水驅(qū)集輸系統(tǒng)單管集輸工藝研究

于希明 （大慶油田設(shè)計(jì)院有限公司）

1 水驅(qū)集輸系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

喇嘛甸油田共有水驅(qū)轉(zhuǎn)油站36 座，占全油田轉(zhuǎn)油站總數(shù)的76.6%；管轄計(jì)量間224 座，占總計(jì)量間數(shù)的63%；油井2 432 口，占總井?dāng)?shù)的66%。36 座水驅(qū)轉(zhuǎn)油站均運(yùn)行20 a 以上，先后經(jīng)歷了基礎(chǔ)井網(wǎng)、一次加密井網(wǎng)、二次加密井網(wǎng)、三次加密井網(wǎng)開(kāi)發(fā)，所轄油井系不同開(kāi)發(fā)階段鉆建投產(chǎn)。站外集輸系統(tǒng)多采用雙管摻水熱洗流程，站外管線使用年限在20 a 以上的轉(zhuǎn)油站有26 座。

喇嘛甸油田將水驅(qū)集輸系統(tǒng)更新改造與系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整相結(jié)合，在滿足開(kāi)發(fā)需求的前提下，適時(shí)合并低負(fù)荷、腐蝕老化的站庫(kù)及設(shè)施，降低了更新維護(hù)費(fèi)用，提高了在用設(shè)施的運(yùn)行負(fù)荷，降低了生產(chǎn)運(yùn)行能耗[1-2]。但是后續(xù)的改造投入仍然存在，前期優(yōu)化調(diào)整中所保留的設(shè)施及沒(méi)有改造的站庫(kù)隨著使用年限的延長(zhǎng)，腐蝕老化程度會(huì)不斷加深，面臨二次更新改造的轉(zhuǎn)油（放水）站、計(jì)量間、管道日益增多。在過(guò)去5 a 中，規(guī)劃改造轉(zhuǎn)油站11 座，計(jì)量間46 座，更換管道95 km。

由于單井集輸工藝多采用雙管摻水熱洗流程，致使更新改造、生產(chǎn)運(yùn)行成本逐年增高[3-4]，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，目前水驅(qū)系統(tǒng)平均單井耗電9 707 kWh/a，耗氣8 706 m3/a，年運(yùn)行費(fèi)用高達(dá)1.91 萬(wàn)元。而目前水驅(qū)油井平均單井產(chǎn)液76 t/d，含水率為95.1%。與開(kāi)采初期相比，采出液已經(jīng)由初期的油包水型乳狀液轉(zhuǎn)變?yōu)樗桶蛷?fù)雜多重乳狀液，采出液黏度、管壁結(jié)蠟量隨含水率上升大幅度降低，有利于實(shí)施不加熱集輸[5-6]。

2 采取單管集輸簡(jiǎn)化工藝

針對(duì)水驅(qū)集輸系統(tǒng)出現(xiàn)的站庫(kù)老化、施工改造及維護(hù)費(fèi)用高等問(wèn)題，在老油田調(diào)整改造中，突破了原有的雙管集油、三級(jí)布站模式，大膽采用單管不加熱集輸工藝實(shí)現(xiàn)水驅(qū)集輸系統(tǒng)的工藝簡(jiǎn)化和布局優(yōu)化。

2.1 優(yōu)化區(qū)域布局，簡(jiǎn)化單管集油工藝

在喇341 區(qū)域優(yōu)化改造中，取消喇341 轉(zhuǎn)油站，合并至距離該站較近且富余能力較大的喇340水驅(qū)轉(zhuǎn)油放水站，使喇340 站負(fù)荷率由64.4%提高到81.7%，優(yōu)化區(qū)域布局，提高了水驅(qū)負(fù)荷、平衡了系統(tǒng)能力。

在喇341 站外系統(tǒng)工藝優(yōu)化中，針對(duì)站外管線穿孔頻繁、服役年限長(zhǎng)的問(wèn)題，結(jié)合該站所轄油井產(chǎn)液高（73.4 t/d）、井口出油溫度高（34.5 ℃）、采出液流動(dòng)性較好且油井分布集中的特點(diǎn)，采用單管樹(shù)狀集油簡(jiǎn)化工藝替代了原來(lái)的雙管摻水熱洗工藝。單管樹(shù)狀集油工藝在單井集油時(shí)不摻水，油井采用單管樹(shù)狀支線掛接至集油干線，干線直接進(jìn)喇340 站內(nèi)來(lái)液閥組，形成二級(jí)布站[7-8]。

在站外管網(wǎng)優(yōu)化中，結(jié)合單井生產(chǎn)特點(diǎn)及區(qū)域分布特點(diǎn)，充分考慮以下幾項(xiàng)原則：一是各條集油干線及支線串接井?dāng)?shù)保持均衡，縮小干線或支線穿孔泄漏時(shí)的影響面；二是各條干線總產(chǎn)液量相對(duì)均衡，方便優(yōu)選經(jīng)濟(jì)合理集油干線管徑和進(jìn)站閥組；三是優(yōu)先選用熱力條件和水力條件較好的高產(chǎn)液、高含水井作為端點(diǎn)井，輔助低產(chǎn)液油井生產(chǎn)，減少能源消耗[9-10]。

喇341 站所轄46 口油井共設(shè)集油干線4 條，集油支線18 條，每條支線掛接油井1～4 口，每條支線設(shè)1 個(gè)截?cái)嚅y。新建集油干線轄井情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 新建集油干線轄井情況統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of main line wells for newly built oil collecting

2.2 完善配套工藝技術(shù)，保證安全生產(chǎn)

為滿足開(kāi)發(fā)需求、保證常年安全生產(chǎn)，簡(jiǎn)化集油工藝的同時(shí)還需完善配套的單井計(jì)量、熱洗、井口作業(yè)防凍堵技術(shù)。因此，對(duì)46 口實(shí)施單管樹(shù)狀集油工藝的油井采用固定式軟件自動(dòng)監(jiān)測(cè)量油，移動(dòng)超導(dǎo)方式熱洗[11-12]。為防止油井作業(yè)時(shí)井口出油管道發(fā)生凍堵，對(duì)50 口油井配備井口不加熱集輸工藝閥島；為防止事故停井時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致集油管道凍堵，端點(diǎn)井到第二口油井之間的集油管道埋深要求2 m，保證管道環(huán)境溫度在最低溫度時(shí)仍能達(dá)到0.8℃，有效減少端點(diǎn)井溫降；同時(shí)對(duì)日產(chǎn)液量低于50 m3的端點(diǎn)井配備井口電加熱器1 臺(tái)，起到端點(diǎn)升溫、提高支干線輸液溫度的作用。

3 應(yīng)用效果及效益分析

3.1 單管集輸工藝適應(yīng)性分析及評(píng)價(jià)

喇341 站外單管集油工藝改造投產(chǎn)后，為跟蹤現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)運(yùn)行情況，在氣溫、地溫較低的情況下，對(duì)油井的生產(chǎn)運(yùn)行狀況進(jìn)行了相關(guān)資料的錄取。地溫測(cè)試表明，地表溫度緊隨氣溫變化，隨深度增加，地溫緊隨氣溫響應(yīng)滯后時(shí)間加長(zhǎng)，環(huán)境極端低溫發(fā)生在12 月中旬，-1.5 m 深度地溫較低溫度發(fā)生在3 月中下旬。-1.5 m 埋深最低環(huán)境溫度與最低地溫油井生產(chǎn)情況對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 -1.5 m 埋深最低環(huán)境溫度與最低地溫油井生產(chǎn)情況對(duì)比Tab.2 Comparison of between minimum ambient temperature and minimum ground temperature oil well production with -1.5 m depth

喇341 站外系統(tǒng)優(yōu)化改造后，平均單井回壓0.45 MPa。優(yōu)化后井口回壓變化情況見(jiàn)圖1， 12 月15 日錄取井口回壓90%的油井低于3 月24 日井口回壓，平均回壓由0.48 MPa 上升到0.56 MPa，最高回壓達(dá)到1.00 MPa。優(yōu)化后井口出油溫度變化情況見(jiàn)圖2，12 月15 日錄取井口出油溫度90%的油井都低于3 月24 日井口溫度， 12 月15 日錄取集油干線進(jìn)站溫度（36.5～40 ℃）高于3 月24 日錄取集油干線進(jìn)站溫度（35～39 ℃），這是由于3 月中下旬管道環(huán)境溫度最低，此時(shí)系統(tǒng)管網(wǎng)散熱量大于最低地表溫度下的井口散熱量，管壁容易結(jié)蠟，沿程壓力損失增大，因而平均井口回壓也略高于12 月中旬。

圖1 優(yōu)化后井口回壓變化情況Fig.1 Change of wellhead back pressure after optimization

圖2 優(yōu)化后井口出油溫度變化情況Fig.2 Change of wellhead oil flow temperature after optimization

優(yōu)化前后單井產(chǎn)液量變化情況見(jiàn)圖3，65%以上的油井產(chǎn)液量在優(yōu)化前后波動(dòng)不大，有8 口油井優(yōu)化后產(chǎn)液量降低，但總體來(lái)看，優(yōu)化后單井液量較優(yōu)化前有所增加，平均單井液量由73.4 t/d 上升到85.0 t/d。分析得出單井產(chǎn)液量基本不受井口回壓影響。

由此可見(jiàn)，單管樹(shù)狀集油工藝經(jīng)過(guò)一個(gè)冬季的運(yùn)行，井口回壓均低于設(shè)計(jì)壓力（1.5 MPa），進(jìn)站溫度均高于凝固點(diǎn)（26.5 ℃），滿足不加熱集輸技術(shù)界限，運(yùn)行狀況良好。

3.2 效益分析

通過(guò)對(duì)常規(guī)改造和優(yōu)化改造的投資及能耗對(duì)比分析，優(yōu)化改造取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益：

1）降低了改造投資。常規(guī)改造采用雙管摻水集油流程，需新建轉(zhuǎn)油站和計(jì)量間。采用合并優(yōu)化改造后，核減轉(zhuǎn)油站1 座、計(jì)量間6 座，減少站址占地面積1×104m2，節(jié)約喇341站改造投資600萬(wàn)元；通過(guò)集油工藝布局優(yōu)化，與原來(lái)所采用的雙管摻水集油流程相比，可以節(jié)省集油摻水管道19.2 km，降幅達(dá)62%，節(jié)省投資367 萬(wàn)元，平均單井降低投資7.34 萬(wàn)元。

2） 降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本。優(yōu)化改造后節(jié)氣35.24×104m3/a，節(jié)電11.12×104kWh/a，平均單井節(jié)氣7 660 m3/a、節(jié)電2 383 kWh/a，柴油熱洗增耗671 L/a，單井運(yùn)行費(fèi)用降低0.85 萬(wàn)元/a。喇341、340 區(qū)域站外系統(tǒng)優(yōu)化后經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比情況見(jiàn)表3。

另外，系統(tǒng)調(diào)整實(shí)施后，管道更新使“拒腐防漏”安全能力大大增強(qiáng)，年減少管道腐蝕穿孔160次，合計(jì)取消計(jì)量間及轉(zhuǎn)油站6座，節(jié)約維護(hù)費(fèi)用45萬(wàn)元，年節(jié)約材料費(fèi)用25 萬(wàn)元，節(jié)約藥劑費(fèi)用4.5 萬(wàn)元，減少崗位員工9 人。

3.3 應(yīng)用評(píng)價(jià)及遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)

喇341 站外系統(tǒng)將“雙管摻水熱洗分開(kāi)集油工藝”改為“單管樹(shù)狀不加熱集油工藝”，首次在喇嘛甸油田已建水驅(qū)系統(tǒng)實(shí)施優(yōu)化改造，將單管集輸工藝的簡(jiǎn)化達(dá)到極限。取消計(jì)量間，由“單井—計(jì)量間—轉(zhuǎn)油站—脫水站”三級(jí)布站改為“單井—轉(zhuǎn)油站—脫水站”兩級(jí)布站，取消喇341 站，合并至340 轉(zhuǎn)油放水站，使喇340 站負(fù)荷率由64.4%提高到81.7%，有效提高水驅(qū)集輸系統(tǒng)負(fù)荷。

喇341 集輸系統(tǒng)的工藝及區(qū)域優(yōu)化方法，可推廣應(yīng)用到大慶老區(qū)油田常規(guī)水聚驅(qū)油井。比如喇嘛甸油田共有水驅(qū)轉(zhuǎn)油站36 座，站內(nèi)外使用壽命在20 a 以上且急需更新站內(nèi)外系統(tǒng)的水驅(qū)轉(zhuǎn)油站有7座（轄井420 口），若均采用單管集油工藝，可減少計(jì)量間45 座，減少占地面積3 500 m2，節(jié)約改造投資3 080 萬(wàn)元，節(jié)省維護(hù)費(fèi)用1 075 萬(wàn)元/a。

在油田生產(chǎn)設(shè)施更新工程量不斷加大而工程投資日益緊張、生產(chǎn)能耗不斷上升而運(yùn)行成本控制日益嚴(yán)格的形勢(shì)下，在老區(qū)油田推廣應(yīng)用該工藝將有效解決集輸系統(tǒng)存在的問(wèn)題和矛盾，因此具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

4 結(jié)論

1） 喇341、340 站外系統(tǒng)優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，單管樹(shù)狀集輸工藝在水驅(qū)已建高產(chǎn)液、高含水油井應(yīng)用效果很好，對(duì)油井產(chǎn)液、回壓影響較小，有效保證了油井的安全生產(chǎn)。

2） 喇341 站外系統(tǒng)實(shí)施單管樹(shù)狀集輸后，實(shí)現(xiàn)了集輸工藝最簡(jiǎn)化、能耗最小化。因此，在大慶老區(qū)油田水驅(qū)集輸系統(tǒng)推廣應(yīng)用該工藝對(duì)減少改造投資、降低原油生產(chǎn)成本和實(shí)現(xiàn)數(shù)字化油田快速發(fā)展具有重要作用。

3）單管集油工藝相配套的移動(dòng)熱洗方式很難在短期內(nèi)被固定熱洗的操作人員適應(yīng)， 因此需要加強(qiáng)技術(shù)研究及管理，使操作人員盡快適應(yīng)因集油方式改變而引起的熱洗方式、勞動(dòng)強(qiáng)度的變化。