新疆油田一體化集成裝置研發(fā)與應(yīng)用

付蕾 顧凱 劉建超 張超

中油（新疆）石油工程有限公司

新疆油田地處準噶爾盆地，是新中國成立后開發(fā)建設(shè)的第一個大油田。油區(qū)分布點多面廣，戰(zhàn)線長，地形地貌涵蓋戈壁、沙漠、山地、丘陵，油品包括稀油、稠油、超稠油、致密油和頁巖油，產(chǎn)能建設(shè)區(qū)塊多，地面工藝存在多種形式，使地面工程建設(shè)任務(wù)繁重，面臨著有效建設(shè)時間短、投資控制難度大、管理幅度大等實際問題。20 世紀90 年代新疆油田就開始開展標準化設(shè)計工作，2008 年新疆油田推行了以“標準化設(shè)計、橇裝化制造、模塊化建設(shè)、科學(xué)化管理”為核心內(nèi)容的“四化”管理模式，積極采用新工藝、新技術(shù)，對地面工程不斷優(yōu)化簡化、降低投資，形成了適應(yīng)新疆油田特點的“稠油模式”、“沙漠模式”、“老區(qū)模式”等標準化設(shè)計系列，由此帶動橇裝化、模塊化裝置的研發(fā)和應(yīng)用，有力推進了產(chǎn)能建設(shè)降本增效。

2016 年，油氣田地面建設(shè)系統(tǒng)大力推動工程建設(shè)項目標準化設(shè)計、工廠化預(yù)制、模塊化施工、機械化作業(yè)、信息化管理的“五化”管理模式［1］，在此背景下，新疆油田通過技術(shù)創(chuàng)新，持續(xù)優(yōu)化簡化地面工藝，深化標準化設(shè)計工作，貫徹落實低成本開發(fā)戰(zhàn)略，大力推廣一體化集成裝置研發(fā)和應(yīng)用，形成了一批具有新疆油田特點的一體化集成裝置，滿足了油田快速高效的建設(shè)需要，推動油田工程建設(shè)模式轉(zhuǎn)型升級。

1 研發(fā)歷程

新疆油田一體化集成裝置的研發(fā)始于2005年，經(jīng)歷了從單一橇裝化產(chǎn)品 小型橇裝站場 模塊化建站的發(fā)展歷程，在油氣集輸、油氣處理、采出水處理、油田注水、公用工程等五大領(lǐng)域研發(fā)了55 種橇裝化、一體化集成裝置，實現(xiàn)了由簡單橇裝向高度集成，由有人值守向智能控制，由單一領(lǐng)域向多個領(lǐng)域的持續(xù)升級，應(yīng)用領(lǐng)域和規(guī)模不斷擴大，形成了適應(yīng)新疆油田不同類型油氣藏的一體化集成裝置序列。

2005—2009年，主要研發(fā)油氣田功能單一橇裝化裝置，著力在采油（氣）井口、計量站、配水站、集氣站、注水站、污水處理等站場應(yīng)用功能相對單一的集成裝置，如油井加熱裝置、雙容積計量裝置、分體計量裝置、恒水配水橇、油水加藥裝置、注水橇、分離計量橇、加熱節(jié)流橇、多功能污水處理裝置、一體化供熱裝置等，該類裝置技術(shù)成熟、功能相對單一，14年累計應(yīng)用2 200余臺/套。

2010—2019 年，結(jié)合本油田地面工程的建設(shè)規(guī)模及工藝流程特點，在以往應(yīng)用功能相對單一的集成裝置基礎(chǔ)上，研究應(yīng)用集成度高、可替代中小型站場及大型站場主要生產(chǎn)單元的一體化集成裝置［2］，形成20 種75 個系列產(chǎn)品，如替代計量站的一體化自動選井計量裝置，替代計量配水站的一體化自動摻水選井計量裝置，替代集輸系統(tǒng)接轉(zhuǎn)站的一體化加熱接轉(zhuǎn)裝置，替代蒸汽計量站的蒸汽分配計量裝置，應(yīng)用于注采井場的SAGD井口注采管匯橇，應(yīng)用于大中型聯(lián)合站主要生產(chǎn)單元的多功能處理器、超稠油高效高溫仰角式預(yù)脫水裝置，替代中小型站場的一體化橇裝天然氣處理裝置、采出水一體化集成處理裝置等，近10年在油田累計應(yīng)用900余臺/套。

2 典型一體化集成裝置

2.1 稀油一體化集成裝置

2.1.1 多功能處理器

設(shè)備具有油氣分離、加熱、原油一段脫水、原油二段脫水、水力清沙、油水界面自動控制和液位自動控制等多種功能，能夠替代油田傳統(tǒng)處理流程中的油氣分離器、加熱爐、三相分離器以及電脫水器，實現(xiàn)原油脫水過程的短流程、高效率[3]。出油能夠達到含水量 0.5%，出水含油量 2 000 mg/L。裝置自動化程度高，全過程可無人值守，裝置節(jié)約土建費用和占地面積80%以上，節(jié)約施工周期3個月以上，整體投資降低50%，在新疆油田的沙南油田、彩南油田、環(huán)瑪湖、頁巖油區(qū)塊推廣應(yīng)用。

2.1.2 一體化自動摻水選井計量裝置

為滿足新疆油田產(chǎn)能建設(shè)“多井叢-大平臺-井站一體式采油平臺”設(shè)計要求，在總結(jié)以往計量站、摻水橇、多通閥橇、計量橇建設(shè)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，研發(fā)了集自動選井、摻水、計量、站控于一體的裝置，其對不同工況的適應(yīng)性好，性能穩(wěn)定，氣、液計量精確度高，廣泛應(yīng)用于新疆油田產(chǎn)能建設(shè)中（圖1）。通過本裝置的研發(fā)及使用，解決了計量站橇多分散、施工工作量大及對高氣液比、間歇性出液井口計量難度大的問題，同時將儀控系統(tǒng)高度集成，實現(xiàn)計量站生產(chǎn)智能化，結(jié)構(gòu)型式橇裝化，適用油田滾動開發(fā)，并減少占地面積，節(jié)約占地900 m2，投資降低30%。

圖1 一體化自動摻水選井計量裝置Fig.1 Integrated automatic water mixing and well selection metering device

2.1.3 一體化加熱接轉(zhuǎn)裝置

裝置集加熱、緩沖、接轉(zhuǎn)功能于一體，將傳統(tǒng)多座設(shè)備集成一座裝置，通過站控系統(tǒng)對原油加熱、緩沖、接轉(zhuǎn)整個過程中的溫度、壓力、液位等參數(shù)進行檢測與控制，保證裝置安全運行。具有“無人值守、故障巡檢、集中監(jiān)控”功能，適用油田滾動開發(fā)，可搬遷利用，與常規(guī)接轉(zhuǎn)站相比工程造價降低30%，節(jié)約占地約2 400 m2，在新疆油田的環(huán)瑪湖、頁巖油區(qū)塊推廣應(yīng)用。

2.2 稠油一體化集成裝置

2.2.1 超稠油高溫高效仰角式預(yù)脫水裝置

針對SAGD采出液溫度高、含砂量大、油水乳化嚴重等特點而研發(fā)的專有設(shè)備，用于將SAGD采出液中的游離水脫出，將O/W 型乳液轉(zhuǎn)化為W/O型乳液。采用仰角設(shè)計，具有動液面高、油滴浮升面積大、純逆向流態(tài)分布、便于沉砂收集等特點，實現(xiàn)油氣分離、油水分離、液固分離，能有效實現(xiàn)設(shè)備的在線清排砂處理，裝置可使超稠油脫水由常規(guī)96 h 縮短至4～6 h，加藥量由500 mg/L 降低至250 mg/L。該裝置在新疆風(fēng)城油田推廣應(yīng)用（圖2），獲得2018年度集團公司自主創(chuàng)新產(chǎn)品。

圖2 超稠油高溫高效仰角式預(yù)脫水裝置Fig.2 Super-thickened oil high temperature and high efficiency pre-dehydrator with the angle of elevation

2.2.2 SAGD井口注采管匯橇

SAGD 井口具有出液溫度高、注采工藝復(fù)雜、巡井任務(wù)頻繁、冬季井場工藝管線易凝堵等特點。研發(fā)的SAGD井口注采管匯橇，將采油工藝調(diào)控系統(tǒng)、蒸汽高精度注入系統(tǒng)和井組生產(chǎn)狀況監(jiān)測系統(tǒng)進行了高度集成化整合，降低了現(xiàn)場管理難度，解決了冬季空置管段凝堵的問題，最大限度避免了熱能浪費。相比傳統(tǒng)注采井場減少占地面積75%，現(xiàn)場工藝安裝簡單，有效地縮短了現(xiàn)場施工周期，在新疆油田的風(fēng)城油田、九7、九8油區(qū)推廣應(yīng)用。

2.2.3 蒸汽分配計量裝置

蒸汽分配計量裝置用于稠油開發(fā)注汽的分配計量。該設(shè)備具備高溫高壓蒸汽交接計量、自動調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集、遠傳控制等功能。裝置采用橇裝化、模塊化設(shè)計，性能可靠，外形結(jié)構(gòu)緊湊，方便運輸。蒸汽分配計量裝置可以通過合理控制注入油藏的熱量，減少無效注汽，降低稠油開發(fā)的能耗，在新疆油田的風(fēng)城油田、重油公司推廣應(yīng)用。

2.3 天然氣一體化集成裝置

2.3.1 加熱節(jié)流橇

加熱節(jié)流橇集加熱、節(jié)流控壓控產(chǎn)、燃料氣調(diào)壓及加熱等功能于一體。裝置替代現(xiàn)場安裝的加熱爐、節(jié)流閥組、燃料氣供應(yīng)系統(tǒng)，實現(xiàn)氣井生產(chǎn)裝置的一體化集成。具有流體加熱、節(jié)流降壓、數(shù)據(jù)采集、上傳功能，實現(xiàn)井場全自動運行。與常規(guī)井場相比，井場占地面積減少8%，建設(shè)周期縮短70%，減少現(xiàn)場施工人員50%。在新疆油田的克拉美麗氣田、呼圖壁氣田、瑪河氣田及塔里木油田推廣應(yīng)用。

2.3.2 乙二醇注入及再生一體化集成裝置

該裝置集乙二醇注入、霧化、儲存、提升、過濾、換熱、再生、冷卻功能于一體，可完成壓力、溫度、流量、泵運行狀態(tài)、液位等數(shù)據(jù)采集和溫度自動控制、液位自動調(diào)節(jié)以及報警等功能，是集成度較高的機電一體化設(shè)備，在新疆油田的瑪河氣田、呼圖壁氣田、克拉美麗氣田等推廣應(yīng)用。

2.3.3 一體化橇裝天然氣處理裝置

針對邊緣零散井和站場放空天然氣，研發(fā)了一體化橇裝天然氣處理裝置（圖3），對天然氣進行回收利用。裝置具備井口加熱節(jié)流、計量分離、分子篩脫水、丙烷制冷、低溫分離、天然氣增壓、凝析油穩(wěn)定、油品儲存、天然氣發(fā)電等功能，所有功能可以按照實際需要進行增減，滿足不同工況的需要。裝置采用全橇裝化設(shè)計，方便搬遷，可重復(fù)使用，在新疆油田的彩南油田、石西油田等應(yīng)用。

圖3 一體化橇裝天然氣處理裝置Fig.3 Integrated skid-mounted natural gas treatment unit

2.4 采出水一體化集成裝置

2.4.1 采出水一體化集成處理裝置

該裝置（圖4）適用于處理水量在5 000 m3/d以下、含油量 1 000 mg/L、懸浮物質(zhì)量 300 mg/L的中小型采出水達標回注工程。裝置能夠?qū)崿F(xiàn)污水處理、污水回收、污泥處理等功能，采用集成化橇裝設(shè)備，可靈活組合、拆分成多功能的系統(tǒng)，滿足油田建設(shè)多樣化的要求。裝置出水可達到含油量 5 mg/L、懸浮物含量 5 mg/L 指標，已在新疆油田應(yīng)用。

2.4.2 采出水一體化生物處理裝置

該裝置（圖5）是基于回轉(zhuǎn)懸浮生物床處理技術(shù)研發(fā)的，采用大比表面積、密度比水輕的填料作微生物載體，填料在裝置內(nèi)上下回轉(zhuǎn)，使微生物生長環(huán)境基本一致，獲得均勻充足的養(yǎng)料。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)來水溫度達15～45 ℃、含油量 100 mg/L、礦 化 度 40 000 mg/L、懸 浮 物 300 mg/L、COD 3 000 mg/L 的采出水達標外排或回用注水，裝置已在新疆油田的石西油田、克拉美麗氣田應(yīng)用。

圖4 采出水一體化集成處理裝置Fig.4 Integrated treatment device for produced water

圖5 采出水一體化生物處理裝置Fig.5 Integrated biological treatment device for produced water

2.4.3 多功能污水反應(yīng)裝置

該裝置具備藥劑混合反應(yīng)、混凝沉淀的凈化功能，提供凈化藥劑各個反應(yīng)階段的理想流態(tài)，提高廢水凈化效率，實現(xiàn)來水含油量 200 mg/L、懸浮物含量 200 mg/L，出水達到含油量 15～20 mg/L、懸浮物含量 15～20 mg/L 指標要求。裝置節(jié)約土建費用和占地面積90%以上，節(jié)約施工周期3個月以上，整體投資降低50%，在新疆油田的風(fēng)城油田、沙南油田及吐哈油田推廣應(yīng)用。

2.5 電氣一體化集成裝置

2.5.1 35 kV智能組合變電站

35 kV 一、二次設(shè)備集成在可移動、全封閉、恒溫的箱體內(nèi)，各箱體在工廠內(nèi)完成安裝，調(diào)試完畢后送抵現(xiàn)場，只需做好設(shè)備相應(yīng)的基礎(chǔ)以及進、出線的連接，即可實現(xiàn)快速送電。主接線形式可選，采用變電站綜合自動化系統(tǒng)。在新疆油田的二廠六區(qū)、夏鹽、瑪131、車510等油區(qū)應(yīng)用。

2.5.2 一體化全功能橇裝配電裝置

該裝置專門針對油田終端供電系統(tǒng)設(shè)計，把分散安裝的電氣設(shè)備及元件集成于一套裝置中，裝置既解決了電子設(shè)備在嚴寒及酷熱地區(qū)可靠性不高的問題，又解決了用電負荷需要快速投入運行的要求。在新疆的紅山嘴、車排子、金龍10、七東區(qū)、八區(qū)等油田推廣應(yīng)用。

3 應(yīng)用效果

一體化集成裝置已在新疆油田產(chǎn)能建設(shè)中全面應(yīng)用，并在老油田改造項目、安全隱患治理項目中逐步推廣，范圍覆蓋油氣集輸、油氣處理、采出水處理、油田注水和公用工程等，2010—2019 年累計推廣應(yīng)用一體化集成裝置900余臺/套。與常規(guī)設(shè)計相比，投資降低8%，約2.9億元，占地面積減少30%，設(shè)計周期縮短50%，建設(shè)工期縮短47%。

（1）提升了標準化設(shè)計水平。一體化集成裝置是標準化設(shè)計的落腳點和延伸[4]，裝置不僅要滿足工藝流程及操作的要求，還需要滿足工廠預(yù)制、組裝、拆分、包裝、裝卸、運輸、現(xiàn)場復(fù)裝及施工等條件，促進標準化設(shè)計積極采用新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備，持續(xù)優(yōu)化設(shè)計成果，為工廠化預(yù)制、模塊化施工提供條件、奠定基礎(chǔ)。

（2）有效支撐了模塊化建設(shè)。工廠化預(yù)制是實現(xiàn)模塊化施工的基礎(chǔ)[5-6]，模塊化施工是縮短工期、提高工效、降低成本和減輕工人勞動強度的有效途徑[7]，是大幅降低人工成本、提高施工效率的重要措施。

（3）推進了油田建設(shè)降本增效。一體化集成裝置應(yīng)用減少布站級數(shù)，替代中小型站點，實現(xiàn)了中小型站場無人值守，大中型站場少人集中監(jiān)控，節(jié)省了勞動用工；同時一體化集成裝置可實現(xiàn)工廠預(yù)制化生產(chǎn)，最大程度減少項目施工現(xiàn)場制造加工的工作量，簡化地面設(shè)施，縮短建設(shè)工期，降低工程投資和運行成本，滿足油田降本增效要求。

（4）提高了工程建設(shè)質(zhì)量。采用一體化集成裝置，將大量的工程建造放在制造廠進行[8]，避免了天氣對工程建設(shè)的影響；同時可以采用先進的施工和檢測工藝，有效控制組件的焊接變形和整體組裝精度，有效控制建設(shè)質(zhì)量。

（5）降低了工程建設(shè)安全風(fēng)險。一體化集成裝置的應(yīng)用，推進了模塊化建設(shè)，使大量復(fù)雜工藝裝置的制作由現(xiàn)場轉(zhuǎn)入工廠，簡化了現(xiàn)場的安全管理工作，有效防范安全環(huán)保風(fēng)險，杜絕由于搶進度、趕工期等引發(fā)安全事故。與傳統(tǒng)建設(shè)模式相比，模塊化建造具有更高的安全保障優(yōu)勢[4]。

（6）提高了生產(chǎn)管理效率。一體化集成裝置對重要生產(chǎn)參數(shù)數(shù)據(jù)進行采集，對關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行監(jiān)測，具備智能分析、自動處理、遠程控制等功能，提高了生產(chǎn)效率，促進了管理方式的轉(zhuǎn)變。

4 下一步工作方向

（1）對現(xiàn)有的裝置持續(xù)改進[9]，使之標準化、系列化、模塊化，形成能適應(yīng)加快油田開發(fā)的中小型站場和大型站場主要生產(chǎn)單元的成套集成裝置，在“高效、可靠、智能”等多功能方面加大力度，努力提高成熟裝置的集成度和智能化水平[10]。

（2）加大非常規(guī)能源開發(fā)領(lǐng)域的一體化裝置研發(fā)，如超稠油、復(fù)合驅(qū)、致密油、頁巖油等油藏地面配套技術(shù)的裝置研發(fā)力度，形成自主創(chuàng)新的技術(shù)和產(chǎn)品。

（3）開展一體化集成裝置產(chǎn)品標準編制工作，通過幾年的實踐應(yīng)用，由于缺乏產(chǎn)品標準，對產(chǎn)品的質(zhì)量、安全及技術(shù)指標等的驗收、評價缺乏相關(guān)標準做支撐。因此，加快產(chǎn)品標準的編制，使一體化裝置的設(shè)計、制造等有據(jù)可依，將極大地促進一體化集成裝置的發(fā)展。