油田单井井场配管优化设计

桑玉希，程浩力，刘 畅，郭雨涛

(中国石油工程建设有限公司北京设计分公司，北京 100085)

0 引言

油气田地面工程中，单井产品通过集输管道输送到集油集气站，之后输送到联合站及处理站进行加工处理。本文结合工程实例，介绍了伊拉克某油田单井设计的部分优化，为其他项目提供借鉴。

1 单井配管方案优化

伊拉克某油田一期开发约40口单井，单井的配管工作范围是从采油树出口至井场围栏外10 m。井场内管道布置主要包括2个区域：井口区域和发球筒区域。考虑到井场的通车需求、操作及检修的方便性、降低施工费用和布置的整洁性，井口同发球筒区域多采用埋地管线进行连接。井场内的埋地管线采用三层聚丙烯防腐管以减少现场的施工量。井口区域包含了必要的压力温度测量、吹扫、取样、排污等相应装置。发球筒区域包含为发球筒及移动式测试分离器预留的阀门。管道从发球筒区域离开，经过6D弯头入地，出井场后和站外线路管道相连。

1.1 阀井中阀门的布置

当埋地敷设的管道需要设置阀门时，有些情况需要设计相应的阀井[1]。阀井的设置不仅可以及时开关相应的管段，还便于检查、检修作业的进行。阀井中阀门的布置是阀井建设考虑的主要问题之一，阀井内阀门布置有水平布置和垂直布置2种方式(图1)，不同的布置方式需要考虑不同的设置问题[2]。阀门水平布置需要考虑阀门是否增加加长杆使其改为更加方便的地上操作模式；支撑阀门时，选择支撑阀体或支撑法兰；当多个阀门公用1个阀井时，阀间距的设置问题等。阀门的垂直布置要考虑阀杆的方向，以方便操作；出入阀井的操作及检修梯同阀门及管道的间距需要要保证人员操作便利；阀门的支撑选择位置等。阀井的设计过程中还需要注意阀井两侧预留的穿管孔洞大小多比穿越管径尺寸大两级；管道和阀门是否有保温以及保温安装要求；阀门螺栓的抽芯长度等[3]。

图1 阀井内阀门水平和垂直布置模式

项目中的管道进入地面离开井口区域前设置了一个球阀，球阀布置在阀井中并采用了垂直布置的方式。带有阀门的管道由上而下进入阀井内部，再通过阀井一端进入地下。通常情况下，阀井内会布置检修梯和积水坑，为便于操作，将阀门的操作手柄一般紧邻检修梯布置。为增加操作人员操作空间，在不增加阀井大小情况下，将管道位置偏离阀井中心线布置(图2)。通过优化，增加了检维修作业时的操作空间，为现场工作人员的检维修提供了便利。

(a)优化前(b)优化后图2 阀井内配管布置3D模型

1.2 绝缘接头前后加支撑

为了避免站外埋地管线阴极保护直流电源对站内管道和设备的影响，减少电化学腐蚀，通常进出站管线入土前或出土后要添加绝缘接头[4-6]。项目采用了工程实践中普遍采用的整体型绝缘接头，它由短节、上下接头、套筒、绝缘垫片、密封件、填充材料等组成。绝缘接头中的非金属组件非常脆弱且易被破坏[7-12]，由此导致绝缘接头失效及泄漏。

为了减少焊缝、节省材料，一些项目将出入地的弯管和绝缘接头直接焊接，靠近绝缘接头前后不加支撑，损坏绝缘接头，增加了绝缘接头的消耗。由于管道位移导致的应力问题常使得绝缘接头内部非常脆弱的非金属材料因变形而被破坏(图3)。针对以往项目出现的问题，对绝缘接头安装进行了设计优化，绝缘接头同弯管之间增加直管段，时在绝缘接头两侧直管段上加上支撑，从而起到对绝缘接头的保护作用(图4)。

图3 进出地管道受力分析图

图4 绝缘接头前后加支撑示意图

1.3 井口区域采用模块化设计

模块化设计在油气田地面建设工程中是热点技术。采用模块设计可以有效提高设计、采办及施工效率。现场采用模块化安装方式减少了各工序的交叉作业，提高了施工作业安全性并显著缩短了整个项目工期。它已经是油田地面工程实现降本增效和数字化转型的重要方法[13-14]。油田井口区域组成部分相对固定，通常包含取样、温度压力测量、吹扫、加药、排污等部分。为减少设计和现场施工的工作量并达到节约成本的目的，项目井口部分采用了模块化设计。

井口模块化设计过程遇到的关键问题是模块化部分起始位置选取。由于模块化设计的部分装置是标准化设计、标准化预制及施工，采用模块化的部分可以不改变结构，在任何井口进行典型安装，因此，井场区域管道及装置采用模块化设计的区域要求既能够包含所有井口的共同特点，又有可调整的空间兼顾每个井口的不同之处[15]。

本项目中，油田井口区域的模块化设计部分从采油树Tie-in点开始到阀井上部弯头前结束(图5)。整个模块的长宽高为3.4 m×0.8 m×0.8 m。由于采油树不同分支的Tie-in点的高度不同，井口模块大小固定不变，所以需要利用阀井部分竖直向的直管段来调整因采油树接口高度不同造成的高差。模块化装置上需要考虑是否预留阀门，以方便其他临近井场管线接入。

图5 井口区域模块示意图

2 结束语

井场单井管道及装置在整个集输系统中相对简单，因此设计优化工作也更容易实施。本文通过对井场阀井中阀门垂直偏心布置、绝缘接头前后加支撑、井口区域进行模块化设计方面进行了优化设计，并将这些改进措施应用到项目所有井场单井管线设计中，达到了降本增效的目的。单井井场配管设计过程中仍有大量需要优化和注意的问题，例如收发球筒预留阀门和三通之间直管段的预留间距的优化，不同类型井场模块化设计的通用性改进等仍需要在大量实践的基础上进一步分析。