油气田地面工程科技攻关进展及发展方向

中国石油天然气股份有限公司规划总院

油气田地面工程科技攻关进展及发展方向

白晓东 王常莲 巴玺立 云 庆 付 勇

中国石油天然气股份有限公司规划总院

“十二五”期间，为适应中国石油油气开发方式转变，满足稠油油田火驱、高酸性气田、煤层气等开发生产的需要，组织开展了地面工程重大科技攻关，形成了稠油火驱地面配套、重油低成本开发、凝析气田简化、高酸性气田安全开发、油气混输等技术系列，制定了一系列标准规范和技术导则，为公司天然气业务快速发展和原油业务稳产提供了技术支撑，为地面工程进一步提质增效提供对标依据和发展策略。攻关形成的技术体系在生产应用中支持新的油气开发方式，节省了投资，降低了运行费用，解决了部分安全环保问题，并在科研攻关中培养和锻炼了核心技术研究人员，提高了创新能力，研究指出“流程密闭高效、低成本低能耗、安全环保智能可靠”将是今后地面工程技术发展方向。

油气田；地面工程；凝析气田带液计量；标准化设计；十二五；技术进展；发展方向

油气地面工程是油气田开发生产大系统中的一个子系统，是油气开发生产中的一个必要环节，是实现高效开发、体现开发效果和经济技术水平的重要方面，是降低投资控制成本、提高开发效益的重要手段。

油气田地面工程主要有6方面作用：一是实现产能建设目标；二是体现开发技术水平；三是录取开发生产数据；四是保障安全高效生产；五是实现合格油气产品达标外销；六是实现采出水回注及达标排放。

“十二五”期间，广大地面工程技术人员以提高地面工程技术水平和油气田开发效益为己任，积极开拓进取、勇于创新，在优化简化、标准化设计技术研发与应用、地面重大科研攻关、标准规范制修订等方面取得了长足的进步，满足了高含水油田、三次采油油田、稠油热采油田、低渗透油田，以及“三高”气田、低产低渗气田、凝析气田等开发生产的需要，实现了创新驱动发展。期间，地面科研人员更加注重地面技术研发的顶层设计，在科技管理部的指导下，中国石油天然气股份有限公司规划总院完成了中国石油天然气集团公司重大科技项目“油气地面工程技术研究与应用”顶层设计工作，并牵头组织大庆油田、新疆油田、西南油气田、石油管工程技术研究院和寰球工程公司等研发团队，在中国石油勘探与生产分公司的大力支持下，针对稠油火驱开发、重油开发、高酸性气田开发、凝析气田开发和油气混输等方面存在的地面工程关键技术问题，以及地面标准规范缺失、油气田地面工程技术经济指标不适用等开展了联合技术攻关。创新形成稠油火驱地面配套、重油低成本开发、凝析气田简化、高酸性气田安全开发、油气混输五大技术系列，制定一系列标准规范和技术导则。项目达到了“成果一流、管理一流、效益一流”，研究成果实现了理论技术、应用实效和创新能力三大提升。经过5年艰苦攻关，形成了五大地面主体技术系列、39项关键技术、39件专利、6项技术秘密、8套软件、22项机理模型、29项标准。

1 油气地面工程“十二五”形成的标志 性成果

1.1 稠油火驱地面配套技术体系

在国内首次形成了稠油火驱地面配套技术体系，主要包括注空气及配套调控、采出液单井计量和处理、注空气及集输管材优选、采出气在线监测工艺、采出气高效处理工艺、水平段温度调控工艺、火驱生产地面系统调控等7项关键技术，引领了国内火驱地面技术发展方向，部分技术达到国际先进水平。稠油火驱地面技术体系已成功应用于新疆红浅火驱先导试验区。火驱地面集输处理工艺流程见图1。

图1 稠油火驱地面集输处理工艺流程

1.2 重油开发地面技术体系

形成了重油降黏集输一体化工艺、污水回用注汽锅炉工艺和高矿化度污水防腐阻垢技术，实现重油就地轻度热裂解，满足自产掺稀油生产的需要，并可实现重油污水深度处理后资源化回用锅炉，支持国内及海外重油低成本开发生产。该技术系列实施后可使海外某区块掺稀油系统由600km大循环优化为油区内80km小循环，不仅可以节省300km稀释剂输送管线投资和输送费用，而且也可以节省外购稀释剂6000bbl/d和掺稀稀油87260bbl/d，具有良好的经济效益。

1.3 高酸性气田开发生产地面技术体系

在国内首次形成了高酸性气田开发生产地面技术体系，主要包括国产化脱碳溶剂及工艺包、液相氧化还原脱硫及硫回收工艺技术、还原吸收类含硫尾气处理技术、高含H2S气田水处理工艺包、高酸性气田安全保障、高含硫气田用825合金双金属复合管应用技术、抗硫非金属复合管材及其应用等关键技术，使中国石油在高酸性气田开发建设方面由跟随者变成并行者，高含H2S气田水处理工艺包H2S去除率达90%以上，减少废气排放90%以上；特别是高压抗硫非金属管材取得重大技术突破，填补了国内空白，可替代价格昂贵的双金属复合管，节省投资50%以上，推动了酸性气田管材应用革命，成果达到国内领先水平；还原吸收类含硫尾气处理技术可实现西南油气田净化厂尾气排放浓度和速率同时达标，且总SO2排放量下降约60%。气田水闪蒸处理流程见图2。

1.4 高压凝析气田地面技术体系

图2 气田水闪蒸处理流程

图3 TTWGF两相流量计图

该技术体系主要包括凝析气田带液简化计量（图3）、高压凝析气田高效凝液回收工艺流程、处理厂能量评价及用能优化、凝析气田布局和集输系统优化、凝析气田管道冲刷防护和管道运行监控仿真5项关键技术。现场测试表明，凝析气田带液简化计量气相误差绝对值的平均值为2.3%，均方根误差为2.93%；液相误差绝对值的平均值为4.03%，均方根误差为5.04%，计量精度达到了国际先进水平；高压凝析气田高效凝液回收工艺流程，在原料气压力为6MPa、7MPa、8MPa时，主体装置综合能耗分别降低5.02%、8.86%、9.25%，取得了良好的节能降耗效果。

1.5 煤层气开发地面技术体系

形成了“分阶段井口工艺、阀组串接、气水分输、按需增压处理、就近销售”的煤层气总体集气工艺模式，以及低压集气工艺设计方法、低成本关键设备和管材优选技术、系统优化技术、采出水处理技术、采气管网湿气排水技术、粉煤灰过滤技术、处理厂标准化设计7项煤层气集输配套技术，满足了煤层气井低产生产、低压输送、低成本建设的目标要求。

1.6 油气混输技术体系

该技术体系主要包括混输软件GOPS V2.0、三维仿真监控系统软件GOPOS V2.0及3000m3以上大型段塞流捕集技术。具有自主知识产权的油气混输软件GOPS V2.0，软件功能及计算精度均优于国际著名OLGA软件，水力、热力计算结果精度分别比OLGA软件提高了19%和14%，达到国际先进水平，且售价远远低于国外同类产品。该软件已成功应用于塔里木哈拉哈塘油田二期产能建设地面工程，使地面工程方案进一步简化，节省了地面工程投资和运行费用。

1.7 标准化设计技术体系

标准化设计技术体系[1]主要包括标准化工程设计、规模化采购、工厂化预制、组装化施工、数字化建设、标准化计价、一体化装置等应用技术。其中标准化工程设计包括技术规定的制定、标准化模块分解、定型图设计、基础库的建立、设计参数优选、三维设计软件和相关计算软件使用等内容（图4）。

2 取得的主要成效

2.1 支持了新的油气开发方式，节省投资、降低 运行费用

稠油火驱开发作为稠油油田开采新的开发方式在国内刚刚起步，截至2013年12月底，稠油火驱开发，累计注空气1.25×108m3，产油4.42×104t。与注蒸汽开采技术相比，减少CO2排放量4.81×104t，3年取得了3555.2万元的经济效益。同时，该技术可支持新疆风城3.6×108t超稠油储量高效、清洁开发，具有广泛的应用前景和显著的经济效益。特别是首次研制的低成本高压带液简化计量装置，不仅简化了凝析气田地面计量系统，而且计量误差小于国际同类产品，成本仅为国外产品25%，实现凝析气田集输系统革命性简化，降低投资和能耗达5%以上；研发的高压凝析气田凝液高效回收工艺流程可节能5%以上。带液简化计量装置已在塔里木和田河和迪那气田应用，其中在迪那2气田两座集气站计量工艺改造方案中应用3台，节省投资78%。

图4 模块组装标准化站场示意图

煤层气地面技术研究成果已成功应用于郑庄9×108m3/a、韩城5×108m3/a以及保德12×108m3/a产能工程建设中，规范和优化了煤层气地面工程建设，单井地面工程投资节省了31.8%。同时，煤层气地面工程建设采用标准化设计、模块化建设后，可缩短建设周期约30%。

标准化设计技术经过8年实践，取得了十分丰硕的成果。与常规建设模式相比，缩短了设计周期40%，缩短了施工周期25%，节约投资101.8亿元，节约土地64km2（9.6万亩），节能114×104t标准煤，减少新增用工47661人；2015年工程质量检查中实测点一次检测合格率达97.5%，与开展标准化设计前的2007年相比提高了6.4个百分点，提高了工程质量。

2.2 解决了部分安全环保问题，具有一定的环保 和社会效益

采用硫回收尾气处理新工艺技术后可实现西南油气田天然气净化厂尾气排放浓度和速率同时达标，总SO2排放量下降约60%；高含H2S气田水处理工艺包H2S去除率达90%以上，减少废气排放90%以上；CO2气田脱碳复配型活化MDEA高效脱碳溶剂及低能耗脱碳工艺包，填补了国内技术空白，成功应用于长岭气田三期工程，脱碳溶液再生能耗低（耗蒸汽仅为27kg/m3），为目前国内所有同类脱碳脱硫工艺中最低，装置能耗仅为3.82MJ/m3；形成825合金双金属复合管成套应用技术及抗硫非金属管材应用技术，从材质本身解决高含硫气田腐蚀性控制难题，为高酸性气田开发提供了技术保障。

2.3 培养和锻炼了一批核心技术研究人员，提高 了自主研发和创新能力

通过持续科研攻关，在稠油火驱、高酸性气田和凝析气田开发，以及油气混输设计与应用等方面锻炼了队伍，培养造就了一批高素质专业人才，明显提升了地面自主研发和创新能力，将为公司主营业务发展提供强有力的人才保障。

3 地面工程技术发展方向[2，3]

中国石油油气田地面系统已建成比较完善的主体及配套工程，地面建设规模、总体布局、工艺技术、自控水平等基本满足了油气田不同开发阶段生产的需要，“流程密闭高效、低成本低能耗、安全环保智能可靠”将是地面工程技术今后发展方向，具体主要体现在以下几方面：

（1）高含水老油田地面工艺技术发展将朝着低温、低能耗、低排放、低成本方向发展。

（2）低、特低渗透油田地面工艺技术将朝着标准化、橇装化、模块化和集成化方向发展。

（3）稠、超稠油地面技术将朝着污水回用、高温余热综合利用、火驱尾气低成处理方向发展。

（4）复杂天然气藏地面技术将朝着低能耗处理、尾气达标排放、产品高附加值利用方向发展。

（5）复合驱采油地面技术将朝着流程简化、低成本化、污水资源化利用方向发展。

（6）地面数字化管理是提高油气田生产管理水平、减轻操作人员劳动强度、降低操作成本的一项重要手段，“十三五”期间，地面工程应大力推广低成本数字化建设技术。

（7）地面站场及管道完整性管理是实现本质安全、降低投资控制成本的重要手段，也将是地面工程“十三五”期间重点开展的一项工作。

（8）提高油气密闭率、减少天然气放空、实现污泥无害化资源化利用等低碳节能绿色发展方式也将是地面工程今后重要发展方向。

4 结束语

中国石油主营业务迅猛发展，为地面科技进步提供了新的发展空间，“十二五”期间，通过科研攻关，破解了稠油油田、重油油田、凝析气田、高酸性气田及煤层气田开发地面技术瓶颈，为公司天然气业务快速发展和原油稳产提供了技术支撑。“十三五”期间，在广大地面科技人员不懈努力下，通过地面技术创新，将进一步支撑地面核心技术的不断进步和发展，满足油气开发方式转变和低成本油气生产的需要。

【参考文献】

[1] 汤林,白晓东,孙铁民.油气田地面工程标准化设计的实践与发展[J].石油规划设计,2009,20(2):1-3. Tang Lin, Bai Xiaodong, Sun Tiemin, et al. Practice and development of standardized design of surface facilities in the oil-gas fields[J]. Petroleum Planning and Engineering, 2009,20(2):1-3.

[2] 白晓东,汤林,班兴安,等.油气田地面工程面临的形势及攻关方向[J].油气田地面工程,2012,31(10):9-10. Bai Xiaodong, Tang Lin, Ban Xingan, et al. Situation and research direction for surface construction in the oil and gas field[J]. Oil-gasfield Surface Engineering,2012,31(10): 9-10.

[3] 刘飞军,汤林,王常莲.油气田地面工程面临的形势及对策探讨[J].石油规划设计,2010,21(3):1-3. Liu Feijun, Tang Lin, Wang Changlian. Situation and countermeasures of surface construction in the oil and gas field[J]. Petroleum Planning and Engineering,2010,21(3): 1-3.

Research Progress and Development Orientation of Oil and Gas Field Surface Engineering Technology

Bai Xiaodong, Wang Changlian, Ba Xili, Yun Qing, Fu Yong
(PetroChina Planning & Engineering Institute, Beijing 100083, China)

During the 12thFive-year Plan period, CNPC launched important surface engineering technological research projects, aiming to transform oil and gas development patterns, satisfy the development and production demand for steamflooded heavy oil fields, high-acidic gas fields and coal-bed methane. Therefore, it has developed a series of technologies, such as surface process for steam-flooded heavy oil production, cost-effective heavy oil development, simplification of condensate gas field, safety of high-acidic gas field development, and mixed transportation of oil and gas. In addition, a series of standards, specifications and technological instructions were formulated to technically support CNPC in its efforts to accelerate natural gas business and stabilize crude oil production while providing the company with the benchmarking basis and development strategy for further improvement of performance in the surface engineering area. The technological system, established in the research projects and used in production, supported the new oil and gas development patterns, reduced investment and operational expense, partly solved safety and environmental issues, and improved the creativeness of professionals in their technological research efforts. The study points out that the future surface engineering technology will develop in the direction of “closed and highly-efficient process, cost-effective and low energy consumption, and intelligent and reliable safety and environmental protection.”

oil and gas field, surface engineering, condensate gas field liquid measurement, standardization design, 12thFive-year Plan, technological progress, development orientation

10.3969/j.issn.1002-302x.2017.01.007

TE4

A

2017-01-06）

中国石油天然气集团公司重大科技项目“油气田地面工程技术研究与应用”（编号：2011D-19和2014D-19）部分研究成果。

白晓东，1967年生，教授级高级工程师，中国石油天然气股份有限公司规划总院一级专家，中国石油规划总院油气田所副所长，从事油气田地面工程前期规划及科研工作。E-mail：baixiaodong@petrochina.com.cn