低油價(jià)形勢下海外油氣田地面工程集輸管道設(shè)計(jì)探討

程浩力，趙 瑜，2，徐學(xué)敏，劉 暢，王 軍

(1.中國石油工程建設(shè)有限公司北京設(shè)計(jì)分公司，北京 100085； 2.北京迪威爾石油天燃?xì)饧夹g(shù)開發(fā)有限公司，北京 100083)

2020年3月6日在維也納舉行的歐佩克+及俄羅斯減產(chǎn)談判無果而終，當(dāng)天布倫特原油期貨價(jià)格創(chuàng)2017年6月以來最低收盤價(jià)，跌幅達(dá)到9.44%，與此同時(shí)輕質(zhì)原油期貨(WTI)價(jià)格創(chuàng)下2014年11月以來最大單日跌幅10.07%。2020年3月7日，沙特宣布將官方原油價(jià)格下調(diào)6～8美元，消減幅度達(dá)近20年來的最高水平，并向買家發(fā)出將提高原油產(chǎn)量的信號(hào)，導(dǎo)致周一(3月9日)國際油價(jià)瘋狂暴跌：布倫特油價(jià)一度大跌逾31%，WTI原油則下跌超27%。創(chuàng)下了1991年美國在伊拉克發(fā)動(dòng)戰(zhàn)爭以來最大跌幅。因爆出美國石油生產(chǎn)商境內(nèi)儲(chǔ)油空間被耗光的消息，定于4月21日開始實(shí)物交割的WTI的5月原油期貨合約遭遇原油期貨史上最瘋狂的拋售，結(jié)算跌幅305.97%，報(bào)37.63美元/桶，歷史上首次收于負(fù)值，創(chuàng)下歷史最低收盤水平和最大單日跌幅。

面對低油價(jià)，中石油、中石化、中海油三大石油公司一致喊出“降本增效”的口號(hào)。當(dāng)油價(jià)降低時(shí)，工程設(shè)計(jì)公司及工程設(shè)計(jì)人員面臨的不是降低設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的問題，而是需要改變設(shè)計(jì)思路及完善設(shè)計(jì)理念。而面對不斷動(dòng)蕩變化的油價(jià)的最有效手段就是推動(dòng)變革與創(chuàng)新，因此，基于多年海外油氣田地面工程實(shí)踐，探討在工程設(shè)計(jì)中可采取及推廣的技術(shù)方式及理念，對低油價(jià)形勢下海外油氣田地面工程集輸管道設(shè)計(jì)具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)及借鑒意義。

1 站場模塊化/橇裝化

模塊化設(shè)計(jì)及建造起源于20世紀(jì)60年代造船工業(yè)，在計(jì)算機(jī)工業(yè)中廣泛應(yīng)用[1]，在石油工業(yè)的最初應(yīng)用是在海上油氣鉆井平臺(tái)，后逐漸推廣到陸上石油化工及油氣田項(xiàng)目?！扒裂b化建站、模塊化建廠”的設(shè)計(jì)理念在我國也深得行業(yè)內(nèi)的認(rèn)可，自20世紀(jì)80年代起，在我國技術(shù)人員參與的國內(nèi)外油田地面工程中已普遍應(yīng)用[2-4]。

在中國對非洲某國的第1個(gè)油田項(xiàng)目的地面工程開發(fā)設(shè)計(jì)中，大規(guī)模采用了組裝化、橇裝化技術(shù)，橇裝率達(dá)95%，極大地減少了現(xiàn)場施工工程量，工期縮短近3個(gè)月，撬裝化技術(shù)在非洲某油田的應(yīng)用情況如圖1所示。

圖1 撬裝化在非洲某油田的應(yīng)用

我國投資參與的海外油氣田設(shè)計(jì)及施工項(xiàng)目中，由于很多材料及設(shè)備采辦都在國內(nèi)，采辦完成后需要將材料設(shè)備海運(yùn)到海外港口并拉運(yùn)到施工現(xiàn)場材料中轉(zhuǎn)站存放備用。由于油田所處地區(qū)基本荒無人煙、交通依托較差，因此，模塊化的設(shè)計(jì)思路可以使得很多施工作業(yè)在工廠內(nèi)完成并進(jìn)行預(yù)組裝后，分塊拆分運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，僅需將各模塊連接，對施工質(zhì)量的提高、工作量的降低、人機(jī)料的使用、安全健康管理及減少工期均具有巨大優(yōu)勢，模塊化設(shè)計(jì)施工同傳統(tǒng)設(shè)計(jì)施工模式的經(jīng)濟(jì)性對比結(jié)果如表1所示。

表1 模塊化設(shè)計(jì)施工同傳統(tǒng)設(shè)計(jì)施工模式經(jīng)濟(jì)性對比

續(xù)表1

模塊化技術(shù)和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)施工模式在工期方面對比如圖2所示。

圖2 模塊化和傳統(tǒng)2種工程建設(shè)模式進(jìn)度對比圖

2 集輸管道管廊化

管廊技術(shù)在城市中普遍采用，燃?xì)?、供水、熱力、電信等線性工程綜合布置以達(dá)到節(jié)約用地、方便維護(hù)等目的。對于集輸管網(wǎng)的優(yōu)化研究早已趨于成熟，在油氣管道管廊布置建設(shè)方面也有不少研究及工程實(shí)踐[5-7]。中東某油田規(guī)劃了統(tǒng)一的輸油/注水管道管廊及輸氣管道管廊，如圖3所示。原油自井口通過管線進(jìn)入管廊后接入脫氣站(RDS)處理，處理后的原油自RDS通過管線自管廊輸至中央處理站(CDS)。而天然氣/伴生氣管線則是通過統(tǒng)一規(guī)劃的輸氣管道管廊自井口最終進(jìn)入天然氣處理廠/站。在管廊內(nèi)建有統(tǒng)一的巡檢/伴行道路，埋地管道及地面管道分別集中布置，非常利于新建管道的施工、運(yùn)行、管道的巡護(hù)檢修以及后續(xù)新建管道的規(guī)劃。

大到一個(gè)整裝油田，小到一個(gè)集油站周邊，都可以采用管廊的設(shè)計(jì)理念。以非洲某油田中連有12口單井的某集油站(OGM)為例，如圖4所示，為節(jié)約成本且縮短工期，各井口至OGM的管線采用了管廊集中布置，優(yōu)化完成后，管道建設(shè)在測量、征地、施工、機(jī)組及資源調(diào)配等相對于點(diǎn)對點(diǎn)的放射性管網(wǎng)布置均有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，非洲某油田集輸管道廊化設(shè)計(jì)與放射狀布局模式的經(jīng)濟(jì)性對比如表2所示。

圖3 中東某油田集輸管廊衛(wèi)星圖

圖4 非洲某油田集輸管廊規(guī)劃衛(wèi)星圖

表2 非洲某油田集輸管道管廊化設(shè)計(jì)同放射狀布局模式的經(jīng)濟(jì)性對比

3 非金屬管道推廣應(yīng)用

油氣田地面工程的油氣集輸中大多數(shù)采用鋼制管道，雖然鋼制管道在石油工業(yè)100余年發(fā)展中已經(jīng)相當(dāng)成熟，但由于鋼材的固有物理化學(xué)性質(zhì)，使得鋼管一直面臨著內(nèi)外腐蝕、雜散電流腐蝕及運(yùn)輸、施工成本高的問題。非金屬管道自出現(xiàn)并用于該領(lǐng)域后，在腐蝕防治、水力特性、施工便利方面具有的優(yōu)勢，隨著其生產(chǎn)及安裝技術(shù)的日趨成熟，在油氣田的應(yīng)用越發(fā)廣泛[8-11]。

玻璃鋼管道應(yīng)用較早，國內(nèi)外已形成相對完善的規(guī)范體系；柔性管近年來已從海洋石油鉆采拓展到陸上石油工業(yè)，相關(guān)規(guī)范也在逐漸發(fā)展完善。國內(nèi)外關(guān)于玻璃鋼及柔性管的相關(guān)規(guī)范如表3所示。

在我國，玻璃鋼管道自20世紀(jì)80年代開始應(yīng)用于油田污水管道以來，自20世紀(jì)90年代起，陸續(xù)在大慶、長慶、勝利、新疆等油田的注水領(lǐng)域得到了廣泛推廣。由于玻璃鋼管道屬于硬質(zhì)管，管道投運(yùn)后，由于管溝或閥井沉降而導(dǎo)致接頭泄露的問題普遍發(fā)生。因此，除由于輸送介質(zhì)腐蝕性原因不易采用鋼制管道外，玻璃鋼管道在涉及到較大安全及環(huán)境影響的油氣介質(zhì)輸送領(lǐng)域的應(yīng)用占比相對較少。當(dāng)更完善的接頭工藝、更科學(xué)的防沉降設(shè)計(jì)及更嚴(yán)格的施工措施得到進(jìn)一步改善時(shí)，玻璃鋼管道在油氣集輸領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)更加廣泛。

表3 國內(nèi)外關(guān)于玻璃鋼及柔性管的相關(guān)規(guī)范

柔性管脫胎于海上油氣集輸領(lǐng)域，其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝、維護(hù)一直被法國的德西尼布(Technip)集團(tuán)公司、英國油田服務(wù)公司(Wellstream)等少數(shù)歐美國家企業(yè)壟斷，其造價(jià)較高。近年來，國內(nèi)涌現(xiàn)出一些具備應(yīng)用于石油工業(yè)的柔性管生產(chǎn)廠家。柔性管在設(shè)計(jì)、運(yùn)輸、安裝及維護(hù)方面都有比鋼管及玻璃鋼管具有更明顯的優(yōu)勢，普通鋼管1個(gè)機(jī)組施工一天的焊接工程量在500 m左右，而柔性管由于單根長度為200～400 m，1 d安裝可達(dá)5～8 km，與焊接鋼管相比，安裝時(shí)間減少40%～70%，安裝成本降低35%～65%。由于油氣集輸管網(wǎng)中8”及以下管徑占比極高，目前柔性管性能已完全滿足大部分油氣集輸及注水的工藝要求。就目前柔性管的發(fā)展來說，用于油氣集輸?shù)木C合成本已逐漸低于鋼管。隨著柔性管應(yīng)用范圍越來越廣，發(fā)展趨于成熟，向大口徑、耐高溫方向發(fā)展。同時(shí)國內(nèi)外生產(chǎn)廠家越來越多、市場競爭日趨激烈，生產(chǎn)成本的降低已成必然趨勢，柔性管在陸上油氣集輸尤其是海外偏遠(yuǎn)邊際油氣田開發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用前景會(huì)更加廣闊。

4 總結(jié)及建議

(1)對于海外油氣田地面工程設(shè)計(jì)及建設(shè)，模塊化在運(yùn)輸、安裝、現(xiàn)場人機(jī)料資源降低、施工安全及質(zhì)量控制/節(jié)省工期等方面具有巨大優(yōu)勢，有極好的實(shí)踐意義。

(2)針對我國投資及建設(shè)的海外油氣田地面工程，集輸管道管廊化不僅有助于節(jié)省施工、征地、運(yùn)維等成本，還有利于油田分期及遠(yuǎn)期規(guī)劃，使得油田整體布局合理有序。

(3)海外油氣田開發(fā)中，運(yùn)輸及施工安裝(含人員設(shè)備從國內(nèi)調(diào)遣)占比較高，因此在集輸管道設(shè)計(jì)及建設(shè)中，采用柔性管等非金屬材料，有利于控制施工成本、節(jié)約工期、提高海外人員及設(shè)備的有效利用效率，最終達(dá)到降本增效的目的。