一种小规模立体化注水站设计

程忠钊

西安长庆科技工程有限责任公司

目前，长庆油田地面注水站场设计类型为常规注水站和注水橇两种，注水橇又可以分为临时注水橇和注水装置两种，注水装置是对临时注水橇的进一步优化，提高了注水橇运行稳定性和现场适应性。注水橇的优势在于能够满足偏远区块的注水需求[1-2]，规模小，灵活性高，可整体搬迁及重复利用，节省投资；注水橇的缺点是流程简单、功能缺失，设备故障率高等。常规注水站适用于部署相对集中的区域，具有注水量大、功能全、运行稳定、注入水水质达标、注水量和注水压力灵活调整余地大等优势；其劣势就是占地面积大，设计周期和建设周期长等。

随着国家安全环保部门对土地征用的规定日趋严格，地方政府对农保地、林地以及环境保护区用地审批更加严格，站场建设用地征用手续办理周期长，制约着地面骨架站场的建设。长庆油田在总结常规注水站和注水橇的优缺点后，设计出一种小规模立体化注水站，满足了现场实际的需求，推广应用后取得了较好的效果。

1 设计原则和思路

立体化布站原则：

（1）安全性。在满足工艺要求的前提下，整个系统能够安全平稳运行。

（2）适用性。能够适用现场的生产需求，方便建设、安装、检修和维护。

（3）经济性。能够降低成本，包括建设成本以及运行维护成本。

（4）高效性。满足站场功能的前提下，流程更加优化，运行效率更高。

小型立体化注水站的设计是在常规注水站的基础上对平面布局进行优化，结合流程的顺畅性、布局的合理性以及结构的紧凑性进行立体化平面布置[3]。常规注水站平面布置如图1所示。

图1 常规注水站平面布置Fig.1 Layout of conventional water injection station

立体化注水站站内由3个功能区组成，分别为配电功能区、储水-水处理-注水功能区和污水回收功能区，立体化注水站平面布置如图2所示。单个功能区采用成橇设计，工厂化预制，现场组装，大大缩短了设计周期和建设周期。

图2 小型立体化注水站平面布置Fig.2 Layout of small-scale three-dimensional water injection station

其中将配电-储水-水处理-注水主要功能区集中在一个钢架结构的泵房内进行分层布置（图3），电控一体化集成装置和储水箱置于二层，清水处理一体化集成装置和注水一体化集成装置布置在一层，叠合在同一个平面区域内，缩小了建构筑物占地面积，提高了空间利用率。

图3 分层布置的立体化效果Fig.3 Effect of three-dimensional arrangement by layers

立体化注水站与常规注水站和注水橇相比，具备以下优势和特点：

（1）能够变频调速控制流量大小，灵活调整余地大。

（2）水处理设施齐备完整，注入水质达标。

（3）布局紧凑，注水站占地面积小，可以实现依托井场建设，减少征地。

（4）完善的降噪措施减少了对周边环境的噪音污染。

（5）设备成橇预制、现场组装，设计周期和建设周期短。

2 系统构成

立体化注水站将3个功能区划分为6个模块，主要包括框架泵房模块、储水模块、水处理模块、注水模块、配电模块和污水回收模块。

2.1 钢结构框架泵房模块

采用立体化布站后，屋顶平台的垂直荷载增大[4]。为满足建筑要求[5]，注水泵房整体采用轻钢结构，墙体采用自重较轻的压型钢板，有利于降低结构整体自重，从而降低对地基承载力的要求。相比以往传统混凝土结构，轻钢结构本身具有绿色环保优势，符合国家提倡的装配式建筑要求，可以拆除二次利用，大大降低了建筑垃圾。钢框架结构钢梁布置如图4所示。

同时注水泵房做了降噪设计，墙面安装吸音板，窗户和门采用隔音窗和隔音门。处理后，完全满足规范要求[6]，有效解决了注水设备对周边环境的噪音污染问题。

图4 钢框架结构钢梁布置Fig.4 Steel girder layout of steel frame structure

2.2 储水模块

储水模块采用方形钢制水罐，根据《油田注水工程设计规范》相关要求[7]，储水设备的总有效容积可按注水站设计规模4～6 h注水量计算，小规模注水站储水模块宜由简易储水箱组合而成。根据注水站设计规模来确定组合水箱的数量，该站选用3具40 m3水箱组合[8]，满足注水规模300～500 m3/d的小型注水站的储水量需求。

2.3 水处理模块

水处理模块采用成熟的清水处理一体化集成装置，该装置由自清洗过滤器、PE烧结管过滤器、加压泵、隔膜式气压罐、加药机、仪表、智能控制系统、管阀配件、橇座等集成。采用两级过滤，具有加压、过滤、计量、加药、在线反洗等功能，净化水直供注水系统。

该套装置通过自清洗过滤技术和PE过滤器自动切换技术，实现水处理连续过滤及净化水直供注水系统，缩短了站内流程及水停留时间，提升了水质。配置备用精细过滤器，在过滤器出口设置稳流阀，在过滤器进、出口总管设置差压计，检测滤前和滤后的压差，实现工作/备用过滤器的自动切换，保证过滤器连续运行。

2.4 注水模块

注水模块采用成熟的清水注水一体化集成装置[9]，将2台小排量往复式柱塞泵对称布置，将过滤器、阀门、管件、流量计与注水泵集成在一个橇座上，采用泵头回流，满足长庆油田单井配注量小的要求，便于调节注水泵排量。注水泵进口、出口采用减振软管，在装置配管上设置了固定支架，并配套减振胶垫等措施，降低注水泵振动。

注水泵采用变频技术，通过注水干线压力调节注水泵频率，使注水泵排量与下游配注量匹配，达到稳流注水的目的。

2.5 配电模块

配电模块采用电控一体化集成装置[10]替代传统注水站高压配电室、变压器室、低压配电室及控制值班室等建筑结构房体。电控橇位于房顶布置，减少设备占地面积，同时配电电源从10 kV线路引入配电装置，强、弱电共用桥架，分层敷设引入一层用电设备，布线清晰直观，便于检修。

2.6 污水回收模块

污水回收模块采用污水回收罐（埋地玻璃钢水罐）代替混凝土水池，可提高水资源利用率，减少外排水量，以实现缩短施工周期、模块化安装的效果。图5为污水回收罐内部流程以及平面图。污水回收罐内设斜板沉淀区，对污水进行初步沉淀，沉淀后的清水再利用。

图5 污水回收罐流程及平面布置Fig.5 Flow and layout of sewage recovery tank

3 实施效果

通过以上优化设计后，注水站各项指标均得到有效提升，实现了小型注水站立体化布置，依托井场建设，节省征地面积的目标，可规避重新征地的繁琐程序，提高了小型注水站现场建设和运行适用性。与常规注水站相比，立体化设计可以减少征地面积60%，缩短设计周期30%，缩短建设周期50%（表1）。

表1 常规布置和立体化布置效果对比Tab.1 Effect comparison of conventional layout and threedimensional layout

立体化注水站目前已经在采油二厂镇51注水站投产运行。该站前身是镇51注水橇，于2006年投运，仅配套注水泵1台，系统保障能力弱，注水时率低，且无水处理设施，注水水质不达标，满足不了生产需求，但由于征地难的问题，无法对其进行改造。通过采用立体化布站技术，成功解决了现场的实际问题。该站从投运至今已经安全平稳运行100 d，累计注水量达1.8×104m3。注水站各项指标正常，均达到设计要求，实现了小型注水站立体化布置、井站合建、节省征地面积的目标。

4 结束语

小型注水站立体化布站作为一种新型的布站模式，成功解决了小型注水站现场适应性差的问题，节省了征地面积，提高了建设速度，实现了井站合建，使得超前注水以及偏远区域注水系统的建设变得更加快捷、灵活，同时也为后续中小型站场开展立体化布站设计提供了宝贵的设计经验及现场经验。立体化布站模式将会更好地服务于油田地面工程建设，推动长庆油田二次发展和高质量发展。