油氣田地面工程“十四五”技術發(fā)展趨勢展望

黃曉麗*，熊新強，王念榕，梁月玖

（中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

0 引言

為保障能源安全，中國提出要大力提升國內勘探開發(fā)力度。而當前，上游業(yè)務領域面臨著新油氣田資源品位低、老油氣田穩(wěn)產難度大，安全環(huán)保管控要求高、成本控制難度大、關鍵技術存在瓶頸等挑戰(zhàn)。地面工程作為油氣開發(fā)的重要組成部分，是控制投資、降低成本的重要源頭，是安全生產、節(jié)能環(huán)保的主要載體［1］。開發(fā)新形勢、發(fā)展新業(yè)態(tài)，國家新政策對油氣田地面工程建設、生產運行管理提出了更高要求。本文將從油氣田地面工程面臨的形勢、技術現狀和發(fā)展需求著手分析，探討油氣田地面工程“十四五”期間的技術發(fā)展思路。

1 油氣田地面工程面臨的挑戰(zhàn)

近年來，油氣田地面工程受資源品質變差、油價持續(xù)低迷和生產成本居高不下等影響，面臨著一系列困難和挑戰(zhàn)，控投資降成本及安全環(huán)保方面壓力較大［2］。

一是資源品位變差和建設環(huán)境復雜的雙重因素對工程建設投資控制提出了更高要求。新建產能資源品位差，低滲透、超低滲透、致密油氣占比高，新建單位產能建井數量大；產出物含H2S、CO2等組分，介質復雜、腐蝕性大，對管道設備選材提出更高要求；地面建設多處于高寒、偏遠地區(qū)，條件惡劣，建設環(huán)境復雜、依托條件差，部分油田瀕臨生態(tài)保護區(qū)和城區(qū)。這些都導致單位產能地面投資控制難度大。

二是開發(fā)形勢變化導致已有地面系統(tǒng)不適應，生產成本持續(xù)上升，對生產運行管理和成本控制提出更高挑戰(zhàn)。首先，當前主力油氣田已進入開發(fā)后期階段，常規(guī)水驅油田已進入高或特高含水期，低滲透油田進入中高含水期，產液量急速上升；早期開發(fā)的氣田已經進入增壓開采階段，增加了生產成本。其次，為提高采收率，不斷采用新開發(fā)方式，如聚合物驅、三元復合驅、減氧空氣驅、CO2驅、SAGD（蒸汽輔助重力泄油）采油技術、火驅采油，氣田增壓開采、排水采氣等。再次，稠油及超稠油油田、高含H2S 和CO2氣田占比上升，氣田水快速增多，增加了處理能耗和成本。

三是建設和生產運行維護用工總量大，人工成本高。已建產能遞減快，為彌補遞減、保持產量，新建產能多，新建工程量大，增加了建設用工需求，同時，油氣田地面系統(tǒng)增長迅速，生產運行維護任務重，導致生產運維人員工作量增加，增加了人工成本。

四是安全環(huán)保綠色生產壓力大。首先，部分老油田的管道和站場服役時間長，使用年限在10 年以上的可占到50%左右，腐蝕老化嚴重，安全生產風險加大；其次，國家新發(fā)展理念提升了環(huán)保法律法規(guī)及標準要求，如GB 39728—2020《陸上石油天然氣開采工業(yè)大氣污染物排放標準》對SO2排放限值要求高，GB 17820—2018《天然氣》標準對一類商品氣總硫含量要求更為嚴苛。

2 油氣田地面技術發(fā)展現狀

中國油氣田地面系統(tǒng)經歷了規(guī)模由小到大、系統(tǒng)由單一到配套、技術由一般到較高水平的發(fā)展過程。特別是“十五”以來，油氣田地面優(yōu)化簡化理念取得豐碩成果，標準化設計轉變了地面工程建設和管理方式；三維設計提高了設計效率和質量；模塊化便于實現工廠化預制和現場組裝化施工；一體化集成裝置和實施數字化油田建設提升了油氣田自動化和信息化水平。

目前，高含水油田低耗高效、低滲透油田簡化、低滲透氣田集輸系統(tǒng)優(yōu)化、復合驅注采地面配套等技術處于國際領先水平；氣驅注采系統(tǒng)地面集成配套技術、稠油熱采地面技術、含油污水達標外排和污泥無害化處理技術與國際并跑。但在非常規(guī)油氣、天然氣處理、大型工藝設備等方面與國外仍有差距。特別是隨著新環(huán)保要求出臺，國內現有的相關工藝技術不能滿足新標準的要求，現有能達到新環(huán)保要求的尾氣處理技術基本掌握在國外公司手上［3］。

3 油氣田地面技術發(fā)展需求

油氣田地面工程從優(yōu)化簡化到標準化設計、到一體化集成裝置、到數字化建設、到完整性管理，再到對標和精益生產，科技創(chuàng)新始終支撐著地面核心技術的進步和發(fā)展方式的轉變，在原油穩(wěn)產、天然氣增產、降本增效、提高效率、轉變生產組織模式等方面已經取得顯著成效。當前油氣田地面面臨困難和挑戰(zhàn)，也必須依賴科技創(chuàng)新，突破關鍵核心技術，形成具有自主知識產權的新技術、大型設備、新材料和大型應用軟件，從而為突破性控投資降成本及確保安全綠色生產提供堅實保障［4］?！笆奈濉逼陂g，油氣田地面技術發(fā)展需求主要體現在以下方面。

一是老油氣田穩(wěn)產和新增儲量效益建產急需配套經濟高效的地面技術［5］。開發(fā)10 年以上的老油田仍然是原油產量的主體，約占原油總產量的60%以上，是油氣穩(wěn)產的壓艙石。開發(fā)對象日益復雜化，新增儲量以超低滲透油氣藏、致密油氣、頁巖油氣為主，是穩(wěn)產的增長點。老油田地面系統(tǒng)目前面臨著整體負荷率低，以及不均衡、能耗和生產成本高等問題，難動用儲量及非常規(guī)油氣處理難度大，地面建設投資和生產運行成本高，需要攻關低成本、經濟高效的配套地面技術［6］。

二是國家新發(fā)展理念要求加強風險防控，確保安全環(huán)保生產?！皠?chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享”新發(fā)展理念要求確保安全、環(huán)保生產?！皥猿秩伺c自然和諧共生”要求“走綠色發(fā)展之路”“堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境”，保護綠水青山。國家提高對 H2S和總硫含量等的排放限制標準，現有的處理工藝難以滿足廢水、廢氣和固體廢物達標排放要求，地面系統(tǒng)需要攻關高效低成本處理技術和風險防控技術。

三是信息化技術的突破正在推動智能油氣田建設。全生命周期生產優(yōu)化要求和信息化技術發(fā)展推動了綠色智慧油田建設。堅持新發(fā)展理念的同時，要“推動新型工業(yè)化、信息化同步發(fā)展”。整個油氣行業(yè)對數字化浪潮的沖擊不敏感，油氣行業(yè)參與數字化生態(tài)的比例僅為40%，低于各行業(yè)49%的平均水平，處于落后區(qū)間。要通過建設“智慧油田”，提高智能化水平，開展勘探、開發(fā)、地面工程整體開發(fā)優(yōu)化和全生命周期生產優(yōu)化，提高生產效率和提升產品質量，從而實現節(jié)能減排，實現綠色可持續(xù)發(fā)展［7］。

四是躋身創(chuàng)新型國家需要大幅提升科技實力。科技實力的提升體現于突破核心技術，提高核心競爭力。目前，在油氣生產領域大型設備（裝備）方面，中國總體實力在國際上處于中等偏下水平，需要研制技術先進、成本低、具有國際競爭力的油氣生產領域大型設備（裝備）、大型軟件、適應復雜環(huán)境下的新材料等，并實現國產化。

4 油氣田地面工程技術發(fā)展趨勢

當前全球油氣田地面工程技術正向著綠色、高效、智能方向發(fā)展。綠色是以“降污染、降能耗、保安全”為目標，實現地面全生產過程的綠色開發(fā)；高效是以“控成本、提效益”為目標，重視高效設備和大型化設備研發(fā)及設備集成，實現地面系統(tǒng)的高效生產；智能是以“智能生產管理”為核心，以“提精度、提效率、促轉型”為目標，實現地面全生產過程智能化?！笆奈濉逼陂g，國內油氣田地面工程技術發(fā)展應針對面臨的問題，突出重點，攻關四大技術體系。

一是攻關老油氣田及非常規(guī)油氣田配套低成本地面工藝技術。重點突破化學驅和氣驅配套地面工藝技術和設備、低成本頁巖油和油頁巖配套地面工藝技術、致密油氣壓裂返排液處理及資源化利用技術［8］、酸性氣田天然氣凈化與尾氣處理工藝技術及配套溶劑、可燃冰開采地面配套技術等［9］。

二是攻關油氣田安全生產保障技術。重點突破廢水廢氣廢固的處理達標技術、油氣田管道和站場完整性管理技術、管道和設備選材優(yōu)化與評價技術、建設進度與關鍵節(jié)點控制技術、現場施工和質量控制技術、清潔用能替代規(guī)模應用核心技術。

三是攻關關鍵的大型工藝設備的國產化技術。重點突破大功率、高油氣比、高壓力混輸泵研發(fā)；單套裝置處理規(guī)模超過1 000×104m3/d 的大型天然氣處理及凈化裝置研發(fā)；大型壓縮機及膨脹機等動設備研發(fā)及制造、高效分離器的研發(fā)和制造；多功能“合一”設備、高效設備及高效核心內構件研發(fā)、耐高壓耐高溫非金屬管材研發(fā)和應用等［10］。

四是攻關智能化油氣田地面關鍵技術。以油氣田地面提質增效為核心，以智能生產運行優(yōu)化和智能風險管控為主攻目標，通過運用云平臺、大數據、物聯網、圖像識別、機器學習、超級計算、知識圖譜等人工智能技術，為油氣田地面控投降本、減員增效、安全環(huán)保提供關鍵技術支持［11］。

5 發(fā)展建議

為保障“十四五”科技發(fā)展更具前瞻性，能更好地服務于生產，油氣田地面工程技術發(fā)展應堅持問題導向、目標導向、結果導向，起到支撐當前、引領未來的作用；應優(yōu)化突出攻關重點，加大關鍵核心技術攻關力度，設立重大專項，把提質增效和戰(zhàn)略發(fā)展的基點牢固建立在科技進步和創(chuàng)新驅動上；應加強數字技術與傳統(tǒng)油氣工業(yè)技術的深度融合研究，采用產學研用開放式研發(fā)模式，突破智能油氣田核心技術，助力數字化轉型戰(zhàn)略實施；應搭建產學研一體化研究團隊，利用已建科研和試驗平臺，立足已取得成果，堅持自主研發(fā)，形成具有自主知識產權的工藝、技術和設備；應堅持科研與生產實踐相結合，在生產實踐中檢驗和完善研究成果，為實現科研成果向生產力的轉化奠定基礎。