和含硫井排出液自動實時除硫”為一體的試油測試新工藝技術，實現試油測試過程中的“環(huán)保、降耗、減污、增效”的目標。

1　移動式基墩環(huán)保固定技術

為了確保試油測試中井控安全，要求地面測試時高壓油氣流在地面管線中有控制地流動，管線和設備的固定是其中的一項關鍵環(huán)節(jié)，因此井控工作中對試油測試期間放噴測試管線固定有明確的要求。該方法是在地面管線連接結束后現場直接開挖基墩坑，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管線實現固定，這種固定方式在1口井地面測試作業(yè)結束后，通常要在現場遺留下20～40個水泥基墩，不僅無法實現重復利用，而且對耕地造成了損害。

采用可移動式基墩固定放噴測試管線，測試作業(yè)結束后，移動式基墩可直接運走，且可以多次重復使用，不對土地造成永久性破壞，是一種安全有效的管線固定方法。該技術的關鍵是可移動式固定基墩的合理尺寸確定，通過建立放噴測試管線受力數學分析模型與幾何模型，采用理論分析和數值模擬分析相結合的方法^[4]，計算出不同產量條件下水和天然氣在直管段和彎管段中做穩(wěn)定流動或非穩(wěn)態(tài)流動時的受力大小，并用現場實際工況條件下測定的管線受力數據來校正數學分析模型，不斷調整和優(yōu)化，最終設計出合乎要求的基墩。

根據上述方法，確定出天然氣井測試井場內采用移動式水泥基墩(圖1)固定時需滿足的條件：①2個移動式基墩間距不超過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，轉彎處為1.2m×1.2m×0.3m。移動式基墩固定技術在川渝地區(qū)非常規(guī)氣藏地面測試中應用20余口井，單井最高測試產量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

目前頁巖氣等非常規(guī)氣藏仍然普遍采用燃燒池燃燒放噴的天然氣體，燃燒過程中，特別是夜間會產生大量噪音污染和光污染，影響井場周圍社區(qū)居民正常休息，常常導致糾紛，影響該類氣藏24h連續(xù)排液測試作業(yè)。采用密閉燃燒裝置替代燃燒池進行燃燒^[5-6]，可以節(jié)約高價征用土地來修建燃燒池等的費用，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。

現用密閉燃燒裝置主要由外部簡體、內嵌耐高溫材料和消音吸附層以及燃燒器等組成(圖2)，采用外置射流點火，耐火隔熱層材料選用特殊陶瓷纖維，安全耐熱溫度達到l350℃，天然氣燃燒能力達到10×l0⁴m³／d，燃燒時火焰包面的高度和寬度大大降低，火焰主要受限于簡體內部。該裝置已在川渝地區(qū)頁巖氣測試項目中進行了多口井的成功應用，應用效果表明，在距燃燒位置100m處噪音由原來燃燒池燃燒時的100～l30dB降至45dB以內，距燃燒位置10m處熱輻射溫度差由原來35～45℃降至10℃以內，現場燃燒的熱輻射和噪音污染大大降低。

3　壓裂返排液精細化過濾回收技術

近年來，在四川油氣田致密儲層完成了300余井次的加砂壓裂試油測試作業(yè)，年產生廢液量超過2.5×10⁴m³。特別是頁巖氣藏等非常規(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，如威遠構造W201-H1井返排總液量高達10305.9m³。過去測試期間返排廢液主要通過地面流程直接排放至污水池，環(huán)境污染風險大，未進行任何回收再利用處理，造成巨大的水資源浪費，后期廢液無害化處理成本高。

對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化過濾回收裝置組成^[12]。從圖3可以看出，壓裂返排液經過流程前端的捕塞器除屑、旋流除砂器除砂后，通過動力油嘴管匯控制，進入下游緩沖罐進行氣液體分離，分離后的液體進入返排罐計量后，再導入多袋式雙聯過濾器進行精細化過濾處理。多袋式雙聯過濾器額定工作壓力1MPa，過濾流量120m³／h，過濾精度達到10mm級別，通過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。壓裂返排液精細化過濾回收技術的形成，可以為試油測試期間廢液的處理提供一個有效的解決途徑。

4　含硫井排出液自動實時除硫技術

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，過去現場的做法通常是將這些液體經過簡單的處理直接排放到現場污水池，污水池廢液中溶解的H2S氣體會逐漸溢出并不斷向周圍環(huán)境飄溢，同時返排出的殘酸可能含有的泡沫等也會向環(huán)境飄散，給作業(yè)井場和周圍自然環(huán)境帶來了嚴重的安全危害。

含硫井排出液自動實時處理技術主要采用物理和化學相結合的方法，對高含硫氣井測試期間排出液進行除硫、消泡和殘酸中和處理。該技術主要通過分離器、緩沖罐對流體中的氣體進行一級和二級物理分離，同時采用自動實時除硫裝置在流程中特定位置加注處理劑對產出流體進行化學處理，除硫劑等的優(yōu)選至關重要^[13]。自動實時除硫裝置是該工藝技術得以成功實現的關鍵，其主要由注入系統(tǒng)、混合系統(tǒng)和監(jiān)測與控制系統(tǒng)組成，作業(yè)中通過實時監(jiān)測放噴出口大氣中H2S含量與污水池殘酸濃度，并及時反饋數據給自動實時除硫裝置PLC綜合控制系統(tǒng)，由PLC自動控制向流程管線內加注除硫劑、消泡劑、pH值調節(jié)劑，在密閉環(huán)境中進行除硫、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，實現安全排放，保護現場作業(yè)環(huán)境。

含硫井排出液自動實時處理流程(圖4)和]二藝技術目前已經在川渝地區(qū)多口井開展應用，效果顯著(圖5)，如高石2井在排液期間，采用該技術對井筒產出液進行處理前，放噴出口大氣環(huán)境中H2S含量主要維持在115～173mg／m³范圍內，而應用該技術后，放噴出口大氣環(huán)境中H2S含量降低到8.65mg／m³以內，可以滿足井場人員連續(xù)作業(yè)的要求。

5　結論

通過在試油測試作業(yè)過程中不斷創(chuàng)新和實踐，研發(fā)了集成“移動式基墩固定放噴測試管線、密閉燃燒裝置燃燒放噴天然氣體、壓裂返排液精細化過濾回收和含硫井排出液自動實時除硫”為一體的試油安全環(huán)保配套測試技術，并在實際中開展了廣泛地應用，使試油測試與環(huán)境保護有機結合，一方面起到節(jié)能減排目的，減少對環(huán)境的污染，另一方面有效降低了作業(yè)成本，提高了試油測試效率，實現了試油測試全過程中的最小環(huán)境影響、最優(yōu)化的經濟效益和社會效益。試油環(huán)保測試技術將成為未來試油測試可持續(xù)發(fā)展的必然方向之一。

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本文作者：楊光煉  劉飛  潘登  張衛(wèi)勤  劉海上  曾忱

作者單位：中國石油川慶鉆探工程公司鉆采工程技術研究院

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