徐深氣田地面工程技術(shù)認(rèn)識(shí)及攻關(guān)方向

大慶油田有限責(zé)任公司采氣分公司

徐深氣田經(jīng)過10 余年的滾動(dòng)開發(fā)，根據(jù)氣藏開發(fā)特點(diǎn)，采取了稀井高產(chǎn)、滾動(dòng)開發(fā)的建設(shè)模式，確立了以輪換計(jì)量為核心的分壓集輸、集中處理的多井電伴熱集氣工藝[1]。分壓集輸即單井高壓采氣換熱、節(jié)流后中壓分離計(jì)量脫水，集中處理即在集氣站內(nèi)集中換熱、二級(jí)分離、三甘醇脫水，形成了具有徐深氣田特點(diǎn)的天然氣集輸處理技術(shù)及配套技術(shù)序列，滿足了氣田開發(fā)的需求。

1 模塊化技術(shù)

針對(duì)產(chǎn)能建設(shè)周期長(zhǎng)、上產(chǎn)速度慢的問題，研究了模塊化建設(shè)技術(shù)[2-3]，自2015年在XX井區(qū)應(yīng)用以來，經(jīng)過不斷探索和優(yōu)化，技術(shù)逐步完善并趨于成熟。

1.1 站場(chǎng)平面布局優(yōu)化

在降低占地的同時(shí)兼顧生產(chǎn)管理，使布局更加合理，平面通用率提高，功能模塊與原工藝相比占地面積降低50%以上，節(jié)地效果見表1。

表1 工藝模塊節(jié)地效果統(tǒng)計(jì)Tab.1 Effect of land-saving of modular technology

1.2 橇裝設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

按照氣井壓力、產(chǎn)量等參數(shù)已形成8類主工藝橇塊定型，新增輔助設(shè)施橇4類，基本覆蓋了集氣站的地面工藝建設(shè)；通過復(fù)用生產(chǎn)分離器橇、過濾分離器橇、三甘醇脫水裝置等橇塊設(shè)計(jì)，有效縮短設(shè)計(jì)周期15～20天。采用三維手段，設(shè)備材料自動(dòng)開列匯總，提高了設(shè)計(jì)效率；通過人機(jī)檢查、碰撞檢查，直觀地校對(duì)工藝安裝，完善橇裝的大小尺寸、底座形式、橇內(nèi)安裝、設(shè)備布置等方面內(nèi)容，提高了裝置的安全性和可操作性。

1.3 建設(shè)模式轉(zhuǎn)變

在工程建設(shè)中，由散件安裝、現(xiàn)場(chǎng)焊接向橇裝化集成、工廠化預(yù)制的模式轉(zhuǎn)變。在A、B 等產(chǎn)能建設(shè)工程中，建設(shè)橇裝設(shè)備工廠預(yù)制與現(xiàn)場(chǎng)土建基礎(chǔ)、平面管網(wǎng)等同步施工，實(shí)現(xiàn)了前場(chǎng)地、后工廠的施工模式，避免了氣候?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)施工的影響，有效縮短施工周期45 天，加快了建設(shè)速度。橇裝化技術(shù)的應(yīng)用，加快了氣田產(chǎn)能建設(shè)速度，提高了建設(shè)質(zhì)量，保障了生產(chǎn)安全運(yùn)行，取得了較好的實(shí)踐成果。

2 井下節(jié)流、井間串接工藝

2.1 投資對(duì)比

隨著低品位區(qū)塊動(dòng)用，部分新建產(chǎn)能區(qū)塊距離已建地面系統(tǒng)較遠(yuǎn)，且單井產(chǎn)氣量較小，存在地面建設(shè)投資高、效益差的問題。S井區(qū)XX等4口井距離已建系統(tǒng)11.5 km，按照常規(guī)模式建設(shè)，產(chǎn)能投資為1.47億元，較已建區(qū)塊高近1億元。為了提高開發(fā)效益，在S井區(qū)首次試驗(yàn)應(yīng)用了井下節(jié)流井間串接工藝，并依托XX集氣站建設(shè)，產(chǎn)能投資降至0.60億元，實(shí)現(xiàn)了氣田有效開發(fā)。通過優(yōu)化簡(jiǎn)化技術(shù)降低了工程投資，控制了運(yùn)行成本[4]。近5 年氣井產(chǎn)能建設(shè)常規(guī)模式投資統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 近5年氣井產(chǎn)能建設(shè)投資統(tǒng)計(jì)Tab.2 Investment statistics of gas well productivity construction in recent five years

2.2 工藝技術(shù)特點(diǎn)

通過應(yīng)用井下節(jié)流降壓、井間串接技術(shù)，井下節(jié)流工藝將氣井井口壓力穩(wěn)定在6.4 MPa 以下，充分利用地層能量加熱天然氣，降低地面管道設(shè)備壓力等級(jí)，省去地面井口節(jié)流工藝，同時(shí)應(yīng)用了井口帶液計(jì)量、遠(yuǎn)程關(guān)井等技術(shù)，保障生產(chǎn)安全平穩(wěn)。常規(guī)多井進(jìn)站采氣模式優(yōu)化為井間串接干管進(jìn)站采氣模式，工藝大幅簡(jiǎn)化。依托XX集氣站，減少集氣站1 座，加熱爐1 臺(tái)，脫水裝置1 套，分離器2臺(tái)，放空火炬1 套，同時(shí)取消了加藥工藝等。4 口氣井設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。

表3 S井區(qū)4口氣井設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.3 Design parameters of four gas wells in S Well Area

井間串接模式隨著串接井?dāng)?shù)的增加投資降低幅度增大，同時(shí)減少了建站和設(shè)備數(shù)量，減少安全隱患點(diǎn)，方便了生產(chǎn)和管理。井下節(jié)流、井間串接技術(shù)更適用于相對(duì)偏遠(yuǎn)、成片開發(fā)的規(guī)?；_發(fā)模式。目前徐深氣田以加密調(diào)整、滾動(dòng)開發(fā)模式為主，待今后開發(fā)模式轉(zhuǎn)變后可應(yīng)用推廣此項(xiàng)技術(shù)。井間串接工藝流程見圖1。

圖1 井間串接工藝流程Fig.1 Inter-well serial connection process

3 天然氣增壓技術(shù)

徐深氣田部分氣井已進(jìn)入開發(fā)的中后期，氣井產(chǎn)能及地層壓力逐漸降低，增壓工藝成為必要的開采技術(shù)手段[5-6]。近年在A、B 等站場(chǎng)開展了集中增壓、單井增壓試驗(yàn)，取得較好效果。

3.1 集氣站集中增壓

增壓站建設(shè)中優(yōu)選容積式壓縮原理的往復(fù)式壓縮機(jī)，其絕熱效率較高，壓力及流量的波動(dòng)適應(yīng)性較強(qiáng)，工況易調(diào)節(jié)，無喘振，流量變化對(duì)效率的影響較小。針對(duì)電力條件較好的站場(chǎng)采用電驅(qū)壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，工作可靠，安裝成本低，占地面積小，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理。考慮冬季低溫水冷易凍堵，采用風(fēng)冷卻方式為增壓后天然氣降溫。通過調(diào)整壓縮機(jī)橇內(nèi)分離工藝、冷卻件結(jié)構(gòu)、氣缸連接方式提高進(jìn)氣氣質(zhì)，保障壓縮機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行及壓比靈活調(diào)整。已在XX 增壓站開展試驗(yàn)，建設(shè)規(guī)模6×104m3/d，實(shí)現(xiàn)11 口氣井增壓開采，工藝運(yùn)行平穩(wěn)。

3.2 單井增壓

在單井采氣管道處設(shè)置燃?xì)馐酵鶑?fù)式壓縮機(jī)橇，其具有移動(dòng)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、入口壓力低的特點(diǎn)。在2口低壓間開井進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)期間日增氣0.13×104～0.69×104m3，日增產(chǎn)水6.4 m3，增產(chǎn)排水效果明顯。

4 安全控制技術(shù)

徐深氣田屬于高壓、高產(chǎn)、高酸的三高氣田，地面工藝面臨著生產(chǎn)規(guī)模大、工藝系統(tǒng)安全隱患多、存在腐蝕危害等諸多安全風(fēng)險(xiǎn)[7]。地面工藝在緊急截?cái)?、安全泄放、腐蝕防護(hù)等方面逐步配套完善，已形成了從井口到天然氣外輸?shù)囊幌盗邪踩Ｗo(hù)技術(shù)，保障工藝安全運(yùn)行。

（1）在井口應(yīng)用緊急截?cái)嚅y、旋流除砂器，設(shè)置井場(chǎng)露天圍欄，實(shí)現(xiàn)了采氣管道在超壓、火災(zāi)等事故狀態(tài)下的緊急截?cái)?，降低了氣井出砂?duì)地面工藝的破壞，避免了天然氣聚集危險(xiǎn)。

（2）在集氣站內(nèi)設(shè)置進(jìn)出站電（氣）動(dòng)遠(yuǎn)程截?cái)嚅y，應(yīng)用超壓連鎖放空系統(tǒng)、火炬遠(yuǎn)程點(diǎn)火系統(tǒng)、加熱爐完整性管理平臺(tái)、視頻安防等安全保護(hù)技術(shù)，保障站內(nèi)員工和工藝的安全。

（3）在集輸氣管道設(shè)置線路緊急截?cái)嚅y，應(yīng)用光纖管道泄漏報(bào)警技術(shù)，實(shí)現(xiàn)外輸管道泄漏的及時(shí)報(bào)警和安全截?cái)?，減少事故放空量，保護(hù)環(huán)境。

圖2 膜處理氣田污水工藝流程Fig.2 Process flow of the membrane treatment for gas field sewage

（4）研究氣田高含CO2氣井管道腐蝕機(jī)理和特點(diǎn)，高壓采氣管道采用316L 雙金屬復(fù)合管道，站內(nèi)及鍋爐盤管等高溫高腐蝕區(qū)域采用22053雙相不銹鋼，減緩了CO2和Cl-的雙重腐蝕，保證管道運(yùn)行安全。

5 氣田采出水處理技術(shù)

（1）有效回注。試驗(yàn)裝置采用橫向流聚結(jié)-氣浮裝置、兩級(jí)沉降、兩級(jí)過濾的流程，較好地解決了氣田采出水含有緩蝕劑及起泡劑處理難度大的問題，最終達(dá)到低滲透注水水質(zhì)“8.3.2”指標(biāo)，可用于油田水驅(qū)。

（2）無效回注。在XX 氣井進(jìn)行了無效回注試驗(yàn)，明確了在不同水質(zhì)條件下氣井合理注入速率與注入量。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著注入速率增加，注入壓力急劇升高，在油田低滲透污水指標(biāo)下，氣井需間歇注入，日注入量30 m3為宜。

（3）達(dá)標(biāo)外排。采用膜過濾法，采用臭氧進(jìn)行返吹掃膜、酸+堿法進(jìn)行反沖洗，處理后水中BOD、COD 等指標(biāo)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》。在試驗(yàn)運(yùn)行中，工藝流程仍存在膜反沖洗頻繁、生產(chǎn)管理難度大的問題，目前作為技術(shù)儲(chǔ)備未推廣應(yīng)用。膜處理氣田污水處理工藝見圖2。

6 數(shù)字化技術(shù)

結(jié)合徐深氣田生產(chǎn)環(huán)境，搭建油田公司—作業(yè)區(qū)兩級(jí)數(shù)字化架構(gòu)，在數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)傳輸、井場(chǎng)供電方面研究制定了合理技術(shù)路線。

（1）優(yōu)化井站工藝采集參數(shù)。集氣站、調(diào)壓站工藝已采集參數(shù)41 點(diǎn)，主要采集節(jié)流工藝前后溫度、壓力及氣量、水量等參數(shù)，為了提高勞動(dòng)效率，實(shí)現(xiàn)無人值守，增加了43 處采集點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了井口工況遠(yuǎn)程監(jiān)控及站內(nèi)重點(diǎn)設(shè)備完整性管理。

（2）完善井站自動(dòng)控制功能。為了保障緊急狀態(tài)下的安全控制，增加了井口、進(jìn)站、出站、排液遠(yuǎn)程控制功能；為了避免人工反饋不及時(shí)，增設(shè)了超壓/欠壓連鎖關(guān)停及放空功能，實(shí)現(xiàn)了井站的事故自動(dòng)判別處理。

（3）優(yōu)選可靠數(shù)據(jù)傳輸方式。徐深氣田已建成站間光纖通信網(wǎng)絡(luò)，井場(chǎng)主要分布在站場(chǎng)周邊3 km 范圍內(nèi)，通過對(duì)比4G 等多種無線及光纖通信方式，光纖通信可滿足監(jiān)控視頻實(shí)時(shí)傳輸、控制信號(hào)可靠傳遞，是高效電子巡井的可靠保障，光纖與新建的電力線路同桿架設(shè)，降低用地成本。

（4）確定井場(chǎng)平穩(wěn)供電方式。通過對(duì)比風(fēng)光發(fā)電與電網(wǎng)供電，風(fēng)光發(fā)電均存在電池受低溫影響難以維持的問題，考慮到井場(chǎng)儀表及攝像機(jī)用電量較小，可從集氣站引接低壓線路，并與光纖同桿架設(shè)，實(shí)現(xiàn)可靠供電與通信雙重保障。

依托氣田數(shù)字化建設(shè)，組建專業(yè)化隊(duì)伍，優(yōu)化勞動(dòng)組織結(jié)構(gòu)，壓縮管理層級(jí)，通過無人值守、集中監(jiān)控、定期巡檢、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)的管理模式，降低了一線生產(chǎn)用工數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了減員增效、精益生產(chǎn)。

7 下一步攻關(guān)方向

7.1 數(shù)字化技術(shù)

在數(shù)字化全面建成的基礎(chǔ)上，需要加快生產(chǎn)管理子系統(tǒng)的建設(shè)和完善，開展智能化、智慧化氣田的應(yīng)用技術(shù)研究[8]。

（1）深化數(shù)字化氣田應(yīng)用試驗(yàn)。開展數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性、適應(yīng)性分析，完善井場(chǎng)、站場(chǎng)工藝參數(shù)采集控制點(diǎn)，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸方式，提高數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確性和可靠性，實(shí)現(xiàn)氣田數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)分析、安全預(yù)警、運(yùn)行調(diào)度、數(shù)據(jù)管理等功能。

（2）強(qiáng)化數(shù)據(jù)管理與挖掘。積極探索利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、可視化分析等技術(shù)，充分挖掘生產(chǎn)數(shù)據(jù)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)智能優(yōu)化運(yùn)行；探索工程數(shù)字化交付，構(gòu)建項(xiàng)目管控、數(shù)字化管理、三維數(shù)字化應(yīng)用于一體的智能化工廠，將設(shè)計(jì)、施工、生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)加載到同一模型平臺(tái)，為氣田地面建設(shè)與運(yùn)行實(shí)現(xiàn)智能化成果共享提供技術(shù)支撐。

（3）推進(jìn)多平臺(tái)集成與協(xié)作。梳理業(yè)務(wù)流程，搭建氣藏開發(fā)、井位設(shè)計(jì)、鉆井作業(yè)、工程建設(shè)等多專業(yè)、多部門協(xié)同工作環(huán)境，通過大數(shù)據(jù)分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)智能分析技術(shù)，將油田各類生產(chǎn)過程海量數(shù)據(jù)抽析、分類、處理，建立專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)方案智能決策、生產(chǎn)過程智能操控、安全環(huán)保智能管控，最終實(shí)現(xiàn)高效經(jīng)營(yíng)管理。

7.2 增壓技術(shù)

針對(duì)進(jìn)入開發(fā)中后期的氣田，要做好地面集輸系統(tǒng)增壓布局優(yōu)化，集中增壓技術(shù)與單井增壓技術(shù)相結(jié)合，提高低壓氣井采收程度，為氣田未來大規(guī)模增壓開采儲(chǔ)備技術(shù)。

（1）優(yōu)化氣田集輸系統(tǒng)布局。根據(jù)徐深1區(qū)塊集氣站和低壓氣井分布，優(yōu)選增壓技術(shù)路線、增壓站點(diǎn)、增壓時(shí)機(jī)，提高集輸管網(wǎng)運(yùn)行效率，節(jié)約地面投資。

（2）持續(xù)優(yōu)化集中增壓工藝。對(duì)于低壓氣井分布相對(duì)集中及區(qū)域性低壓的情況，依托集氣站，采用集中增壓建設(shè)方式。通過降低機(jī)組功率、優(yōu)化機(jī)組配置、優(yōu)選增壓方式、合理分期實(shí)施等技術(shù)手段，降低建設(shè)投資及生產(chǎn)運(yùn)行成本；設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮增壓機(jī)組的適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)組靈活調(diào)配。

（3）試驗(yàn)應(yīng)用單井增壓工藝。對(duì)于井控儲(chǔ)量大、工況變化大的低壓氣井及積液風(fēng)險(xiǎn)井，采用單井增壓橇的建設(shè)方式；完善單井增壓橇的分離、放空、安全聯(lián)鎖、保溫降噪等工藝，強(qiáng)化增壓橇數(shù)字化監(jiān)控功能，提高低壓氣井開井時(shí)率。

7.3 模塊化技術(shù)

與國(guó)內(nèi)西南油氣田和長(zhǎng)慶油田相比，徐深氣田在模塊化技術(shù)研究上仍存在一定的差距[9-10]，需要結(jié)合自身工藝特點(diǎn)深入完善。

（1）定型模塊的工藝設(shè)備。統(tǒng)一井站中使用的管閥配件、工藝設(shè)備的規(guī)格尺寸，統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)等，便于集中采購和加快預(yù)制。針對(duì)徐深氣田地質(zhì)開發(fā)、氣候、氣質(zhì)等特點(diǎn)，綜合站場(chǎng)平面布置、功能劃分、功能集成和數(shù)字化建設(shè)等設(shè)計(jì)思路，建立完整的徐深氣田模塊化設(shè)計(jì)成果，加快成果轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。

（2）完善模塊的數(shù)字化功能建設(shè)。工藝模塊配套數(shù)字化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)所有監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及狀態(tài)上傳，生產(chǎn)過程可視、可控、可調(diào)，并試驗(yàn)應(yīng)用智能化技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)裝置工況智能監(jiān)測(cè)、就地診斷、遠(yuǎn)程運(yùn)維、自主管理。

（3）加強(qiáng)模塊的一體化集成設(shè)計(jì)。需提高模塊的功能集成度和處理能力，探索加熱、分離等功能模塊的集成一體化，推廣應(yīng)用電控裝置一體化，不斷優(yōu)化和集成地面工藝模塊，最終實(shí)現(xiàn)一體化建站模式，加快氣田建設(shè)步伐。