陜北某區(qū)塊氣田中低壓集輸站場標(biāo)準化設(shè)計

摘" " 要：在氣田開發(fā)建設(shè)中，為適應(yīng)大規(guī)模建產(chǎn)、滾動開發(fā)的需求，提出了氣田標(biāo)準化建設(shè)理念：以高質(zhì)量、高效率、低成本為目標(biāo)，以橇裝化、模塊化、工廠化設(shè)計為核心，對重復(fù)性、通用性、批量性的產(chǎn)能建設(shè)內(nèi)容進行標(biāo)準化設(shè)計。通過對氣田地面工程的集輸工藝、設(shè)計規(guī)模、建設(shè)內(nèi)容進行歸納和優(yōu)化，形成針對中低壓集輸工藝的站場標(biāo)準化設(shè)計，內(nèi)容包括：井口設(shè)備采用一體化集成裝置，站場工藝流程、平面布置及輔助設(shè)施等方面實施標(biāo)準化設(shè)計；處理廠采用分解和組合的模塊化設(shè)計，按照功能分為12個單元，各單元細化為數(shù)個獨立小型模塊，單元之間既相互獨立又相互聯(lián)系，模塊化設(shè)計為工廠化預(yù)制奠定了基礎(chǔ)。標(biāo)準化設(shè)計加快了氣田地面建設(shè)速度，提高了地面建設(shè)水平，實現(xiàn)了節(jié)約建設(shè)成本的目的。

關(guān)鍵詞：氣田集輸；站場；標(biāo)準化；模塊化；設(shè)計

Standardized design of medium and low pressure gathering and transportation stations in a gas field of a block at northern Shaanxi

YANG Taotao1， FANG Zhou1， ZOU Wei2， MA Tao1， DING Chi1

1. Shaanxi Botian Energy Saving Environmental Technology Co.， Ltd.， Xi′an 710018， China

2. Shale Oil Development Branch of PetroChina Changqing Oilfield Company， Qingyang 745000， China

Abstract：In the development and construction of gas fields， to meet the needs of large-scale production and rolling development， the concept of gas field standardized construction was proposed. With the goal of high quality， high efficiency， and low cost， and with the core of skid-mounted unit， modularization， and industrialized design， standardized design was carried out for repetitive and universal capacity construction content in batches. By summarizing and optimizing the gathering and transportation process， design scale， as well as construction content of gas field surface engineering， a standardized design for medium and low pressure gathering and transportation stations was formed. The design includes an adaptation of integrated wellhead equipment， as well as a standardized design of station process flow， plane layout， and auxiliary facilities. The processing plant adopts a modular design of decomposition and combination， divided into 12 units according to their functions. Each unit is subdivided into several independent small modules， and the units are both independent and interconnected. Modular design has laid the foundation for factory prefabrication. The standardized design has accelerated gas field surface construction， improved surface construction level， and achieved construction cost saving goals.

Keywords：gas field gathering and transportation; station; standardization; modularization; design

DOI：10.3969/j.issn.1001-2206.2024.05.007

近年來，隨著我國氣田大規(guī)模開發(fā)建設(shè)，鄂爾多斯陜北某區(qū)塊開發(fā)正值快速上產(chǎn)時期，區(qū)塊按照地上地下一體化整體部署、集中評價、分布實施、滾動開發(fā)的模式[1]，每年新建十幾座集氣站、近千口接氣井。批量性、通用性、可重復(fù)性的產(chǎn)能建設(shè)內(nèi)容量大且任務(wù)繁重，通過對氣田地面工程的集輸工藝、設(shè)計規(guī)模、建設(shè)內(nèi)容進行總結(jié)和優(yōu)化，形成標(biāo)準化的流程和平面布局。井場采氣設(shè)備采用一體化集成裝置；集氣站采用橇裝拆分拼接組合方式；處理廠按單元分解、模塊化、工廠化組合的方式。為了同時滿足建設(shè)質(zhì)量、建設(shè)速度、建設(shè)規(guī)模的三重需要，氣田地面建設(shè)必須進行“標(biāo)準化設(shè)計、模塊化建設(shè)”的集成創(chuàng)新[2]。通過積極研究、創(chuàng)新和實踐項目集成化、標(biāo)準化應(yīng)用技術(shù)，實現(xiàn)了提高工程質(zhì)量、縮短建設(shè)工期、節(jié)約建設(shè)成本、安全環(huán)保效果顯著的目標(biāo)[3]。

1" " 中低壓集輸站場標(biāo)準化設(shè)計

1.1" " 井場設(shè)計

1.1.1" " 井場工藝

井場采氣裝置具有調(diào)控氣井產(chǎn)量、調(diào)控天然氣的輸送壓力、防止天然氣生成水合物等3種功能[4]。根據(jù)陜北某區(qū)塊氣井分布廣、井?dāng)?shù)多、單井產(chǎn)量低的特點，結(jié)合區(qū)域內(nèi)已形成較為成熟的中低壓集氣工藝，井場采用“井下節(jié)流的中低壓集氣工藝”[5]。井場工藝流程見圖1，天然氣自井下節(jié)流套管采出，經(jīng)計量智控閥、緊急關(guān)斷閥（閥前為高壓，閥后為中低壓）后，進入采氣管道并輸送至集氣站。井場工藝流程通用化，按照單井單裝置、一體化集成的設(shè)計原則，所有井口采用相同或相似的配置，簡化了工藝設(shè)計，形成了標(biāo)準化井口采氣橇。同時，可將廢棄井場的采氣裝置重新用于其他井場，有效地減少了資產(chǎn)閑置，降低了總體建設(shè)和維護成本。

1.1.2" " 井場平面設(shè)計

鄂爾多斯陜北某區(qū)塊井場鉆井初期已平整，僅在井場四周邊界設(shè)置梯形土堤，上底寬0.3 m，下底寬0.5 m，高0.4 m。為防止工藝設(shè)施遭動物破壞，在井口及采氣裝置四周設(shè)置防翻越鐵藝圍欄，一井式井場圍欄長×寬×高為10 m×15 m×2.2 m（斜網(wǎng)長0.4 m）。氣田井場一般為叢式井，每增加一口井，圍欄長度方向增加10 m或邊緣井向外擴5 m。采氣樹、采氣裝置及進站道路采用碎石鋪砌，方便巡檢及維修。井場平面布置根據(jù)功能分為生產(chǎn)區(qū)（采氣樹及采氣裝置）和輔助生產(chǎn)區(qū)（太陽能系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)等）2個區(qū)域，太陽能系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)布置于光照較好的安全區(qū)域，三井式叢式井井場鳥瞰圖見圖2。

1.1.3" " 井場太陽能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計

井場一般位于人員稀少地區(qū)，電網(wǎng)覆蓋較弱。根據(jù)井場數(shù)量多、分布廣、用電負荷小的特點，采用太陽能發(fā)電系統(tǒng)為井場RTU（遠程終端設(shè)備，用于遠程數(shù)據(jù)采集和控制，如壓力、溫度、流量等數(shù)據(jù)采集并上傳至集氣站，同時可對計量智控閥進行遠程啟停）及監(jiān)控系統(tǒng)提供穩(wěn)定、可靠電源，且可以降低用電成本和節(jié)能減排。根據(jù)鄂爾多斯陜北某區(qū)塊太陽能輻射、井場用電負荷及用電特性，按照無日照放電時間7 d進行標(biāo)準化設(shè)計。太陽能系統(tǒng)主要由光伏方陣（容量300 Wp多晶硅光伏電池板）、鉛酸蓄電池（2V、1 500 Ah蓄電池組）和系統(tǒng)控制器組成，采用 DC+24V 配電系統(tǒng)。一井式井場根據(jù)用電負荷需要10塊太陽能板，每增加一口井太陽能板增加2塊，不同類型井場蓄電池數(shù)量及太陽能板數(shù)量標(biāo)準見表1 。

1.2" " 集氣站設(shè)計

1.2.1" " 集氣站工藝

集氣站的主要功能為收集氣井的天然氣，然后對其進行常溫分離、增壓、清管外輸計量。根據(jù)已開發(fā)氣田現(xiàn)狀、開采年限及目前氣田建設(shè)需求，經(jīng)優(yōu)化簡化后，鄂爾多斯陜北某區(qū)塊形成統(tǒng)一的中低壓集輸工藝：“井下節(jié)流、井口不加熱、不注醇、井間串接、帶液計量、中低壓集氣、常溫分離、二級增壓、集中處理”[6-7]。集氣站工藝（見圖3）：采氣管道來氣進入進站閥組（總機關(guān)）后，經(jīng)段塞流捕集器、生產(chǎn)分離閃蒸罐進行氣液分離，再經(jīng)壓縮機組增壓，增壓后的天然氣計量外輸。生產(chǎn)排出的污水進入采出水罐，定期拉運至污水處理廠處理。設(shè)備、管道放空氣進入放空分液罐，經(jīng)分離閃蒸后排放至放空火炬。工藝流程的統(tǒng)一化使集氣站的工藝流程和設(shè)備選型基本一致，為集氣站標(biāo)準化設(shè)計奠定了基礎(chǔ)[8-9]。

集氣站規(guī)模：根據(jù)氣口已開發(fā)區(qū)塊集氣站的運行情況，結(jié)合氣藏相關(guān)資料，優(yōu)化站場數(shù)量，統(tǒng)一集氣站規(guī)模，將集氣站規(guī)模劃分為3種，分別為50 × 104 、70 × 104 、100 × 104" m3/d（標(biāo)準狀態(tài)下的體積）的集氣站。對不同規(guī)模的設(shè)備進行定型化設(shè)計，規(guī)?；少?，可以達到縮短建造工期、提高建設(shè)質(zhì)量的目的[10-11]。

1.2.2" " 集合站平面布置

平面布置遵循流程順暢、減少占地面積、布局統(tǒng)一的原則，根據(jù)功能和運行特性，將集氣站分成生產(chǎn)區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、放空區(qū)3個功能區(qū)。生產(chǎn)區(qū)南北并列布置，中間通過道路進行區(qū)塊分隔，一側(cè)為主工藝區(qū)，另一側(cè)為污水罐區(qū)，生產(chǎn)區(qū)盡頭設(shè)計“T”形消防車道及逃生門1樘，既方便檢維修又滿足消防通道要求；考慮壓縮機組運行噪音較大，值班室、監(jiān)控室等人員活動頻繁區(qū)域布置在壓縮機最遠端；生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)裝置根據(jù)產(chǎn)品的流向進行布置，使管道短捷、工藝順暢。裝車鶴管布置在主入口站內(nèi)道路西側(cè)，便于拉運車輛裝卸污水。各功能區(qū)標(biāo)準化設(shè)計如下。

生產(chǎn)區(qū)：主要包括壓縮機區(qū)、主工藝區(qū)、污水罐區(qū)、污水裝車區(qū)。

輔助生產(chǎn)區(qū)：包括輔助生產(chǎn)用房、燃氣發(fā)電機、水源井、柱上變壓器、廢舊勞保間等。

放空區(qū)：布置于站場生產(chǎn)區(qū)最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)地勢較高處，采用鐵藝圍墻圍成獨立區(qū)域，規(guī)模為15 m × 15 m（征地紅線外放2 m），距離站內(nèi)密閉工藝裝置不應(yīng)小于90 m。

工程用地：標(biāo)準50×" 104" m3/d集氣站總征地面積約為6 760 m2（不含進站道路），其中站場征地6 400 m2，火炬設(shè)施征地360 m2。標(biāo)準70 × 104" m3/d集氣站總征地面積約為7 720 m2（不含進站道路），其中站場征地7 360 m2，火炬設(shè)施征地360 m2。標(biāo)準100 × 104" m3/d集氣站總征地面積約為8 580 m2（不含進站道路），其中站場征地8 320 m2，火炬設(shè)施征地360 m2。

根據(jù)不同建設(shè)規(guī)模的用地指標(biāo)可實現(xiàn)快速選址，從根本上解決了選址時間長導(dǎo)致建設(shè)期滯后的問題，從而可縮短建設(shè)周期，節(jié)省時間成本。同時考慮氣田多處于山區(qū)，受地形地貌影響，特殊區(qū)域集氣站只能依山而建，或者某些集氣站征地可能為不規(guī)則形狀，如“刀靶”形、“Ｌ”形，因此部分集氣站無法采用標(biāo)準化平面，該種情況下可采用區(qū)塊分割方式進行組裝拼接，以實現(xiàn)特殊地形的標(biāo)準化設(shè)計。

集氣站標(biāo)準化平面布局鳥瞰圖見圖4。

1.2.3" " 工藝設(shè)備橇裝化設(shè)計

集氣站工藝設(shè)備采用“橇裝化”與“現(xiàn)場拼裝”相結(jié)合的方式。對于中小型設(shè)備，遵循功能集成、整體采購的基本原則進行橇裝化設(shè)計，如進站閥組橇、清管收發(fā)球橇、注劑橇、自用氣橇等；對于大型罐體、工藝配管簡單的設(shè)備，采取工廠預(yù)配、現(xiàn)場組裝的基本原則進行標(biāo)準化設(shè)計，如生產(chǎn)分離裝置、放空分液罐、采出水罐等；對于氣田用大中型往復(fù)式壓縮機，因運輸及吊裝因素，采用“分體橇，現(xiàn)場拼裝”方式，通常將主電機、壓縮機機身、空冷器、輔助設(shè)備等分別單獨成橇，由設(shè)計、廠家人員現(xiàn)場指導(dǎo)安裝。橇裝化、標(biāo)準化設(shè)計可以達到設(shè)備安裝緊湊、容易搬遷、施工快捷的目的，規(guī)模化采購是提高生產(chǎn)效率和降低成本的重要手段。

1.3" " 處理廠設(shè)計

1.3.1" " 處理廠工藝

天然氣處理廠主要功能有匯集集氣站來氣、原料氣脫硫脫碳、濕凈化天然氣脫水、硫磺回收及尾氣處理、合格商品天然氣外輸。處理廠主要工藝流程：集氣干管中的天然氣進站后，經(jīng)集配氣單元計量、氣液分離進入增壓單元進行增壓，增壓至5.5 MPa（脫酸、脫水最佳運行工況為4.0～6.0 MPa）后進入脫酸單元，在脫酸單元經(jīng)混合胺液吸收后形成濕凈化氣，然后進入脫水裝置采用三甘醇脫水，脫水后的干凈化天然氣達到一類氣的質(zhì)量標(biāo)準，經(jīng)計量后外輸。

1.3.2" " 處理廠平面

處理廠平面布置因占地面積大（300 × 104 m3/d處理量，占地約10 × 104 m2；800 × 104 m3/d處理量，占地約17.3 × 104 m2）、工藝復(fù)雜，且氣田多處于山區(qū)而受地形限制，無法按標(biāo)準化平面布置。在設(shè)計時，按照功能將處理廠分為獨立的單元模塊，各單元再進行設(shè)備、管網(wǎng)細化布置。如發(fā)生平面調(diào)整或用地情況變化，只進行單元的重新組合調(diào)整。處理廠按照其功能分為12個單元：集配氣單元、脫酸單元、脫水單元、增壓單元、硫磺回收及尾氣處理單元、放空單元、污水處理及回注單元、裝卸車單元、管廊橋架單元、預(yù)留外輸首站單元、輔助生產(chǎn)設(shè)施單元（包括中控及化驗室、配電間、鍋爐房、水處理間、空氮站、應(yīng)急庫房、雨水收集等）、廠前區(qū)單元（消防站及綜合辦公樓等）。

1.3.3" " 安裝預(yù)配模塊化設(shè)計

處理廠建設(shè)過程中采用“橇裝化、模塊化、工廠化”相結(jié)合的方式。在設(shè)計時，對于集配氣、污水處理回注、脫水等單元，因其功能相對獨立、設(shè)備尺寸相對較小，故采用橇裝化現(xiàn)場組裝方式；對于主工藝脫酸、增壓等單元，因其電氣儀表、工藝管路較多，非標(biāo)設(shè)備多，且彼此關(guān)聯(lián)密切，所以采用模塊化設(shè)計、工廠化預(yù)制、模塊化復(fù)裝的方式；對于重復(fù)性較多的管廊基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場安裝的方式。各獨立單元界面至管廊區(qū)，各單元之間由管廊管網(wǎng)連接在一起，既相互獨立又相互聯(lián)系[8]。

模塊化深度優(yōu)化設(shè)計時，應(yīng)從主工藝裝置向輔助裝置、電氣儀表模塊化、結(jié)構(gòu)平臺等系統(tǒng)全面延伸，對不同單元設(shè)計、采購及建設(shè)實施中采取的方式進行歸納總結(jié)，本文列舉了具有代表性的集配氣、脫酸等5個單元，見表2。

2" " 應(yīng)用效果

目前，該標(biāo)準化設(shè)計已應(yīng)用在鄂爾多斯陜北某區(qū)塊的產(chǎn)能建設(shè)中，實踐證明，標(biāo)準化設(shè)計能夠加快設(shè)計和建設(shè)進度，提高工程質(zhì)量，實現(xiàn)降本增效的目的。

井場采用“無人值守、一體化集成”方式，整個區(qū)塊井口流程統(tǒng)一、井口設(shè)備一體化集成、供電系統(tǒng)根據(jù)井口數(shù)量直接調(diào)用，井場圖紙重復(fù)應(yīng)用，從而提高了圖紙重復(fù)利用率，降低了設(shè)計錯誤率，使井場設(shè)計周期縮減7 d。實現(xiàn)了規(guī)?；O(shè)備采購，縮減采購周期約20%。

集氣站采用“橇裝化、現(xiàn)場拼裝”方式，站場平面統(tǒng)一布置、優(yōu)化站場數(shù)量、統(tǒng)一集氣規(guī)模，使井場設(shè)計周期縮減10 d、設(shè)備定型化設(shè)計規(guī)?；少?，橇裝化拼裝消除了天氣和施工環(huán)境的影響，整體建設(shè)周期減少了約40 d。

處理廠采用“橇裝化、模塊化、工廠化”相結(jié)合的方式，對于復(fù)雜的脫酸單元分為9個模塊、18個單體橇，現(xiàn)場采用高強度螺栓拼接技術(shù)；對于路燈基礎(chǔ)、管廊基礎(chǔ)、閥門基礎(chǔ)、大管道支撐基礎(chǔ)等采用工廠化預(yù)制、現(xiàn)場吊運安裝技術(shù)，處理廠交付使用比計劃提前近60 d。

3" " 結(jié)束語

1）通過建設(shè)過程和生產(chǎn)運行實踐證明，對于低壓、低產(chǎn)和低滲氣田采用標(biāo)準化設(shè)計簡化后，井下節(jié)流的中低壓集氣工藝安全、可靠、經(jīng)濟、實用。標(biāo)準化設(shè)計的井場、集氣站布局統(tǒng)一規(guī)劃，工藝設(shè)備、輔助設(shè)施擺放位置統(tǒng)一。

2）標(biāo)準化設(shè)計提高了圖紙質(zhì)量，同時縮短了設(shè)計周期，是加快氣田建設(shè)的第一步，是高質(zhì)量、高效率完成氣田地面建設(shè)的堅實基礎(chǔ)。同時在標(biāo)準化設(shè)計的基礎(chǔ)上，提出各類裝置的建設(shè)方案：井場采氣裝置采用一體化集成裝置；集氣站、處理廠中小型設(shè)備采用廠家成橇整體采購方式；復(fù)雜的脫酸單元采用模塊化設(shè)計、現(xiàn)場拼裝方式；同類型數(shù)量較多、尺寸適中的模塊，采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場安裝的方式。

3）通過設(shè)備集成化、橇裝化、模塊化，實現(xiàn)氣田地面建設(shè)的標(biāo)準化設(shè)計，有利于全面提升場（廠）站自動化管理水平，為智慧化氣田場（廠）站建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]" 溫慶，張文娟，邱艷華，等. 致密氣地面建設(shè)標(biāo)準化設(shè)計[J]. 石油工程建設(shè)，2023，49（6）：34-41.

[2]" 許茜，李娜，海顯蓮. 煤層氣田地面集輸標(biāo)準化設(shè)計[J]. 天然氣工業(yè)，2014，34（8）：113-117.

[3]" 陳玉海，謝燦波，高光軍，等. “模塊化、橇裝化、工廠化”集成技術(shù)在蘇丹石油地面工程建設(shè)中的應(yīng)用[J]. 石油工程建設(shè)，2013，39（5）：33-37.

[4]" 宋世昌，李光，杜麗君. 天然氣地面工程設(shè)計[M]. 北京：中國石化出版社，2013：172.

[5]" 鄭欣. 劉銀春，薛崗，等：天然氣地面工藝技術(shù)[M]. 北京：中國石化出版社，2019：54-55.

[6]" 付雯婷，李超，李艷芳. 蘇里格氣田標(biāo)準化集氣站設(shè)計[J]. 內(nèi)蒙古石油化工，2012，38（13）：78-79.

[7]" 冉新權(quán)，朱天壽，劉祎，等. 蘇里格氣田地面系統(tǒng)標(biāo)準化建設(shè)[J]. 石油規(guī)劃設(shè)計，2008（4）：1-3.

[8]" 許茜，薛崗，周玉英，等. 沁水盆地煤層氣氣田集氣站標(biāo)準化設(shè)計的經(jīng)驗與體會[J]. 石油工程建設(shè)， 2010，36（1）：104-105.

[9]" 徐暖筑，楊兆中，李小剛，等.煤層氣管道泄漏擴散的FLUENT模擬[J].石油工程建設(shè)，2013，39（2）：12-16.

[10] 譚蕊，耿一臻，范宇，等.海外地面工程中央處理站設(shè)備配管設(shè)計實踐及特點[J].石油和化工設(shè)備，2022，25（9）：13-16.

[11] 張箭嘯，張雅茹，楊博，等. 長慶油氣田地面系統(tǒng)標(biāo)準化設(shè)計及應(yīng)用[J]. 石油工程建設(shè)，2010，36（1）：92-96.

作者簡介：

楊濤濤（1988—），男，陜西咸陽人，工程師，2015年畢業(yè)于西安石油大學(xué)石油與天然氣工程專業(yè)，碩士，現(xiàn)主要從事油氣田地面集輸及油氣儲運相關(guān)設(shè)計工作。Email：610937129@qq.com

收稿日期：2024-06-08