油气田地面工程标准化设计探析

梁光川，余雨航

西南石油大学石油与天然气工程学院 (四川 成都 610500)

油气田地面工程标准化设计探析

梁光川，余雨航

西南石油大学石油与天然气工程学院 (四川 成都 610500)

油气田地面工程建设具有点多、面广、线长等特点，在油气地面工程建设工作量不断增加、油田降本增效的大环境下，推行油气田地面工程标准化设计是缩短地面工程建设周期、确保工程质量、降低工程成本的有效途径。介绍了油气田地面工程标准化设计的背景、原则和设计的内容，并以塔里木油田塔北哈六区块地面工程标准化设计为例进行了有针对性的分析和应用研究。

油气田;地面工程;标准化设计

标准化设计是运用设计的手段，贯彻设计导向的思维和行为，并将之与战略或技术成果转化为产品或服务的过程，在设计的过程中要考虑多重影响因素的不同作用和要求，然后做出合理的设计。同时，还需考虑各类标准的要求，最后采用有利于标准化的合理的设计方法和标准化方案。在油气田地面工程建设中，标准化设计是为了实施和贯彻提供依据，将标准化的目标和要求进行规范化、书面化、科学化，并为开展通用化、系列化、模块化的油田项目建设和管理工作奠定基础。

1 油气田地面工程标准化设计的背景

随着油气田开发勘探发展的加快，地面工程建设的工作也越来越多，在油田降本增效的大环境下，缩短建设周期、确保工程质量、降低工程成本成为当前油气田地面工程建设追求的目标。同时，油气田地面工程建设的优化和简化本身就是一种技术进步的标志，因此，目前很多油田公司都开始推行地面工程建设的标准化设计工作。

1.1 油气田地面工程标准化设计是适应新油田开发的需要

随着油田开发的快速发展，新油田普遍具有“低、深、难、稠、海”的特点，新开发的油田大多处于偏远地带，自然条件恶劣，地面工程的建设具有点多、面广、线长等特点，建设布局和站场选址不确定性因素较多，使得地面工程设计与建设面临着更大的挑战。引入标准化设计的理念，可以使地面技术人员建立一种全新的工作模式，以优化简化的标准化设计适应新油田的开发［1］。

1.2 油气田地面工程标准化设计能够缩短工期、节省成本

采用标准化设计，可实现工艺流程模块化，而模块化的安装配置能够实现各个站场中相同功能模块达到标准化安装、统一化预配尺寸和固定化规格，达到缩短设计及施工周期、减少现场安装工作量、提高设备及材料的重复利用率，主要设备批量采购、通过规模化应用、达到节约投资的目的。

1.3 油气田地面工程标准化设计是一种规范化、现代化设计

现代化的工程设计是运用计算机绘图、工艺模块电子插件等软件进行设计。标准化设计主要是开发“四化”模式，即建设模式系列定型化、平面布置相对位置固定化、工艺流程统一化、功能区安装模块化。结合标准化设计可以通过定型图纸建立标准化设计图库，规范油田地面工程的设计，实现油气田地面工程设计的规模化和批量化，在现代化的设计水平上，进一步有效提高开发油田的综合效益。

1.4 油气田地面工程标准化设计可以促进油田管理模式的创新

地面工程设计标准化是提高管理效率和促进管理创新的方式，通过推行地面标准化设计工作，促进了油气田地面工程建设方式的变革，整个地面建设管理流程和管理链条也对应改变，推动技术创新和管理创新［2］。标准化设计的理念从建设领域延伸到管理领域，进一步实现地面工程标准化管理，也为适应更大规模的地面建设奠定基础。

2 油气田地面工程标准化设计的原则

2.1 结合油田实际

地面工程标准化设计首先要以油气田开发的生产实际为基础，了解油气藏的类型，研究其开发方式，选择合适的地面工程工艺流程，最大程度满足油田开发的种种不确定因素给油田开发带来的变化，进而从如何提高工艺流程的适应性的角度进行设计。

2.2 统一设计标准

在严格执行国家及行业制定的有关政策、法规、规范、标准的前提下，统一规范设计标准。在满足工艺要求的前提下，实现站场标准化与局部标准化设计相结合，力求实施标准化、系列化、统一化和模块化的设计［3］。结合开发生产的实际需求，联合物资采购、施工建设等部门，统一规范相同类别的地面工程的工艺模式、流程分类、设计规模、地面规划。

2.3 设计理念创新

标准化设计要有创新理念的意识，根据实际油田的具体实际情况，针对特殊性质的油田，要有创新设计和优化设计的理念，确定一套合理、创新、灵活的标准化设计方案，力求实现“三化”标准，即进口物资国产化、井口设备撬装化、工艺流程灵活化，并且做到先进、实用、节能、安全、管理方便、简便操作，节约成本。

2.4 保持技术先进

标准化设计应有持续优化简化的设计理念，高水平标准化设计应具备经济合理的整体布局、先进适用的工艺流程和高效节能的配套装置。地面工程的标准化设计应具备灵活性和先进性，在开发方式更新，新工艺、新技术设备引进时，能够及时作出适应性调整，确保其技术的先进性，并且充分利用旧设备和设施，降低工程成本，节约投资［4］。

2.5 系统配套完整

地面工程的标准化设计包涵了一整套完整的系统，涵盖了以油气水处理为主的主体工艺设计以及机械、防腐、消防、通信、供电配电、给水排水、自控、暖通、道路等辅助配套系统的设计。为保证设计的完整性和规范性，应与物资采购、工程造价、生产运行等地面建设下游环节紧密联系，互相协调，并促进下游环节的标准化工作。

3 油气田地面工程标准化设计的内容

3.1 标准化设计的总体思路

地面工程标准化设计工作，是针对油田地面工程中相同类型的站场、工艺、设备和设施，通过标准化的模板和设计图样，有针对性的考虑到实际油田的具体情况，通过专业的设计人员设计出一套技术先进、规范性强、通用性强的系列化设计文件。它是在针对地面工程建设内容、建设规模、建设标准等基础上，进行统一施工标准、规范工艺流程、装置模块划分、关键设备定型等手段，形成标准化、规范化、系统化的设计和施工方法。

进行地面工程标准化设计，应根据相关准则、制度、要求，以及工艺、总图布置、设备、自控、建筑结构等各专业标准化设计的具体规定来进行，其设计的总体思路如图1所示。

3.2 标准化设计的层次

3.2.1 主体工艺流程层设计

在分析油田类型、油气物性和地理自然条件特点的基础上，根据采出油品和天然气性质，对后期的地面集输等进行专业性分析，做出具有针对性和适用范围的主体工艺流程设计，并进行标准化工艺流程和适用范围的规划，实现标准模块化设计。

3.2.2 建设规模层设计

针对同类型工艺流程其建设规模的不同、设备尺寸的区别，根据油田自身的特点，组合不同的单体设施和处理能力不同的设备，形成不同处理规模的标准化设计单体系列［5］。例如设定规模为10万t/a、30万t/a的单体工程，再根据处理介质的范围和条件，再说明其各单元模块的组合配置与功能，以及设备设施选型。

图1 地面工程标准化设计的思路

3.2.3 站场功能层设计

在地面集输系统中，可以分为多个功能模块，按照站场功能的不同类别为标准，根据主体工艺设施，进行标准化的单元模块分类。主要包括13个功能区块:油气田的井口模块、生产井的计量模块、进出站的阀组模块、油气分段净化模块、加热设施模块、动力设施模块、输油/气的计量模块、收发球装置模块、天然气增压模块、天然气处理模块、污水处理模块、油气外输模块。

3.3 标准化设计的主要方面［6］

3.3.1 通用化的工艺流程设计

优化简化单井或者集气站的工艺流程，并使井场和集油集气站有统一的工艺流程和建设规模，各个井场和集油集气站的设备选型一致，便于以后的规划和管理。

3.3.2 标准化的井站布局设计

在井站的规划与布局上面，在满足站场功能和减少占地面积的基础上，对其平面布局进行标准化的规划，包括各个井场和集油站的工艺装置区的规模及位置、场地标识，都进行统一的规划和建设。

3.3.3 定型化的设备选型设计

对井场和集油集气站的所有工艺设备选型，为了保证质量可靠、方便管理、造价低廉，使用统一的管阀配件、外形尺寸和技术参数，并实行规模化的采购。

3.3.4 模块化的安装配置设计

将各个井场和集油集气站按功能分区作成独立的区块，实现标准化的小型模块化管理，也利于设计图纸的模块化组合，给施工预制化奠定基础。各小型模块单独出安装图，各个模块设置在工艺流程中，由管网连接起来。另外，还可采用三维设计软件对定型化的设备和管阀配件进行优化设计。

3.3.5 统一化的场地标准设计

对所有的场地进行标准化的建设和管理，对站场的标识、路面结构、道路宽度、平面布置等按照统一的要求进行标准化的建设，既能够推进了企业文化的进步，提高了企业的整体形象，又实现了与环境的和谐发展。

3.3.6 数字化的生产管理设计

现在规模较大的油田都采用SCADA数字管理系统来进行监控和管理。设置在集油站内的监控系统，负责站场生产过程的数据采集、处理及生产过程的自动控制、过程管理;并采集、监控下辖各接转站、计量增压点的生产运行，实现对本生产作业区域的集中调度与管理。

4 油气田地面工程标准化设计的应用

4.1 哈六区块标准化设计背景

塔里木油田借鉴当前关于标准化设计的优秀经验和先进做法，开展标准化设计的方法和理念学习，在近年来推行油田地面工程标准化设计，形成一套标准化设计的体系，完成了单井站、集气站、配套工程等一系列标准化工艺及模块的设计。以哈六区块为例，该区块地处塔里木盆碳酸盐岩勘探有利区带——哈拉哈塘地区，油藏储量丰富，是塔里木油田塔北项目部在该区域的重要增产上储区域，其100万t/a的产能建设目标，占据塔北项目部三分之一的年产能规划任务，对塔里木油田的持续高效发展具有重要意义。

根据油田公司和塔北项目的对该区域产能建设的总体规划和要求，哈六区块的地面工程标准化设计在满足区域地质条件和油气物性的基础上，进行总体设计和分期建设。在设计前，掌握足够的基础资料，研究油、气、水等物性参数，结合油田区块的实际条件，选择适应的技术方案，设计可行的工艺流程，同时，有针对性的开展地面工程标准化设计文件编制，指导此后的地面工程建设。

4.2 哈六区块标准化模块设计

地面工程标准化设计的基础是模块化设计，模块是组成标准化设计产品的基本单元，模块化设计是解决复杂系统问题的有效方法。模块化就其产品结构而言，是特征尺寸模数;是结构典型化、部件通用化、参数系列化、装配组合化的综合体。哈六区块标准化设计产品模式可表达为:标准化设计产品=通用模块(不变部分)+准通用模块(改型部分)+专用模块(新设计部分)。

哈六区块单井试采模块设计:包括自喷井口安装模块、掺稀井口安装模块、常规油气分离器安装模块、高效旋流分离试采装置安装模块、储罐安装模块、零位罐及稀油转输泵安装模块、稀油喂油泵安装模块、装车泵安装模块、DN80火炬安装模块、DN100火炬安装模块、100/20MPa稀油注油泵安装模块、200/30MPa稀油注油泵安装模块、加药装置安装模块。

哈六区块接转站模块设计:包括容器区、加热炉区、计量阀组间、加药间、泵房、站场标识。

哈六区块联合站模块设计:包括原油脱水脱硫单元、污水处理及回灌单元、天然气处理单元、给排水及消防单元、导热油单元、卸油点、中控楼、变电所。

4.3 哈六区块标准化流程设计

油气田地面工程标准化流程设计主要是通过开发建设模式系列定型化、平面布置相对位置固定化、工艺流程统一化、功能区安装模块化、达到缩短设计及施工周期、减少现场安装工作量、提高设备及材料的重复利用率，主要设备批量采购、通过规模化应用、达到节约投资的目的［7］。以哈六区块单井试采标准化流程设计为例，按照油田公司标准化设计工作的要求，以“反向设计，正向施工”为理念，塔北项目部不断完善哈六区块单井试采工程各模块的标准化设计和配套的标准化计价体系，规范工程实施流程(主要针对利旧井的流程)，简化工程结算流程。哈六区块单井试采标准化设计只考虑自喷和掺稀2种生产方式(未考虑注水替油)。根据生产方式不同共设计11套标准安装模块、11套总平面布置及管网标准图，选用时根据生产方式及产量范围等确定工艺流程和设备参数，通过确定的工艺流程和设备参数选择合理的模块进行组合，最终形成完整的项目图纸。

1)自喷单井工艺流程如图2所示。

图2 哈六区块自喷单井标准化工艺流程设计

2)掺稀单井工艺流程如图3所示。

由于哈六区油井初期自喷，后期为机采，机采方式主要有电泵和抽油机采油。因此，标准化井场适用于塔里木油田含硫化氢油井的单井建设。井场设计包含2种采油井场，分别适用于抗硫和抗硫掺稀的抽油机井场、电泵井场、自喷井场。

图3 哈六区块掺稀单井标准化工艺流程设计

4.4 标准化设计创新

1)大力推行设施标准化、撬装化，尽量少建设固定式地面设施。由于碳酸盐岩油井产量递减快，一般生产期均不超过5年、高产期一般不超过3年，与砂岩油田10～30年的生产周期相比，固定式地面设施一旦建成，其使用时效是相当低的。因而，建设撬装的、可移动的地面设施是适应碳酸盐岩油田开发的一种有效手段。

2)侧重集中处理，尽量少建大中型站场类地面设施。一方面，大中型地面设施投资高，建设周期长。综合计算，仅建设期就需要3年，地面工程建成后，已经过了油田生产的好时机，大中型站场的使用效能也大大降低。另一方面，哈6区块属于沙漠地带，因此，在对地面工程进行设计时也应充分考虑沙漠地区自然环境恶劣的情况，在技术经济合理的前提下，简化前端，优化后端，尽量集中建设、集中管理。

3)寻求短流程，充分发挥主体设施功效。油田设施工艺流程越短，所需要的设施越少。少建一个固定站场，就少一笔固定投资，也少了一个管理环节。加上哈6区块处于碳酸盐岩的沙漠地带，因此，在布站方式上以短流程布站、混输布站、树状流程等多种技术手段减少布站环节，充分发挥主体处理设施的功效，实现集中处理、集中管理、集中控制。

4)突破技术界限，加大集输半径，减少集输环节。砂岩油田生产管理中，要求井口回压尽量低，以免影响油井产量，一般将井口回压控制在 0.8～1.5MPa左右，通常的砂岩油田集输半径在7km以内，需要多建转油站、计量站等转输环节。在这种情况下，设计单位应进行更大胆的尝试和突破，调整和优化技术参数，使之更符合碳酸盐岩油田开发的需要，减少技术参数给油田地面设施的优化简化带来的困难。

5)集油系统突破性采用树状集油流程。哈6区集油系统打破了砂岩油田建设中通常采用的单管集油流程，取而代之的是树状集油流程。该工艺的最大优势在于将单井集油管线的长度减少到最小，当主干管中一部分油井因钻井失败、产量递减停井等因素不能进入系统或不能生产时，集油干线仍然可以保证正常生产。该流程的采用不仅使集油管道减少，单井投资也相应减少。同时，也增强了碳酸盐岩油井生产的抗风险能力。

4.5 标准化设计成效

通过推行塔里木油田塔北哈六区块的地面工程标准化设计工作，针对碳酸盐岩油田以破除大而全、小而全的设计原则，以建立灵活、实用、可靠的地面生产体系为原则［8］，设计时力求做到地面工程与勘探开发一体化，地上地下统筹优化，其成效主要体现在:

1)创新碳酸盐岩油田地面设计理念，以大型站场为核心，先期实施骨架工程，快速推进小型站场建设，认识一块、开发一块、建设一块、投产一块的地面设计理念。

2)实现了进口物资国产化、井口设备撬装化、工艺流程灵活化。占物资总量30%的进口物资成功实现国产化;完成井口设备11个撬装模块化设计，单井试采实施效率大幅度提高，做到90%设备材料多次重复利用;联合站原油处理能力能满足不同工况需求，既可实现稠、稀油合并处理，又可实现稠、稀油分开处理，满足分质分输的要求;天然气处理能力适应性强，处理范围从5×104～45×104m3/d。

3)实现地面设计紧密结合缝洞带分布，按照缝洞带分布，优化地面设计布局，确保地面布局最大限度符合地下油藏分布。

5 结束语

标准化设计是未来地面工程建设的发展方向，为新技术和新设备的开发奠定基础。推行标准化设计，体现了优质、高效、安全、超前的工程建设理念，也是大规模油气田地面建设的发展趋势。另一方面，标准化设计也促进油气田地面工程管理工作日趋标准化、规范化、现代化、科学化，形成一套先进的地面建设和管理模式，对油田企业的发展也具有实际而深远的意义。

［1］许茜，薛岗，周玉英，等.沁水盆地煤层气气田集气站标准化设计的经验与体会［J］.石油工程建设，2010，36(1)：104-105.

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［8］肖燕，谭泉玲.塔里木油田标准化设计及取得的成效［J］.油气田地面工程，2013，32(4)：45-46.

The oil/gas field ground construction projects are of the characteristics ofmultip le engineering points，large work range and long engineering cycle.In the conditions of oil/gas field surface construction workload increasing，requiring lowering costand increasing efficiency，the implementation of oil/gas oilfield surface engineering standardization design is an effective way to shorten the construction cycle，ensure project quality and reduce project cost.The background，principles and contents of oil/gas field surface engineering standardization design are expounded，and the app lication research of it is carried out taking the ground engineering standardization design of Ha-6 block in Tarim Oilfield as an example.

oil and gas oilfield;ground engineering;standardized design

萍

2015-01-15

梁光川(1972-)，男，教授，现主要从事油气储运方面的研究与教学工作。