楊爽
寰球工程項(xiàng)目管理(北京)有限公司
遼河油田已開(kāi)發(fā)近50 年,油品性質(zhì)多樣,地面工程系統(tǒng)交織[1]。地面工程作為油氣開(kāi)發(fā)的重要組成部分,是控制投資、降低成本的重要源頭,是安全生產(chǎn)、節(jié)能環(huán)保的主要載體[2]。在已取得的技術(shù)成果和豐富經(jīng)驗(yàn)上,面對(duì)國(guó)家新政策,分析企業(yè)面臨的形勢(shì),立足油田實(shí)際,采取一系列對(duì)策,融合提質(zhì)增效和清潔生產(chǎn),助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、綠色、低碳可持續(xù)發(fā)展。
遼河油田具有稀油、稠油、高凝油等多種油品類(lèi)型,針對(duì)多元注水、蒸汽輔助重力泄油(SAGD)、蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、火驅(qū)、化學(xué)驅(qū)等各類(lèi)采油開(kāi)發(fā)方式特點(diǎn),技術(shù)攻關(guān)了如超稠油管輸、稠油污水深度處理回用等多項(xiàng)關(guān)鍵地面集輸及處理工藝。
針對(duì)超稠油SAGD[3]開(kāi)發(fā)地面工程,形成“SAGD 采出液高溫密閉集輸、大型注汽鍋爐集中建站、大口徑注汽管線長(zhǎng)距離輸送、高溫高壓濕蒸汽汽水分離、干度蒸汽等干度分配計(jì)量及調(diào)節(jié)、機(jī)械閃蒸壓縮法(MVC)處理SAGD 高溫分離水回用、熱能綜合利用”等7項(xiàng)核心工藝技術(shù),確保超稠油區(qū)塊的高效節(jié)能開(kāi)發(fā)。
針對(duì)稠油火驅(qū)[4]開(kāi)發(fā)地面工程,形成“螺桿機(jī)+往復(fù)機(jī)串聯(lián)增壓工藝、空氣干燥凈化、高壓空氣分配注入、采出液集輸與處理技術(shù)、伴生氣集中脫硫、伴生氣變壓吸附分離/熱氧化處理”等6項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),引領(lǐng)國(guó)內(nèi)火驅(qū)地面系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展方向。
注入開(kāi)發(fā)中,持續(xù)實(shí)施注入系統(tǒng)技術(shù)升級(jí)。通過(guò)專(zhuān)題開(kāi)展注水[5]提效工藝改造,采用分質(zhì)分壓注水工藝技術(shù)、小環(huán)注水工藝技術(shù)、高低壓變頻控制技術(shù),形成滿(mǎn)足高滲透、中滲透和低滲透注水指標(biāo)的低成本污水處理工藝,滿(mǎn)足油田開(kāi)發(fā)精細(xì)注水的需求。
深入開(kāi)展提質(zhì)增效工作,促進(jìn)老油田效益發(fā)展。充分利用油田原油高含水期水力和熱力發(fā)生變化的有力條件,擴(kuò)大不加熱集油工藝[6]應(yīng)用范圍。打造錦45 稠油示范區(qū),建立“井場(chǎng)計(jì)量、串接集油、冷輸進(jìn)站、集中加熱”的高效低耗集輸工藝模式,以區(qū)塊為單元,優(yōu)化計(jì)量方式,推廣軟件量油、輪換計(jì)量替代傳統(tǒng)計(jì)量(間)站。通過(guò)并轉(zhuǎn)簡(jiǎn)化技術(shù)[7]提高站場(chǎng)負(fù)荷率,調(diào)整部分站場(chǎng)功能,充分利用地面已建設(shè)施,提升系統(tǒng)負(fù)荷,降低成本能耗,減少新建管道數(shù)量。
持續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行,提升系統(tǒng)效率,選用高效設(shè)備。推廣平臺(tái)集中加熱替代井口分散加熱,采用高效相變加熱爐,提高加熱爐效率。注重?zé)崮芫C合利用,提高能源利用率。
2008年以來(lái),全面推行標(biāo)準(zhǔn)化[8]設(shè)計(jì),已形成稠油大中型站場(chǎng)股份公司級(jí)定型圖,涵蓋油氣集輸、原油脫水、污水處理等3大系統(tǒng)14個(gè)站場(chǎng),實(shí)現(xiàn)工藝流程、平面布局、模塊選用統(tǒng)一;研發(fā)應(yīng)用一體化集成裝置,配套加快數(shù)字化物聯(lián)網(wǎng)建設(shè),大幅減少單井值守點(diǎn)數(shù)量;將標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)常態(tài)化應(yīng)用于產(chǎn)能建設(shè)項(xiàng)目中,提出“五化”建設(shè)模式;建立三維數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)及線上協(xié)同平臺(tái),向三維設(shè)計(jì)及信息化管理發(fā)展。
汽車(chē)?yán)\(yùn)井約占總井?dāng)?shù)8%,結(jié)合區(qū)塊整體優(yōu)化,采用單管熱輸、串接集油工藝,輔助端點(diǎn)加熱或集中加熱方式,回收伴生氣產(chǎn)品,減少拉運(yùn)費(fèi)用及人工成本,推進(jìn)密閉集油改造工作。
伴生氣輕烴回收[9]及處理方面,自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)全產(chǎn)品組成的輕烴回收裝置。擁有“丙烷輔助制冷和膨脹機(jī)深度制冷全產(chǎn)品回收技術(shù)、輕烴回收夾點(diǎn)分析技術(shù)、冷量和熱量梯級(jí)利用技術(shù)、脫甲烷塔底熱虹吸原理溫度控制技術(shù)、停機(jī)放空回收和保護(hù)泄壓配合技術(shù)、雙溫位導(dǎo)熱油系統(tǒng)加熱技術(shù)”等6項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),乙烷收率85%,丙烷收率98%,輕烴年產(chǎn)量1.04×104t。
目前建成雷61、雙臺(tái)子儲(chǔ)氣庫(kù)群,擁有“高壓大排量往復(fù)壓縮機(jī)組調(diào)峰技術(shù)、低溫環(huán)境天然氣烴水露點(diǎn)控制技術(shù)、高壓天然氣處理站減排放空技術(shù)、含黑油濕天然氣防凝堵技術(shù)、多管捆綁及大口徑管道穿越技術(shù)、重度腐蝕環(huán)境管道內(nèi)防腐及監(jiān)測(cè)技術(shù)”等6項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),將為保障東北、京津冀地區(qū)供氣、調(diào)峰起到重要作用。
油氣集輸系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)系著油氣田生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和安全性[10],地面系統(tǒng)仍存在高能耗、低效率的問(wèn)題。當(dāng)前主力油氣田已進(jìn)入開(kāi)發(fā)后期階段,多種開(kāi)發(fā)方式并存,已建地面系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)逐漸不適應(yīng)目前的開(kāi)發(fā)形勢(shì),噸液處理成本較高,工藝流程復(fù)雜,地面設(shè)施腐蝕老化逐年加劇,年維護(hù)工作量大。需攻關(guān)推廣地面新工藝、新技術(shù),滿(mǎn)足高質(zhì)量、高效益開(kāi)發(fā)需求。
由于資源品位變差和建設(shè)環(huán)境復(fù)雜的雙重因素,對(duì)地面原油集輸及處理、污水處理等方面技術(shù)適應(yīng)性提出新的需求,快速、效益建產(chǎn)對(duì)地面建設(shè)形成挑戰(zhàn)。儲(chǔ)氣庫(kù)群建設(shè)為油田未來(lái)發(fā)展帶來(lái)新機(jī)遇,但建設(shè)區(qū)域環(huán)境復(fù)雜、地面處理工藝復(fù)雜、工程量大,是制約儲(chǔ)氣庫(kù)快速建設(shè)的難題。
部分油氣水井、站場(chǎng)、管線處于人口稠密區(qū)、工礦企業(yè)區(qū)和環(huán)境敏感區(qū),安全和環(huán)保責(zé)任大。VOCs 超標(biāo),部分伴生氣直接排放造成非甲烷總烴超標(biāo);干法脫硫工藝存在脫硫劑更換頻繁、固廢運(yùn)輸和處理難問(wèn)題。地面系統(tǒng)各環(huán)節(jié)需從源頭節(jié)能減排,實(shí)現(xiàn)低碳綠色生產(chǎn)。
老油田傳統(tǒng)運(yùn)行模式層級(jí)多、用工多,信息化水平差異大,中小型站場(chǎng)有人值守,大型站場(chǎng)分崗值守[8],大部分生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)人工采集。物聯(lián)網(wǎng)全覆蓋需要堅(jiān)實(shí)的信息化為基礎(chǔ)[11],對(duì)站場(chǎng)、設(shè)備等海量的生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行提取和匯總,實(shí)時(shí)對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行分析判斷,建設(shè)工程量大、投資高。需將理念創(chuàng)新與技術(shù)創(chuàng)新相結(jié)合,轉(zhuǎn)變生產(chǎn)管理模式。
遼河油田地面系統(tǒng)消耗的直接能源包括天然氣、燃料油、煤炭、電力,其中天然氣作為主要能源,占綜合能源消耗總量的92.96%,電能占比3.34%,新能源占比較少(圖1)。為積極貫徹“雙碳”目標(biāo),應(yīng)推動(dòng)中國(guó)化石能源向新能源加快轉(zhuǎn)型[12],實(shí)現(xiàn)清潔、低碳、綠色發(fā)展。

圖1 遼河油田2020年能源消耗分類(lèi)占比Fig.1 Percentage of energy consumption by category in Liaohe Oilfield in 2020
企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,內(nèi)生動(dòng)力是根本。當(dāng)能源行業(yè)電動(dòng)、市場(chǎng)、綠色、數(shù)字“四大革命”正在加速演進(jìn)時(shí),遼河油田以新發(fā)展理念為指引,培育發(fā)展新優(yōu)勢(shì),從傳統(tǒng)產(chǎn)油向綜合性能源發(fā)展轉(zhuǎn)變。
(1)集輸系統(tǒng)區(qū)塊整體優(yōu)化,打造工藝示范區(qū)。遼河油田原油常溫集油率為23.5%,通過(guò)對(duì)集輸系統(tǒng)現(xiàn)狀分析,結(jié)合站場(chǎng)并轉(zhuǎn)簡(jiǎn)化,稠油區(qū)塊借鑒錦45 塊地面優(yōu)化經(jīng)驗(yàn),推廣稠油不加熱集輸工藝,開(kāi)展其他區(qū)塊集油系統(tǒng)整體優(yōu)簡(jiǎn)工作,提升系統(tǒng)效率,降低集油成本。超稠油區(qū)塊從溫度、含水率、流量及集輸半徑4方面因素對(duì)單管集油工藝影響的邊界條件分析,開(kāi)展含水油流變特性研究,建立冷輸模型,確定相應(yīng)技術(shù)參數(shù),已在杜84 區(qū)塊試點(diǎn)應(yīng)用,實(shí)施后停運(yùn)導(dǎo)熱油伴熱系統(tǒng),可節(jié)約天然氣598.8×104m3/a。
(2)優(yōu)化原油脫水單元,降低噸液處理成本費(fèi)用。統(tǒng)籌開(kāi)展站場(chǎng)布局簡(jiǎn)化與原油脫水[13-14]工藝優(yōu)化,實(shí)施分區(qū)域原油脫水功能整合,將部分聯(lián)合站降級(jí)為“放水站”,輸送低含水油(含水率10%~20%)到末端“精脫站”,集中“精細(xì)脫水”,減少聯(lián)合站數(shù)量。稀油、高凝油采用三相分離器、電脫水等成熟密閉脫水工藝,稠油(密度≤0.95 g/cm3)采用高壓、高頻電脫裝置,對(duì)火驅(qū)稠油、稠油(密度>0.95 g/cm3)開(kāi)展高效密閉脫水技術(shù)攻關(guān),推進(jìn)油田脫水工藝技術(shù)發(fā)展進(jìn)步。
(1)開(kāi)發(fā)方式轉(zhuǎn)換促進(jìn)地面工藝提升能效。為提高采收率,地面與油藏密切結(jié)合,地面地下一體化[15]。為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)曙光稠油300×104t 規(guī)模,油區(qū)高效多元復(fù)合開(kāi)發(fā),針對(duì)曙一區(qū)“擴(kuò)展汽驅(qū)+完善SAGD+延長(zhǎng)吞吐+探索火驅(qū)”的開(kāi)發(fā)部署,地面系統(tǒng)建設(shè)打破常規(guī)不做系統(tǒng)配套,合理優(yōu)化利用已建設(shè)施能力,多系統(tǒng)熱能綜合利用,整體降低投資、節(jié)省能耗。SAGD井組采用平臺(tái)輪換計(jì)量+高溫自動(dòng)輸油技術(shù),利用井口回壓(1.0~1.6 MPa)自壓輸送,設(shè)置參數(shù)連鎖自控系統(tǒng),取消泵輸,不新建站場(chǎng),減少用工。汽驅(qū)井組采用平臺(tái)串接集油工藝,利用蒸汽驅(qū)井口溫度,停運(yùn)加熱爐,減少燃料氣消耗。注汽系統(tǒng)區(qū)塊間注汽鍋爐合理調(diào)配、錯(cuò)峰布置,不新購(gòu)置鍋爐,同時(shí)開(kāi)展注汽鍋爐提效,將熱效率提高至92%以上。
(2)提升技術(shù)水平引領(lǐng)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)新模式。遼河儲(chǔ)氣庫(kù)群定位為東北儲(chǔ)氣中心,庫(kù)容量達(dá)到255×108m3,工作氣量達(dá)到131.8×108m3。
工藝升級(jí),支撐保障平穩(wěn)運(yùn)行。總結(jié)雙6儲(chǔ)氣庫(kù)經(jīng)驗(yàn),將繞管式換熱器改為立式,保證乙二醇噴淋較為均勻;對(duì)分離器進(jìn)行了內(nèi)件結(jié)構(gòu)優(yōu)化,將核心部件旋風(fēng)子由進(jìn)口調(diào)整為出口,折流板調(diào)整為進(jìn)口,提高分離效果,解決多年換熱器凍堵、外輸氣攜液等問(wèn)題。
儲(chǔ)氣庫(kù)[16]采用全專(zhuān)業(yè)協(xié)同、橇裝化、模塊化[17]設(shè)計(jì)理念,引領(lǐng)儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)新模式。注采井場(chǎng)采用單體撬塊+管網(wǎng)建設(shè)模式。單口大尺寸井場(chǎng),采用一體化集成裝置模塊,具備注緩蝕劑、計(jì)量、節(jié)流,流量調(diào)節(jié)等多種功能。
遼河油田根據(jù)稠油油品性質(zhì)的特點(diǎn),聯(lián)合站原油處理普遍采用預(yù)脫水工藝和熱化學(xué)沉降脫水工藝,原油密閉率為7.15%。為達(dá)到GB 39728—2020《陸上石油天然氣開(kāi)采工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求,將揮發(fā)性有機(jī)物[18-20](VOCs)及甲烷協(xié)同管控,實(shí)現(xiàn)全流程密閉生產(chǎn)和操作。將熱化學(xué)沉降脫水改為“密閉預(yù)脫+密閉電脫”工藝,實(shí)現(xiàn)密閉脫水。結(jié)合脫水布局優(yōu)化,選擇末端增建原穩(wěn)工藝,實(shí)現(xiàn)集中原穩(wěn)。重點(diǎn)治理儲(chǔ)油罐無(wú)組織排放及敞開(kāi)式裝卸點(diǎn)排放,結(jié)合年度檢修計(jì)劃,對(duì)設(shè)計(jì)容積大于500 m3或物料真實(shí)蒸氣壓大于等于27.6 kPa但小于等于66.7 kPa的儲(chǔ)油罐采用“密閉脫水+原油穩(wěn)定(大罐抽氣)”工藝,集中裝卸點(diǎn)采用“上裝浸沒(méi)式+密閉下卸+氣相平衡”工藝。
優(yōu)化伴生氣脫硫工藝,由干法分散脫硫升級(jí)為濕法集中脫硫,處理成本由0.224 元/m3降低到0.075元/m3。
數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化已經(jīng)成為時(shí)代特征,以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)驅(qū)動(dòng)智能油田建設(shè)。提高油田物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)速度,出臺(tái)《遼河油田數(shù)字化轉(zhuǎn)型總體框架方案》,井、站數(shù)字化覆蓋率分別提升至34.5%、37%,探索低成本物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)方案,初見(jiàn)成效。
(1)同步開(kāi)展深化應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)(A11)與油氣水井生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(A2)、采油與地面工程運(yùn)行管理系統(tǒng)(A5)等統(tǒng)建系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享,提升數(shù)據(jù)利用率,開(kāi)展了視頻智能巡檢平臺(tái)的應(yīng)用試驗(yàn),提高油田生產(chǎn)安全管控水平以及現(xiàn)場(chǎng)處理問(wèn)題的效率。
(2)采用自主可控技術(shù),有效保障網(wǎng)絡(luò)安全。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的中科院的“工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范/工廠自動(dòng)化工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)范(WIA-PA/FA)”技術(shù),滿(mǎn)足油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線傳輸要求。
(3)依據(jù)建設(shè)應(yīng)用需求,油田智能化建設(shè)整合生產(chǎn)監(jiān)控、參數(shù)匯總、趨勢(shì)分析、報(bào)警管理、報(bào)表管理等功能管理,助推油田高效發(fā)展。
在國(guó)家“雙碳”目標(biāo)和中國(guó)石油“清潔替代、戰(zhàn)略接替、綠色轉(zhuǎn)型”三步走戰(zhàn)略下,普查資源潛力,實(shí)現(xiàn)高效清潔能源利用,在論證現(xiàn)有成熟清潔能源經(jīng)濟(jì)利用基礎(chǔ)上,探索攻關(guān)氫能、核能等清潔能源利用可行性,尋找新的能源出路,實(shí)現(xiàn)油田效益綠色雙向發(fā)展。
(1)地?zé)帷⒂酂崂霉こ獭?duì)資源進(jìn)行潛力分析,遼河油田具有長(zhǎng)停井可利用為地?zé)峋?座聯(lián)合站具備地?zé)豳Y源;隨著蒸汽驅(qū)、SAGD開(kāi)發(fā)規(guī)模不斷擴(kuò)大,生產(chǎn)余熱產(chǎn)出量逐步增加,有部分高溫分離水以及未來(lái)新增SAGD及蒸汽驅(qū)高溫產(chǎn)出液等余熱可回收利用;曙四聯(lián)等6座聯(lián)合站有剩余污水余熱可利用。地?zé)岷陀酂崂貌捎孟葥Q熱,再熱泵提熱的方式,減少耗氣。
(2)風(fēng)電光伏工程。遼河油區(qū)太陽(yáng)能資源為B級(jí)地區(qū),油區(qū)有閑置土地、屋面可利用,具備建設(shè)光伏發(fā)電的良好條件,以油區(qū)電力消納能力為基礎(chǔ),閑置空地可充分利用進(jìn)行光伏建設(shè)。光伏組件(0.45 kWp/塊)經(jīng)逆變器、并網(wǎng)箱后直接接入動(dòng)力箱,與電網(wǎng)并網(wǎng)同時(shí)為用電設(shè)施供電。當(dāng)發(fā)電功率小于負(fù)荷功率時(shí),發(fā)電量全部供設(shè)備消納,不足部分由電網(wǎng)補(bǔ)充。當(dāng)發(fā)電功率大于負(fù)荷功率時(shí),剩余電能經(jīng)變壓器升壓輸送至6 kV線路。
除盤(pán)錦地區(qū)屬候鳥(niǎo)遷徙區(qū),禁上風(fēng)電項(xiàng)目,12座聯(lián)合站周邊具備風(fēng)力發(fā)電條件。選擇適合閑置空地進(jìn)行風(fēng)電建設(shè)。風(fēng)電機(jī)組分散式布置,利用廢棄井、站場(chǎng)等存量土地,靠近變電站布置。風(fēng)機(jī)機(jī)組規(guī)模選取以電力消納能力為基礎(chǔ),避免棄風(fēng)。發(fā)電量全部供油區(qū)消納,不足部分由電網(wǎng)補(bǔ)充;富余電量接入國(guó)家電網(wǎng)。
(3)CCUS 先導(dǎo)試驗(yàn)工程。分析遼河油田及周邊CO2資源市場(chǎng),研究CO2碳源、CO2捕集、輸送、注入工藝,從而為遼河油田CCUS[21-22]的開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。開(kāi)展“雙229特低滲透油藏及杜古潛山碳驅(qū)油協(xié)同埋存先導(dǎo)試驗(yàn)”工程,預(yù)計(jì)回收CO232.48×104t/a,為CO2輔助采油提供氣源支撐,減少CO2排放。
油氣田地面生產(chǎn)系統(tǒng)的持續(xù)優(yōu)化和安全平穩(wěn)高效運(yùn)行是提高油田開(kāi)發(fā)效益的重要保障。通過(guò)指標(biāo)體系評(píng)價(jià),堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向[9],打破制約質(zhì)量發(fā)展和影響效益提升的壁壘;以科技創(chuàng)新為先導(dǎo),統(tǒng)籌油田產(chǎn)能建設(shè)和方式轉(zhuǎn)換,強(qiáng)化節(jié)能減排工作,提升多元化能源綜合利用效率,促進(jìn)提質(zhì)增效,確保安全、環(huán)保、節(jié)能、高效生產(chǎn);利用數(shù)字化智能化手段,消除傳統(tǒng)生產(chǎn)浪費(fèi),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)業(yè)務(wù)的全面協(xié)同、生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)分析和快速響應(yīng)以及生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的快速?zèng)Q策,支撐地面工程跨越發(fā)展。