XB油田地面系統(tǒng)耗氣控制措施及形勢對策分析

王明信 霍長虹 夏林 周哲 王中專 馮海泉

1大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠

2中國石油渤海鉆探工程有限公司油氣合作開發(fā)公司

XB 油田位于大慶長垣中部，具有油井多、單井產(chǎn)液量低的特點(diǎn)，集輸單耗相對較高，且由于開發(fā)規(guī)模不斷擴(kuò)大，地面系統(tǒng)耗氣設(shè)備總數(shù)隨之增加，耗氣總量逐漸升高。隨著油田節(jié)能降耗、提質(zhì)增效的需求日益增大[1]，能耗控制顯得尤為重要。為此，XB 油田地面系統(tǒng)在控制天然氣消耗方面采取了一系列措施，并積極分析耗氣形勢，提前制定對策，從而達(dá)到降低地面設(shè)備耗氣的目的。

1 地面系統(tǒng)耗氣現(xiàn)狀

截至2020 年底，XB 油田已建油井9 127 口，單井集輸工藝以雙管摻水為主，占總井?dāng)?shù)的94.94%。為保證原油正常集輸，集輸系統(tǒng)主要采用以天然氣為燃料的摻高溫水集輸工藝。目前，XB油田共有各類加熱爐466臺，是天然氣消耗的最主要設(shè)備，此外共有115 座食堂使用燃?xì)庠睢?020年，XB油田累計(jì)消耗天然氣1.86×108m3，其中轉(zhuǎn)油站耗氣量占比77%，聯(lián)合站耗氣量占比12%，生活耗氣量占比11%。由耗氣量占比可以看出，站外油井摻水熱洗耗氣是天然氣消耗的最主要組成部分。

2 控制措施

2.1 系統(tǒng)優(yōu)化簡化，源頭控制用氣消耗

2.1.1 持續(xù)開展系統(tǒng)優(yōu)化，降低耗氣

（1）產(chǎn)能區(qū)域。“十三五”期間，XB油田進(jìn)行了杏七區(qū)東部及中部的開發(fā)建設(shè)，在地面系統(tǒng)規(guī)劃上，充分利用剩余能力，優(yōu)化站庫建設(shè)布局，減少新建站庫數(shù)量[2]。在能力利用上，水驅(qū)新建產(chǎn)能全部進(jìn)入已建站庫，共利用8 座轉(zhuǎn)油站、3 座脫水站、3 座注水站、4 座污水站的剩余能力，實(shí)現(xiàn)了水驅(qū)新建產(chǎn)能無新增大中型站庫；在新建站庫布局上，相鄰區(qū)塊相同功能的站庫合一建設(shè)，不同功能的站庫聯(lián)合建設(shè)，僅新建大型聯(lián)合站2座，有效控制了站點(diǎn)和隊(duì)點(diǎn)數(shù)量。通過采取以上措施，產(chǎn)能區(qū)域減少耗氣站場8座，年均減少耗氣100×104m3。

（2）非產(chǎn)能區(qū)域。受原油產(chǎn)量遞減、三采開發(fā)階段性等因素影響，部分系統(tǒng)出現(xiàn)低效高耗的問題，XB 油田大力實(shí)施老系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整，優(yōu)化系統(tǒng)整體布局，減少耗氣站庫。

脫水系統(tǒng)：針對部分脫水站外輸油管道低輸高耗問題，結(jié)合天然氣公司杏三原穩(wěn)核減，進(jìn)行原油外輸方向調(diào)整，降低外輸耗氣。杏三脫外輸方向由杏三原穩(wěn)調(diào)整至杏十一脫，與杏十一脫外輸油一并輸往杏九脫；杏二脫外輸方向由杏三原穩(wěn)調(diào)整至杏九脫，并將管道外徑由219 mm核減為159 mm。調(diào)整后，脫水系統(tǒng)年均外輸耗氣量減少50×104m3。

轉(zhuǎn)油系統(tǒng)：針對位置相鄰的水驅(qū)轉(zhuǎn)油站與聚驅(qū)轉(zhuǎn)油站，在含聚濃度下降后優(yōu)化調(diào)整，將后續(xù)水驅(qū)區(qū)塊內(nèi)運(yùn)行年限長、老化嚴(yán)重的水驅(qū)轉(zhuǎn)油站負(fù)荷轉(zhuǎn)移到設(shè)施狀況好、負(fù)荷低的聚驅(qū)后轉(zhuǎn)油站，核減老化水驅(qū)轉(zhuǎn)油站；針對開井?dāng)?shù)較少、處理負(fù)荷小、運(yùn)行能耗高、無優(yōu)化調(diào)整空間的轉(zhuǎn)油站，在調(diào)整站庫所轄區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)油井采油方式及集輸方向的基礎(chǔ)上，實(shí)施轉(zhuǎn)油站關(guān)停[3]。“十三五”期間，XB 油田共核減轉(zhuǎn)油站2 座，放水站1 座，44 口油井轉(zhuǎn)提撈，優(yōu)化調(diào)整后，轉(zhuǎn)油系統(tǒng)耗氣量年均減少165×104m3。

污水系統(tǒng)：統(tǒng)籌考慮開發(fā)安排及區(qū)域負(fù)荷變化，大力實(shí)施系統(tǒng)優(yōu)化合并，“十三五”期間，關(guān)停規(guī)模較小、老化嚴(yán)重的深度污水站1座，核減水驅(qū)污水處理站1座，優(yōu)化調(diào)整后，污水系統(tǒng)耗氣量年均減少12×104m3。

2.1.2 持續(xù)開展工藝簡化，控制耗氣

（1）單井集輸工藝簡化。站外新建采油井積極采用叢式井干管摻水集油（圖1）、“兩就近”掛接等簡化集油工藝（圖2），減少單井摻水量[4]?！笆濉逼陂g，集輸系統(tǒng)應(yīng)用簡化工藝的油井共有523口，年均減少耗氣量198×104m3。

圖1 叢式井平臺工藝Fig.1 Cluster well platform process

圖2 “兩就近”掛接工藝Fig.2 "Two nearby"hooking process

（2）采暖系統(tǒng)工藝簡化。按照2016 年最新采暖規(guī)定，通過產(chǎn)能建設(shè)、老區(qū)改造及自主改造對油水泵房、計(jì)量間等建筑取消采暖。其中原油集輸系統(tǒng)針對油水泵房、容器操作間、計(jì)量間等場所取消采暖27 處，注水污水系統(tǒng)針對升壓罐閥室、外輸閥室等場所取消采暖10處?！笆濉逼陂g共減少采暖面積11 029 m2，年均減少耗氣量46.2×104m3。

接下來,利用{s,R+}和{的典則反交換關(guān)系(2.5)、典則交換關(guān)系(2.6)及冪零性(2.7),構(gòu)造L2(Γ;η)上以Γ為指標(biāo)的酉算子群。

2.2 應(yīng)用節(jié)氣技術(shù)，降低節(jié)點(diǎn)消耗

2.2.1 推進(jìn)能量系統(tǒng)優(yōu)化工程

“十三五”期間，為深度挖掘集輸系統(tǒng)節(jié)能潛力，結(jié)合中國石油規(guī)劃總院，開展《油田地面工程能量系統(tǒng)優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用》，為集輸系統(tǒng)低能耗生產(chǎn)提供了技術(shù)手段。在單井摻水方面，創(chuàng)新了能量均衡理論，轉(zhuǎn)變單純降溫觀念，由以往的前端降溫集輸，轉(zhuǎn)變?yōu)椤岸c(diǎn)、推起點(diǎn)”，通過確定脫水站最低來液溫度，逐級推導(dǎo)前端轉(zhuǎn)油站、計(jì)量間及單井的最低輸送溫度，指導(dǎo)集輸過程用能最優(yōu)。同時，為利于現(xiàn)場操作，研發(fā)了仿真建模軟件[5]，通過導(dǎo)入數(shù)據(jù)源，自動建立站外集輸模型，實(shí)現(xiàn)了逐井確定摻水量，逐站確定加熱溫度，為摻水系統(tǒng)精細(xì)化運(yùn)行調(diào)整提供了指導(dǎo)依據(jù)。采取“試點(diǎn)探索、逐步推廣”模式，先后對38 座轉(zhuǎn)油站推廣優(yōu)化方法，全廠水驅(qū)轉(zhuǎn)油站實(shí)現(xiàn)“一井一參數(shù)，一站一方案”。通過精細(xì)摻水管理，摻水規(guī)模得到顯著控制，累計(jì)降低摻量619×104m3，集輸耗氣連續(xù)四年下降，累計(jì)節(jié)氣2 785×104m3。

2.2.2 推廣應(yīng)用加熱爐提效新工藝

（1）爐況優(yōu)化技術(shù)。針對部分加熱爐排煙溫度高，空燃比不能動態(tài)調(diào)整導(dǎo)致爐效低的問題，引進(jìn)了加熱爐爐況優(yōu)化技術(shù)，通過實(shí)時檢測加熱爐排煙溫度、氧含量、環(huán)境溫度、爐膛壓力、燃?xì)饬髁?、進(jìn)出口溫度等生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)，實(shí)時監(jiān)控加熱爐熱效率和燃燒負(fù)荷，動態(tài)調(diào)整燃燒器及煙道擋板開合，確保加熱爐在最優(yōu)工況下運(yùn)行[6]。“十三五”期間先后在10 座轉(zhuǎn)油站應(yīng)用33 套加熱爐，調(diào)整后排煙溫度降低53 ℃，過?？諝庀禂?shù)降低至1.1，平均爐效升高10.68%，年節(jié)氣能力達(dá)191×104m3。

（2）加熱爐完整性管理技術(shù)。針對加熱爐信息化管理水平相對較低的問題，結(jié)合產(chǎn)能建設(shè)引進(jìn)了加熱爐完整性管理技術(shù)，該技術(shù)由爐效優(yōu)化系統(tǒng)、室內(nèi)分控系統(tǒng)、完整性管理集控裝置三部分組成，具有爐效優(yōu)化管理、漏液檢測保護(hù)、自動點(diǎn)火熄火、高溫預(yù)警、敏感區(qū)域視頻監(jiān)控等功能，保證加熱爐安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行[7]。在2018年產(chǎn)能項(xiàng)目中有23 臺加熱爐安裝應(yīng)用完整性管理平臺，通過應(yīng)用該平臺，有效提高了加熱爐運(yùn)行效率與信息化管理水平，平均爐效提升8%以上，年節(jié)氣能力達(dá)100×104m3。

（3）加熱爐煙氣余熱回收技術(shù)。為利用加熱爐排放煙氣余熱[8]，通過改進(jìn)加熱爐煙囪結(jié)構(gòu)，將高溫余熱煙氣引入加熱爐進(jìn)水段，實(shí)現(xiàn)被加熱介質(zhì)提前預(yù)熱。2020年，在3臺加熱爐應(yīng)用該技術(shù)，平均提高加熱爐運(yùn)行效率5%，年節(jié)氣能力達(dá)8×104m3。

2.3 精準(zhǔn)管理

（1）嚴(yán)抓區(qū)域整體運(yùn)行管理，精控干氣消耗。實(shí)施“廠-礦-隊(duì)”三級專人管理，通過制定獎懲機(jī)制，細(xì)化指標(biāo)分解，強(qiáng)化過程管控，優(yōu)化整體運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)層層有壓力，全員降消耗。通過精細(xì)管控，“十三五”期間，干氣消耗均優(yōu)于計(jì)劃指標(biāo)，且2020年與2016年相比減少干氣消耗1765×104m3。

（3）狠抓關(guān)鍵設(shè)備能耗管理，促進(jìn)設(shè)備高效運(yùn)行。加熱爐是油田耗氣的最主要設(shè)備，因此XB 油田加強(qiáng)加熱爐精細(xì)化管理，統(tǒng)籌監(jiān)測與防護(hù)，做到管理與提效并重。在清淤管理上，明確水驅(qū)區(qū)塊加熱爐1 次/年，三采區(qū)塊加熱爐2 次/年的清淤周期，定期開展清淤工作；建立預(yù)防檢測機(jī)制，并針對不同區(qū)塊制定不同的檢測周期，及時消除加熱爐運(yùn)行隱患；強(qiáng)化廠、礦、隊(duì)三級除垢管理，嚴(yán)格控制排煙溫度在180～220 ℃，并適時更換老舊低效燃燒器，不斷優(yōu)化加熱爐運(yùn)行工況。

3 取得的效果

“十三五”期間，將技術(shù)與管理工作深度融合，在油田開發(fā)規(guī)模不斷擴(kuò)大，油井?dāng)?shù)量增加1 200口的情況下，XB油田集輸耗氣與噸液耗氣得到顯著控制。如圖3、圖4 所示，集輸耗氣實(shí)現(xiàn)連續(xù)四年“負(fù)增長”，噸液耗氣實(shí)現(xiàn)“三連降”。

圖3 集輸耗氣變化情況Fig.3 Gas consumption changes in gathering and transportation

圖4 集輸噸液耗氣變化情況Fig.4 Gas consumption changes per ton of liquid in gathering and transportation

4 形勢及對策

預(yù)計(jì)“十四五”期間，產(chǎn)能規(guī)模不斷擴(kuò)大（圖5、圖6），油田產(chǎn)液量逐年上升，產(chǎn)油量逐步下降，地面系統(tǒng)耗氣呈剛性增長，能耗管控難度逐年加大。同時，XB 油田具有油井多、單井產(chǎn)液量低的特點(diǎn)，2020年平均單井產(chǎn)液19.01 t/d，與長垣老區(qū)其他采油廠相比處于較低水平，因此導(dǎo)致運(yùn)行單耗相對較高。

圖5 產(chǎn)液量情況預(yù)測Fig.5 Prediction of liquid production

圖6 集輸耗氣情況預(yù)測Fig.6 Prediction of gas consumption in gathering and transportation

針對這些問題，可采取以下解決對策：

（1）持續(xù)開展系統(tǒng)優(yōu)化及工藝簡化，控制源頭消耗。產(chǎn)能區(qū)域充分利用系統(tǒng)已建剩余能力，預(yù)計(jì)“十四五”期間新建產(chǎn)能主要集中在杏七區(qū)西部，地面建設(shè)過程中，做好能力優(yōu)化利用，對于轉(zhuǎn)油能力不足部分，依托已建站合一建設(shè)，減少新增耗氣站庫；無產(chǎn)能區(qū)域大力實(shí)施系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整，規(guī)劃對低負(fù)荷區(qū)域轉(zhuǎn)油、脫水、污水、注水站庫實(shí)施“關(guān)、停、并、轉(zhuǎn)”優(yōu)化措施，預(yù)計(jì)減少耗氣站場9座，年均減少耗氣100×104m3。

（2）深挖節(jié)能潛力，降低系統(tǒng)消耗。擴(kuò)大能量系統(tǒng)優(yōu)化工程推廣規(guī)模，從水驅(qū)轉(zhuǎn)油站逐漸推廣到三采轉(zhuǎn)油站，同時要抓好關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的監(jiān)管，確保優(yōu)化方法執(zhí)行到位，保障推廣的節(jié)氣效果；積極推進(jìn)光熱利用工程、余熱工程等新能源項(xiàng)目的實(shí)施，探索清潔能源技術(shù)[10]，減少天然氣消耗。

5 結(jié)束語

（1）在地面系統(tǒng)運(yùn)行過程中，隨著油田生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，耗氣需求逐漸增加，而在地面系統(tǒng)耗氣中，站外油井摻水熱洗耗氣占比最重。

（2）油田地面系統(tǒng)控制耗氣要多措并舉，在地面規(guī)劃上要積極推進(jìn)系統(tǒng)優(yōu)化，采用簡化工藝，從源頭減少耗氣設(shè)備；推廣應(yīng)用先進(jìn)的節(jié)氣方法及節(jié)氣設(shè)備，從節(jié)點(diǎn)控制天然氣消耗；實(shí)施精細(xì)管理，從運(yùn)行挖潛節(jié)氣潛力。通過采取以上措施，可有效控制天然氣消耗總量。

（3）耗氣控制工作需長期開展，并結(jié)合開發(fā)形勢及政策變化不斷調(diào)整工作思路及方法，在現(xiàn)有技術(shù)挖潛空間較小的情況下可積極探索新能源技術(shù)的應(yīng)用。