小型立體智能脫水裝置在長慶油田的應用

龐永莉，張俊堯，肖 雪，王昌堯

長慶工程設計有限責任公司，陜西西安 710018

長慶油田建設用地劣質化的形勢日益嚴峻，征地難、地形差等問題嚴重制約了油田地面工程建設的發展。脫水站占地面積大、功能復雜的特點決定了站場的設計難度極大。在這種形勢下，提出“小型化、立體化、集約化、智能化”的設計思路，研發出一種小型立體智能脫水裝置，替代常規平面布置方式，能有效縮減用地，逐漸得到油田地面設計和建設人員的青睞[1]。

立體化布站打破了傳統平面鋪展的習慣做法，是一種采用向空間延伸創新模式下的布局緊湊、空間利用率高的站場設計方法[2]。通過技術攻關與裝置研發，采用立體化布站方法研發出了處理規模為120 m3/d的小型立體化脫水站。本文以此為例，旨在對小型立體化脫水站設計進行詳細闡述和分析。

1 設計原則和思路

1.1 立體化布站設計原則[3]

1.1.1 安全性

在滿足工藝要求的前提下，確保系統安全、平穩運行。

1.1.2 適用性

可以適應現場生產需求，方便建設、安裝、檢修和維護。

1.1.3 經濟性

能夠降低成本，包括建設成本以及運行和維護成本。

1.1.4 高效性

在滿足站場功能的前提下，流程更加優化，運行效率更高。

1.2 智能化設計原則

（1）正常流程無人操作、遠程監控：對容器類設備進行液位監測、遠傳；檢測動設備的運行狀態，并進行變頻控制。

（2）事故流程應急切換、遠程關斷：輸油泵遠程啟、停，出口增加電動閥；三相分離器出口增加電動三通閥，緊急情況下可以切換進罐。

（3）關鍵環節智能分析、智能控制：三相分離器出口設置含水分析儀表，將脫水不合格油切換進罐，經輸油泵增壓進入加熱爐加熱后再次進入三相分離器進行二次分離。

（4）風險作業自動運行：伴生氣分液器、空冷器設置疏水閥，實現自動排液、無人操作。

通過改進工藝流程、增加智能控制環節，實現工藝過程的少人操作、智能運行，按照“工藝優化功能單元整合，設備集成橇裝”的原則，開展了裝置關鍵設備選型、總體布局、裝置配管、橇座設計、防腐保溫、地基處理、智能控制、安全防護等研究工作，實現了橇裝化脫水站整體技術特性的全面提升。

2 小型立體智能脫水裝置研發

小型立體智能脫水裝置的主要功能有：原油升溫、原油緩沖、油氣分離、原油脫水、凈化油外輸、采出水處理及回注等，同時具有站內循環、吹掃以及站外吹掃等功能。其可劃分為：油氣水處理裝置模塊、配電模塊、污油污泥模塊、加熱模塊、油氣集輸模塊等五大功能模塊。

2.1 油氣處理裝置區

油氣處理裝置區即油氣處理一體化集成裝置所在的區域，也是小型立體智能脫水裝置的核心區域。油氣處理一體化集成裝置借助2座雙層鋼結構平臺（見圖1）將原油緩沖一體化集成裝置、三相分離一體化集成裝置、原油外輸計量一體化集成裝置等分層布置，從而實現原油緩沖、油氣分離、原油脫水和凈化油外輸等重要功能。

圖1 雙層鋼結構平臺效果

2.1.1 鋼結構平臺設計

為了實現裝置分層布置的立體化布站思路[4-5]，以工字鋼為主要材料設計出了雙層鋼結構平臺。其結構穩定、結實耐用且成本較低。鋼結構（見圖1）中間設置1 m寬的檢修通道，用于連接兩座鋼平臺，增強穩固性，同時也方便操作人員通過。

2.1.2 裝置組成及布置

根據《油田油氣集輸設計規范》相關規定[6]，結合脫水站設計規模和原油物性參數，該裝置選用的主要設備有：處理規模為100 m3/d的三相分離器2臺、8 m3兩室分離緩沖罐1具、200 m3/h空冷器1具、φ400 mm伴生氣分液器1具和4 m3/h、壓力4.0 MPa的往復式輸油泵2臺等。

2臺三相分離器結構相同且同屬于三相分離一體化集成裝置，應盡可能使其成為一個整體，布置在同一座鋼平臺的上下層。考慮到2臺輸油泵運行時產生的振動較大，故應將其布置在另一座雙層鋼結構平臺的下層。將兩室分離緩沖罐和空冷器布置在雙層鋼結構平臺的上層，而把伴生氣分液器與輸油泵同層布置。為確保2臺上下層布置的三相分離器進液平穩，在進口分別安裝流量計和電動調節閥，通過流量計控制電動調節閥開度，確保每臺三相分離器進液基本平穩。油氣處理一體化集成裝置布置效果如圖2所示。

2.1.3 裝置工藝流程和功能

油氣處理一體化集成裝置的正常工作流程如圖3、圖4所示。上游來液經緩沖罐一室緩沖后在三相分離器中實現油、氣、水三相分離。分離出的凈化油進入緩沖罐二室再次緩沖，并通過輸油泵增壓和流量計計量后，最終外輸；三相分離器和兩室緩沖罐內分離出的伴生氣經空冷器降溫，進入伴生氣分液器，并在分離出凝液后輸出。通過遠程或就地控制油氣處理一體化集成裝置相應閥門，還可以切換凈化油進事故油箱。

圖3 油氣處理一體化集成裝置正常工作流程示意 （油）

圖4 油氣處理一體化集成裝置正常工作流程示意（氣）

該套裝置采用了智能化、無人值守設計理念。輸油泵前、后進行壓力檢測，高低壓報警可實現聯鎖停泵；緩沖罐二室液位與輸油泵連鎖可實現輸油泵變頻控制；泵前過濾器差壓報警，泵后電動球閥可實現遠程截斷控制。同時還設置了空冷器前后壓力、溫度遠傳顯示，緩沖罐高低液位檢測報警與流量數據遠傳顯示，三相分離器液位遠傳和壓力檢測報警等。這些設計不僅可以提高裝置的智能化水平，還可以有效減少人工成本，對脫水站的實際運行意義重大。

2.2 采出水處理與回注裝置區

采出水處理與回注裝置區由采出水處理一體化集成裝置、采出水加藥一體化集成裝置、采出水回注一體化集成裝置和污泥污水箱組成。

采出水處理一體化集成裝置采用了“兩級氣浮+兩級過濾”處理工藝，通過1座雙層鋼結構平臺實現上下層布置，主要由2具6.5 m3緩沖水箱、1具6.5 m3反洗水箱、1具6.5 m3凈化水箱、1套100 m3/d過濾單元和1套100 m3/d氣浮單元等組成。氣浮單元和過濾單元電控柜為防爆型，均位于裝置內部。橇裝化采出水加藥裝置布置在裝置外部，實現自動加藥功能。其中采出水處理一體化集成裝置與油氣處理一體化集成裝置并排布置組成油、氣、水處理一體化集成裝置，如圖5所示。

圖5 油、氣、水處理一體化集成裝置布置形式

采出水回注一體化集成裝置由2套裝置組成，一用一備。該裝置集來水過濾、升壓、回流、計量于一體，將喂水泵、注水泵、過濾器、閥門、管道及流量計集成在一個橇座上，便于整體搬遷。采用泵頭回流技術，滿足了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，在裝置配管上設置固定支架，配套減振膠墊等措施，降低注水泵振動[3]。

采出水處理與回注裝置的整體工藝流程如圖6所示。

圖6 采出水處理與回注裝置工藝流程

3 站場布局及實施效果

根據《石油天然氣工程設計防火規范》[7]《石油天然氣工程總圖設計規范》[8]的要求和現場實際情況，依托原有井場，采用小型立體智能脫水裝置設計脫水站，平面布置如圖7所示。

圖7 小型立體化脫水站平面布置示意

與常規脫水站相比具有以下優點。

（1）總體布局緊湊，小型立體化脫水站占地面積小，能夠實現依托井場建設，減少占地面積。

（2）全部裝置橇裝化、模塊化，采用工廠預制，現場組裝，大大縮短脫水站設計和建設周期。

（3）功能齊全，注入水質和脫水效果達標。

（4）采用智能化設計，提高脫水站自動化程度，降低人工成本。

（5）“窄長條”的平面布置方式，更加適應黃土高原“塬、墚、茆”的地形特點。

常規脫水站布站與小型立體化脫水站布站對比結果如表1所示。

表1 常規布站與立體化布站對比

由表1可知：與常規脫水站相比，小型立體化脫水站可以節約占地面積30%左右，縮短建設周期20%～30%，降低建設投資10%以上，減少生產用工50%以上。采用小型立體智能脫水裝置有效縮減了建設用地，利用已有場地避免了重新征地，較好地解決了征地難的問題。

4 結束語

小型立體智能脫水裝置在長慶油田脫水站的應用，實現了脫水站場的小型化、橇裝化，不僅減少了站場的占地面積，還可以提高建設速度、降低建設投資，可以充分利用已有場地靈活布局，特別適應當前黃土高原征地難、地形差的現實情況。本文的設計實踐和探索，為智能化、立體化布站模式積累了設計經驗和現場應用經驗，對后續脫水站的優化和其他類型站場的改進研究具有參考意義。可以預料未來立體化布站模式必將更好地應用于油田地面工程建設，成為長慶油田“提質增效”的重要技術支撐，也將有助于進一步提高油田應對低油價風險的能力。