新疆油田一体化集成装置研发与应用

2020-12-15付蕾顾凯刘建超张超

油气田地面工程 2020年12期

付蕾顾凯刘建超张超

中油（新疆）石油工程有限公司

新疆油田地处准噶尔盆地，是新中国成立后开发建设的第一个大油田。油区分布点多面广，战线长，地形地貌涵盖戈壁、沙漠、山地、丘陵，油品包括稀油、稠油、超稠油、致密油和页岩油，产能建设区块多，地面工艺存在多种形式，使地面工程建设任务繁重，面临着有效建设时间短、投资控制难度大、管理幅度大等实际问题。20 世纪90 年代新疆油田就开始开展标准化设计工作，2008 年新疆油田推行了以“标准化设计、橇装化制造、模块化建设、科学化管理”为核心内容的“四化”管理模式，积极采用新工艺、新技术，对地面工程不断优化简化、降低投资，形成了适应新疆油田特点的“稠油模式”、“沙漠模式”、“老区模式”等标准化设计系列，由此带动橇装化、模块化装置的研发和应用，有力推进了产能建设降本增效。

2016 年，油气田地面建设系统大力推动工程建设项目标准化设计、工厂化预制、模块化施工、机械化作业、信息化管理的“五化”管理模式［1］，在此背景下，新疆油田通过技术创新，持续优化简化地面工艺，深化标准化设计工作，贯彻落实低成本开发战略，大力推广一体化集成装置研发和应用，形成了一批具有新疆油田特点的一体化集成装置，满足了油田快速高效的建设需要，推动油田工程建设模式转型升级。

1 研发历程

新疆油田一体化集成装置的研发始于2005年，经历了从单一橇装化产品小型橇装站场模块化建站的发展历程，在油气集输、油气处理、采出水处理、油田注水、公用工程等五大领域研发了55 种橇装化、一体化集成装置，实现了由简单橇装向高度集成，由有人值守向智能控制，由单一领域向多个领域的持续升级，应用领域和规模不断扩大，形成了适应新疆油田不同类型油气藏的一体化集成装置序列。

2005—2009年，主要研发油气田功能单一橇装化装置，着力在采油（气）井口、计量站、配水站、集气站、注水站、污水处理等站场应用功能相对单一的集成装置，如油井加热装置、双容积计量装置、分体计量装置、恒水配水橇、油水加药装置、注水橇、分离计量橇、加热节流橇、多功能污水处理装置、一体化供热装置等，该类装置技术成熟、功能相对单一，14年累计应用2 200余台/套。

2010—2019 年，结合本油田地面工程的建设规模及工艺流程特点，在以往应用功能相对单一的集成装置基础上，研究应用集成度高、可替代中小型站场及大型站场主要生产单元的一体化集成装置［2］，形成20 种75 个系列产品，如替代计量站的一体化自动选井计量装置，替代计量配水站的一体化自动掺水选井计量装置，替代集输系统接转站的一体化加热接转装置，替代蒸汽计量站的蒸汽分配计量装置，应用于注采井场的SAGD井口注采管汇橇，应用于大中型联合站主要生产单元的多功能处理器、超稠油高效高温仰角式预脱水装置，替代中小型站场的一体化橇装天然气处理装置、采出水一体化集成处理装置等，近10年在油田累计应用900余台/套。

2 典型一体化集成装置

2.1 稀油一体化集成装置

2.1.1 多功能处理器

设备具有油气分离、加热、原油一段脱水、原油二段脱水、水力清沙、油水界面自动控制和液位自动控制等多种功能，能够替代油田传统处理流程中的油气分离器、加热炉、三相分离器以及电脱水器，实现原油脱水过程的短流程、高效率[3]。出油能够达到含水量 0.5%，出水含油量 2 000 mg/L。装置自动化程度高，全过程可无人值守，装置节约土建费用和占地面积80%以上，节约施工周期3个月以上，整体投资降低50%，在新疆油田的沙南油田、彩南油田、环玛湖、页岩油区块推广应用。

2.1.2 一体化自动掺水选井计量装置

为满足新疆油田产能建设“多井丛-大平台-井站一体式采油平台”设计要求，在总结以往计量站、掺水橇、多通阀橇、计量橇建设经验的基础上，研发了集自动选井、掺水、计量、站控于一体的装置，其对不同工况的适应性好，性能稳定，气、液计量精确度高，广泛应用于新疆油田产能建设中（图1）。通过本装置的研发及使用，解决了计量站橇多分散、施工工作量大及对高气液比、间歇性出液井口计量难度大的问题，同时将仪控系统高度集成，实现计量站生产智能化，结构型式橇装化，适用油田滚动开发，并减少占地面积，节约占地900 m2，投资降低30%。

图1 一体化自动掺水选井计量装置Fig.1 Integrated automatic water mixing and well selection metering device

2.1.3 一体化加热接转装置

装置集加热、缓冲、接转功能于一体，将传统多座设备集成一座装置，通过站控系统对原油加热、缓冲、接转整个过程中的温度、压力、液位等参数进行检测与控制，保证装置安全运行。具有“无人值守、故障巡检、集中监控”功能，适用油田滚动开发，可搬迁利用，与常规接转站相比工程造价降低30%，节约占地约2 400 m2，在新疆油田的环玛湖、页岩油区块推广应用。

2.2 稠油一体化集成装置

2.2.1 超稠油高温高效仰角式预脱水装置

针对SAGD采出液温度高、含砂量大、油水乳化严重等特点而研发的专有设备，用于将SAGD采出液中的游离水脱出，将O/W 型乳液转化为W/O型乳液。采用仰角设计，具有动液面高、油滴浮升面积大、纯逆向流态分布、便于沉砂收集等特点，实现油气分离、油水分离、液固分离，能有效实现设备的在线清排砂处理，装置可使超稠油脱水由常规96 h 缩短至4～6 h，加药量由500 mg/L 降低至250 mg/L。该装置在新疆风城油田推广应用（图2），获得2018年度集团公司自主创新产品。

图2 超稠油高温高效仰角式预脱水装置Fig.2 Super-thickened oil high temperature and high efficiency pre-dehydrator with the angle of elevation

2.2.2 SAGD井口注采管汇橇

SAGD 井口具有出液温度高、注采工艺复杂、巡井任务频繁、冬季井场工艺管线易凝堵等特点。研发的SAGD井口注采管汇橇，将采油工艺调控系统、蒸汽高精度注入系统和井组生产状况监测系统进行了高度集成化整合，降低了现场管理难度，解决了冬季空置管段凝堵的问题，最大限度避免了热能浪费。相比传统注采井场减少占地面积75%，现场工艺安装简单，有效地缩短了现场施工周期，在新疆油田的风城油田、九7、九8油区推广应用。

2.2.3 蒸汽分配计量装置

蒸汽分配计量装置用于稠油开发注汽的分配计量。该设备具备高温高压蒸汽交接计量、自动调节、数据采集、远传控制等功能。装置采用橇装化、模块化设计，性能可靠，外形结构紧凑，方便运输。蒸汽分配计量装置可以通过合理控制注入油藏的热量，减少无效注汽，降低稠油开发的能耗，在新疆油田的风城油田、重油公司推广应用。

2.3 天然气一体化集成装置

2.3.1 加热节流橇

加热节流橇集加热、节流控压控产、燃料气调压及加热等功能于一体。装置替代现场安装的加热炉、节流阀组、燃料气供应系统，实现气井生产装置的一体化集成。具有流体加热、节流降压、数据采集、上传功能，实现井场全自动运行。与常规井场相比，井场占地面积减少8%，建设周期缩短70%，减少现场施工人员50%。在新疆油田的克拉美丽气田、呼图壁气田、玛河气田及塔里木油田推广应用。

2.3.2 乙二醇注入及再生一体化集成装置

该装置集乙二醇注入、雾化、储存、提升、过滤、换热、再生、冷却功能于一体，可完成压力、温度、流量、泵运行状态、液位等数据采集和温度自动控制、液位自动调节以及报警等功能，是集成度较高的机电一体化设备，在新疆油田的玛河气田、呼图壁气田、克拉美丽气田等推广应用。

2.3.3 一体化橇装天然气处理装置

针对边缘零散井和站场放空天然气，研发了一体化橇装天然气处理装置（图3），对天然气进行回收利用。装置具备井口加热节流、计量分离、分子筛脱水、丙烷制冷、低温分离、天然气增压、凝析油稳定、油品储存、天然气发电等功能，所有功能可以按照实际需要进行增减，满足不同工况的需要。装置采用全橇装化设计，方便搬迁，可重复使用，在新疆油田的彩南油田、石西油田等应用。

图3 一体化橇装天然气处理装置Fig.3 Integrated skid-mounted natural gas treatment unit

2.4 采出水一体化集成装置

2.4.1 采出水一体化集成处理装置

该装置（图4）适用于处理水量在5 000 m3/d以下、含油量 1 000 mg/L、悬浮物质量 300 mg/L的中小型采出水达标回注工程。装置能够实现污水处理、污水回收、污泥处理等功能，采用集成化橇装设备，可灵活组合、拆分成多功能的系统，满足油田建设多样化的要求。装置出水可达到含油量 5 mg/L、悬浮物含量 5 mg/L 指标，已在新疆油田应用。

2.4.2 采出水一体化生物处理装置

该装置（图5）是基于回转悬浮生物床处理技术研发的，采用大比表面积、密度比水轻的填料作微生物载体，填料在装置内上下回转，使微生物生长环境基本一致，获得均匀充足的养料。该装置能够实现来水温度达15～45 ℃、含油量 100 mg/L、矿化度 40 000 mg/L、悬浮物 300 mg/L、COD 3 000 mg/L 的采出水达标外排或回用注水，装置已在新疆油田的石西油田、克拉美丽气田应用。

图4 采出水一体化集成处理装置Fig.4 Integrated treatment device for produced water

图5 采出水一体化生物处理装置Fig.5 Integrated biological treatment device for produced water

2.4.3 多功能污水反应装置

该装置具备药剂混合反应、混凝沉淀的净化功能，提供净化药剂各个反应阶段的理想流态，提高废水净化效率，实现来水含油量 200 mg/L、悬浮物含量 200 mg/L，出水达到含油量 15～20 mg/L、悬浮物含量 15～20 mg/L 指标要求。装置节约土建费用和占地面积90%以上，节约施工周期3个月以上，整体投资降低50%，在新疆油田的风城油田、沙南油田及吐哈油田推广应用。

2.5 电气一体化集成装置

2.5.1 35 kV智能组合变电站

35 kV 一、二次设备集成在可移动、全封闭、恒温的箱体内，各箱体在工厂内完成安装，调试完毕后送抵现场，只需做好设备相应的基础以及进、出线的连接，即可实现快速送电。主接线形式可选，采用变电站综合自动化系统。在新疆油田的二厂六区、夏盐、玛131、车510等油区应用。

2.5.2 一体化全功能橇装配电装置

该装置专门针对油田终端供电系统设计，把分散安装的电气设备及元件集成于一套装置中，装置既解决了电子设备在严寒及酷热地区可靠性不高的问题，又解决了用电负荷需要快速投入运行的要求。在新疆的红山嘴、车排子、金龙10、七东区、八区等油田推广应用。

3 应用效果

一体化集成装置已在新疆油田产能建设中全面应用，并在老油田改造项目、安全隐患治理项目中逐步推广，范围覆盖油气集输、油气处理、采出水处理、油田注水和公用工程等，2010—2019 年累计推广应用一体化集成装置900余台/套。与常规设计相比，投资降低8%，约2.9亿元，占地面积减少30%，设计周期缩短50%，建设工期缩短47%。

（1）提升了标准化设计水平。一体化集成装置是标准化设计的落脚点和延伸[4]，装置不仅要满足工艺流程及操作的要求，还需要满足工厂预制、组装、拆分、包装、装卸、运输、现场复装及施工等条件，促进标准化设计积极采用新技术、新工艺、新材料、新设备，持续优化设计成果，为工厂化预制、模块化施工提供条件、奠定基础。

（2）有效支撑了模块化建设。工厂化预制是实现模块化施工的基础[5-6]，模块化施工是缩短工期、提高工效、降低成本和减轻工人劳动强度的有效途径[7]，是大幅降低人工成本、提高施工效率的重要措施。

（3）推进了油田建设降本增效。一体化集成装置应用减少布站级数，替代中小型站点，实现了中小型站场无人值守，大中型站场少人集中监控，节省了劳动用工；同时一体化集成装置可实现工厂预制化生产，最大程度减少项目施工现场制造加工的工作量，简化地面设施，缩短建设工期，降低工程投资和运行成本，满足油田降本增效要求。

（4）提高了工程建设质量。采用一体化集成装置，将大量的工程建造放在制造厂进行[8]，避免了天气对工程建设的影响；同时可以采用先进的施工和检测工艺，有效控制组件的焊接变形和整体组装精度，有效控制建设质量。

（5）降低了工程建设安全风险。一体化集成装置的应用，推进了模块化建设，使大量复杂工艺装置的制作由现场转入工厂，简化了现场的安全管理工作，有效防范安全环保风险，杜绝由于抢进度、赶工期等引发安全事故。与传统建设模式相比，模块化建造具有更高的安全保障优势[4]。

（6）提高了生产管理效率。一体化集成装置对重要生产参数数据进行采集，对关键设备和关键生产环节进行监测，具备智能分析、自动处理、远程控制等功能，提高了生产效率，促进了管理方式的转变。