榆樹林油田地面工程提質增效技術探討

李影 楊躍躍 周佳君 叢林

大慶榆樹林油田開發有限責任公司

截至2022 年10 月，大慶榆樹林油田共建成油水井2 000 余口，各類站、間200 余座，產液含水率約45%，原油凝固點33～38 ℃，原始氣油比18～22 m3/t，平均注水壓力21 MPa。因榆樹林油田具有低產、低滲透的特點，產能區塊多偏遠零散，開發效益差[1]；同時因原油凝固點、注水壓力較高，且地處黑龍江省，冬季氣溫低，所以集輸系統耗氣、注水系統耗電的單位能耗均較高。因此，需要研究適用于區塊特點的產能建設技術和節能降耗措施，提高開發效益。此外，數字化油田建設也是提質增效的重要手段，如何向智能化[2]、智慧化發展有待研究。

1 產能工程優化簡化技術

榆樹林油田以滾動開發為主，“十三五”以來，產能區塊多為加密、零散、擴邊區塊。其中加密區塊3 個，基建油水井288 口；零散、擴邊區塊6 個，基建油水井94 口，開發方式均為常規水驅；零散致密油區塊1 個，基建油井27 口，采用彈性開采。“十四五”后三年的產能區塊以致密油開發為主，加密區塊依托的地面系統多具有老舊的特點，零散、擴邊區塊多具有偏遠、零散、依托性差的特點，開發效益差。因此需針對性地開展“三優一簡”工作，地上、地下深度融合，優化地面系統布局，優選產能建設模式，提高產能區塊開發效益[3]。

1.1 “十三五”以來已實施的“三優一簡”技術

（1）集輸系統。根據產能區塊規模、與已建系統的距離等因素，地上、地下一體化結合[4]，優選不同的建設模式。

規模較大的偏遠區塊，地面建設存在以下三個問題：①超出常規集輸半徑，集油困難；②油井數具備建轉油站規模，但需增加管理崗位，且投資高；③已建轉油站長期低負荷運行，造成能力閑置。經過分析計算，優選接力混輸工藝，即在井區中設置油氣混輸泵，增加采出油氣輸送動力；同時，根據熱力計算結果確定是否設置電加熱[5]。該工藝可擴大集輸半徑，由轉油站到混輸間降級管理；同時，可依托已建轉油站處理能力，提高系統負荷率，減少投資。例如某區塊基建油井73 口，集輸半徑達11 km，超出常規工藝集油范圍。通過采用接力混輸工藝，依托已建轉油站，滿足了生產條件，且可無人值守，與新建轉油站相比節省投資1 200 萬元。目前榆樹林油田已建成混輸間3 座（轄井均在25 口井以上）。

常規零散或小規模偏遠區塊地面建設存在區塊距離已建設施遠、依托性差、常規建設模式投資高、難以達到經濟評價指標要求的問題。經分析對比，采用提撈采油方式，可大幅度降低投資。“十三五”以來，有60 口產能井采用提撈采油，與建設地面集輸工藝相比，共可減少投資3 900 萬元，且達到經濟評價指標要求。

致密油區塊開發采用縫網壓裂投產，彈性開采，初期產量高、遞減快，后期產量低，地面建設存在以下問題：如按初期產量建設地面工藝，投資高、后期運行費用高，同時因區塊彈性開采，通常不能提撈生產，只能機采，需要建設地面設施。經統籌分析，盡可能安排錯峰投產，降低初期產量沖擊，再優選工藝，適當降低建設規模，滿足后期運行要求。例如，已建的某致密油區塊基建27 口油井，對比優選了常規的摻水集油工藝，管線規格基本按后期產液量設計，有效節省投資，且便于生產管理，與高架罐拉油工藝相比，節省投資260萬元。

加密區塊距離已建設施近，但老系統多存在低效運行的問題。所以采用就近掛接的方式大幅度降低投資[6]。在實施過程中，掛接的同時合理優化老系統，摘除核銷井，減少無效循環。“十三五”以來，3 個加密區塊約減少建設投資1 400 萬元，老系統減少無效循環管道44 km，年可節氣22×104m3。

（2）注水系統。近年來，產能建設注水工藝主要依據井位分布等特點，采用就近掛接的方式，并對新老系統注水工藝對比優選。老系統經過多年運行，一般存在工藝適應性低、設備老化的問題，通過對比投資、運行及管理等，優選注水系統工藝[7]。

1.2 “十四五”后三年產能建設思路

“十四五”后三年，產能建設區塊基本為致密油區塊，以零散、擴邊為主，且均為油井。根據本區塊產量預測，地面已建站、所能力基本能夠滿足產能建設需求，無需大規模的改造和擴建。根據區塊特點，除優選采用上述地面工藝外，還可根據實際情況對比選擇多功能儲罐[8]集中拉油或電熱管集油工藝。多功能儲罐具有氣液分離、緩沖、伴生氣燃燒等功能，滿足目前對揮發性有機物的控制要求，適合規模小、無有效依托的區塊；電熱管集油工藝在產能區塊規模略大時，可對比優選。

2 節能降耗技術

榆樹林油田主要耗氣單元為集輸系統和采暖系統。生產系統的耗電中，機采系統占比57%，注水系統占比24%，供水、集輸系統占比相近且較小。由于榆樹林油田井較深（1 900 m 左右）、注水壓力高、原油凝固點高等因素，單位能耗較高，節能工作意義重大，要從技術和管理兩方面開展工作[9]。

2.1 技術節能措施

榆樹林油田地面工程一直注重頂層節能設計，經過多年不斷探索，開展“分節點、多環節、全過程”由點到面的全方位節電、節氣工作。主要包括根據區塊特點優選工藝、合理匹配機泵數量、應用變頻等節能設備、發展新能源建設等。

2.1.1 節電技術

根據開發變化，合理進行機泵設計。機泵不在合理性能曲線內運行，會出現能耗高的問題。但實際生產中會出現注水量需求波動的情況，如冬季注入量只有夏季的一半。同一臺泵運行不同排量，勢必不能長期在合理性能曲線內運行，將引起能耗增加。主要采取以下六種節能技術措施：

（1）合理配置泵排量和數量。因區塊普遍存在規模小、分散的情況，油水泵排量不大，所以盡量減少泵的數量，常規設置運一備一；季節性排量差異大時，設置3 臺泵，夏季運二備一、冬季運一備二。近3 年共調整優化機泵20 余臺次，年節電約138×104kWh，同時減少了維修工作量。

（2）機泵配套變頻。功率相對較大的機泵，若排量仍波動大，則配備變頻器。榆樹林油田共配套安裝變頻器146 臺，年節電約300×104kWh。

（3）及時更換低效機泵。近幾年更換老化低效機泵共計30 臺，更換后泵效提高15%～25%，年節電約70×104kWh。

（4）供電線路安裝無功補償裝置。隨著供電線路用電負荷變化，無功消耗增多。近5 年陸續在產能建設中對10 kV 線路進行了無功補償，新建16 套補償裝置，使線路功率因數提升至合格水平。補償總容量為1 700 kvar，年節電約90×104kWh。

（5）按需控制用電設備工作時間。針對不連續用電設備，安裝了時控開關，并摸索科學合理的開關時間，節約了電能，杜絕不必要的浪費。共安裝時控開關476 個，其中熱水器88 個，場地燈52 個，井口伴熱328個，電暖器8個，年節電約16×104kWh。

（6）加快推進新能源建設。榆樹林油田積極調研風電、光電等技術，編制實施方案，待新能源項目投產后，可大幅降低榆樹林油田的用電成本。

2.1.2 節氣技術

（1）系統優化簡化，源頭控制用氣消耗。產能建設工程中堅持“三優一簡”，控制新增耗氣。產能區塊利用已建站場能力，提高其負荷；優化集輸管道走向，減少管道長度；優化廠房設計，利用工業余熱，取消采暖；無依托小規模區塊采用多功能儲罐拉油工藝，伴生氣分離、回收。某加密區塊通過優化，年可節氣15×104m3。

（2）老區采取“關、停、并、轉”等措施，減少無效耗氣。結合站場負荷情況，進行局部調整，提高站場運行負荷率和設施完好率。對集油環進行合并、優化重組，保障集輸管網高效合理運行。近兩年停運集油閥組間2 座，從集油環中摘除無治理潛力油井62 口，減少在運集輸管道32.6 km，年節氣17×104m3。

（3）實施揮發性有機物回收項目，回收伴生氣。首先將個別轉油站由開式流程改為密閉流程，其次將脫水站改為密閉流程，伴生氣引入轉油站伴生氣系統回收利用，預計每年多回收伴生氣16×104m3。

2.2 管理節能措施

（1）加強加熱爐全過程管理，降低天然氣消耗。加熱爐是消耗天然氣的主要設備，需對加熱爐及其加熱介質進行全過程管理。主要措施是：每月監測加熱爐爐效，合理調整配風；及時對“四合一”等火筒爐進行清淤，提高爐效；對真空爐的加熱盤管及時酸洗，對結垢嚴重、酸洗效果差的加熱爐盤管進行更換；維修加熱爐破損保溫層，減少熱量損失；通過數字化手段，加大降溫集輸實施力度；加熱爐季節性停運，避免能耗浪費。2021 年全油田加熱爐平均爐效提高0.5%，年節氣8×104m3。

（2）確保設備設施正常運行，多回收零散伴生氣。確保油井井口閥門操作正常，伴生氣全部回收，禁止外排；保證伴生氣干燥器脫水效果，提高伴生氣有效熱值；加大檢查力度，杜絕伴生氣跑冒漏竄。通過以上措施，年可回收伴生氣20×104m3。

（3）以能耗指標的控制促進節能工作的推進。制定能耗計劃，嚴格考核；實行能耗指標日分析、月總結制度，耗能單位每日分析耗電量、耗氣量波動原因，生產和技術部門每月組織相關單位對電、氣異常消耗進行分析，查找原因，制定對策；定期召開節能例會、進行節能現場檢查，促進節能措施實施到位。

3 數字化智能化油田建設

3.1 數字化油田建設現狀

榆樹林油田自2018 年起，在調研國內兄弟油田成功經驗的基礎上，優化技術組合，堅持“經濟適用但不降低標準、統一規劃但可分步實施”的原則，完成數字化建設總體規劃，并以“生產急需的先干、效果不明的先試”為切入點，確定了“先機采后地面、先試點后推廣”的建設思路。至2022年8 月完成了全部數字化建設。

3.1.1 油井應用“三件套”

對于常規油井數字化建設投資高、地處外圍維護不及時等問題，2018 年開始，為抽油機井安裝了“三件套”，即停井報警儀、電子眼、測控儀。停井報警儀能夠實時監測抽油機運動狀態，異常停井時發出報警聲音；電子眼每10 min 自動回傳一次井場圖片，也可手動實時抓拍現場照片；測控儀每4 h 回傳一次抽油機電機的電流、功率等電參數。“三件套”數據采用4G 傳輸，避免有線網絡建設投資大和視頻流量運行費用高的問題。至2019 年底，在運機采井“三件套”全部安裝完成。

3.1.2 分期建設數字化站場

2019 年完成第二作業區站間數字化建設，取得一定經驗；2020 年完成其他作業區小型站場數字化建設；2022 年8 月完成全部大中型站場數字化建設。在數據采集上，優化了采集點，即對于重點生產數據，精減前后流程變化微小和關注度小且投資高的參數，如回油匯管溫度、壓力可等同于四合一進口溫度、壓力等。在傳輸模式上，大中型站場建設生產網光纜，數據傳輸更穩定，且可傳輸視頻信號；油水間同油井井場一樣，均采用4G 無線網絡傳輸[10]、定時抓拍圖片的方式。在管理平臺上，逐步開發以數字化生產調度系統為主，移動APP 為輔的新型管理平臺。從第二作業區開始開發數字化生產管理系統，實現監測報警功能；開發移動APP，實現指標查看、油井監控、班車預訂、問題處置與采集、提撈運行狀況查看五大功能；與機采井數字化共同融合，構成完整的井、間、站數字化管理系統。

3.2 數字化油田應用現狀

（1）實現可視化巡檢。通過站場視頻，井、間電子眼進行在線監控，能夠及時掌握生產狀態，及時反饋問題。對比人工巡井方式，問題發現時間從12 h縮短至0.5 h，巡檢效率提升23倍。共阻止215起盜油事件，抓捕盜油人員10 名、盜油車輛37 臺，回收原油超過700 t，挽回經濟損失255 萬元。

（2）實現數據統計與穿透應用。統計展示采油、注水、集輸等地面系統生產數據、能耗信息，并實現從公司層面穿透至單井的精準定位，保障生產運行、降低勞動強度、提高工作效率。

（3）實現生產運行參數閾值報警并在線發布任務。能夠實現井、間、站生產參數的閾值設定、更改和統計，超范圍報警。自主設定閾值有一定靈活性，促進了生產運行的精細管理。

（4）應用手機移動端更方便高效。員工可通過手機APP 查看井、間參數，上報問題，接受任務，反饋處理結果，進一步提高工作效率。

（5）油井“三件套”數據深度應用效果明顯。經過對“三件套”采集數據的深度摸索，實現了“遠程巡檢、泵況井查找、節能管理、清防蠟管理”等工作管理模式轉型升級。實現遠程巡檢，停井時實時報警，采油班組可及時處理；中控室每2 h 巡檢一次，可直觀發現地面故障、偷盜等問題，時率由數字化應用前的89.7%提高至目前的95.4%。通過每日分析電參數曲線變化，及時發現泵況問題井，實現泵況井發現全覆蓋，“出現問題-發現問題-核實問題”控制在1 天以內，2022 年累計發現問題井339 井次。節能管理更有抓手，分析連續電參數曲線監督間抽執行情況、單次曲線直讀沖次，每周檢查一次間抽執行及降參方案執行情況；根據直讀負功值，2022 年累計發現不平衡井176 井次。清防蠟管理更加科學，根據電參數變化靈活調整加藥制度，遠程監督加藥現場，科學評價加藥效果，實現了井筒加藥閉環管理，2022 年累計優化加藥制度163 井次。

數字化管理的推廣應用，實現了作業區各項工作統一監控、指揮、調度，通過逐漸摸索，形成了應急搶險、泵況落實、安全管控、故障處理和對外協調等五項核心協調指揮流程，數字化管理優勢凸顯。

3.3 智能化油田建設

目前榆樹林油田已經完成油水井、站場生產參數等數據的采集自動上傳，采油系統在機采問題井、泵況井、節能等精細管理方面開展了一定的數據開發應用，地面系統在生產狀況監控、參數報警等方面進行了探索，但主要生產過程的控制功能不全，實現控制所需的數據庫建設尚未啟動，配套的數據深度應用軟件不健全，需要進一步加強數據的開發應用。

3.3.1 總體思路

榆樹林油田規劃以形成油田開發、生產、經營管理一體化智能應用系統為目標[11]，搭建智能油藏開發、生產管理、經營管理、綜合研究等核心應用子系統，通過業務之間的關聯，形成全油田業務流程網絡和一體化協同環境，建立全面感知、自動分析、自主管控、智能預測、優化決策的智能油田體系。

智能化總體框架主要分為生產數據層、資源管理層、綜合應用層。生產數據層和資源管理層是智能建設海量數據來源，是實現綜合應用的基礎。智能化的關鍵在于夯實數據基礎和綜合應用功能開發，需要總體協調推進。

3.3.2 主要工作

一是建立、完善、管理數據庫。數據是實現智能化的基礎，涉及各個系統數據庫的建立、完善、管理，包括已有的A2、A5 數據庫完善，各種方案、設計等歷史數據庫的建立，數據管理流程的建立，數據質檢系統的建立等。此項工作量大，投入多，且需要數據庫上層許可互聯，需油田統一協調推進。二是開發智能化系統軟件。依托數據庫數據，開發智能應用軟件，分析、優化、指揮油田開發、生產和經營活動，形成閉環管理流程。此項工作需各專業各領域共同協作完成。

4 結束語

地面工程是油田開發的重要環節，也是控投資降成本的重要源頭。“十三五”以來，榆樹林油田在產能建設上根據區塊特點建設優化簡化工藝，節省投資7 340 萬元；在節能降耗上應用節能技術并加強管理，每年節氣56×104m3、節電544×104kWh；在低成本數字化的油田建設上，提高了管理效率和水平，降低了勞動強度，同時提出了夯實數據基礎和開發綜合應用功能的智能化發展方向。榆樹林油田地面工程提質增效技術可為低產、低滲油田開發提供借鑒。