油气田地面工程“十四五”技术发展趋势展望

黄晓丽*，熊新强，王念榕，梁月玖

（中国石油天然气股份有限公司规划总院）

0 引言

为保障能源安全，中国提出要大力提升国内勘探开发力度。而当前，上游业务领域面临着新油气田资源品位低、老油气田稳产难度大，安全环保管控要求高、成本控制难度大、关键技术存在瓶颈等挑战。地面工程作为油气开发的重要组成部分，是控制投资、降低成本的重要源头，是安全生产、节能环保的主要载体［1］。开发新形势、发展新业态，国家新政策对油气田地面工程建设、生产运行管理提出了更高要求。本文将从油气田地面工程面临的形势、技术现状和发展需求着手分析，探讨油气田地面工程“十四五”期间的技术发展思路。

1 油气田地面工程面临的挑战

近年来，油气田地面工程受资源品质变差、油价持续低迷和生产成本居高不下等影响，面临着一系列困难和挑战，控投资降成本及安全环保方面压力较大［2］。

一是资源品位变差和建设环境复杂的双重因素对工程建设投资控制提出了更高要求。新建产能资源品位差，低渗透、超低渗透、致密油气占比高，新建单位产能建井数量大；产出物含H2S、CO2等组分，介质复杂、腐蚀性大，对管道设备选材提出更高要求；地面建设多处于高寒、偏远地区，条件恶劣，建设环境复杂、依托条件差，部分油田濒临生态保护区和城区。这些都导致单位产能地面投资控制难度大。

二是开发形势变化导致已有地面系统不适应，生产成本持续上升，对生产运行管理和成本控制提出更高挑战。首先，当前主力油气田已进入开发后期阶段，常规水驱油田已进入高或特高含水期，低渗透油田进入中高含水期，产液量急速上升；早期开发的气田已经进入增压开采阶段，增加了生产成本。其次，为提高采收率，不断采用新开发方式，如聚合物驱、三元复合驱、减氧空气驱、CO2驱、SAGD（蒸汽辅助重力泄油）采油技术、火驱采油，气田增压开采、排水采气等。再次，稠油及超稠油油田、高含H2S 和CO2气田占比上升，气田水快速增多，增加了处理能耗和成本。

三是建设和生产运行维护用工总量大，人工成本高。已建产能递减快，为弥补递减、保持产量，新建产能多，新建工程量大，增加了建设用工需求，同时，油气田地面系统增长迅速，生产运行维护任务重，导致生产运维人员工作量增加，增加了人工成本。

四是安全环保绿色生产压力大。首先，部分老油田的管道和站场服役时间长，使用年限在10 年以上的可占到50%左右，腐蚀老化严重，安全生产风险加大；其次，国家新发展理念提升了环保法律法规及标准要求，如GB 39728—2020《陆上石油天然气开采工业大气污染物排放标准》对SO2排放限值要求高，GB 17820—2018《天然气》标准对一类商品气总硫含量要求更为严苛。

2 油气田地面技术发展现状

中国油气田地面系统经历了规模由小到大、系统由单一到配套、技术由一般到较高水平的发展过程。特别是“十五”以来，油气田地面优化简化理念取得丰硕成果，标准化设计转变了地面工程建设和管理方式；三维设计提高了设计效率和质量；模块化便于实现工厂化预制和现场组装化施工；一体化集成装置和实施数字化油田建设提升了油气田自动化和信息化水平。

目前，高含水油田低耗高效、低渗透油田简化、低渗透气田集输系统优化、复合驱注采地面配套等技术处于国际领先水平；气驱注采系统地面集成配套技术、稠油热采地面技术、含油污水达标外排和污泥无害化处理技术与国际并跑。但在非常规油气、天然气处理、大型工艺设备等方面与国外仍有差距。特别是随着新环保要求出台，国内现有的相关工艺技术不能满足新标准的要求，现有能达到新环保要求的尾气处理技术基本掌握在国外公司手上［3］。

3 油气田地面技术发展需求

油气田地面工程从优化简化到标准化设计、到一体化集成装置、到数字化建设、到完整性管理，再到对标和精益生产，科技创新始终支撑着地面核心技术的进步和发展方式的转变，在原油稳产、天然气增产、降本增效、提高效率、转变生产组织模式等方面已经取得显著成效。当前油气田地面面临困难和挑战，也必须依赖科技创新，突破关键核心技术，形成具有自主知识产权的新技术、大型设备、新材料和大型应用软件，从而为突破性控投资降成本及确保安全绿色生产提供坚实保障［4］。“十四五”期间，油气田地面技术发展需求主要体现在以下方面。

一是老油气田稳产和新增储量效益建产急需配套经济高效的地面技术［5］。开发10 年以上的老油田仍然是原油产量的主体，约占原油总产量的60%以上，是油气稳产的压舱石。开发对象日益复杂化，新增储量以超低渗透油气藏、致密油气、页岩油气为主，是稳产的增长点。老油田地面系统目前面临着整体负荷率低，以及不均衡、能耗和生产成本高等问题，难动用储量及非常规油气处理难度大，地面建设投资和生产运行成本高，需要攻关低成本、经济高效的配套地面技术［6］。

二是国家新发展理念要求加强风险防控，确保安全环保生产。“创新、协调、绿色、开放、共享”新发展理念要求确保安全、环保生产。“坚持人与自然和谐共生”要求“走绿色发展之路”“坚持节约资源和保护环境”，保护绿水青山。国家提高对 H2S和总硫含量等的排放限制标准，现有的处理工艺难以满足废水、废气和固体废物达标排放要求，地面系统需要攻关高效低成本处理技术和风险防控技术。

三是信息化技术的突破正在推动智能油气田建设。全生命周期生产优化要求和信息化技术发展推动了绿色智慧油田建设。坚持新发展理念的同时，要“推动新型工业化、信息化同步发展”。整个油气行业对数字化浪潮的冲击不敏感，油气行业参与数字化生态的比例仅为40%，低于各行业49%的平均水平，处于落后区间。要通过建设“智慧油田”，提高智能化水平，开展勘探、开发、地面工程整体开发优化和全生命周期生产优化，提高生产效率和提升产品质量，从而实现节能减排，实现绿色可持续发展［7］。

四是跻身创新型国家需要大幅提升科技实力。科技实力的提升体现于突破核心技术，提高核心竞争力。目前，在油气生产领域大型设备（装备）方面，中国总体实力在国际上处于中等偏下水平，需要研制技术先进、成本低、具有国际竞争力的油气生产领域大型设备（装备）、大型软件、适应复杂环境下的新材料等，并实现国产化。

4 油气田地面工程技术发展趋势

当前全球油气田地面工程技术正向着绿色、高效、智能方向发展。绿色是以“降污染、降能耗、保安全”为目标，实现地面全生产过程的绿色开发；高效是以“控成本、提效益”为目标，重视高效设备和大型化设备研发及设备集成，实现地面系统的高效生产；智能是以“智能生产管理”为核心，以“提精度、提效率、促转型”为目标，实现地面全生产过程智能化。“十四五”期间，国内油气田地面工程技术发展应针对面临的问题，突出重点，攻关四大技术体系。

一是攻关老油气田及非常规油气田配套低成本地面工艺技术。重点突破化学驱和气驱配套地面工艺技术和设备、低成本页岩油和油页岩配套地面工艺技术、致密油气压裂返排液处理及资源化利用技术［8］、酸性气田天然气净化与尾气处理工艺技术及配套溶剂、可燃冰开采地面配套技术等［9］。

二是攻关油气田安全生产保障技术。重点突破废水废气废固的处理达标技术、油气田管道和站场完整性管理技术、管道和设备选材优化与评价技术、建设进度与关键节点控制技术、现场施工和质量控制技术、清洁用能替代规模应用核心技术。

三是攻关关键的大型工艺设备的国产化技术。重点突破大功率、高油气比、高压力混输泵研发；单套装置处理规模超过1 000×104m3/d 的大型天然气处理及净化装置研发；大型压缩机及膨胀机等动设备研发及制造、高效分离器的研发和制造；多功能“合一”设备、高效设备及高效核心内构件研发、耐高压耐高温非金属管材研发和应用等［10］。

四是攻关智能化油气田地面关键技术。以油气田地面提质增效为核心，以智能生产运行优化和智能风险管控为主攻目标，通过运用云平台、大数据、物联网、图像识别、机器学习、超级计算、知识图谱等人工智能技术，为油气田地面控投降本、减员增效、安全环保提供关键技术支持［11］。

5 发展建议

为保障“十四五”科技发展更具前瞻性，能更好地服务于生产，油气田地面工程技术发展应坚持问题导向、目标导向、结果导向，起到支撑当前、引领未来的作用；应优化突出攻关重点，加大关键核心技术攻关力度，设立重大专项，把提质增效和战略发展的基点牢固建立在科技进步和创新驱动上；应加强数字技术与传统油气工业技术的深度融合研究，采用产学研用开放式研发模式，突破智能油气田核心技术，助力数字化转型战略实施；应搭建产学研一体化研究团队，利用已建科研和试验平台，立足已取得成果，坚持自主研发，形成具有自主知识产权的工艺、技术和设备；应坚持科研与生产实践相结合，在生产实践中检验和完善研究成果，为实现科研成果向生产力的转化奠定基础。