海外油田井场配管设计特点

2017-08-10吴晋瑜郑文王若莉中国石油工程建设有限公司北京分公司北京100085

化工管理 2017年22期

关键词：砂器配管井场

吴晋瑜郑文王若莉(中国石油工程建设有限公司北京分公司，北京 100085)

海外油田井场配管设计特点

吴晋瑜郑文王若莉(中国石油工程建设有限公司北京分公司，北京 100085)

相对于集中处理站来说，井场地面设施数量少，配管方式简单，但细节处仍有可优化的空间。本文结合伊拉克某油田井场设计实例总结了井场配管设计的特点，提出了井场配管设计的优化方案，以便为今后的井场配管工作提供参考。

井场;配管设计

油田井场地面设施与集中处理站相比较为简单，配管方式也并不复杂。但经过工程实践发现，井场的配管设计中需要注意的问题较多，可以优化的空间较大。伊拉克某油田井场地面设施比较典型，包括有井口管阀配件、多通阀组撬、测试分离器等撬装化设备；还包括闭排系统、放空系统等辅助系统和收发球装置。该油田的井场设计、施工和生产运行了较长时间，在生产实践中总结了很多经验和教训。本文将结合该油田的设计实例，对海外油田井场的设计特点进行归纳梳理，从而对井场的配管设计提出建议。

1 井场平面布置特点

油田井场井口设施的配管设计需要考虑钻井及修井作业的空间需求，进行修井作业时，会在修井作业区内架设修井设施和机械，因此要求经过该区域的地面设施不能影响例行的修井作业[2]，井口管线、管墩和设备支撑都应设计成可拆卸形式，或埋地敷设，并且该区域内除了必要的井口管线和设施外，不应布置其他设备或需要远传的仪表等。伊拉克某油田井场规定的修井作业区如图1所示。

图1 修井作业区示意图

为实现钻井部门在不影响相邻井口生产的前提下，对单井进行作业，作业区域的划定限定了井口配管的范围。伊拉克某油田钻井作业部对作业区域的划定见图2，井口设施的配管区域局限在距离井口采油树中心5m的区域内。因此建议井口设施，如仪表、加药头、取样、排污和吹扫等在考虑足够的操作空间的前提下，均采用最小尺寸连接，若井口所连接管道公称直径小于150mm，则焊缝间距不应小于外径且不得小于100mm；若井口所连接管道公称直径等于或大于150mm，则焊缝间距不应小于1倍管径。(图2)

结合以上两点，在伊拉克某油田的井口配管设计中，自采油树起至距井口5m区域内的管线为地上管线，可通过与井口连接的法兰和与关断阀连接的法兰进行拆卸，井口管墩和除砂器支撑均为可拆卸形式；在距井口5m的位置设置阀井，使井口关断阀安装位置位于地下；自关断阀至多通阀或收发球筒的管线为埋地管线，通过这些设计满足了修井作业的空间要求。

井场平面布置中还应注意，井口一般配置有操作台，井口管线的操作面应避免与操作台发生碰撞，取样、吹扫等管线应设置在与操作台相反的方向；所有设备的布置都应预留操作空间和逃生通道等。

图2 作业区域示意图

2 井场配管典型设计

2.1 井场配管系统与采油树连接

井场配管系统与井口采油树所采用标准不同。采油树属于地下钻井设备，采用API 6A标准，井场配管系统的法兰采用ASME B16.5标准，两者的制造尺寸和压力磅级均不相同，因此需要考虑两个系统连接的问题。在一些油田的井口设计中采用了使用转换接头将采油树和地面管道进行匹配的方式，但这种方式需要进行提前沟通，转换接头也需要进行专门的制造和采购。在伊拉克某油田井场配管设计中，为了实现快速投油和便于采购，使用了API 6A的法兰连接采油树和配管系统，法兰端面为标准的API 6A的法兰，焊接端要求厂家铸造成与配管系统相匹配的壁厚。这种连接方式既便于现场施工，也便于大量采购。

2.2 井口除砂器的安装

同一油田的不同储层由于特性不同，含水量不同，井液特质也不完全相同。以伊拉克某油田为例，该油田的油井分为酸性井和非酸性井。非酸性井含硫化氢较少，出砂较多，需在井口设置除砂器，分离和消除井液中的固体颗粒，保护后续的管道和设备不被堵塞和冲蚀。

除砂器的配管设计应注意以下几点：

(1)除砂器的布置应考虑抽芯空间，便于操作和维修。

(2)设在除砂器工艺管道上的压力表与除砂器上的压力表应安装在设备两侧，不宜靠得太近。例如，若除砂器进口管道上安装了压力表，则除砂器上的压力表应靠近其出口位置。两个压力表位置的确定，配管专业应根据实际配管情况，及时与工艺专业进行沟通，确保配管与工艺流程图的一致性。

(3)除砂器两端的差压计应安装在同一高度的水平管上。

(4)除砂器上安全阀的布置应考虑操作空间，操作面过高时应考虑设置平台或踏步。

(5)除砂器底部的排污管线净空高度不应小于300毫米。

图3 除砂器设计示意图

2.3 井口取样管道的设计

取样口的布置，应使采集的样品具有代表性。一般来说，气相介质的取样口应设置在管道顶部，液相介质的取样口应设置在管道底部，气液两相介质的取样口应设置在管道侧面[1]。井口介质成分复杂，取样口通常设置在管道侧面。

在以往的设计经验中，出于节省井口配管空间的考虑，曾将取样口设置在与采油树连接的立管或斜接管段上。但在现场运行的过程中发现，由于井口压力、流量不平稳等因素，该管段经常出现不满流的流态，导致采集的井口样品不准确。因此，应将井口取样管道设置在水平管段上，并布置在便于操作的地方，避免与井口的操作平台碰撞，同时应与地面之间留有安放密闭取样器的空间。

图4 井口取样管道布置示意图

2.4 收发球筒的旁通线设计

收发球筒的旁通线用于非通球流程时介质的运行[4]。在伊拉克某油田的井场中，选用的是临时收发球筒，采用过两种旁通线设计方式，见图5。A设计便于根据收发球筒的使用情况和旁通线的实际位置在后期进行拆卸和改造；缺点是考虑第二对法兰到格栅三通之间至少应留有3～5米的距离，所占空间过大，在后期建旁通线后会废弃已建管段，造成浪费。B设计采用预留法兰，克服了A设计的缺点，方便后期连接，不用更换主管，节省了空间和管段，但更适合收发球筒后管道为埋地管道的情况。

图5 收发球筒旁通线设计示意图

2.5 压力温度仪表的安装

考虑到采样的准确性，不同仪表厂家对仪表的探针插深深度都有具体的要求，需在进行配管设计时，与厂家和仪表专业充分结合，确定仪表法兰端面距离管中心的距离。另外，压力和温度仪表通常采用不锈钢材质制造，与配管系统的碳钢材质之间存在电位差，易造成腐蚀，因此，在压力和温度仪表与配管系统连接的部位，需要使用绝缘垫片。温度计的安装，考虑需插入主管中和方便观察，不建议安装在立管上。

3 井场配管中应注意的其他问题

(1)腐蚀挂片和腐蚀探针的安装

伊拉克某油田使用的腐蚀挂片和探针有两种连接方式，一种是一体式的连接，一种是法兰连接。一体式的挂片装置直接在管道上开口焊接即可，不需在主管上设支管台。法兰连接的腐蚀探针需在主管上设支管台，用法兰与挂片或探针连接，还应注意，腐蚀探针配有接地装置，因此在与管道连接的法兰处应使用绝缘垫片来对管道进行保护。

(2)绝缘垫片的使用

绝缘垫片是用于法兰连接形式的异种钢连接时，为防止不同材质间电位不同造成的电位差腐蚀而取代常规垫片安装于法兰之间。除上文提到过的，在压力温度仪表和腐蚀探针的法兰连接处应使用绝缘垫片外，还应注意其他需要使用绝缘垫片的位置：①管线出入地的位置需要使用绝缘垫片；②油井改注水井时，若注水管道与采油树接口法兰材质不同，也需要使用绝缘垫片；③为了对采油树的地面安全阀、放气阀的地下安全阀进行控制，以达到开井和关井的目的，井口常有支管连接液压控制盘，连接液压控制盘的管道一般为不锈钢材质，此处的法兰连接也应使用绝缘垫片。

(3)多通阀的接口顺序

多通阀因其工艺简单，使用方便，可自动选井计量等优点广泛应用于海外油田井场中[3]。伊拉克某油田为了实现大量油井的集中计量，在井场中设置了多台多通阀。在设计初期，多通阀的配管仅考虑了管道连接和操作的便捷性，但是在现场应用中发现，多通阀操作控制程序与各管口连接的井口管线管线号密切相关，这就需要配管专业在完成路由后，确定好各井口连接的管口，与工艺专业的PID进行核对和修改，以保证多通阀选井计量的准确性。

(4)其他

根据生产需要，井场会配备测试分离器来进行单井的计量。测试分离器的配管设计需考虑标定阀组的操作，预留足够的供标定车靠近和人员进行操作的空间。闭排罐的布置也需要预留闭排真空车进出空间，阀组的布置应便于操作。