油田單井井場配管優(yōu)化設(shè)計

桑玉希，程浩力，劉 暢，郭雨濤

(中國石油工程建設(shè)有限公司北京設(shè)計分公司，北京 100085)

0 引言

油氣田地面工程中，單井產(chǎn)品通過集輸管道輸送到集油集氣站，之后輸送到聯(lián)合站及處理站進(jìn)行加工處理。本文結(jié)合工程實例，介紹了伊拉克某油田單井設(shè)計的部分優(yōu)化，為其他項目提供借鑒。

1 單井配管方案優(yōu)化

伊拉克某油田一期開發(fā)約40口單井，單井的配管工作范圍是從采油樹出口至井場圍欄外10 m。井場內(nèi)管道布置主要包括2個區(qū)域：井口區(qū)域和發(fā)球筒區(qū)域?？紤]到井場的通車需求、操作及檢修的方便性、降低施工費(fèi)用和布置的整潔性，井口同發(fā)球筒區(qū)域多采用埋地管線進(jìn)行連接。井場內(nèi)的埋地管線采用三層聚丙烯防腐管以減少現(xiàn)場的施工量。井口區(qū)域包含了必要的壓力溫度測量、吹掃、取樣、排污等相應(yīng)裝置。發(fā)球筒區(qū)域包含為發(fā)球筒及移動式測試分離器預(yù)留的閥門。管道從發(fā)球筒區(qū)域離開，經(jīng)過6D彎頭入地，出井場后和站外線路管道相連。

1.1 閥井中閥門的布置

當(dāng)埋地敷設(shè)的管道需要設(shè)置閥門時，有些情況需要設(shè)計相應(yīng)的閥井[1]。閥井的設(shè)置不僅可以及時開關(guān)相應(yīng)的管段，還便于檢查、檢修作業(yè)的進(jìn)行。閥井中閥門的布置是閥井建設(shè)考慮的主要問題之一，閥井內(nèi)閥門布置有水平布置和垂直布置2種方式(圖1)，不同的布置方式需要考慮不同的設(shè)置問題[2]。閥門水平布置需要考慮閥門是否增加加長桿使其改為更加方便的地上操作模式；支撐閥門時，選擇支撐閥體或支撐法蘭；當(dāng)多個閥門公用1個閥井時，閥間距的設(shè)置問題等。閥門的垂直布置要考慮閥桿的方向，以方便操作；出入閥井的操作及檢修梯同閥門及管道的間距需要要保證人員操作便利；閥門的支撐選擇位置等。閥井的設(shè)計過程中還需要注意閥井兩側(cè)預(yù)留的穿管孔洞大小多比穿越管徑尺寸大兩級；管道和閥門是否有保溫以及保溫安裝要求；閥門螺栓的抽芯長度等[3]。

圖1 閥井內(nèi)閥門水平和垂直布置模式

項目中的管道進(jìn)入地面離開井口區(qū)域前設(shè)置了一個球閥，球閥布置在閥井中并采用了垂直布置的方式。帶有閥門的管道由上而下進(jìn)入閥井內(nèi)部，再通過閥井一端進(jìn)入地下。通常情況下，閥井內(nèi)會布置檢修梯和積水坑，為便于操作，將閥門的操作手柄一般緊鄰檢修梯布置。為增加操作人員操作空間，在不增加閥井大小情況下，將管道位置偏離閥井中心線布置(圖2)。通過優(yōu)化，增加了檢維修作業(yè)時的操作空間，為現(xiàn)場工作人員的檢維修提供了便利。

(a)優(yōu)化前(b)優(yōu)化后圖2 閥井內(nèi)配管布置3D模型

1.2 絕緣接頭前后加支撐

為了避免站外埋地管線陰極保護(hù)直流電源對站內(nèi)管道和設(shè)備的影響，減少電化學(xué)腐蝕，通常進(jìn)出站管線入土前或出土后要添加絕緣接頭[4-6]。項目采用了工程實踐中普遍采用的整體型絕緣接頭，它由短節(jié)、上下接頭、套筒、絕緣墊片、密封件、填充材料等組成。絕緣接頭中的非金屬組件非常脆弱且易被破壞[7-12]，由此導(dǎo)致絕緣接頭失效及泄漏。

為了減少焊縫、節(jié)省材料，一些項目將出入地的彎管和絕緣接頭直接焊接，靠近絕緣接頭前后不加支撐，損壞絕緣接頭，增加了絕緣接頭的消耗。由于管道位移導(dǎo)致的應(yīng)力問題常使得絕緣接頭內(nèi)部非常脆弱的非金屬材料因變形而被破壞(圖3)。針對以往項目出現(xiàn)的問題，對絕緣接頭安裝進(jìn)行了設(shè)計優(yōu)化，絕緣接頭同彎管之間增加直管段，時在絕緣接頭兩側(cè)直管段上加上支撐，從而起到對絕緣接頭的保護(hù)作用(圖4)。

圖3 進(jìn)出地管道受力分析圖

圖4 絕緣接頭前后加支撐示意圖

1.3 井口區(qū)域采用模塊化設(shè)計

模塊化設(shè)計在油氣田地面建設(shè)工程中是熱點(diǎn)技術(shù)。采用模塊設(shè)計可以有效提高設(shè)計、采辦及施工效率。現(xiàn)場采用模塊化安裝方式減少了各工序的交叉作業(yè)，提高了施工作業(yè)安全性并顯著縮短了整個項目工期。它已經(jīng)是油田地面工程實現(xiàn)降本增效和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要方法[13-14]。油田井口區(qū)域組成部分相對固定，通常包含取樣、溫度壓力測量、吹掃、加藥、排污等部分。為減少設(shè)計和現(xiàn)場施工的工作量并達(dá)到節(jié)約成本的目的，項目井口部分采用了模塊化設(shè)計。

井口模塊化設(shè)計過程遇到的關(guān)鍵問題是模塊化部分起始位置選取。由于模塊化設(shè)計的部分裝置是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制及施工，采用模塊化的部分可以不改變結(jié)構(gòu)，在任何井口進(jìn)行典型安裝，因此，井場區(qū)域管道及裝置采用模塊化設(shè)計的區(qū)域要求既能夠包含所有井口的共同特點(diǎn)，又有可調(diào)整的空間兼顧每個井口的不同之處[15]。

本項目中，油田井口區(qū)域的模塊化設(shè)計部分從采油樹Tie-in點(diǎn)開始到閥井上部彎頭前結(jié)束(圖5)。整個模塊的長寬高為3.4 m×0.8 m×0.8 m。由于采油樹不同分支的Tie-in點(diǎn)的高度不同，井口模塊大小固定不變，所以需要利用閥井部分豎直向的直管段來調(diào)整因采油樹接口高度不同造成的高差。模塊化裝置上需要考慮是否預(yù)留閥門，以方便其他臨近井場管線接入。

圖5 井口區(qū)域模塊示意圖

2 結(jié)束語

井場單井管道及裝置在整個集輸系統(tǒng)中相對簡單，因此設(shè)計優(yōu)化工作也更容易實施。本文通過對井場閥井中閥門垂直偏心布置、絕緣接頭前后加支撐、井口區(qū)域進(jìn)行模塊化設(shè)計方面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，并將這些改進(jìn)措施應(yīng)用到項目所有井場單井管線設(shè)計中，達(dá)到了降本增效的目的。單井井場配管設(shè)計過程中仍有大量需要優(yōu)化和注意的問題，例如收發(fā)球筒預(yù)留閥門和三通之間直管段的預(yù)留間距的優(yōu)化，不同類型井場模塊化設(shè)計的通用性改進(jìn)等仍需要在大量實踐的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析。