集約化建井地面工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

＊王國鋒 馬占恒 汪忠寶

（1.中國石油天然氣股份有限公司吉林油田分公司 吉林 138000 2.中國石油天然氣股份有限公司吉林油田分公司勘察設(shè)計(jì)院 吉林 138000）

引言

近年來吉林油田大力推廣集約化建井開發(fā)模式，若地面系統(tǒng)按照傳統(tǒng)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)，將無法滿足油田效益開發(fā)的理念，因此地面系統(tǒng)迫切需要采取優(yōu)化簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法，按照“降低產(chǎn)能建設(shè)投資，降低運(yùn)行費(fèi)用”的雙降原則，開展科技攻關(guān)，通過地上地下緊密結(jié)合，形成集約化建井地面配套工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化簡(jiǎn)化和節(jié)能降耗，提升了地面系統(tǒng)整體建設(shè)水平和運(yùn)行水平。新立大平臺(tái)通過地面地下緊密結(jié)合，優(yōu)化了產(chǎn)能建設(shè)方案，降低了百萬噸建設(shè)投資。

1.取得的技術(shù)成果

(1)各專業(yè)緊密結(jié)合，地上地下一體化協(xié)同設(shè)計(jì)

集約化建井地面工程需與油藏、鉆井和采油工程緊密結(jié)合，通過各專業(yè)方案統(tǒng)籌優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終合理確定平臺(tái)的放井位置，平臺(tái)內(nèi)的油水井?dāng)?shù)量，平臺(tái)內(nèi)油水井布井方式，井場(chǎng)征地面積等關(guān)鍵參數(shù)，達(dá)到百萬噸產(chǎn)能投資最省，后期運(yùn)行成本低，管理方便。

(2)優(yōu)化井場(chǎng)平面布置，力求簡(jiǎn)潔美觀，滿足生產(chǎn)需求

大平臺(tái)井場(chǎng)內(nèi)新建一體化氣液緩沖分離加熱增壓裝置、橇裝集油配水間、儀表值班室、箱式變電站、視頻監(jiān)控、照明、污水回收池、一體化油井熱洗集成裝置、太陽能光伏板等設(shè)施，充分考慮站場(chǎng)附近交通設(shè)施、防火規(guī)范及生產(chǎn)作業(yè)需求，井場(chǎng)平面布置形成標(biāo)準(zhǔn)化模式，力求簡(jiǎn)潔美觀，滿足生產(chǎn)需求，如圖1新立1#大平臺(tái)井場(chǎng)平面布置鳥瞰圖所示。

圖1 新立1#大平臺(tái)井場(chǎng)平面布置鳥瞰圖

(3)高寒地區(qū)、低產(chǎn)、低含水和高凝原油實(shí)現(xiàn)常溫輸送

吉林油田地理位置位于東北高寒地區(qū)，冬季環(huán)境溫度低（-35℃）、單井產(chǎn)液量低（2-5t/d）、氣油比低（35m3/t）、井口出油溫度低(16-20℃)，通過分析影響常溫集輸原油的粘溫曲線、凝固點(diǎn)、流變特性、轉(zhuǎn)相點(diǎn)和溫降曲線，結(jié)合室內(nèi)管道試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀④浖治龅仁侄?，進(jìn)行室內(nèi)模擬分析研究，擬合產(chǎn)液量、含水、氣油比和輸送長(zhǎng)度等影響參數(shù)，確定采出液在集油過程中溫度、壓力的變化規(guī)律，形成試驗(yàn)型常溫輸送邊界條件，通過現(xiàn)場(chǎng)大范圍應(yīng)用驗(yàn)證、修正常溫輸送邊界條件。

通過科學(xué)研究，攻克了高寒地區(qū)低產(chǎn)高凝含水原油常溫集輸技術(shù)，擴(kuò)展了常溫集輸應(yīng)用邊界條件，實(shí)現(xiàn)了大部分平臺(tái)單井不加熱輸送，大膽嘗試支干線常溫集輸并取得技術(shù)突破。通過應(yīng)用多井串聯(lián)常溫輸送技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了含水原油低于原油凝固點(diǎn)進(jìn)計(jì)量間，摸索出支干線常溫集輸技術(shù)邊界條件并規(guī)模推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)“熱不出站”，節(jié)約了一次工程投資，大幅度降低了集輸能耗，集輸自耗氣達(dá)到10m3/t，接近國內(nèi)先進(jìn)水平。

目前吉林油田原油常溫集輸技術(shù)邊界條件已經(jīng)由特高含水（≥90%）向高含水前期拓展（80%），由低凝固點(diǎn) （17℃）向高凝固點(diǎn)（30℃）拓展，由高液量（20t/d）向低液量（3t/d）拓展，單井集輸半徑由短距離（500m）向長(zhǎng)距離（1000m）拓展，管材由單一向多種材質(zhì)拓展，可應(yīng)用玻璃襯里無縫鋼管、玻璃鋼管和連續(xù)增強(qiáng)塑料復(fù)合管，應(yīng)用條件更加寬泛。

(4)攻克一體化氣液緩沖加熱增壓集成工藝技術(shù)，研發(fā)出成套系列化設(shè)備

根據(jù)吉林油田凝固點(diǎn)、粘度等原油物性特點(diǎn)，結(jié)合大平臺(tái)的產(chǎn)液量、含水率、氣油比等生產(chǎn)參數(shù)，集氣液緩沖、分離、加熱和增壓等功能于一體，實(shí)現(xiàn)設(shè)備撬裝化設(shè)計(jì)、工廠化預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)快速連接投產(chǎn)，配合物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，整套裝置可實(shí)現(xiàn)無人值守，功能高度集成，整體橇裝，方便工廠化預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)快速組裝投產(chǎn)，節(jié)省工程投資，縮短建設(shè)周期，一體化氣液緩沖加熱增壓裝置已形成I型、II型和III型產(chǎn)品，處理規(guī)模分為120t/d、240t/d、360t/d、480t/d和600t/d合計(jì)5種系列化產(chǎn)品，滿足不同大平臺(tái)生產(chǎn)需求，可完全代替小型接轉(zhuǎn)站。一體化設(shè)備可使平臺(tái)井地面建設(shè)時(shí)間縮短50%，投資降低35%。

(5)橇裝模塊化接轉(zhuǎn)站替代中型接轉(zhuǎn)站，實(shí)現(xiàn)少人值守

根據(jù)吉林油田凝固點(diǎn)、粘度等原油物性特點(diǎn)，開展橇裝模塊化接轉(zhuǎn)站工藝研究，依據(jù)常規(guī)接轉(zhuǎn)站功能劃分，將接轉(zhuǎn)站劃分為進(jìn)站管匯橇、計(jì)量橇、空冷凈化橇、綜合泵橇、加熱爐橇、儲(chǔ)罐橇、加藥橇及藥品儲(chǔ)存等撬塊，配合物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，整體裝置可實(shí)現(xiàn)少人值守，功能高度集成，整體橇裝，方便工廠化預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)快速組裝投產(chǎn)。模塊化接轉(zhuǎn)站可使站場(chǎng)建設(shè)時(shí)間縮短50%，投資降低30%。

(6)計(jì)量配水間實(shí)現(xiàn)橇裝設(shè)計(jì)

打破常規(guī)建設(shè)模式，計(jì)量間由傳統(tǒng)磚混計(jì)量間→彩鋼計(jì)量間→橇裝計(jì)量間逐步優(yōu)化，目前已設(shè)計(jì)出橇裝集裝箱式計(jì)量間，滿足工廠化預(yù)制，整體搬運(yùn)，現(xiàn)場(chǎng)快速連接投產(chǎn)的生產(chǎn)需求。橇裝計(jì)量間打破“人進(jìn)屋操作”的常規(guī)模式，采用室外大開門設(shè)計(jì)，工人室外開門操作，管理方便，建筑面積及造價(jià)僅相當(dāng)于傳統(tǒng)磚混計(jì)量間的35%左右，滿足生產(chǎn)需求，降低了工程投資，具有推廣意義，如表1不同形式計(jì)量間綜合對(duì)比表所示。

表1 不同形式計(jì)量間綜合對(duì)比表

(7)應(yīng)用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)油井便捷準(zhǔn)確計(jì)量

平臺(tái)井油井?dāng)?shù)量≤8口：不單獨(dú)考慮站外計(jì)量流程，單環(huán)產(chǎn)液集中進(jìn)計(jì)量間輪換計(jì)量，單井產(chǎn)液通過井口物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的電參折產(chǎn)。

9口≤平臺(tái)井油井?dāng)?shù)量≤14口：井場(chǎng)設(shè)稱重式小翻斗分離器，可實(shí)時(shí)計(jì)量井場(chǎng)總產(chǎn)液，或通過井場(chǎng)倒閥門方式計(jì)量單井產(chǎn)液量，實(shí)現(xiàn)井口壓力、出液溫度和液量就地顯示或遠(yuǎn)傳。

14口≤平臺(tái)井油井?dāng)?shù)量：井場(chǎng)設(shè)橇裝計(jì)量間，利用多通閥+稱重式油井計(jì)量器對(duì)單環(huán)或單井進(jìn)行輪換計(jì)量，可實(shí)時(shí)計(jì)量單環(huán)總產(chǎn)液，可通過井口物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的電參折產(chǎn)計(jì)算單井產(chǎn)液，也可通過井場(chǎng)倒閥門方式計(jì)量單井產(chǎn)液量，實(shí)現(xiàn)井口壓力、出液溫度和液量就地顯示或遠(yuǎn)傳。

(8)一體化油井熱洗集成裝置滿足井場(chǎng)洗井需求

裝置集緩沖、加熱和增壓功能于一體，單井罐工作原理，裝置具有超溫報(bào)警、高低液位報(bào)警、橇裝設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)簡(jiǎn)易、與井口軟管連接等優(yōu)點(diǎn)，成本低，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。裝置利用井場(chǎng)水源井提供清水，井口伴生氣做燃料氣，清水在罐內(nèi)升溫至70℃～80℃后通過揚(yáng)程為250m離心泵增壓，輸至油井套管注入井下，實(shí)現(xiàn)熱水就地生產(chǎn)就地洗井，替代傳統(tǒng)站場(chǎng)生產(chǎn)熱水，罐車?yán)瓱崴粮饔途淳绞剑档凸と藙趧?dòng)強(qiáng)度，節(jié)省操作運(yùn)行成本。

(9)穩(wěn)流配水裝置實(shí)現(xiàn)注水量自動(dòng)控制

大平臺(tái)注水井應(yīng)用穩(wěn)流配水裝置，該裝置集穩(wěn)流配水、計(jì)量、調(diào)節(jié)等功能為一體，具有流量自動(dòng)檢測(cè)和配注量自動(dòng)控制等功能，可以實(shí)現(xiàn)就地與遠(yuǎn)傳流量設(shè)置，智能控制流量，具有設(shè)置簡(jiǎn)便，控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好。

(10)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高自動(dòng)化水平

大平臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)整體采用具有吉林油田特色的簡(jiǎn)單適用低成本的建設(shè)模式，增加科學(xué)實(shí)用智能化的自動(dòng)控制功能。采油井場(chǎng)應(yīng)用吉林油田自主研發(fā)的井場(chǎng)三件套（停井報(bào)警儀、測(cè)控儀和電子眼），停井報(bào)警儀實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)停井自動(dòng)報(bào)警，測(cè)控儀自動(dòng)監(jiān)測(cè)抽油機(jī)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)，并能實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)遠(yuǎn)程啟停，電子眼實(shí)現(xiàn)井場(chǎng)畫面定時(shí)自動(dòng)抓拍，井場(chǎng)采集的參數(shù)實(shí)現(xiàn)4G無線上傳至通信公司后臺(tái)服務(wù)器。計(jì)量間內(nèi)溫度壓力實(shí)現(xiàn)溫度、壓力和計(jì)量設(shè)備參數(shù)自動(dòng)采集，配水間實(shí)現(xiàn)壓力和流量參數(shù)自動(dòng)采集，實(shí)現(xiàn)井口和計(jì)量間參數(shù)采集，采集的信號(hào)輸至RTU后統(tǒng)一通過4G無線上傳至通信公司后臺(tái)服務(wù)器。利用吉林油田建設(shè)的云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)增井增產(chǎn)不增人，助力大平臺(tái)模式降本增效的力度。

(11)結(jié)合鉆井供電需求，合理優(yōu)化供電線路

地下、地上一體化，統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，前期電打鉆供電與后期地面建設(shè)用電相結(jié)合，采用同桿雙回路,避免因重復(fù)建設(shè)浪費(fèi)投資。井場(chǎng)采用箱式變電站集中供電，提高供電質(zhì)量，降低運(yùn)行費(fèi)用。

(12)采油井場(chǎng)應(yīng)用電控一體化裝置

為解決大平臺(tái)井場(chǎng)儀表、通信和配電專業(yè)間功能重疊融合度差的問題，首次在采油井場(chǎng)應(yīng)用電控一體化裝置，形成油氣站場(chǎng)動(dòng)力控制的核心，將油田站場(chǎng)的控制部分和執(zhí)行部分集成在一起，更有利于實(shí)現(xiàn)油田站場(chǎng)的數(shù)字化和智能化，現(xiàn)場(chǎng)視覺形象美觀大方。電控一體化集成裝置實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、規(guī)模化采購、模塊化預(yù)制，大幅度縮短了設(shè)計(jì)、采購和施工周期，加快工程建設(shè)速度，降低工程建設(shè)投資。

(13)井場(chǎng)閑置空地應(yīng)用光伏發(fā)電，實(shí)現(xiàn)綠電清潔能源替代

根據(jù)采油井場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況布置，遵循以不影響采油設(shè)施正常運(yùn)行和維護(hù)維修、節(jié)約用地的原則，將光伏組件布置在采油井場(chǎng)征地范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)光伏陣列在井場(chǎng)周邊安裝，以南北側(cè)為主。光伏組件采用單晶445W，14-19塊組件為一串，布置傾角為38°，單個(gè)支架組件采用豎二排布方式，組件方位角控制在0-15°之間，共計(jì)布置502件光伏組件。采用0.4kV并網(wǎng)，光伏所發(fā)電量自用為主，為井場(chǎng)內(nèi)各抽油機(jī)提供電能。當(dāng)0.4kV系統(tǒng)不能完全消耗時(shí)，通過井場(chǎng)已建配電系統(tǒng)及配電變壓器，上行至6-10kV井排線路，再由井排所帶其它油田負(fù)荷消耗。同時(shí)在諧波、電壓偏差、電壓不平衡度、電壓波動(dòng)和閃變等方面應(yīng)滿足相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。其中新立1#大平臺(tái)平臺(tái)裝機(jī)容量224kW，系統(tǒng)發(fā)電效率按82.9%測(cè)算，年均發(fā)電量為31萬度。

2.集約化建井地面配套工藝技術(shù)應(yīng)用情況

2019-2020年吉林油田合計(jì)部署大平臺(tái)175座，合計(jì)881口油井。高寒地區(qū)低產(chǎn)高凝油井串聯(lián)常溫集輸技術(shù)應(yīng)用660口油井，一體化氣液緩沖加熱增壓裝置應(yīng)用6套替代小型站場(chǎng)，橇裝模塊化接轉(zhuǎn)站應(yīng)用1套替代中型站場(chǎng)，與常規(guī)建設(shè)模式相比節(jié)約投資30%，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)40%，減少建設(shè)周期40%，解決了地面系統(tǒng)建設(shè)投資高、后期運(yùn)行費(fèi)用高等生產(chǎn)難題，達(dá)到了優(yōu)化簡(jiǎn)化和節(jié)能降耗的目標(biāo)，提升了地面系統(tǒng)整體建設(shè)水平和運(yùn)行水平。

3.經(jīng)濟(jì)效益

2019-2020年合計(jì)節(jié)約一次性工程投資9600萬元，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用1248萬元。其中660口油井應(yīng)用高寒地區(qū)低產(chǎn)高凝油井串聯(lián)常溫集輸技術(shù)，節(jié)約一次性工程投資7500萬元，2019年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用468萬元，2020年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用780萬。應(yīng)用一體化氣液緩沖加熱增壓裝置6套，合計(jì)節(jié)約一次性工程投資1500萬元。應(yīng)用橇裝模塊化接轉(zhuǎn)站1座，節(jié)約一次性工程投資600萬元。

4.取得的認(rèn)識(shí)

（1）各專業(yè)緊密結(jié)合，地上地下一體化協(xié)同設(shè)計(jì)是降低產(chǎn)能建設(shè)總體投資和降低后期運(yùn)行成本的關(guān)鍵。

（2）應(yīng)用高寒地區(qū)低產(chǎn)高凝油井串聯(lián)常溫集輸技術(shù)是降低站外集輸系統(tǒng)能耗的關(guān)鍵，支干線常溫輸送技術(shù)是后期攻關(guān)的主要方向。

（3）橇裝化生產(chǎn)設(shè)施和模塊化站場(chǎng)有利于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、規(guī)?；少徍凸S化預(yù)制。

5.結(jié)束語

總而言之，為了能夠使經(jīng)濟(jì)利用效率得到有效提升，吉林油田大力推廣集約化建井開發(fā)模式，不斷創(chuàng)新與完善這一模式在油田開發(fā)中的運(yùn)用，通過不斷改變傳統(tǒng)的油田開采方式與工藝設(shè)計(jì)理念，在集約化建井；油井產(chǎn)液常溫輸送；一體化氣液緩沖分離加熱增壓裝置；模塊化接轉(zhuǎn)站等多個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究，并在不斷實(shí)踐的過程中取得了較好的成績(jī)，這一研究的發(fā)展，不僅讓油田開采技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展，也讓開采工作成本得到控制，在很大程度上提升了吉林油田的經(jīng)濟(jì)效益。