東勝氣田滾動建產(chǎn)期管網(wǎng)部署優(yōu)化

彭杰

（中石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院）

0 引言

東勝氣田位于鄂爾多斯盆地北部，屬于致密低滲透氣田，資源儲量達到6 879×108m3。按照國家對于“油田企業(yè)站在保障國家能源安全高度，加大國內(nèi)油氣勘探開發(fā)力度”的相關(guān)要求，東勝氣田加快了建設(shè)節(jié)奏，由于其地質(zhì)條件復(fù)雜，非均值性強，目前主要采用甜點開發(fā)、滾動建設(shè)的模式。

氣田地面工程需結(jié)合氣藏特征及中長期產(chǎn)能建設(shè)規(guī)劃，綜合考慮天然氣處理、增壓及配套工程，采用“井下節(jié)流、單井不加熱、不注醇、控壓集氣、多井串接”低壓集輸技術(shù)[1-2]進行規(guī)模開發(fā)。東勝氣田從2016年開始進入規(guī)模開發(fā)階段，其集輸系統(tǒng)采用“井-集氣站-天然氣處理站”兩級布站模式，通過集氣站-集中處理站兩級增壓工藝控制采氣管道運行壓力，集氣過程中不注入抑制劑，降壓防堵。氣田中部建設(shè)天然氣處理站1座，設(shè)計規(guī)模為20×108m3/a，東西方向建設(shè) DN500的輸氣干線兩條，各集氣站通過集氣干線枝狀接入干線，天然氣通過集中處理站統(tǒng)一處理外銷。截至2019年底，東勝氣田已建成集氣站15座，處理站1座，各類集輸管道615 km。

東勝氣田單座集氣站設(shè)計規(guī)模50×104m3/d，每座集氣站設(shè)置進站閥組10個，集氣站所屬采氣管道的集氣半徑控制在5～8 km范圍。根據(jù)控壓集氣、攜液等需求，冬季控制氣井進站壓力1.0 MPa、遠端氣井回壓小于1.3 MPa，采氣管道應(yīng)用DN65、DN80、DN100、DN150四種管徑規(guī)格[3-4]，采取枝狀串接方式接入到集氣站，單枝管道串接3～6口井，采氣干管為DN100、DN150管徑。氣田采氣管道基本按照以上原則進行設(shè)計建設(shè)，但在氣田滾動建設(shè)模式下，氣田開發(fā)參數(shù)預(yù)測不準(zhǔn)，調(diào)整較大。另外上產(chǎn)保供壓力大，地方土地環(huán)保政策趨嚴(yán)等原因，造成諸多生產(chǎn)問題。

1 采氣管道設(shè)計及建設(shè)中存在的問題

1.1 集輸管網(wǎng)調(diào)整改造工作量大

雖然氣田勘探開發(fā)進入快節(jié)奏，但部分井區(qū)探井、評價井?dāng)?shù)據(jù)以及試氣試采數(shù)據(jù)較少，只能在小范圍進行甜點開發(fā)，截至 2019年底，東勝氣田 A井區(qū)累計建產(chǎn)僅13×108m3/a，單項天然氣開發(fā)項目產(chǎn)能建設(shè)規(guī)模也都比較小，僅在0.5×108～3×108m3/a之間。滾動開發(fā)模式下，地質(zhì)認(rèn)識是隨著產(chǎn)能建設(shè)規(guī)模擴大、氣井?dāng)?shù)據(jù)增多而逐步加深的，因此較難形成大規(guī)模整體井網(wǎng)。

東勝氣田采氣管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計主要依據(jù)當(dāng)期產(chǎn)能進行部署，后續(xù)產(chǎn)能建設(shè)方案會根據(jù)上一期產(chǎn)能井的情況對原地質(zhì)方案進行調(diào)整，已進入建設(shè)期的地面管網(wǎng)可能出現(xiàn)不適應(yīng)，未實施的管網(wǎng)則需要加以調(diào)整。當(dāng)出現(xiàn)計劃外的新建氣井時，或者氣井產(chǎn)出參數(shù)偏離預(yù)測值時，需要對原有管道路由、管徑進行調(diào)整，無法調(diào)整的需要進行改造，涉及帶壓開孔作業(yè)等內(nèi)容，不僅影響產(chǎn)量，而且安全風(fēng)險大、改造效率低，相關(guān)生產(chǎn)長期疊加，便造成了東勝氣田集輸管網(wǎng)調(diào)整改造工作量大的問題。

1.2 工程瓶頸導(dǎo)致產(chǎn)能無法及時釋放

目前國家及地方環(huán)保、土地管理政策越來越嚴(yán)格，地面工程項目設(shè)計建設(shè)期間各項審批手續(xù)復(fù)雜，辦理周期長。當(dāng)?shù)刭|(zhì)方案以及總體規(guī)劃發(fā)生調(diào)整后，部分未進入建設(shè)期的集輸管網(wǎng)跟隨調(diào)整，相應(yīng)調(diào)整較大的管網(wǎng)、場站建設(shè)項目需要重新審批，建設(shè)進度將受到很大影響，出現(xiàn)工程瓶頸，造成部分已建集氣站、管道無法及時投產(chǎn)，所屬氣井產(chǎn)能則無法及時釋放。

1.3 部分氣井井口回壓較高

A井區(qū)，1＃集氣站原方案設(shè)計了4條進站采氣管道，分別串接了2口、3口、5口、6口氣井，但在建設(shè)過程中，部分林地、草場、墳地等區(qū)域無法完成征地協(xié)調(diào)，1＃集氣站實際只建成了3條采氣管道，單支采氣管道串接井?dāng)?shù)增多。另外1＃以西靠近2＃集氣站區(qū)域，2016年部署的產(chǎn)能建設(shè)井，實施效果良好，2017年在該區(qū)域部署了一批加密井。為盡快釋放新增氣井產(chǎn)能，并盡量減少管道投資，新建井就近接入了已部署采氣干管。由于以上兩方面原因，導(dǎo)致1＃集氣站3條采氣管道串接氣井增多，分別串接5口、5口、9口氣井，其中1條采氣干管短期內(nèi)管道負(fù)荷超過設(shè)計值，遠端井口回壓高于1.3 MPa，無法保障降壓防堵，冬季仍需注入抑制劑生產(chǎn)。

2 串接管網(wǎng)優(yōu)化

針對以上問題，東勝氣田實施了一系列的串接管網(wǎng)優(yōu)化措施，包括開展“多井雙站”串接集氣工藝、采氣干線超前部署、邊遠井區(qū)氣井超前串接、管網(wǎng)敷設(shè)方案滾動優(yōu)化等。

2.1 “多井雙站”串接集氣工藝

2016年東勝氣田在A井區(qū)天然氣開發(fā)項目中，共部署開發(fā)了32口井、2座集氣站、1座天然氣處理站，其采氣管道采用枝狀串接，控壓集氣，接入集氣站。其中，1＃集氣站串接氣井 16口，外接 4條串接管道，長度為29.32 km。2＃集氣站串接氣井16口，外接4條串接管道，長度為22.82 km，其中2?！??！烊粴馓幚碚窘ㄔO(shè)集氣干線，天然氣輸往處理站進行處理后統(tǒng)一外銷，A井區(qū)集輸系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1 A井區(qū)集輸系統(tǒng)示意圖

1＃、2＃集氣站建設(shè)過程中，A井區(qū)西部區(qū)域勘探取得突破，考慮在后續(xù)幾年擴大產(chǎn)能建設(shè)規(guī)模，地面集輸根據(jù)開發(fā)規(guī)劃調(diào)整，向西部署1條DN500的輸氣干線，2＃集氣站調(diào)整接入該輸氣干線，原規(guī)劃建設(shè)的 2＃—1＃集氣干線取消建設(shè)。1＃集氣站于2017年6月建成并投產(chǎn)，2＃集氣站同期建成，但因外輸管道調(diào)整后，到2017年年底建成，2＃集氣站所轄氣井產(chǎn)能無法及時釋放。為盡快釋放產(chǎn)能，在采氣管道敷設(shè)過程中，將 1＃集氣站 1條采氣干管（DN150）與 2＃集氣站 1條采氣干管（DN150）末端連接到了一起，并設(shè)置了閥門。原計劃進入2＃集氣站投產(chǎn)的5口氣井，通過該采氣干管臨時接入到1＃集氣站投產(chǎn)，通過這種方式，利用1＃集氣站，提早釋放了2＃集氣站部分氣井產(chǎn)能。相對于多井單站串接模式，將以上這種集氣模式稱為多井雙站串接模式。多井雙站串接示意圖見圖2。

圖2 多井雙站串接示意圖

截至2019年底，東勝氣田A井區(qū)，已在7座集氣站之間建成5組“多井雙站”串接管道，2017—2019年累計提前釋放26口氣井產(chǎn)能0.8×108m3/d。利用站間采氣干管在特定時期可以短期協(xié)助釋放產(chǎn)能，但會造成遠端氣井回壓升高，在集氣站數(shù)量增加、集輸管網(wǎng)建設(shè)相對完備后，逐步利用站間采氣管道調(diào)整，使遠端氣井回壓降低了0.3～0.5MPa，各集氣站負(fù)荷調(diào)整到80%～120%之間。另外，由于氣井產(chǎn)水量超過預(yù)計，A井區(qū)1＃、2＃、3＃集氣站分離器于2020年進行改造，集氣站需停產(chǎn)，通過錯開作業(yè)時間，可利用站間采氣干管將部分具備條件的氣井調(diào)節(jié)至臨近集氣站生產(chǎn)，減少停產(chǎn)影響。

2.2 采氣干線超前部署

A井區(qū)，在2016—2017年共建成5座集氣站，投產(chǎn)采氣管道約150 km，2018年新建產(chǎn)能仍然集中在該井區(qū)，在接入新建氣井時，對多條采氣管道進行了改造，并新建了部分采氣干管，部分加密井的接入是在初期規(guī)劃管網(wǎng)時沒有預(yù)計到的，在改造過程中造成多條管道停產(chǎn)。在2018年B井區(qū)開發(fā)方案中，為了減少以上問題，地面規(guī)劃串接管道時，結(jié)合氣藏認(rèn)識比較明確的主力層位、主河道砂體，提前將DN150采氣干線敷設(shè)至距離集氣站約5 km半徑處，采氣干線穿過河道中央，布置在砂體厚度大于20 m的區(qū)域。同時根據(jù)未動用儲量情況將部分管道管徑予以擴大，在接入當(dāng)期產(chǎn)能井的同時，考慮下一步規(guī)劃井接入，控制遠端氣井回壓應(yīng)小于1.3 MPa，為提高攜液采氣干線管徑原則上不超過DN200。另外結(jié)合加密井井位規(guī)劃，在采氣干管合理位置設(shè)置閥門，下一批次的氣井建成后，可直接敷設(shè)管道接入到預(yù)留閥門進行投產(chǎn)，由此形成了這種采氣干管超前部署模式。通過對比，由此增加的管道投資低于后期改造及重復(fù)建設(shè)成本，同時為滾動上產(chǎn)提供了保障。B井區(qū)串接管道部署示意圖見圖3。

圖3 B井區(qū)串接管道部署示意圖

2.3 邊遠井區(qū)氣井超前串接

目前東勝氣田主要開發(fā)區(qū)位于氣田中部 A井區(qū)，東部C井區(qū)建產(chǎn)規(guī)模較小，由于距離天然氣處理站較遠，暫未建設(shè)外輸管網(wǎng)。對于C區(qū)已建成的氣井，主要采取 CNG槽車收氣模式生產(chǎn)來釋放產(chǎn)能。2019年，該區(qū)域部署了一批開發(fā)井，并規(guī)劃了1座集氣站。為提高CNG收氣效率，減少道路維護工作量，結(jié)合集氣站規(guī)劃位置，按照進站串接的設(shè)計要求（控制井口回壓小于1.3 MPa、優(yōu)選DN65～DN150管徑），提前將部分氣井串接到一起，統(tǒng)一在其中一座交通條件最好的井場實施收氣，提高了效率，降低了管理難度，同時C井區(qū)部署的集氣站建成后，將該條串接管道直接連接到集氣站就可以實現(xiàn)多口氣井快速投產(chǎn)。

2.4 管網(wǎng)敷設(shè)方案滾動優(yōu)化

氣田開發(fā)方案階段給出的氣井配產(chǎn)是一個平均值，但現(xiàn)場實際地質(zhì)條件復(fù)雜，實際氣井產(chǎn)出與設(shè)計均值偏差普遍存在，A井區(qū)原設(shè)計氣井配產(chǎn)為2×104～2.6×104m3/d，平均液氣比為 1.55 m3/104m3，實際投產(chǎn)后，部分氣井產(chǎn)量達到4×104m3/d，液氣比達到3～5 m3/104m3。由于管網(wǎng)規(guī)劃實施難度大，實際生產(chǎn)與開發(fā)預(yù)測差異大，井位部署滾動調(diào)整后，部分區(qū)域氣井加密，而其他區(qū)域氣井減少。另外由于征地協(xié)調(diào)難度大，大量井位在實際生產(chǎn)中位置發(fā)生了變化。

針對管網(wǎng)設(shè)計施工過程中，出現(xiàn)的多批次的井位調(diào)整、產(chǎn)出參數(shù)變化等情況。施工圖設(shè)計所提供的管道敷設(shè)路由、管徑等內(nèi)容需要及時調(diào)整[5]。針對這種情況，為提高效率，建立了管道敷設(shè)管理項目組，納入地質(zhì)氣藏研究、地面規(guī)劃設(shè)計、現(xiàn)場建設(shè)人員，將開發(fā)調(diào)整信息、已建集輸管網(wǎng)信息、前線踏勘選線信息有機結(jié)合，并利用pipephase建立串接管網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ蚚6]，按照戴明“PDCA”循環(huán)機制進行優(yōu)化調(diào)整[7]，形成了串接管網(wǎng)設(shè)計建設(shè)滾動優(yōu)化模式。通過這種方式，在原施工圖設(shè)計的基礎(chǔ)上，實時優(yōu)化管道路由、調(diào)整管徑，提高了管道敷設(shè)速度及質(zhì)量。

3 應(yīng)用效果

2016年以來，為了應(yīng)對大量的開發(fā)調(diào)整與產(chǎn)出偏差，東勝氣田從工藝設(shè)計優(yōu)化和管理模式優(yōu)化兩方面著手，實現(xiàn)了地上地下一體化有機結(jié)合。集輸系統(tǒng)部署模式由“被動調(diào)整”改變?yōu)椤爸鲃觾?yōu)化”，形成了適應(yīng)滾動開發(fā)政策的集輸系統(tǒng)快速部署設(shè)計建設(shè)方法，提升管道敷設(shè)速度和質(zhì)量。東勝氣田應(yīng)用“多井雙站”串接模式，實現(xiàn)集氣站間的“互為備用與動態(tài)調(diào)整”，使部分區(qū)域氣井提前3個月釋放產(chǎn)能，提高了集輸系統(tǒng)對滾動建產(chǎn)、甜點開發(fā)模式的適應(yīng)性。此外，還通過調(diào)整管道以及集氣站的負(fù)荷率，減少了超負(fù)荷運行以及大馬拉小車現(xiàn)象，增加了管網(wǎng)運行彈性，氣井密集區(qū)集氣站負(fù)荷不超過120%，32口氣井回壓由1.5 MPa降到1.3 MPa。

東勝氣田建設(shè)以來，針對多批次的氣井，踏勘確定一口，設(shè)計一口，及時調(diào)整管徑及路由，采用動態(tài)調(diào)整機制指導(dǎo)完成 400井次管道敷設(shè)方案設(shè)計，敷設(shè)管道160 km，優(yōu)化減少管道長度33 km，同時將早期的調(diào)整周期由7天縮短到2天，提高了時效性。并利用管道超前串接、超前部署模式和滾動優(yōu)化機制，保障當(dāng)期氣井產(chǎn)能釋放，并為下一批次氣井接入進行了合理預(yù)留，目前已針對新增的3×108m3/a產(chǎn)能建設(shè)，完成了35 km采氣干線部署。變早期的“大量無序串接”為目前的“合理控壓串接”，可兼顧后續(xù)氣井接入、減少帶壓開孔風(fēng)險及管道重復(fù)建設(shè)、有效控制井口回壓。

“十三五”以來，東勝氣田全面加快了建設(shè)節(jié)奏，截至2019年底已建成20×108m3/a產(chǎn)能規(guī)模配套的集輸系統(tǒng)，日產(chǎn)氣量最高達到400×104m3/d。

經(jīng)過幾年的優(yōu)化與調(diào)整，東勝氣田已實現(xiàn)低壓集輸工藝與自身條件的有機結(jié)合，其串接管網(wǎng)部署適應(yīng)了快節(jié)奏的上產(chǎn)，在快速釋放產(chǎn)能的同時逐步提高了適應(yīng)性。