油田雙層系智能化橇裝集中處理站研究及應(yīng)用

張平 穆中華 白巖 王昌堯 池坤 肖雪 耿奧

1長慶工程設(shè)計有限公司

2長慶油田分公司技術(shù)監(jiān)測中心

長慶油田位于鄂爾多斯盆地，其低滲、低壓的特點造成了其開采難度大、開采成本高。且其地形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地面集輸設(shè)備及站場用地緊張，地面集輸流程建設(shè)難度大。隨著長慶油田快速上產(chǎn)，油田快速建產(chǎn)與人力資源不足的問題已日益顯現(xiàn)，無人值守化管理成為油田解決人力資源短缺問題與提高經(jīng)濟效益的重要途徑[1]。

1 建設(shè)背景

按照“機械化替人、自動化減人”的思路開展設(shè)計，長慶油田已在油田內(nèi)部大范圍推廣無人值守站場及井場，特別是對于高危場所及高頻操作的設(shè)備，無人值守有著不可替代的優(yōu)勢[2]。在此背景下，長慶油田建成了國內(nèi)最大規(guī)模油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，數(shù)字化井場覆蓋率96.7%，數(shù)字化站點覆蓋率100%。油田已完成無人值守的小型場站占91% 。且長慶油田大中型站場已在很大程度上實現(xiàn)了橇裝化[3-5]，滿足了長慶油田滾動開發(fā)的要求。長慶油田智能化水平較高[6-10]，站場橇裝化水平領(lǐng)先全國，這為雙層系智能化橇裝脫水站的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

雙層系智能化橇裝集中處理站在長慶油田無先例，在全國亦屬領(lǐng)先。因此，長慶油田開發(fā)的雙層系智能化橇裝集中處理站在全國范圍內(nèi)都具有示范意義。雙層系智能化橇裝集中處理站相對于單層系兩個橇裝站的優(yōu)勢主要包括：站場用地集約化、注水系統(tǒng)集約化、輸油管道集約化、人力資源利用最優(yōu)化。長慶油田建設(shè)的橇裝化雙層系無人值守集中處理站是油田目前已建集中處理站中工藝流程最復(fù)雜（雙流程）、橇裝化程度最高（93%）、自控水平最先進的雙層系原油處理站場，是在高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求下打造的一座示范性標(biāo)桿工程。

2 雙層系智能化橇裝集中處理站建設(shè)

長慶油田在二次發(fā)展的建設(shè)中，每年的產(chǎn)能及新建站場數(shù)量較大，按照油田總體部署“當(dāng)年打井、當(dāng)年輸油”的建設(shè)要求，采用新工藝、新技術(shù)適應(yīng)油田發(fā)展新形勢。雙層系智能化橇裝集中處理站具有集約化、智能化等多種優(yōu)勢，滿足油田發(fā)展的技術(shù)需求。

2.1 雙層系脫水工藝流程優(yōu)化

長慶油田以多層系開發(fā)為主，混層處理及輸送易導(dǎo)致設(shè)備及管線結(jié)垢，研發(fā)雙層系智能化橇裝脫水技術(shù)，對雙層系脫水工藝流程進行優(yōu)化，不配伍的不同層系油藏采出原油分別進入同站場獨立的密閉工藝流程進行脫水處理。兩個流程采用“相互補氣和壓力調(diào)節(jié)、兩級緩沖和三相分離脫水有機結(jié)合”的密閉脫水工藝技術(shù)，進行三疊系、侏羅系雙層三相分離密閉脫水，從而實現(xiàn)雙層系同站場獨立流程處理，避免設(shè)備及管線結(jié)垢。

傳統(tǒng)的脫水流程檢測含水不達標(biāo)，通常直接出站，該工藝流程優(yōu)化后如圖1 所示。原油出三相分離器脫水后，通過含水分析儀檢測含水，三通電動閥自動流程切換，脫水后的合格凈化油增壓出站，不合格的凈化油則進入事故罐沉降脫水。整個過程自動檢測不需人工介入，解決了不合格凈化油交接困難的難題。

圖1 雙層系智能化橇裝集中處理站工藝流程Fig.1 Process flow of double-layer intelligent skid-mounted centralized processing facilities

采出水處理形成了“沉降+氣浮+過濾”和“沉降+生化+過濾”的采出水分層處理工藝，采用不加藥預(yù)處理技術(shù)、微生物除油技術(shù)和紫外線在線殺菌技術(shù)，較常規(guī)處理技術(shù)相比，微氣泡預(yù)除油技術(shù)不添加常用混凝和絮凝藥劑、污泥量少、運行費用低，生產(chǎn)管理方便。采出水處理系統(tǒng)一體化微生物裝置如圖2 所示。

圖2 一體化微生物裝置Fig.2 Integrated microbial device

清水處理采用自清洗過濾器、PE 燒結(jié)管精細(xì)過濾工藝技術(shù)，其工藝技術(shù)如圖3 所示。加壓泵、自清洗過濾器、臥式PE 燒結(jié)管過濾器、注水泵系統(tǒng)密閉連續(xù)供注水，整個工藝取消中間水池、水罐，實現(xiàn)24 h 工藝連續(xù)運行，減少一次加壓提升，實現(xiàn)供注水一體化智能控制聯(lián)動。

圖3 清水供注水系統(tǒng)智能聯(lián)動效果Fig.3 Intelligent linkage effect of water injection system for clean water

2.2 智能化技術(shù)

2.2.1 集輸系統(tǒng)

（1）進出站遠(yuǎn)程緊急切斷。增壓點、總機關(guān)出口匯管增設(shè)電動球閥、外輸閥組出站截斷球閥增設(shè)電動執(zhí)行機構(gòu)。站內(nèi)發(fā)生事故、外輸管線泄漏、下游站點發(fā)生險情，在作業(yè)區(qū)可遠(yuǎn)程緊急切斷，協(xié)調(diào)人員應(yīng)急處理。進出站遠(yuǎn)程緊急切斷流程如圖4所示。

圖4 進出站遠(yuǎn)程緊急切斷流程Fig.4 Flow of remote emergency cut-off for entry and exit

（2）事故流程自動切換。三相分離器出口至事故油罐和事故油罐進口閘閥增設(shè)電動執(zhí)行機構(gòu)，分離緩沖罐兩室進口閘閥增設(shè)電動執(zhí)行機構(gòu)，3 個電動閥均與輸油泵停泵狀態(tài)聯(lián)鎖或進行遠(yuǎn)程控制，當(dāng)外輸超壓報警停泵或管線泄漏停泵，啟動事故存液流程。事故流程自動切換流程如圖5 所示。

圖5 事故流程自動切換流程Fig.5 Automatic switching process of accident process

（3）事故油罐出口自動啟閉。出口閘閥增設(shè)電動執(zhí)行機構(gòu)，根據(jù)上傳儲罐液位數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程聯(lián)鎖控制事故油罐出口電動閥啟閉。事故油罐出口自動啟閉流程如圖6 所示。

圖6 事故油罐出口自動啟閉流程Fig.6 Automatic opening and closing flow of accident oil tank outlet

（4）外輸泵遠(yuǎn)程啟停，2 臺泵遠(yuǎn)程切換。外輸泵進出口設(shè)置電動閥門，實現(xiàn)外輸泵遠(yuǎn)程啟停，2臺泵遠(yuǎn)程切換。外輸泵遠(yuǎn)程啟停流程如圖7 所示。

圖7 外輸泵遠(yuǎn)程啟停流程Fig.7 Process of remote start and stop of outlet pump

（5）過濾器差壓保護。外輸泵、流量計的進口過濾器主管線設(shè)置壓力差值監(jiān)測上傳，壓差限值0.1 MPa 報警，智能診斷故障，報警信號上傳至控制中心等功能。過濾器差壓保護流程如圖8 所示。

圖8 過濾器差壓保護流程Fig.8 Process of filter differential pressure protection

（6）凝液液位遠(yuǎn)傳。伴生氣分液器凝液回收腔設(shè)連續(xù)液位監(jiān)測并傳至站控室，高液位（L≥0.6 m）報警，出口增設(shè)重力式疏水閥，實現(xiàn)自動排污。凝液液位遠(yuǎn)傳流程如圖9 所示。

圖9 凝液液位遠(yuǎn)傳流程Fig.9 Process of remote transmission of condensate level

集輸系統(tǒng)通過智能化技術(shù)升級，實現(xiàn)了雙層系無人值守。生產(chǎn)流程的手動閥均為常開狀態(tài)，通過電動閥和監(jiān)測儀表的聯(lián)鎖智能控制，可以達到數(shù)字化、智能化要求。除收球、加藥罐補藥、加熱爐補水需要人工定期操作外，其余工況均根據(jù)生產(chǎn)運行需求不定期和中心站/井區(qū)等指令進行操作。集輸系統(tǒng)智能化改造總流程如圖10 所示。

2.2.2 水處理及回注系統(tǒng)

目前采出水處理系統(tǒng)對沉降除油罐進水進行流量監(jiān)測；凈化水罐、污泥池、污水池等進行液位監(jiān)測，一體化裝置根據(jù)壓差實現(xiàn)自動反洗。智能化升級改造將凈化水罐液位信號與注水泵、喂水泵連鎖，低液位報警自動停喂水泵、注水泵。水處理控制系統(tǒng)流程如圖11 所示。

圖11 水處理控制系統(tǒng)流程Fig.11 Process of water treatment control system

將注水干線管損壓差與注水泵、喂水泵聯(lián)鎖，實現(xiàn)異常壓差自動報警，關(guān)停注水泵、喂水泵。注水泵房加裝高清攝像頭，替代員工日常巡檢，降低安全風(fēng)險。注水系統(tǒng)流程如圖12 所示。

圖12 注水系統(tǒng)流程Fig.12 Process of water injection system

2.3 站場橇裝化及綜合布站技術(shù)

（1）站場橇裝化技術(shù)。通過小型化、一體化、橇裝化、集成化研究，采用站場橇裝化技術(shù)成功克服了雙層系脫水站站內(nèi)工藝流程復(fù)雜、生產(chǎn)設(shè)施多、功能集成度低的瓶頸。對站內(nèi)集輸系統(tǒng)、采出水回注系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)的40 多類設(shè)施，按介質(zhì)、功能、流程分類、整合，優(yōu)化組合形成了8 類一體化裝置（圖13）。通過多橇組合應(yīng)用，實現(xiàn)原油加熱、油氣分離、原油計量增壓、注水、供配電及數(shù)據(jù)采集控制等生產(chǎn)要求，滿足雙層系脫水站功能需求。在施工手段上進行了創(chuàng)新，橇裝化設(shè)備在工廠提前預(yù)制完成，現(xiàn)場僅需拼接組裝，極大地減少了施工出錯率，縮短了工程建設(shè)周期。

圖13 雙層系智能化橇裝脫水站一體化集成裝置效果Fig.13 Effect of the integrated device of the double-layer intelligent skid-mounted dewatering station

（2）裝置智能化。運維人員能對裝置遠(yuǎn)程診斷、提前預(yù)警、故障報警，及時維護，提升裝置智能化水平，實現(xiàn)站場的智能化。采用遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，采集一體化集成裝置運行數(shù)據(jù)，對裝置運行狀態(tài)進行分析，使運維人員能夠?qū)崟r掌握裝置運行數(shù)據(jù)，達到遠(yuǎn)程診斷、提前預(yù)警、故障報警，提示運維人員及時維護，提升裝置智能化水平。達到站場有人巡護、無人值守、集中管理、運行遠(yuǎn)程監(jiān)控、事故緊急關(guān)斷的控制管理模式。

（3）站場綜合布站技術(shù)。雙層系智能化橇裝脫水站主要包括罐區(qū)、工藝區(qū)、水處理及回注區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)四個區(qū)塊（圖14）。在站場工藝順暢的前提下，平面按儲罐區(qū)、工藝區(qū)、水處理及回注區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)等順序進行布置，即按照危險級別遞降的順序進行布置。與傳統(tǒng)的單層系脫水站相比，雙層系脫水站通過流程優(yōu)化、裝置集成，將供電、通信、熱工等系統(tǒng)設(shè)施共用。創(chuàng)新采用錯層法及站場邊緣等高線法確定場地標(biāo)高，解決地形破碎高差大的難題，因地制宜的根據(jù)等高線形狀、軸對稱線方向，布置及確定場地標(biāo)高，實現(xiàn)站場與地形緊密結(jié)合，減少不必要的填挖土方，可有效縮減征地面積及建設(shè)投資。

圖14 雙層系智能化橇裝脫水站現(xiàn)場Fig.14 Double-layer intelligent skid-mounted dewatering station site

3 結(jié)論

通過采用雙層系智能化橇裝脫水站技術(shù)，油氣集輸系統(tǒng)、水處理及注水系統(tǒng)各項指標(biāo)均達到了國際或國內(nèi)先進水平，具有功能集成、結(jié)構(gòu)橇裝、操作智能、管理數(shù)字化等特點。通過實際應(yīng)用，減少了輸油泵房、計量間、加藥間、配電室等生產(chǎn)用房，僅保留注水泵房，相比同規(guī)模聯(lián)合站橇裝化程度由46%提高到93%，縮減征地面積13%，降低了建設(shè)投資，優(yōu)化了駐站人員數(shù)量，有效降低了員工勞動強度。