大港油田采油工藝研究院

復雜斷塊老油田地面工程標準化設計與應用

周 松 夏敏敏 于 剛 李 鵬

大港油田采油工藝研究院

大港油田通過實行標準化設計，建立了適應不同油藏類型的標準化的地面建設模式，完成了地面工藝主要工藝環(huán)節(jié)的定型圖，建立了標準化設計管理平臺，研發(fā)推廣了一大批一體化集成裝置，從根本上轉變了地面系統(tǒng)建設模式。經(jīng)過多年努力，基本完成了油田地面工程系統(tǒng)優(yōu)化簡化，應用各類一體化集成裝置50多套，采用定型圖等設計文件，設計工期縮短30%，建設工期縮短15%，地面工程投資及成本降低3%。

大港油田；地面工程；標準化設計；管理平臺；一體化集成裝置

大港油田屬于典型復雜斷塊油田，雖然油田面積不大，但是油藏類型多、原油物性差異大。地面系統(tǒng)經(jīng)過近50年的發(fā)展，形成了適應多種油藏類型的油氣集輸、原油脫水、污水處理以及供注水等地面工藝。隨著油田進入高含水期，油井的產(chǎn)液性質發(fā)生了較大改變，而油田依然沿用開發(fā)初期的集輸工藝，已不能適應高含水開發(fā)期生產(chǎn)的需要。

大港油田在攻克油井軟件計量、單管常溫輸送等關鍵技術的基礎上，以標準化設計為手段，不斷優(yōu)化、完善港西模式，確立了不同類型油藏地面建設標準，有效指導了老系統(tǒng)改造及產(chǎn)能建設。

1 標準化設計主要做法

在開展優(yōu)化簡化的過程中，按照標準化設計、模塊化建設、信息化管理、市場化運作的原則，結合統(tǒng)一工藝流程、統(tǒng)一平面布局、統(tǒng)一設備選型、統(tǒng)一模塊劃分、統(tǒng)一建設內容、統(tǒng)一配套標準的要求，大港油田開展了地面工程標準化設計。

1.1 定型地面工藝標準化模式

根據(jù)原油物性、地面情況等因素，將大港油田劃分為常規(guī)油田、稠油油田、凝析油田、灘海油田等不同類型。根據(jù)不同類型的特點，在港西模式的基礎上，通過不斷優(yōu)化、完善，建立并定型了地面工藝標準化模式。

1.1.1 油氣集輸工藝

油井計量采用軟件計量，取消計量站；油井集油管道就近與原計量站外輸管道T接，采用T接、串接、樹狀、環(huán)狀等流程簡化集油工藝；根據(jù)產(chǎn)液量、含水、原油物性等參數(shù)，采取高產(chǎn)液井帶低產(chǎn)液井、縮短管道距離等措施實現(xiàn)單管常溫輸送。常規(guī)油田和凝析油田采用單管常溫輸送；稠油油田優(yōu)化摻水工藝參數(shù)，采取夏天停摻、冬季根據(jù)實際情況摻水的生產(chǎn)方式，在稠油油田偏遠區(qū)塊，推廣橇裝分離切水裝置，實現(xiàn)區(qū)域性就地切水、就地回摻。

1.1.2 原油脫水工藝

隨著油井產(chǎn)液含水上升，脫水工藝采用一段脫除游離水、二段脫除乳化水的工藝。一段脫水工藝主要采用游離水脫除器或三相分離器，二段脫水工藝主要采用熱化學脫水器或沉降罐。在部分原油物性較好的油田采用一段高效三相分離器脫水工藝。

1.1.3 污水處理工藝

根據(jù)注入層滲透率的不同，采用不同的污水處理工藝。對于中高滲透層注水，采用除油罐（或浮選機、壓力除油器、旋流器）配套核桃殼過濾器（或石英砂過濾罐、雙濾料過濾器）的工藝；對于低滲透層注水，在以上工藝的基礎上增加一級改性纖維球精細處理工藝；逐步推廣除油罐+一體化污水處理裝置的二級處理工藝。

1.1.4 供注水工藝

供注水工藝取消了注水站儲水罐和給水泵。污水處理站與注水站在同一站場內，采取濾后水罐直接給注水泵的供水工藝；污水處理站與注水站不在同一站場時，采取供水泵到注水泵的輸送工藝。

注水工藝采用樹狀工藝流程，單井注水管道直接T接在注水干線上。注水井計量控制采用注水井遠程調控系統(tǒng)。

1.2 標準化定型圖設計

標準化定型圖設計是指針對油氣田地面工程建設中同類型的工藝、站場、裝置和設施，設計出技術先進、通用性強、可重復使用的系列化設計文件，實現(xiàn)地面工程建設內容、建設標準和建設形式的協(xié)調和統(tǒng)一[1]。定型圖是將成熟的、復用性及通用性強的設計成果以圖紙的形式進行固化[2]。

大港油田按照先易后難的順序，依次開展了油水井井場、中型站場及大型站場工藝單元的標準化設計，完成了覆蓋地面系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的定型圖和典型圖。

井場標準化設計按照舉升工藝的不同，分別完成了抽油機井、電泵井、自噴井、螺桿泵井等井場平面布置定型圖和井口工藝定型圖。針對稠油油田油井摻水、凝析油氣田套管氣回收的特點，分別完成了帶摻水功能和套管氣回收功能的井口工藝定型圖，適應了不同類型油田開發(fā)的需要。根據(jù)大港油田注水系統(tǒng)壓力等級，建立了16、25和35MPa三個等級的注水井井口工藝安裝定型圖。

中型站場主要包括接轉站和注水站，通過優(yōu)化站場功能，建立了站場平面布置典型圖。針對接轉站內的主要工藝單元，按照分輸和混輸?shù)墓δ?，建立了離心泵和混輸泵安裝典型圖。結合大港油田實際情況，針對注水站內的主要注水增壓單元，建立了柱塞泵安裝典型圖。

大型站場主要包括油氣處理站和污水處理站，首先進行站內工藝單元劃分，主要分為原油脫水單元、污水沉降單元、原油儲存單元、消防系統(tǒng)單元等功能單元，建立了平面布局典型圖，按照不同的處理規(guī)模，完成了不同規(guī)模的脫水沉降罐、污水除油罐、固定頂儲罐、浮頂罐以及消防水罐定型圖。

1.3 建立標準化設計管理平臺

隨著標準化設計的不斷深入和推進，積累的標準化設計圖紙越來越多，給查詢和管理帶來不便。一方面容易導致重要數(shù)據(jù)的丟失，另一方面也易導致工作中重復設計，效率低下。此外，由于沒有建立地面工藝標準圖庫，開展地面設計時許多重要組件都要重新繪制，造成大量時間和精力的浪費。

為解決上述問題，研究開發(fā)了標準化設計管理平臺，可以將地面工程的圖紙、電子文檔、電子圖檔等重要資源進行存儲、歸檔、共享、查詢、設計成圖和管理，實現(xiàn)資源的共享。

標準化設計管理平臺采用C/S模式開發(fā)。由于涉及多用戶操作，因此圖庫使用SQLSERVER數(shù)據(jù)庫來建設。數(shù)據(jù)庫采用分布式應用結構，對數(shù)據(jù)的操作通過存儲過程進行，所有數(shù)據(jù)查詢是在服務器端執(zhí)行，并將有效數(shù)據(jù)返回客戶端，可以有效降低網(wǎng)絡流量，提高管理平臺的整體性能。標準化設計管理平臺采用電子倉庫對圖紙和文檔進行集中管理，并提供數(shù)據(jù)加密等功能。

根據(jù)《石油天然氣工程制圖標準圖庫（SY/T0003— 2012）》，建立了地面工藝制圖標準圖庫，包括近600個標準圖件，涵蓋了立式容器、加熱爐、離心泵等地面工程主要工藝單元。同時完成對AutoCAD的二次開發(fā)，實現(xiàn)ObjectARX與AutoCAD的無縫集成，可以實現(xiàn)自制標準圖的命令方式插入、圖件上傳與管理。最后將大港油田完成的定型圖和典型圖等設計文件上傳至該平臺，實現(xiàn)了各單位之間的共享。在該平臺上進行地面工程設計，可以實現(xiàn)一站式制圖，標準化設計，從而大幅提高設計效率。

1.4 研發(fā)應用一體化集成裝置

一體化集成裝置是標準化設計內涵更高層次的體現(xiàn)及深化[3]。通過將機械、電子、自控、信息等技術高度集成，并根據(jù)功能目標對各功能單元進行合理配置與布局，自成系統(tǒng)[4]。

作為一個開發(fā)了近50年的老油田，大港油田有近80%的站場存在工藝落后、設備腐蝕等問題，如果按照常規(guī)改造模式，需要拆除老系統(tǒng)，建設新系統(tǒng)，存在工程投資大、建設周期長的問題。大港油田針對自身油藏類型復雜、區(qū)塊分散、地處敏感區(qū)的特點，采取獨立研發(fā)或直接引進的方式，研發(fā)推廣了涵蓋油氣集輸、摻水以及污水處理等多個專業(yè)的一體化集成裝置。

1.4.1 油氣集輸一體化集成裝置

油氣集輸一體化集成裝置的基本功能是油氣水分離（或氣液分離）和外輸增壓，可以替代常規(guī)中小型站場，有利于縮短工藝流程，減少占地面積，實現(xiàn)無人值守。通過模塊化設計、工廠化預制和現(xiàn)場化組裝，可以提高施工速度。

基本型油氣集輸一體化集成裝置由三相分離器（分離緩沖罐）、外輸泵和橇塊組成，并配套相應的儀表及自控系統(tǒng)。根據(jù)一體化集成裝置應用區(qū)塊油藏類型的差異，在基本功能的基礎上可以增加附加功能。如針對稠油油田需要摻水開發(fā)的區(qū)塊，可以增加摻水功能，形成具有油氣水分離、自動化控制、摻水增壓、摻水加熱和外輸增壓等多功能合一的一體化集成裝置。目前大港油田已經(jīng)成功研發(fā)并應用了適應于常規(guī)油田的油氣分輸（混輸）一體化集成裝置、適應于稠油油田的油氣分輸（混輸）摻水加熱增壓一體化集成裝置以及適應于凝析油田的井口集氣一體化集成裝置，均達到了預期效果。同時針對不同油藏類型對一體化集成裝置的功能需求，完成了不同功能、不同規(guī)模的油氣集輸一體化集成裝置定型圖設計，形成了一系列的設計文件，包括關鍵設備結構圖、工藝安裝定型圖、橇塊安裝圖、自控流程圖以及裝置概算等。

1.4.2 摻水一體化集成裝置

針對南部油田摻水規(guī)模大、污水往返輸送能耗大的問題，在高含水、產(chǎn)液溫度高的區(qū)塊研發(fā)了摻水一體化集成裝置。該裝置由分離器、離心泵、變頻系統(tǒng)及附屬設施構成，油井產(chǎn)液經(jīng)現(xiàn)場油氣水分離后，經(jīng)離心泵增壓、計量后直接輸送至附近需要摻水的低含水油井，從而實現(xiàn)高含水油井帶低含水油井的目的[5]。

1.4.3 污水處理一體化集成裝置

針對不同油藏采出水水質、注水水質的指標要求，在污水處理站改造中，大港油田應用了多種污水處理一體化裝置，按照處理原理分為除油過濾殺菌一體化集成裝置、新型高效節(jié)能過濾一體化集成裝置和渦凹氣浮高效流砂一體化集成裝置三種類型，滿足了差異化的污水處理要求。

以除油過濾殺菌一體化裝置為例，該裝置將過濾和極化兩級濾罐合為一級濾罐，一種濾料變?yōu)槎喾N濾料，簡化了污水處理流程。通過采用向心氣浮除油技術，氣體浮力將油上浮至罐頂，從頂部收油口由氣體將油帶出，從而去除浮油和90%以上的分散油。過濾部分采用粗、細，經(jīng)反向三級一體過濾技術，可以去除80%以上的顆粒和乳化油，確保達到出水水質要求。

2 標準化設計實施效果

大港油田以港西模式為起點，以港中油田示范工程和埕海二區(qū)示范工程為標準，陸續(xù)開展了不同類型油氣田的優(yōu)化簡化工作，目前已經(jīng)基本完成了所屬油田地面系統(tǒng)優(yōu)化簡化工程。通過在優(yōu)化簡化中貫徹標準化設計，創(chuàng)立了新型地面建設模式，地面工藝系統(tǒng)呈現(xiàn)出工藝簡單、流程短、工程投資低、運行成本低和系統(tǒng)效率高的特點，有效緩解了地面工程建設投資壓力，地面工程的適應性、安全性得到大幅提升，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）通過在老系統(tǒng)改造和產(chǎn)能建設中推行標準化工藝模式，撤銷了全部計量站和配水間，取消摻水管道等各類管道約3000km，大幅縮減了地面系統(tǒng)規(guī)模。在每年的產(chǎn)能建設中，沒有建設一座計量站，管線采用T接和串接連接，減少了管道建設量，整體上縮短了產(chǎn)能建設周期。

（2）通過在地面工程建設中推廣標準化設計，采用定型圖等設計文件，設計工期縮短30%，建設工期縮短15%，地面工程投資及成本降低3%。

（3）推廣應用各類一體化集成裝置50多套，減少設備用地約36000m2畝，減少崗位設置32個，減少勞動定員192人，直接降低建設投資約2 100萬元。

3 認識與建議

開展地面系統(tǒng)標準化設計是解決地面建設標準不統(tǒng)一、工程投資大、地面建設粗放的有效手段，是提高油田整體開發(fā)效益的重要措施。特別是對于一個開發(fā)50多年的老油田，地面系統(tǒng)標準化設計是緩解投資壓力，提高地面系統(tǒng)效率的必由之路。大港油田通過實行標準化設計，建立了適應不同油藏類型的標準化的地面建設模式，完成了地面工藝主要環(huán)節(jié)的定型圖，建立了標準化設計管理平臺，研發(fā)推廣了一大批一體化集成裝置，從根本上轉變了地面系統(tǒng)建設模式。地面系統(tǒng)呈現(xiàn)出工藝簡單、技術先進、智能管理的特點。為了提高標準化設計水平，建議重點開展以下幾個方面的研究：

（1）開展地面工藝關鍵技術研究。已經(jīng)定型的工藝模式不是一成不變的，主要受具體技術的制約，特別是關鍵技術的影響。例如高氣液比油井在線計量技術、低產(chǎn)油井在線計量技術、原油低溫脫水技術、老化油處理技術等。

（2）開展高效設備研究。任何工藝技術都需要通過具體的生產(chǎn)設備來實現(xiàn)，高效設備可以提高處理效率和質量。特別是一體化集成裝置，高效設備是實現(xiàn)裝置小型化、橇裝化的關鍵。建議開展高效三相分離器、高效離心泵、高效注水泵、高效加熱爐等設備的研發(fā)或引進。

（3）開展注聚地面配套工藝研究。大港油田已經(jīng)在多個區(qū)塊開展注聚合物開采，而相應的地面配套工藝還處于空白階段。建議開展注聚井口工藝、含聚原油高效脫水技術、含聚污水處理技術研究。

[1]霍夙彥，鄒曉燕．大港油田地面工程標準化設計[J]．油氣田地面工程，2011，30（9）：36-37.

[2]王天祥，朱力揮．塔里木油田標準化設計的組織與實施[J]．石油規(guī)劃設計，2013，24（1）：12-15.

[3]李慶，李秋忙．油氣田一體化集成裝置的進展及認識[J]．油氣田地面工程，2012，31（10）：91-91.

[4]夏政，羅斌．長慶油田一體化集成裝置的研發(fā)與應用[J]．石油規(guī)劃設計，2013，24（3）：19-21.

[5]劉碧峰，王晶亞．應用橇裝分離切水裝置縮減摻水規(guī)模[J]．石油規(guī)劃設計，2012，23（4）：22-26.

（欄目主持李艷秋）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.6.003