蘇里格南區(qū)塊地面系統(tǒng)優(yōu)化研究與認(rèn)識

杜 超，趙鵬敏，張 川，唐瑞志

中國石油長慶油田蘇里格南作業(yè)分公司 （陜西 西安 710018）

蘇里格南區(qū)塊地面系統(tǒng)優(yōu)化研究與認(rèn)識

杜 超，趙鵬敏，張 川，唐瑞志

中國石油長慶油田蘇里格南作業(yè)分公司 （陜西 西安 710018）

介紹了蘇里格南區(qū)塊結(jié)合生產(chǎn)運行實際所開展的優(yōu)化項目及所形成的主要優(yōu)化技術(shù)，并對其在實際運行過程中的運行效果進行了評價，對優(yōu)化工作的開展方法和實踐效果進行了總結(jié)研究，形成了認(rèn)識，從而為蘇里格南區(qū)塊的后續(xù)設(shè)計工作及類似模式氣田的開發(fā)建設(shè)工作提供了借鑒。

蘇里格南區(qū)塊；地面工藝系統(tǒng)；優(yōu)化；應(yīng)用評價

蘇里格南區(qū)塊天然氣開發(fā)項目是國內(nèi)首個中國石油擔(dān)任作業(yè)者的國際合作項目。區(qū)塊采用叢式井、井間+區(qū)塊相結(jié)合的接替方式開發(fā)，具有集輸工藝復(fù)雜，管網(wǎng)適應(yīng)性要求高，集氣站規(guī)模大，可靠性要求高等難點。特別是針對蘇里格南特有的全叢式井和放壓生產(chǎn)的開發(fā)方式，蘇里格氣田已形成的地面模式不能完全適應(yīng)該區(qū)塊的開發(fā)，因此形成“井下節(jié)流加井叢集中注醇”為核心的中壓集氣工藝技術(shù)。但是也由于其獨特性，在區(qū)塊地面主體工藝系統(tǒng)建設(shè)完成投入試井生產(chǎn)后，也陸續(xù)暴露出部分設(shè)備設(shè)施設(shè)計能力過剩、投資過高等問題。

1 地面系統(tǒng)概況

1.1 氣田概況

蘇里格南區(qū)塊屬于無邊底水定容彈性驅(qū)動、溶孔-晶間孔型、低孔、低滲氣藏。天然氣組分中甲烷含量高，為典型干氣氣藏。

區(qū)塊位于蘇里格氣田南部，地處烏審旗、鄂托克前旗和定邊縣境內(nèi)。區(qū)塊單井控制儲量小、穩(wěn)產(chǎn)期短、非均質(zhì)性強、連通性差，是典型的低滲透致密巖性氣田。

1.2 項目背景

蘇里格南區(qū)塊是中國石油和道達爾合作開發(fā)的國際合作區(qū)，也是中國石油擔(dān)任作業(yè)者的首個陸上天然氣合作開發(fā)項目。

1.3 地面系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃總體概況

區(qū)塊采用叢式井、井間+區(qū)塊[1]相結(jié)合的接替方式開發(fā)，主要建設(shè)工程內(nèi)容有集氣站、井叢以及配套的集氣管線、供電、通訊、自控、道路、水土保持等工程。

2 地面系統(tǒng)優(yōu)化項目介紹

2.1 蘇南C1站增加站外旁通

從圖1中可以看出，蘇南C1站作為中心站，匯集蘇南C2站和蘇南C3站的來氣。但是蘇南C1站自身未設(shè)置自動截斷閥[2]，如果要截斷蘇南C1站的天然氣進入集氣干線，只能通過計量區(qū)的閘閥實現(xiàn)與集氣管線的隔斷，但閘閥使用一段時間后就會出現(xiàn)內(nèi)漏，實際無法承擔(dān)此任務(wù)。除此之外，則只能關(guān)閉集氣干線發(fā)球筒處DN800球閥，但這會同時導(dǎo)致蘇南C2站和蘇南C3站的天然氣也無法通過集氣干線外輸，造成整個區(qū)塊停產(chǎn)。

這一設(shè)置可能導(dǎo)致兩方面問題：一是對蘇南C1站的穩(wěn)定運行能力的要求大幅提升，因為該站出現(xiàn)任何問題需要關(guān)閉時都一定會導(dǎo)致整個區(qū)塊停產(chǎn)，使得產(chǎn)能無法有效發(fā)揮，同時影響生產(chǎn)效率；二是集氣站檢修工作無法分開進行，必須配合蘇南C1站的時間同時開展，增加檢修工作量，也給生產(chǎn)運行組織帶來不便。

由于上述問題，經(jīng)研討，為減少改造工程量，降低投資，考慮蘇南C1站檢修時與集氣管線來氣完全隔離，在匯集管線上增加DN400氣動球閥和手動球閥;修改集氣管道進出站氣動緊急截斷閥的截斷邏輯，不實現(xiàn)自動截斷，通過人工控制截斷。具體流程如圖2所示。

此項優(yōu)化投資較小，對已建成集氣站改造也不大，但是卻能夠極大改善生產(chǎn)運行工作的靈活性，提高整個氣田的運行穩(wěn)定性。

2.2 集氣站增加采出水應(yīng)急拉運系統(tǒng)

圖1 蘇南C1站出站流程圖

圖2 蘇南C1站增加站外旁通流程圖

蘇南區(qū)塊集氣站內(nèi)設(shè)置有1具30 m3的閃蒸罐，2臺螺桿泵，采出水通過螺桿泵加壓后，外輸至處理廠，外輸管線采用柔性高壓復(fù)合管[3]。

但是原設(shè)計對螺桿泵在應(yīng)急狀況下的排量估計不足，當(dāng)集氣站進行采氣干線清管作業(yè)或氣田復(fù)產(chǎn)開井作業(yè)時，由于瞬時來液量高于集氣站采出水處理能力，容易導(dǎo)致采出水淹沒分離器進入集氣干線，影響管線集輸效率。此外，如果采出水管線出現(xiàn)刺漏，或螺桿泵發(fā)生故障時，采出水無法正常外輸，就會導(dǎo)致集氣站關(guān)閉、氣田停產(chǎn)的嚴(yán)重后果。

為避免上述問題的出現(xiàn)，同時在盡量不對集氣站原有布局進行改動，降低改造工程投資的前提下，設(shè)置2具30 m3的埋地玻璃鋼儲罐，運行單位編制相關(guān)應(yīng)急預(yù)案，在問題發(fā)生后及時調(diào)運污水罐車?yán)\，拉運的采出水接入長慶自營區(qū)儲罐。

上述優(yōu)化措施有效彌補了集氣站采出水系統(tǒng)應(yīng)急處置能力不足的短板，極大增強了集氣站的穩(wěn)定運行能力。

2.3 井叢集中注醇系統(tǒng)優(yōu)化

按照規(guī)劃，每座BB9′將負責(zé)4座井叢36口氣井的注醇，根據(jù)初期地質(zhì)提供的產(chǎn)水量0.42 m3(水)/104m3（氣）計算，在不考慮洗井水的情況下，每口氣井初期注醇量為272 L/d，即每座BB9′每天注醇量為9.8 m3。

考慮生產(chǎn)管理、井叢道路條件、雨雪天氣對拉運的影響、工況變化導(dǎo)致注醇量的增加等因素，甲醇存儲時間按照7天考慮，即需要儲存70 m3甲醇，設(shè)置兩具50 m3的甲醇儲罐（考慮充滿系數(shù)，實際儲存75～80 m3）。

但是由于受限于處理廠的進口壓力，蘇南區(qū)塊井口實際運行壓力普遍低于5 MPa。特別是冬季需要注醇生產(chǎn)期間，處理廠進口壓力在2.10 MPa左右，蘇南C1站所屬管線基本在3～3.5 MPa運行，相對較高井叢在4.4 MPa。低于原設(shè)計值，加之管線埋深合格，實際注醇量遠低于設(shè)計注醇量，見表1。

此外，由于注醇工藝管道是將甲醇直接高壓注入采氣支管，抑制形成水合物的效率無法實現(xiàn)最大化。通過在井叢注醇管線上增加霧化裝置，可更加高效的抑制水合物的生成，也可起到節(jié)約甲醇的目的。

表1 2014年注醇量統(tǒng)計

據(jù)此，由設(shè)計單位對注醇量進行重新計算后將BB9′井叢甲醇罐容積從2具50 m3降至2具30 m3。同時對甲醇區(qū)的整體布置也進行了優(yōu)化，通過給甲醇罐增加圍堰的方式，在滿足環(huán)保要求的同時，將甲醇罐危險區(qū)域由半徑15 m縮小至3 m。通過上述措施，每座BB9′井叢減少甲醇區(qū)占地面積180 m3，降低了井叢標(biāo)準(zhǔn)化和征地費用。

2.4 井叢平面優(yōu)化布置

蘇南區(qū)塊開發(fā)初期，由于井叢在鉆井時澆筑有水泥平臺，采氣井口工藝管線需要延伸至水泥平臺外入地進入?yún)R管。通過優(yōu)化施工技術(shù)，后期水泥平臺取消。據(jù)此，對井場平面進行了優(yōu)化，通過縮短井口各設(shè)備間連接管線的長度，將井口地面管線總體長度從7.8 m縮短至3.8 m。使得井場征地由175.5 m×26.5 m，調(diào)整為165.5 m×17 m。同時單井安裝長度減少4 m，井叢寬度減少9.5 m，井叢管線長度減少60 m，井叢圍欄減少39 m，場地硬化（方磚）減少1 833.34 m2（2.75畝），占地面積減少1 833.34 m2（2.75畝）。

2.5 井叢自動控制系統(tǒng)優(yōu)化

不同于蘇里格其他區(qū)塊廣泛使用的無線電臺，采取間歇性輪流讀取井口數(shù)據(jù)的方式采集數(shù)據(jù)[4]。蘇南區(qū)塊采用光纜用于井叢通信，井口數(shù)據(jù)不間斷采集。每個井口安裝有一臺井口RTU（遠程終端控制系統(tǒng)），用于采集單座井口的壓力變送器、流量計檢測的數(shù)據(jù)和井口高低壓截斷閥狀態(tài)，同時通過集氣站站控系統(tǒng)遠程實現(xiàn)截斷閥的關(guān)斷。

這一架構(gòu)的優(yōu)點在于數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確穩(wěn)定，有利于持續(xù)收集氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)，同時安全系數(shù)高，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并遠程關(guān)斷井口截斷閥，從而保護下游管線設(shè)備的安全。缺點就是相關(guān)設(shè)備價格較貴，建設(shè)成本高，后期修理維護成本也較高。

為有效降低井叢建設(shè)成本，在保證原設(shè)計功能不變的情況下降低設(shè)備采購價格。通過對原采購設(shè)備成本和功能的分析發(fā)現(xiàn)，井口RTU由于安裝在井口，屬于防爆區(qū)域，所以防爆箱的成本就占去了其總成本的三分之一，通過優(yōu)化內(nèi)部元器件布局，將兩臺井口RTU集中在一個防爆箱內(nèi)，在減少一個防爆箱成本的同時，兩臺井口RTU共用一個電源，還減少了一路電纜的敷設(shè)。由此一座9井式井叢共縮減防爆箱4臺，減少4條電纜約250 m的敷設(shè)施工工作量及材料。

此外，對于BB9井叢，由于此類井叢未設(shè)置有電動閥或螺桿泵等設(shè)備，井叢RTU僅承擔(dān)采集井口RTU數(shù)據(jù)，打包上傳至站控系統(tǒng)這一項功能。所以原設(shè)計控制器處理能力被大量浪費，經(jīng)過重新核算，設(shè)計單位對相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格書要求的處理器主頻。數(shù)據(jù)接口數(shù)量、冗余控制器切換時間、網(wǎng)口通信速率等參數(shù)進行了下調(diào)，使得原有功能保持不變的同時降低了井叢RTU核心設(shè)備的準(zhǔn)入門檻，在重新采購相關(guān)設(shè)備時單臺設(shè)備采購價格下降至10萬元以內(nèi)，極大地降低了井叢自控系統(tǒng)建設(shè)成本。

2.6 其他優(yōu)化項目

除上述優(yōu)化項目外，結(jié)合現(xiàn)場實際，還陸續(xù)提出并實施了許多對原設(shè)計的優(yōu)化簡化意見。累計提交問題及優(yōu)化建議160余項，最終形成優(yōu)化項目65項。主要包括集氣站、井叢及站外管線工程的設(shè)計。

2.7 地面系統(tǒng)優(yōu)化經(jīng)濟性評價

自2013—2015年，蘇南公司共組織召開2次優(yōu)化研討會、2次專題研討會及3次圖紙會審，共提交問題及優(yōu)化建議160余項，最終形成優(yōu)化項目65項。其中25項優(yōu)化項目經(jīng)設(shè)計單位造價部門估算了工程造價，其余項目由于大都為設(shè)計圖紙中的一些具體問題，涉及金額及范圍較小，所以未重新核定造價。

通過對25項優(yōu)化項目逐項核定造價，同時結(jié)合蘇南區(qū)塊總體開發(fā)方案的規(guī)劃數(shù)量，通過去除已建工程數(shù)量的辦法，對剩余工程的總體投資金額進行了預(yù)估。

經(jīng)核算這25項優(yōu)化項目共增加的投資金額約6 000萬元；降低的投資金額約為16 000萬元；合計降低區(qū)塊總體地面建設(shè)投資約1個億。

3 地面系統(tǒng)優(yōu)化工作認(rèn)識

3.1 管理層重視和大力推動是實現(xiàn)優(yōu)化的關(guān)鍵

優(yōu)化工作，特別是對整個區(qū)塊的優(yōu)化工作牽扯到氣田開發(fā)運行的各個方面，可能會投入大量的資金，對整體生產(chǎn)運行等方面產(chǎn)生極大的影響和變動，所以需要地質(zhì)、工程、生產(chǎn)運行等多個專業(yè)和部門的協(xié)作，共同研究協(xié)調(diào)才能夠制定出科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆桨?，并有效實施，最終帶來效益。

而這一切都離不開管理層的支持，只有把優(yōu)化工作納入氣田生產(chǎn)建設(shè)的總體工作流程中去，制定總體規(guī)劃，明確指導(dǎo)思想，并積極主動的推動優(yōu)化工作的開展，才能真正實現(xiàn)科學(xué)決策，才能切實把優(yōu)化項目落實到位，實現(xiàn)安全、質(zhì)量、經(jīng)濟效益的多贏局面。

3.2 地面建設(shè)工作與開發(fā)工程統(tǒng)一

地面建設(shè)工作做為氣田開發(fā)必不可少的一環(huán)，必須同整個開發(fā)工程作為一個整體，統(tǒng)籌規(guī)劃，共同優(yōu)化，才能實現(xiàn)整體效果的最大化。通過取消鉆井平臺，優(yōu)化地面工藝管線長度實現(xiàn)叢式井井叢征地及施工工作量顯著減低，大量節(jié)約井叢建設(shè)成本就是一個最好的例證。

此外，作為地質(zhì)研究的末端，一方面地面系統(tǒng)要適應(yīng)區(qū)塊總體地質(zhì)認(rèn)識的不斷深化，適時改進地面系統(tǒng)方案以最大限度地發(fā)揮氣田產(chǎn)能；另一方面地質(zhì)開發(fā)研究工作也要充分考慮地面系統(tǒng)的實際情況，科學(xué)合理布局，最大限度地發(fā)揮已建成系統(tǒng)的生產(chǎn)運行能力，從而降低整體開發(fā)成本。在這一點上，將BB9′井叢預(yù)留接入BB9井叢的接口數(shù)量從4路增加至6路就是很好的嘗試。

3.3 初期方案審查和圖紙優(yōu)化是做好經(jīng)濟高效開發(fā)

工作的根本

據(jù)研究統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，初步方案審查及設(shè)計階段對整體氣田開發(fā)的經(jīng)濟性影響程度占90%以上，也就是說只要把握住了方案審查和設(shè)計工作，氣田開發(fā)的經(jīng)濟性就能夠得到基本保障。已建設(shè)完成進入生產(chǎn)期后再開展的優(yōu)化工作，對氣田整體經(jīng)濟開發(fā)貢獻十分有限。

因此，一定要特別重視方案審查和施工圖會審兩項工作的開展。最大限度地收集相關(guān)方的意見，并集中組織交流審議，從而確保圖紙設(shè)計的質(zhì)量。堅決杜絕邊設(shè)計邊施工，圖紙未審查就開工的工程管理陋習(xí)。

3.4 重視施工過程中的優(yōu)化

許多油氣田開發(fā)的經(jīng)驗證明，在施工階段的優(yōu)化[5]不僅可以使設(shè)計更加合理有效，同時還可以有效減少工程量，降低工程造價，并縮短施工周期。

因此，必須要重視對施工過程的跟蹤管理，切忌做“甩手掌柜”，要密切聯(lián)系施工、監(jiān)理和設(shè)計單位。對于現(xiàn)場提出的建議要充分重視并積極鼓勵，促使項目建設(shè)各方共同為項目的總體經(jīng)濟高效建設(shè)出力，從而實現(xiàn)各方多贏的良好局面。

3.5 創(chuàng)新是做好優(yōu)化工作的好幫手

設(shè)備創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、觀念創(chuàng)新是優(yōu)化工作的好幫手。要密切關(guān)注行業(yè)動態(tài)，對于行業(yè)創(chuàng)新要有一定的敏感性。要勤于思考，這些創(chuàng)新是否能夠為我所用，是否有助于工藝流程的優(yōu)化簡化，是否有助于生產(chǎn)運行。只有突破舊的思維定式和老辦法、老思路，才能夠在實踐中敢于探索、善于發(fā)現(xiàn)，從而帶動整體地面系統(tǒng)的優(yōu)化。

同時不僅要關(guān)注同類氣田的動態(tài)，也要主動了解不同類型氣田的特點，拓寬思路，尋找可借鑒的好辦法。比如參考靖邊氣田，在集氣站出站啟動閥門處增加氮氣源裝置，提升集氣站整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性就是一個有力的證明。

4 結(jié)論

天然氣田的開發(fā)具有風(fēng)險高、投資大、回報周期長的特點。因此，地面系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟、高效運行對于整個氣田的有效開發(fā)具有至關(guān)重要的作用。

通過對蘇南區(qū)塊地面系統(tǒng)優(yōu)化工作的總結(jié)分析，結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實際，主動積極應(yīng)對生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)的問題，大力開展優(yōu)化工作是推動氣田地面系統(tǒng)更好地適應(yīng)生產(chǎn)需求，保障氣田安全穩(wěn)定運行的必要工作。

[1]劉 祎,王登海,楊 光,等.蘇里格氣田天然氣集輸工藝技術(shù)的優(yōu)化創(chuàng)新[J].天然氣工業(yè),2007,27(5)：139-141.

[2]呂永杰,關(guān)丹慶,田景隆,等.蘇里格氣田低壓集氣工藝模式[J].天然氣工業(yè),2008,28(增刊 B)：118-120.

[3]韓丹岫,李相方,候光東.蘇里格氣田井下節(jié)流技術(shù)[J].天然氣工業(yè),2007,27(12)：116-118.

[4]周艷杰,池 坤,徐廣軍,等.靖邊氣田穩(wěn)產(chǎn)期的地面集輸工藝技術(shù)[J].石油工程建設(shè),2012(2)：23-25.

[5]隋永剛.油田地面工程優(yōu)化簡化的成果及啟迪[J].石油規(guī)劃設(shè)計,2011,22(4)：9-13.

The optimization items of ground system and the main optimization techniques are introduced,and their application effects are evaluated.The methods and practical effects of the optimization work are summarized,and a useful understanding is formed,which provides reference for the follow-up work of the block and the development and construction of similar gas fields.

block in southern Sulige;ground technology system;optimization;application and evaluation

杜 超（1985-），男，工程師，現(xiàn)主要從事地面工程建設(shè)管理工作。

2017-07-11