新疆油田一體化集成裝置研發與應用

付蕾 顧凱 劉建超 張超

中油（新疆）石油工程有限公司

新疆油田地處準噶爾盆地，是新中國成立后開發建設的第一個大油田。油區分布點多面廣，戰線長，地形地貌涵蓋戈壁、沙漠、山地、丘陵，油品包括稀油、稠油、超稠油、致密油和頁巖油，產能建設區塊多，地面工藝存在多種形式，使地面工程建設任務繁重，面臨著有效建設時間短、投資控制難度大、管理幅度大等實際問題。20 世紀90 年代新疆油田就開始開展標準化設計工作，2008 年新疆油田推行了以“標準化設計、橇裝化制造、模塊化建設、科學化管理”為核心內容的“四化”管理模式，積極采用新工藝、新技術，對地面工程不斷優化簡化、降低投資，形成了適應新疆油田特點的“稠油模式”、“沙漠模式”、“老區模式”等標準化設計系列，由此帶動橇裝化、模塊化裝置的研發和應用，有力推進了產能建設降本增效。

2016 年，油氣田地面建設系統大力推動工程建設項目標準化設計、工廠化預制、模塊化施工、機械化作業、信息化管理的“五化”管理模式［1］，在此背景下，新疆油田通過技術創新，持續優化簡化地面工藝，深化標準化設計工作，貫徹落實低成本開發戰略，大力推廣一體化集成裝置研發和應用，形成了一批具有新疆油田特點的一體化集成裝置，滿足了油田快速高效的建設需要，推動油田工程建設模式轉型升級。

1 研發歷程

新疆油田一體化集成裝置的研發始于2005年，經歷了從單一橇裝化產品 小型橇裝站場 模塊化建站的發展歷程，在油氣集輸、油氣處理、采出水處理、油田注水、公用工程等五大領域研發了55 種橇裝化、一體化集成裝置，實現了由簡單橇裝向高度集成，由有人值守向智能控制，由單一領域向多個領域的持續升級，應用領域和規模不斷擴大，形成了適應新疆油田不同類型油氣藏的一體化集成裝置序列。

2005—2009年，主要研發油氣田功能單一橇裝化裝置，著力在采油（氣）井口、計量站、配水站、集氣站、注水站、污水處理等站場應用功能相對單一的集成裝置，如油井加熱裝置、雙容積計量裝置、分體計量裝置、恒水配水橇、油水加藥裝置、注水橇、分離計量橇、加熱節流橇、多功能污水處理裝置、一體化供熱裝置等，該類裝置技術成熟、功能相對單一，14年累計應用2 200余臺/套。

2010—2019 年，結合本油田地面工程的建設規模及工藝流程特點，在以往應用功能相對單一的集成裝置基礎上，研究應用集成度高、可替代中小型站場及大型站場主要生產單元的一體化集成裝置［2］，形成20 種75 個系列產品，如替代計量站的一體化自動選井計量裝置，替代計量配水站的一體化自動摻水選井計量裝置，替代集輸系統接轉站的一體化加熱接轉裝置，替代蒸汽計量站的蒸汽分配計量裝置，應用于注采井場的SAGD井口注采管匯橇，應用于大中型聯合站主要生產單元的多功能處理器、超稠油高效高溫仰角式預脫水裝置，替代中小型站場的一體化橇裝天然氣處理裝置、采出水一體化集成處理裝置等，近10年在油田累計應用900余臺/套。

2 典型一體化集成裝置

2.1 稀油一體化集成裝置

2.1.1 多功能處理器

設備具有油氣分離、加熱、原油一段脫水、原油二段脫水、水力清沙、油水界面自動控制和液位自動控制等多種功能，能夠替代油田傳統處理流程中的油氣分離器、加熱爐、三相分離器以及電脫水器，實現原油脫水過程的短流程、高效率[3]。出油能夠達到含水量 0.5%，出水含油量 2 000 mg/L。裝置自動化程度高，全過程可無人值守，裝置節約土建費用和占地面積80%以上，節約施工周期3個月以上，整體投資降低50%，在新疆油田的沙南油田、彩南油田、環瑪湖、頁巖油區塊推廣應用。

2.1.2 一體化自動摻水選井計量裝置

為滿足新疆油田產能建設“多井叢-大平臺-井站一體式采油平臺”設計要求，在總結以往計量站、摻水橇、多通閥橇、計量橇建設經驗的基礎上，研發了集自動選井、摻水、計量、站控于一體的裝置，其對不同工況的適應性好，性能穩定，氣、液計量精確度高，廣泛應用于新疆油田產能建設中（圖1）。通過本裝置的研發及使用，解決了計量站橇多分散、施工工作量大及對高氣液比、間歇性出液井口計量難度大的問題，同時將儀控系統高度集成，實現計量站生產智能化，結構型式橇裝化，適用油田滾動開發，并減少占地面積，節約占地900 m2，投資降低30%。

圖1 一體化自動摻水選井計量裝置Fig.1 Integrated automatic water mixing and well selection metering device

2.1.3 一體化加熱接轉裝置

裝置集加熱、緩沖、接轉功能于一體，將傳統多座設備集成一座裝置，通過站控系統對原油加熱、緩沖、接轉整個過程中的溫度、壓力、液位等參數進行檢測與控制，保證裝置安全運行。具有“無人值守、故障巡檢、集中監控”功能，適用油田滾動開發，可搬遷利用，與常規接轉站相比工程造價降低30%，節約占地約2 400 m2，在新疆油田的環瑪湖、頁巖油區塊推廣應用。

2.2 稠油一體化集成裝置

2.2.1 超稠油高溫高效仰角式預脫水裝置

針對SAGD采出液溫度高、含砂量大、油水乳化嚴重等特點而研發的專有設備，用于將SAGD采出液中的游離水脫出，將O/W 型乳液轉化為W/O型乳液。采用仰角設計，具有動液面高、油滴浮升面積大、純逆向流態分布、便于沉砂收集等特點，實現油氣分離、油水分離、液固分離，能有效實現設備的在線清排砂處理，裝置可使超稠油脫水由常規96 h 縮短至4～6 h，加藥量由500 mg/L 降低至250 mg/L。該裝置在新疆風城油田推廣應用（圖2），獲得2018年度集團公司自主創新產品。

圖2 超稠油高溫高效仰角式預脫水裝置Fig.2 Super-thickened oil high temperature and high efficiency pre-dehydrator with the angle of elevation

2.2.2 SAGD井口注采管匯橇

SAGD 井口具有出液溫度高、注采工藝復雜、巡井任務頻繁、冬季井場工藝管線易凝堵等特點。研發的SAGD井口注采管匯橇，將采油工藝調控系統、蒸汽高精度注入系統和井組生產狀況監測系統進行了高度集成化整合，降低了現場管理難度，解決了冬季空置管段凝堵的問題，最大限度避免了熱能浪費。相比傳統注采井場減少占地面積75%，現場工藝安裝簡單，有效地縮短了現場施工周期，在新疆油田的風城油田、九7、九8油區推廣應用。

2.2.3 蒸汽分配計量裝置

蒸汽分配計量裝置用于稠油開發注汽的分配計量。該設備具備高溫高壓蒸汽交接計量、自動調節、數據采集、遠傳控制等功能。裝置采用橇裝化、模塊化設計，性能可靠，外形結構緊湊，方便運輸。蒸汽分配計量裝置可以通過合理控制注入油藏的熱量，減少無效注汽，降低稠油開發的能耗，在新疆油田的風城油田、重油公司推廣應用。

2.3 天然氣一體化集成裝置

2.3.1 加熱節流橇

加熱節流橇集加熱、節流控壓控產、燃料氣調壓及加熱等功能于一體。裝置替代現場安裝的加熱爐、節流閥組、燃料氣供應系統，實現氣井生產裝置的一體化集成。具有流體加熱、節流降壓、數據采集、上傳功能，實現井場全自動運行。與常規井場相比，井場占地面積減少8%，建設周期縮短70%，減少現場施工人員50%。在新疆油田的克拉美麗氣田、呼圖壁氣田、瑪河氣田及塔里木油田推廣應用。

2.3.2 乙二醇注入及再生一體化集成裝置

該裝置集乙二醇注入、霧化、儲存、提升、過濾、換熱、再生、冷卻功能于一體，可完成壓力、溫度、流量、泵運行狀態、液位等數據采集和溫度自動控制、液位自動調節以及報警等功能，是集成度較高的機電一體化設備，在新疆油田的瑪河氣田、呼圖壁氣田、克拉美麗氣田等推廣應用。

2.3.3 一體化橇裝天然氣處理裝置

針對邊緣零散井和站場放空天然氣，研發了一體化橇裝天然氣處理裝置（圖3），對天然氣進行回收利用。裝置具備井口加熱節流、計量分離、分子篩脫水、丙烷制冷、低溫分離、天然氣增壓、凝析油穩定、油品儲存、天然氣發電等功能，所有功能可以按照實際需要進行增減，滿足不同工況的需要。裝置采用全橇裝化設計，方便搬遷，可重復使用，在新疆油田的彩南油田、石西油田等應用。

圖3 一體化橇裝天然氣處理裝置Fig.3 Integrated skid-mounted natural gas treatment unit

2.4 采出水一體化集成裝置

2.4.1 采出水一體化集成處理裝置

該裝置（圖4）適用于處理水量在5 000 m3/d以下、含油量 1 000 mg/L、懸浮物質量 300 mg/L的中小型采出水達標回注工程。裝置能夠實現污水處理、污水回收、污泥處理等功能，采用集成化橇裝設備，可靈活組合、拆分成多功能的系統，滿足油田建設多樣化的要求。裝置出水可達到含油量 5 mg/L、懸浮物含量 5 mg/L 指標，已在新疆油田應用。

2.4.2 采出水一體化生物處理裝置

該裝置（圖5）是基于回轉懸浮生物床處理技術研發的，采用大比表面積、密度比水輕的填料作微生物載體，填料在裝置內上下回轉，使微生物生長環境基本一致，獲得均勻充足的養料。該裝置能夠實現來水溫度達15～45 ℃、含油量 100 mg/L、礦 化 度 40 000 mg/L、懸 浮 物 300 mg/L、COD 3 000 mg/L 的采出水達標外排或回用注水，裝置已在新疆油田的石西油田、克拉美麗氣田應用。

圖4 采出水一體化集成處理裝置Fig.4 Integrated treatment device for produced water

圖5 采出水一體化生物處理裝置Fig.5 Integrated biological treatment device for produced water

2.4.3 多功能污水反應裝置

該裝置具備藥劑混合反應、混凝沉淀的凈化功能，提供凈化藥劑各個反應階段的理想流態，提高廢水凈化效率，實現來水含油量 200 mg/L、懸浮物含量 200 mg/L，出水達到含油量 15～20 mg/L、懸浮物含量 15～20 mg/L 指標要求。裝置節約土建費用和占地面積90%以上，節約施工周期3個月以上，整體投資降低50%，在新疆油田的風城油田、沙南油田及吐哈油田推廣應用。

2.5 電氣一體化集成裝置

2.5.1 35 kV智能組合變電站

35 kV 一、二次設備集成在可移動、全封閉、恒溫的箱體內，各箱體在工廠內完成安裝，調試完畢后送抵現場，只需做好設備相應的基礎以及進、出線的連接，即可實現快速送電。主接線形式可選，采用變電站綜合自動化系統。在新疆油田的二廠六區、夏鹽、瑪131、車510等油區應用。

2.5.2 一體化全功能橇裝配電裝置

該裝置專門針對油田終端供電系統設計，把分散安裝的電氣設備及元件集成于一套裝置中，裝置既解決了電子設備在嚴寒及酷熱地區可靠性不高的問題，又解決了用電負荷需要快速投入運行的要求。在新疆的紅山嘴、車排子、金龍10、七東區、八區等油田推廣應用。

3 應用效果

一體化集成裝置已在新疆油田產能建設中全面應用，并在老油田改造項目、安全隱患治理項目中逐步推廣，范圍覆蓋油氣集輸、油氣處理、采出水處理、油田注水和公用工程等，2010—2019 年累計推廣應用一體化集成裝置900余臺/套。與常規設計相比，投資降低8%，約2.9億元，占地面積減少30%，設計周期縮短50%，建設工期縮短47%。

（1）提升了標準化設計水平。一體化集成裝置是標準化設計的落腳點和延伸[4]，裝置不僅要滿足工藝流程及操作的要求，還需要滿足工廠預制、組裝、拆分、包裝、裝卸、運輸、現場復裝及施工等條件，促進標準化設計積極采用新技術、新工藝、新材料、新設備，持續優化設計成果，為工廠化預制、模塊化施工提供條件、奠定基礎。

（2）有效支撐了模塊化建設。工廠化預制是實現模塊化施工的基礎[5-6]，模塊化施工是縮短工期、提高工效、降低成本和減輕工人勞動強度的有效途徑[7]，是大幅降低人工成本、提高施工效率的重要措施。

（3）推進了油田建設降本增效。一體化集成裝置應用減少布站級數，替代中小型站點，實現了中小型站場無人值守，大中型站場少人集中監控，節省了勞動用工；同時一體化集成裝置可實現工廠預制化生產，最大程度減少項目施工現場制造加工的工作量，簡化地面設施，縮短建設工期，降低工程投資和運行成本，滿足油田降本增效要求。

（4）提高了工程建設質量。采用一體化集成裝置，將大量的工程建造放在制造廠進行[8]，避免了天氣對工程建設的影響；同時可以采用先進的施工和檢測工藝，有效控制組件的焊接變形和整體組裝精度，有效控制建設質量。

（5）降低了工程建設安全風險。一體化集成裝置的應用，推進了模塊化建設，使大量復雜工藝裝置的制作由現場轉入工廠，簡化了現場的安全管理工作，有效防范安全環保風險，杜絕由于搶進度、趕工期等引發安全事故。與傳統建設模式相比，模塊化建造具有更高的安全保障優勢[4]。

（6）提高了生產管理效率。一體化集成裝置對重要生產參數數據進行采集，對關鍵設備和關鍵生產環節進行監測，具備智能分析、自動處理、遠程控制等功能，提高了生產效率，促進了管理方式的轉變。

4 下一步工作方向

（1）對現有的裝置持續改進[9]，使之標準化、系列化、模塊化，形成能適應加快油田開發的中小型站場和大型站場主要生產單元的成套集成裝置，在“高效、可靠、智能”等多功能方面加大力度，努力提高成熟裝置的集成度和智能化水平[10]。

（2）加大非常規能源開發領域的一體化裝置研發，如超稠油、復合驅、致密油、頁巖油等油藏地面配套技術的裝置研發力度，形成自主創新的技術和產品。

（3）開展一體化集成裝置產品標準編制工作，通過幾年的實踐應用，由于缺乏產品標準，對產品的質量、安全及技術指標等的驗收、評價缺乏相關標準做支撐。因此，加快產品標準的編制，使一體化裝置的設計、制造等有據可依，將極大地促進一體化集成裝置的發展。