油田地面工程規劃設計中的系統論

侯桂華

油田地面工程規劃設計中的系統論

黃輝1任曉光2侯桂華1

1中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院2中國石化國際石油勘探開發公司

規劃設計是油田地面工程建設中必不可少的重要環節，在保證油田生產、提高經濟效益和環境效益等方面起著不可忽視的作用。油田規劃設計涉及到諸多工程技術，是一個系統工程。因此，在規劃設計過程中，要充分運用系統論的思想和方法對地面工程組成進行研究、分析、評價并不斷優化，把各部分有機結合起來，進行整個系統的規劃設計，才能達到最佳效果。

油田地面；規劃設計；系統論；應用；優化

規劃設計是油田地面工程建設中必不可少的重要環節，在保證油田生產、提高經濟效益和環境效益等方面起著不可忽視的作用。因此，注重規劃設計方法有著重要的現實意義。油田規劃設計涉及到諸多工程技術，是一個系統工程。因此，在規劃設計過程中，要充分運用系統論的思想和方法對地面工程組成進行研究、分析、評價并不斷優化，把各部分有機結合起來，進行整個系統的規劃設計，才能達到最佳效果。

1 系統論的觀點

“系統”一詞源自古希臘語，其涵義是由部分構成整體。系統是由相互聯系、相互作用的若干要素組成的，是具有一定功能的有機整體。在一個系統中，一定有2個以上的要素存在，這些要素按一定規則組合成具有整體功能的復合體，即系統。系統論是對客觀現實系統所具有的共同的特征、本質、原理和規律開展研究的科學，其最突出的特點是從全面、連貫、動態的角度看問題[1]。而系統方法是指利用系統科學的理論和觀點去研究自然、社會和人類活動等，把研究對象放在系統的形式中，從整體和全局出發，分析系統與要素、要素與要素之間，系統結構與功能以及系統與環境的對立統一關系中，對其進行分析研究，使之達到最優狀態的一種科學方法[2-3]。

2 應用

油田地面工程規劃設計是一項大型的復雜的規劃設計活動，從其內涵看，既有油氣集輸與處理、污水處理與注水，又有供配電、給排水、道路、自動化和通信等公用系統，既有整個油田的總體布局，又有各類站場、管線或單項工程的規劃設計。從其外延看，既有近期的實施規劃設計，又有遠期的宏觀規劃，既要考慮到油田經濟效益，又要考慮環境效益、社會效益。它不僅自成體系，而且與油田環境、周邊社會等有著千絲萬縷的聯系。因此，要從系統論的觀點出發，引用系統科學的方法，研究地面工程規劃設計內部各要素之間的相互聯系和制約條件，對其各要素按一定的目的價值進行優化。

2.1 以整體性為原則

整體性原則是系統方法的首要原則，也是油田地面工程規劃設計的出發點和依據。在進行規劃設計時如果將各專業、各單體之間簡單地進行研究、獨立優化，然后再機械地組合起來，整個規劃設計并不一定能達到系統最優。因此必須從系統全局出發進行優化，才能達到最好的效果。

方案的整體優化是規劃的關鍵，在保證滿足油田生產的條件下，整體優化應著重考慮技術優化和投資優化[4]。如油田的總體布局，根據原油物性首先進行集輸工藝流程的優化，在進行站場的布置時，不僅考慮到原油的水力、熱力條件、井位的布置等油田開發條件等，還要綜合考慮供電、道路等公用工程，應進行綜合的工程投資及運行費用的比較。

從規劃設計程序上來講，通常包括基礎資料收集，即首先了解本油田和相關油田的近、遠期開發規劃和油藏特征，應有可靠的油藏工程、鉆井工程、采油工程的設計方案或規劃，應了解國家和地方政府對油氣產品的運輸、加工銷售政策、價格政策，以及油氣的外運方式及運輸目的等；根據開發方案所預測的產能曲線，確定建設規模及建設分期；油田的總體布局及各專業工藝流程的選擇、工藝計算、設備選型、工程量計算；投資估算與經濟評價等，這些工作的合理與否，直接決定了規劃設計的好壞。因此，必須堅持整體統一的原則，每個環節都能保證質量，才能得到最佳的規劃設計。

從規劃設計內容上看，地面工程設計包括油氣集輸、污水處理、注水、供配電、自控等諸多工程系統，各系統之間密切聯系構成一個非常復雜的大型網絡系統，該系統結構龐大，各系統之間的參數輸出、輸入復雜，既不是簡單的串聯也不是并聯，并且有些單元之間無明顯的界限，各系統之間互相聯系，互相制約。例如，集輸系統與機采系統、采出水處理系統與注水系統、供熱供電系統等都存在著密不可分的關系。一是集輸系統的邊界條件井口回壓的高低，與機采系統的動力消耗、采油井況、熱系統等有直接關系。通常井口回壓決定了地面集輸半徑，提高井口壓力，在地面集輸系統中可減少接轉站數量，節省投資，但油井舉升能耗要增加；對于摻水集輸流程，為保證摻水順利進行，井口回壓越高，摻水泵工作壓力越高，摻水泵耗電增加。二是集輸系統分出的采出污水的輸出（壓力、流量），通過采出水處理系統又變為注水系統的輸入。三是集輸系統的熱源和動力源分別來自供熱及供電系統，同時集輸系統總體布局的確定，也對供熱和供電有著較大的影響。因此，把各系統作為一個系統工程，綜合考慮其能量、質量傳遞過程，才會取得能量合理利用的最佳效果，以取得較好的總體效益。

2.2 以動態性為引導

系統方法把對象視為動態的活動系統，無論是系統的要素之間，還是系統與環境之間的聯系都是隨時間發生變化的[5-6]。隨著社會的不斷發展，相關技術在不斷進步，新技術和新設備層出不窮。例如，近幾年多相混輸增壓技術在油氣集輸系統的成功應用，擴大了集輸半徑，改變了多年來油田集輸系統布局模式。地面工程規劃設計者要開闊思維，具有創新意識，要對工藝、設備、自動化及計算機輔助管理等知識不斷更新，才能提高規劃設計水平。

隨著油田的不斷開發尤其是滾動開發，油田的實際生產情況和最初的規劃會不可避免地出現差異，如油田的產量、油品性質、運行參數等也會有所不同；另一方面，隨著生產的不斷進行，這些數據也會隨之發生變化。規劃設計要有靈活性和兼容性，要有發展和擴建的能力。在進行方案優化時，不僅要從投資和運行費用兩大方面進行經濟比較，也要考慮系統在不同情況下的經濟運行細節。工藝流程及設備的匹配要靈活，要有充分的調節余地，在相當長的時間內保持最優狀態。

規劃，特別是大的中長期規劃，由于種種主觀和客觀原因，在貫徹執行的過程中往往發現其中某些不完善的地方，因此，必須考慮在執行過程中便于作適當的修正、調整，以保持動態化。較短期的油田產能建設規劃設計，往往是隨著開發方案的不斷深入，對油田的認識越加清楚，也存在著地面工程的邊界參數及相關條件的變化，也應該根據新的變化情況重新對方案進行核實及調整。

2.3 以最優原則為基本目標

最優原則是系統方法的目的和要求，是指在運用系統方法解決實際問題時，從多個可能的方案中選擇出最佳的方案，使系統功能處于最優狀態。

在進行規劃設計時，有很多需要協調的矛盾，不可能做到多個目標同時達到最優，只能是綜合考慮各個影響因素，做好統籌的協調和平衡，達到綜合效益最大。如在進行總體布局時，應根據油藏特點、開發井的分布及自然條件等情況，以油氣集輸為主體，統籌考慮注水、采出水處理、給排水，以及消防、供配電、道路等。在聯合站選址時，既要考慮服從油田開發的大局，又要考慮周邊的環境條件及配套情況；規模設計既考慮到留有一定的余量，具有一定的可擴性和適應性，又要考慮適當，不要造成浪費；計量站、接轉站的布置應盡量擴大集輸半徑，又要考慮油井的合理回壓及采用混輸增壓的可行性等；站內布置時既要滿足工藝、物流、管網的要求，又要盡可能少占土地；在工藝設計時，既要考慮到流程順暢，又要考慮到操作方便；在自控系統選擇時，既要考慮到技術的先進性，又要考慮到經濟性。如果不處理好這些關系，顧此失彼，雖然可能個別子目標的成果明顯，但綜合效果未必最優。而最優原則追求的是整體的最優目標，綜合考慮各方面因素，適應性及經濟性是終極目標。

3 實例分析

近幾年來，油田地面工程的環境越來越復雜，更凸現出采用系統工程方法進行規劃設計的必要性及顯著效果。

如某油田產能建設地面規劃設計，從整體經濟效益出發，優化了管理體制、減少了地面工程量而使投資大大降低。兩個新建產能區塊分屬油田的兩個不同二級單位管理，最初的規劃方案是按兩個二級單位的開發方案，分別設計了兩套地面系統。其中一個區塊在現有基礎上擴建摻水接轉站、新建摻水管線、改造脫水站，擴建高效分水器3臺，3000m3罐3座。另一區塊則新建聯合站1座，摻稀油脫水工藝，修復和新建DN273mm、DN219mm和DN159mm摻稀油管線約23km；新建外輸油管線建摻稀油管線DN323.9mm和DN273mm管線長約22km。地面建設提出兩個區塊統一建設、整體優化的方案，優化后僅需擴建摻水接轉站和擴建脫水站，減少新建聯合站1座、減少50%的摻水和集輸管線，減少投資23.9%，約1億元人民幣。

另一個近幾年開發建設的油田，在初期建設的計量接轉站的實際處理液量為設計負荷的8.57%～48.05%。4座摻水計轉站設計進站閥組分別為18、13、18及15口井，而實際井數分別為10、5、8及7口井，實際數量不足設計的50%。單從地面規劃設計方面分析是合理的，也是符合現行規范的。設計規模符合率偏低的主要原因是滾動開發油田，在早期做開發方案時，對地下情況的認識存在一定的局限性，導致開發方案產量預測偏高，使得地面工程建設規模的不確定性增大。因此在后期的規劃設計中，吸取了經驗，總結了該油藏開發產量遞減快，含水上升慢等特點。在站的布局、規劃設計方面充分考慮了該油藏開發的特點，使設計規模的符合率達到了85%以上。

4 結語

一個優秀的油田地面工程規劃設計往往會對油田的持續發展，提高綜合經濟效益起著主要的作用。并且油田地面工程規劃設計涉及的面廣，具有一定的復雜性，在進行這項工作時，必須站在系統的高度，從整體上研究和解決問題，綜合考慮相關因素，以創造性和前瞻性的理念，進行分析、論證、規劃設計，作出整體最優的方案，以使油田開發效益的最大化。

[1]汪應洛．系統工程理論、方法與應用[M]．北京：高等教育出版社，2003．

[2]王連成．工程系統論[M]．北京：中國宇航出版社，2002．

[3]呂志良．運用系統論信息論優化論方法做好石油規劃設計[J]．石油規劃設計，1994（5）：24-26.

[4]周興熙．油氣成藏作用與系統論[J]．石油勘探與開發，2004（8）：5-10.

[5]馮秋紅．系統科學方法在工廠設計中的應用[J]．建筑與結構設計，2007（8）：1-3.

[6]侯新錄．系統論在工程優化設計中的應用[J]．系統辯證學學報，2004（10）：106-108.

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.032