油氣田地面工程標準化設計探析

梁光川，余雨航

西南石油大學石油與天然氣工程學院 (四川 成都 610500)

油氣田地面工程標準化設計探析

梁光川，余雨航

西南石油大學石油與天然氣工程學院 (四川 成都 610500)

油氣田地面工程建設具有點多、面廣、線長等特點，在油氣地面工程建設工作量不斷增加、油田降本增效的大環境下，推行油氣田地面工程標準化設計是縮短地面工程建設周期、確保工程質量、降低工程成本的有效途徑。介紹了油氣田地面工程標準化設計的背景、原則和設計的內容，并以塔里木油田塔北哈六區塊地面工程標準化設計為例進行了有針對性的分析和應用研究。

油氣田;地面工程;標準化設計

標準化設計是運用設計的手段，貫徹設計導向的思維和行為，并將之與戰略或技術成果轉化為產品或服務的過程，在設計的過程中要考慮多重影響因素的不同作用和要求，然后做出合理的設計。同時，還需考慮各類標準的要求，最后采用有利于標準化的合理的設計方法和標準化方案。在油氣田地面工程建設中，標準化設計是為了實施和貫徹提供依據，將標準化的目標和要求進行規范化、書面化、科學化，并為開展通用化、系列化、模塊化的油田項目建設和管理工作奠定基礎。

1 油氣田地面工程標準化設計的背景

隨著油氣田開發勘探發展的加快，地面工程建設的工作也越來越多，在油田降本增效的大環境下，縮短建設周期、確保工程質量、降低工程成本成為當前油氣田地面工程建設追求的目標。同時，油氣田地面工程建設的優化和簡化本身就是一種技術進步的標志，因此，目前很多油田公司都開始推行地面工程建設的標準化設計工作。

1.1 油氣田地面工程標準化設計是適應新油田開發的需要

隨著油田開發的快速發展，新油田普遍具有“低、深、難、稠、海”的特點，新開發的油田大多處于偏遠地帶，自然條件惡劣，地面工程的建設具有點多、面廣、線長等特點，建設布局和站場選址不確定性因素較多，使得地面工程設計與建設面臨著更大的挑戰。引入標準化設計的理念，可以使地面技術人員建立一種全新的工作模式，以優化簡化的標準化設計適應新油田的開發［1］。

1.2 油氣田地面工程標準化設計能夠縮短工期、節省成本

采用標準化設計，可實現工藝流程模塊化，而模塊化的安裝配置能夠實現各個站場中相同功能模塊達到標準化安裝、統一化預配尺寸和固定化規格，達到縮短設計及施工周期、減少現場安裝工作量、提高設備及材料的重復利用率，主要設備批量采購、通過規模化應用、達到節約投資的目的。

1.3 油氣田地面工程標準化設計是一種規范化、現代化設計

現代化的工程設計是運用計算機繪圖、工藝模塊電子插件等軟件進行設計。標準化設計主要是開發“四化”模式，即建設模式系列定型化、平面布置相對位置固定化、工藝流程統一化、功能區安裝模塊化。結合標準化設計可以通過定型圖紙建立標準化設計圖庫，規范油田地面工程的設計，實現油氣田地面工程設計的規模化和批量化，在現代化的設計水平上，進一步有效提高開發油田的綜合效益。

1.4 油氣田地面工程標準化設計可以促進油田管理模式的創新

地面工程設計標準化是提高管理效率和促進管理創新的方式，通過推行地面標準化設計工作，促進了油氣田地面工程建設方式的變革，整個地面建設管理流程和管理鏈條也對應改變，推動技術創新和管理創新［2］。標準化設計的理念從建設領域延伸到管理領域，進一步實現地面工程標準化管理，也為適應更大規模的地面建設奠定基礎。

2 油氣田地面工程標準化設計的原則

2.1 結合油田實際

地面工程標準化設計首先要以油氣田開發的生產實際為基礎，了解油氣藏的類型，研究其開發方式，選擇合適的地面工程工藝流程，最大程度滿足油田開發的種種不確定因素給油田開發帶來的變化，進而從如何提高工藝流程的適應性的角度進行設計。

2.2 統一設計標準

在嚴格執行國家及行業制定的有關政策、法規、規范、標準的前提下，統一規范設計標準。在滿足工藝要求的前提下，實現站場標準化與局部標準化設計相結合，力求實施標準化、系列化、統一化和模塊化的設計［3］。結合開發生產的實際需求，聯合物資采購、施工建設等部門，統一規范相同類別的地面工程的工藝模式、流程分類、設計規模、地面規劃。

2.3 設計理念創新

標準化設計要有創新理念的意識，根據實際油田的具體實際情況，針對特殊性質的油田，要有創新設計和優化設計的理念，確定一套合理、創新、靈活的標準化設計方案，力求實現“三化”標準，即進口物資國產化、井口設備撬裝化、工藝流程靈活化，并且做到先進、實用、節能、安全、管理方便、簡便操作，節約成本。

2.4 保持技術先進

標準化設計應有持續優化簡化的設計理念，高水平標準化設計應具備經濟合理的整體布局、先進適用的工藝流程和高效節能的配套裝置。地面工程的標準化設計應具備靈活性和先進性，在開發方式更新，新工藝、新技術設備引進時，能夠及時作出適應性調整，確保其技術的先進性，并且充分利用舊設備和設施，降低工程成本，節約投資［4］。

2.5 系統配套完整

地面工程的標準化設計包涵了一整套完整的系統，涵蓋了以油氣水處理為主的主體工藝設計以及機械、防腐、消防、通信、供電配電、給水排水、自控、暖通、道路等輔助配套系統的設計。為保證設計的完整性和規范性，應與物資采購、工程造價、生產運行等地面建設下游環節緊密聯系，互相協調，并促進下游環節的標準化工作。

3 油氣田地面工程標準化設計的內容

3.1 標準化設計的總體思路

地面工程標準化設計工作，是針對油田地面工程中相同類型的站場、工藝、設備和設施，通過標準化的模板和設計圖樣，有針對性的考慮到實際油田的具體情況，通過專業的設計人員設計出一套技術先進、規范性強、通用性強的系列化設計文件。它是在針對地面工程建設內容、建設規模、建設標準等基礎上，進行統一施工標準、規范工藝流程、裝置模塊劃分、關鍵設備定型等手段，形成標準化、規范化、系統化的設計和施工方法。

進行地面工程標準化設計，應根據相關準則、制度、要求，以及工藝、總圖布置、設備、自控、建筑結構等各專業標準化設計的具體規定來進行，其設計的總體思路如圖1所示。

3.2 標準化設計的層次

3.2.1 主體工藝流程層設計

在分析油田類型、油氣物性和地理自然條件特點的基礎上，根據采出油品和天然氣性質，對后期的地面集輸等進行專業性分析，做出具有針對性和適用范圍的主體工藝流程設計，并進行標準化工藝流程和適用范圍的規劃，實現標準模塊化設計。

3.2.2 建設規模層設計

針對同類型工藝流程其建設規模的不同、設備尺寸的區別，根據油田自身的特點，組合不同的單體設施和處理能力不同的設備，形成不同處理規模的標準化設計單體系列［5］。例如設定規模為10萬t/a、30萬t/a的單體工程，再根據處理介質的范圍和條件，再說明其各單元模塊的組合配置與功能，以及設備設施選型。

圖1 地面工程標準化設計的思路

3.2.3 站場功能層設計

在地面集輸系統中，可以分為多個功能模塊，按照站場功能的不同類別為標準，根據主體工藝設施，進行標準化的單元模塊分類。主要包括13個功能區塊:油氣田的井口模塊、生產井的計量模塊、進出站的閥組模塊、油氣分段凈化模塊、加熱設施模塊、動力設施模塊、輸油/氣的計量模塊、收發球裝置模塊、天然氣增壓模塊、天然氣處理模塊、污水處理模塊、油氣外輸模塊。

3.3 標準化設計的主要方面［6］

3.3.1 通用化的工藝流程設計

優化簡化單井或者集氣站的工藝流程，并使井場和集油集氣站有統一的工藝流程和建設規模，各個井場和集油集氣站的設備選型一致，便于以后的規劃和管理。

3.3.2 標準化的井站布局設計

在井站的規劃與布局上面，在滿足站場功能和減少占地面積的基礎上，對其平面布局進行標準化的規劃，包括各個井場和集油站的工藝裝置區的規模及位置、場地標識，都進行統一的規劃和建設。

3.3.3 定型化的設備選型設計

對井場和集油集氣站的所有工藝設備選型，為了保證質量可靠、方便管理、造價低廉，使用統一的管閥配件、外形尺寸和技術參數，并實行規模化的采購。

3.3.4 模塊化的安裝配置設計

將各個井場和集油集氣站按功能分區作成獨立的區塊，實現標準化的小型模塊化管理，也利于設計圖紙的模塊化組合，給施工預制化奠定基礎。各小型模塊單獨出安裝圖，各個模塊設置在工藝流程中，由管網連接起來。另外，還可采用三維設計軟件對定型化的設備和管閥配件進行優化設計。

3.3.5 統一化的場地標準設計

對所有的場地進行標準化的建設和管理，對站場的標識、路面結構、道路寬度、平面布置等按照統一的要求進行標準化的建設，既能夠推進了企業文化的進步，提高了企業的整體形象，又實現了與環境的和諧發展。

3.3.6 數字化的生產管理設計

現在規模較大的油田都采用SCADA數字管理系統來進行監控和管理。設置在集油站內的監控系統，負責站場生產過程的數據采集、處理及生產過程的自動控制、過程管理;并采集、監控下轄各接轉站、計量增壓點的生產運行，實現對本生產作業區域的集中調度與管理。

4 油氣田地面工程標準化設計的應用

4.1 哈六區塊標準化設計背景

塔里木油田借鑒當前關于標準化設計的優秀經驗和先進做法，開展標準化設計的方法和理念學習，在近年來推行油田地面工程標準化設計，形成一套標準化設計的體系，完成了單井站、集氣站、配套工程等一系列標準化工藝及模塊的設計。以哈六區塊為例，該區塊地處塔里木盆碳酸鹽巖勘探有利區帶——哈拉哈塘地區，油藏儲量豐富，是塔里木油田塔北項目部在該區域的重要增產上儲區域，其100萬t/a的產能建設目標，占據塔北項目部三分之一的年產能規劃任務，對塔里木油田的持續高效發展具有重要意義。

根據油田公司和塔北項目的對該區域產能建設的總體規劃和要求，哈六區塊的地面工程標準化設計在滿足區域地質條件和油氣物性的基礎上，進行總體設計和分期建設。在設計前，掌握足夠的基礎資料，研究油、氣、水等物性參數，結合油田區塊的實際條件，選擇適應的技術方案，設計可行的工藝流程，同時，有針對性的開展地面工程標準化設計文件編制，指導此后的地面工程建設。

4.2 哈六區塊標準化模塊設計

地面工程標準化設計的基礎是模塊化設計，模塊是組成標準化設計產品的基本單元，模塊化設計是解決復雜系統問題的有效方法。模塊化就其產品結構而言，是特征尺寸模數;是結構典型化、部件通用化、參數系列化、裝配組合化的綜合體。哈六區塊標準化設計產品模式可表達為:標準化設計產品=通用模塊(不變部分)+準通用模塊(改型部分)+專用模塊(新設計部分)。

哈六區塊單井試采模塊設計:包括自噴井口安裝模塊、摻稀井口安裝模塊、常規油氣分離器安裝模塊、高效旋流分離試采裝置安裝模塊、儲罐安裝模塊、零位罐及稀油轉輸泵安裝模塊、稀油喂油泵安裝模塊、裝車泵安裝模塊、DN80火炬安裝模塊、DN100火炬安裝模塊、100/20MPa稀油注油泵安裝模塊、200/30MPa稀油注油泵安裝模塊、加藥裝置安裝模塊。

哈六區塊接轉站模塊設計:包括容器區、加熱爐區、計量閥組間、加藥間、泵房、站場標識。

哈六區塊聯合站模塊設計:包括原油脫水脫硫單元、污水處理及回灌單元、天然氣處理單元、給排水及消防單元、導熱油單元、卸油點、中控樓、變電所。

4.3 哈六區塊標準化流程設計

油氣田地面工程標準化流程設計主要是通過開發建設模式系列定型化、平面布置相對位置固定化、工藝流程統一化、功能區安裝模塊化、達到縮短設計及施工周期、減少現場安裝工作量、提高設備及材料的重復利用率，主要設備批量采購、通過規模化應用、達到節約投資的目的［7］。以哈六區塊單井試采標準化流程設計為例，按照油田公司標準化設計工作的要求，以“反向設計，正向施工”為理念，塔北項目部不斷完善哈六區塊單井試采工程各模塊的標準化設計和配套的標準化計價體系，規范工程實施流程(主要針對利舊井的流程)，簡化工程結算流程。哈六區塊單井試采標準化設計只考慮自噴和摻稀2種生產方式(未考慮注水替油)。根據生產方式不同共設計11套標準安裝模塊、11套總平面布置及管網標準圖，選用時根據生產方式及產量范圍等確定工藝流程和設備參數，通過確定的工藝流程和設備參數選擇合理的模塊進行組合，最終形成完整的項目圖紙。

1)自噴單井工藝流程如圖2所示。

圖2 哈六區塊自噴單井標準化工藝流程設計

2)摻稀單井工藝流程如圖3所示。

由于哈六區油井初期自噴，后期為機采，機采方式主要有電泵和抽油機采油。因此，標準化井場適用于塔里木油田含硫化氫油井的單井建設。井場設計包含2種采油井場，分別適用于抗硫和抗硫摻稀的抽油機井場、電泵井場、自噴井場。

圖3 哈六區塊摻稀單井標準化工藝流程設計

4.4 標準化設計創新

1)大力推行設施標準化、撬裝化，盡量少建設固定式地面設施。由于碳酸鹽巖油井產量遞減快，一般生產期均不超過5年、高產期一般不超過3年，與砂巖油田10～30年的生產周期相比，固定式地面設施一旦建成，其使用時效是相當低的。因而，建設撬裝的、可移動的地面設施是適應碳酸鹽巖油田開發的一種有效手段。

2)側重集中處理，盡量少建大中型站場類地面設施。一方面，大中型地面設施投資高，建設周期長。綜合計算，僅建設期就需要3年，地面工程建成后，已經過了油田生產的好時機，大中型站場的使用效能也大大降低。另一方面，哈6區塊屬于沙漠地帶，因此，在對地面工程進行設計時也應充分考慮沙漠地區自然環境惡劣的情況，在技術經濟合理的前提下，簡化前端，優化后端，盡量集中建設、集中管理。

3)尋求短流程，充分發揮主體設施功效。油田設施工藝流程越短，所需要的設施越少。少建一個固定站場，就少一筆固定投資，也少了一個管理環節。加上哈6區塊處于碳酸鹽巖的沙漠地帶，因此，在布站方式上以短流程布站、混輸布站、樹狀流程等多種技術手段減少布站環節，充分發揮主體處理設施的功效，實現集中處理、集中管理、集中控制。

4)突破技術界限，加大集輸半徑，減少集輸環節。砂巖油田生產管理中，要求井口回壓盡量低，以免影響油井產量，一般將井口回壓控制在 0.8～1.5MPa左右，通常的砂巖油田集輸半徑在7km以內，需要多建轉油站、計量站等轉輸環節。在這種情況下，設計單位應進行更大膽的嘗試和突破，調整和優化技術參數，使之更符合碳酸鹽巖油田開發的需要，減少技術參數給油田地面設施的優化簡化帶來的困難。

5)集油系統突破性采用樹狀集油流程。哈6區集油系統打破了砂巖油田建設中通常采用的單管集油流程，取而代之的是樹狀集油流程。該工藝的最大優勢在于將單井集油管線的長度減少到最小，當主干管中一部分油井因鉆井失敗、產量遞減停井等因素不能進入系統或不能生產時，集油干線仍然可以保證正常生產。該流程的采用不僅使集油管道減少，單井投資也相應減少。同時，也增強了碳酸鹽巖油井生產的抗風險能力。

4.5 標準化設計成效

通過推行塔里木油田塔北哈六區塊的地面工程標準化設計工作，針對碳酸鹽巖油田以破除大而全、小而全的設計原則，以建立靈活、實用、可靠的地面生產體系為原則［8］，設計時力求做到地面工程與勘探開發一體化，地上地下統籌優化，其成效主要體現在:

1)創新碳酸鹽巖油田地面設計理念，以大型站場為核心，先期實施骨架工程，快速推進小型站場建設，認識一塊、開發一塊、建設一塊、投產一塊的地面設計理念。

2)實現了進口物資國產化、井口設備撬裝化、工藝流程靈活化。占物資總量30%的進口物資成功實現國產化;完成井口設備11個撬裝模塊化設計，單井試采實施效率大幅度提高，做到90%設備材料多次重復利用;聯合站原油處理能力能滿足不同工況需求，既可實現稠、稀油合并處理，又可實現稠、稀油分開處理，滿足分質分輸的要求;天然氣處理能力適應性強，處理范圍從5×104～45×104m3/d。

3)實現地面設計緊密結合縫洞帶分布，按照縫洞帶分布，優化地面設計布局，確保地面布局最大限度符合地下油藏分布。

5 結束語

標準化設計是未來地面工程建設的發展方向，為新技術和新設備的開發奠定基礎。推行標準化設計，體現了優質、高效、安全、超前的工程建設理念，也是大規模油氣田地面建設的發展趨勢。另一方面，標準化設計也促進油氣田地面工程管理工作日趨標準化、規范化、現代化、科學化，形成一套先進的地面建設和管理模式，對油田企業的發展也具有實際而深遠的意義。

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［8］肖燕，譚泉玲.塔里木油田標準化設計及取得的成效［J］.油氣田地面工程，2013，32(4)：45-46.

The oil/gas field ground construction projects are of the characteristics ofmultip le engineering points，large work range and long engineering cycle.In the conditions of oil/gas field surface construction workload increasing，requiring lowering costand increasing efficiency，the implementation of oil/gas oilfield surface engineering standardization design is an effective way to shorten the construction cycle，ensure project quality and reduce project cost.The background，principles and contents of oil/gas field surface engineering standardization design are expounded，and the app lication research of it is carried out taking the ground engineering standardization design of Ha-6 block in Tarim Oilfield as an example.

oil and gas oilfield;ground engineering;standardized design

萍

2015-01-15

梁光川(1972-)，男，教授，現主要從事油氣儲運方面的研究與教學工作。