一種小規模立體化注水站設計

程忠釗

西安長慶科技工程有限責任公司

目前，長慶油田地面注水站場設計類型為常規注水站和注水橇兩種，注水橇又可以分為臨時注水橇和注水裝置兩種，注水裝置是對臨時注水橇的進一步優化，提高了注水橇運行穩定性和現場適應性。注水橇的優勢在于能夠滿足偏遠區塊的注水需求[1-2]，規模小，靈活性高，可整體搬遷及重復利用，節省投資；注水橇的缺點是流程簡單、功能缺失，設備故障率高等。常規注水站適用于部署相對集中的區域，具有注水量大、功能全、運行穩定、注入水水質達標、注水量和注水壓力靈活調整余地大等優勢；其劣勢就是占地面積大，設計周期和建設周期長等。

隨著國家安全環保部門對土地征用的規定日趨嚴格，地方政府對農保地、林地以及環境保護區用地審批更加嚴格，站場建設用地征用手續辦理周期長，制約著地面骨架站場的建設。長慶油田在總結常規注水站和注水橇的優缺點后，設計出一種小規模立體化注水站，滿足了現場實際的需求，推廣應用后取得了較好的效果。

1 設計原則和思路

立體化布站原則：

（1）安全性。在滿足工藝要求的前提下，整個系統能夠安全平穩運行。

（2）適用性。能夠適用現場的生產需求，方便建設、安裝、檢修和維護。

（3）經濟性。能夠降低成本，包括建設成本以及運行維護成本。

（4）高效性。滿足站場功能的前提下，流程更加優化，運行效率更高。

小型立體化注水站的設計是在常規注水站的基礎上對平面布局進行優化，結合流程的順暢性、布局的合理性以及結構的緊湊性進行立體化平面布置[3]。常規注水站平面布置如圖1所示。

圖1 常規注水站平面布置Fig.1 Layout of conventional water injection station

立體化注水站站內由3個功能區組成，分別為配電功能區、儲水-水處理-注水功能區和污水回收功能區，立體化注水站平面布置如圖2所示。單個功能區采用成橇設計，工廠化預制，現場組裝，大大縮短了設計周期和建設周期。

圖2 小型立體化注水站平面布置Fig.2 Layout of small-scale three-dimensional water injection station

其中將配電-儲水-水處理-注水主要功能區集中在一個鋼架結構的泵房內進行分層布置（圖3），電控一體化集成裝置和儲水箱置于二層，清水處理一體化集成裝置和注水一體化集成裝置布置在一層，疊合在同一個平面區域內，縮小了建構筑物占地面積，提高了空間利用率。

圖3 分層布置的立體化效果Fig.3 Effect of three-dimensional arrangement by layers

立體化注水站與常規注水站和注水橇相比，具備以下優勢和特點：

（1）能夠變頻調速控制流量大小，靈活調整余地大。

（2）水處理設施齊備完整，注入水質達標。

（3）布局緊湊，注水站占地面積小，可以實現依托井場建設，減少征地。

（4）完善的降噪措施減少了對周邊環境的噪音污染。

（5）設備成橇預制、現場組裝，設計周期和建設周期短。

2 系統構成

立體化注水站將3個功能區劃分為6個模塊，主要包括框架泵房模塊、儲水模塊、水處理模塊、注水模塊、配電模塊和污水回收模塊。

2.1 鋼結構框架泵房模塊

采用立體化布站后，屋頂平臺的垂直荷載增大[4]。為滿足建筑要求[5]，注水泵房整體采用輕鋼結構，墻體采用自重較輕的壓型鋼板，有利于降低結構整體自重，從而降低對地基承載力的要求。相比以往傳統混凝土結構，輕鋼結構本身具有綠色環保優勢，符合國家提倡的裝配式建筑要求，可以拆除二次利用，大大降低了建筑垃圾。鋼框架結構鋼梁布置如圖4所示。

同時注水泵房做了降噪設計，墻面安裝吸音板，窗戶和門采用隔音窗和隔音門。處理后，完全滿足規范要求[6]，有效解決了注水設備對周邊環境的噪音污染問題。

圖4 鋼框架結構鋼梁布置Fig.4 Steel girder layout of steel frame structure

2.2 儲水模塊

儲水模塊采用方形鋼制水罐，根據《油田注水工程設計規范》相關要求[7]，儲水設備的總有效容積可按注水站設計規模4～6 h注水量計算，小規模注水站儲水模塊宜由簡易儲水箱組合而成。根據注水站設計規模來確定組合水箱的數量，該站選用3具40 m3水箱組合[8]，滿足注水規模300～500 m3/d的小型注水站的儲水量需求。

2.3 水處理模塊

水處理模塊采用成熟的清水處理一體化集成裝置，該裝置由自清洗過濾器、PE燒結管過濾器、加壓泵、隔膜式氣壓罐、加藥機、儀表、智能控制系統、管閥配件、橇座等集成。采用兩級過濾，具有加壓、過濾、計量、加藥、在線反洗等功能，凈化水直供注水系統。

該套裝置通過自清洗過濾技術和PE過濾器自動切換技術，實現水處理連續過濾及凈化水直供注水系統，縮短了站內流程及水停留時間，提升了水質。配置備用精細過濾器，在過濾器出口設置穩流閥，在過濾器進、出口總管設置差壓計，檢測濾前和濾后的壓差，實現工作/備用過濾器的自動切換，保證過濾器連續運行。

2.4 注水模塊

注水模塊采用成熟的清水注水一體化集成裝置[9]，將2臺小排量往復式柱塞泵對稱布置，將過濾器、閥門、管件、流量計與注水泵集成在一個橇座上，采用泵頭回流，滿足長慶油田單井配注量小的要求，便于調節注水泵排量。注水泵進口、出口采用減振軟管，在裝置配管上設置了固定支架，并配套減振膠墊等措施，降低注水泵振動。

注水泵采用變頻技術，通過注水干線壓力調節注水泵頻率，使注水泵排量與下游配注量匹配，達到穩流注水的目的。

2.5 配電模塊

配電模塊采用電控一體化集成裝置[10]替代傳統注水站高壓配電室、變壓器室、低壓配電室及控制值班室等建筑結構房體。電控橇位于房頂布置，減少設備占地面積，同時配電電源從10 kV線路引入配電裝置，強、弱電共用橋架，分層敷設引入一層用電設備，布線清晰直觀，便于檢修。

2.6 污水回收模塊

污水回收模塊采用污水回收罐（埋地玻璃鋼水罐）代替混凝土水池，可提高水資源利用率，減少外排水量，以實現縮短施工周期、模塊化安裝的效果。圖5為污水回收罐內部流程以及平面圖。污水回收罐內設斜板沉淀區，對污水進行初步沉淀，沉淀后的清水再利用。

圖5 污水回收罐流程及平面布置Fig.5 Flow and layout of sewage recovery tank

3 實施效果

通過以上優化設計后，注水站各項指標均得到有效提升，實現了小型注水站立體化布置，依托井場建設，節省征地面積的目標，可規避重新征地的繁瑣程序，提高了小型注水站現場建設和運行適用性。與常規注水站相比，立體化設計可以減少征地面積60%，縮短設計周期30%，縮短建設周期50%（表1）。

表1 常規布置和立體化布置效果對比Tab.1 Effect comparison of conventional layout and threedimensional layout

立體化注水站目前已經在采油二廠鎮51注水站投產運行。該站前身是鎮51注水橇，于2006年投運，僅配套注水泵1臺，系統保障能力弱，注水時率低，且無水處理設施，注水水質不達標，滿足不了生產需求，但由于征地難的問題，無法對其進行改造。通過采用立體化布站技術，成功解決了現場的實際問題。該站從投運至今已經安全平穩運行100 d，累計注水量達1.8×104m3。注水站各項指標正常，均達到設計要求，實現了小型注水站立體化布置、井站合建、節省征地面積的目標。

4 結束語

小型注水站立體化布站作為一種新型的布站模式，成功解決了小型注水站現場適應性差的問題，節省了征地面積，提高了建設速度，實現了井站合建，使得超前注水以及偏遠區域注水系統的建設變得更加快捷、靈活，同時也為后續中小型站場開展立體化布站設計提供了寶貴的設計經驗及現場經驗。立體化布站模式將會更好地服務于油田地面工程建設，推動長慶油田二次發展和高質量發展。