桑南油田地面建设特点及新技术应用

张 红，刘世禄

（中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，北京 100085）

桑南油田地面建设特点及新技术应用

张 红，刘世禄

（中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司，北京 100085）

油气田毗邻区域的油中伴生气含量多、气中凝析油含量大，为保证西气东输工程的及时正常供气，工程设计中采用新技术优化油气田总体布局，设计最佳油气集输、原油处理和天然气净化处理方案是解决问题的重要途径。文章从油气集输处理系统中采用的新技术、新工艺、新设备、新材料，污水处理系统、自动化控制系统、供配电系统中采用的新技术等方面对其进行了论述。

油田地面工程；油气集输；污水处理；自动化控制；供配电系统

1 工程概况

桑南油气田地面建设工程是中国石油天然气集团公司十大重点优化项目之一，该油气田是西气东输的主要气源之一，年处理凝析气150万m3，新增原油集输能力25万t/a，扩建原油处理能力50万t/a。工程内容包括：桑南油田集输系统 （主要包括：油井井口装置17套；单井集油管道； 18头计量站1座——桑6计；桑6计外输管道；相关配套的仪表自控、供配电、土建、道路、暖通、通信等辅助系统和公用工程）和桑转站扩建 （联合站）（主要包括：扩建原油处理系统；新建污水处理及回灌系统；扩建给排水及消防、仪表自控、土建、道路、供热、暖通、通信等辅助系统和公用工程）。

项目建设地点位于新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古族自治州轮台县，北距轮台县城约57 km，东北距轮一联合站约15 km，南距塔里木河约13 km。油田所处区域地势较为平坦，海拔高度930 m左右，属暖温带大陆性气候，气候干燥，降水稀少，夏季炎热，冬季干冷，春季升温快而不稳，多风沙浮尘天气，秋季降温迅速。年温差和日温差均较大，光照充足，热量丰富，蒸发强烈，无霜期较长，风沙活动频繁。县境可分为平原和山区两个气候区。 年均气温10.6℃，极端最高气温41.4℃，极端最低气温-25.5℃，最大冻土厚度1.2 m，最大风速34 m/s，地震基本烈度Ⅶ度。该油田单井产量高，井口压力大，含气量高，H2S和Cl-含量高，矿化度高，是典型的沙漠油田[1-2]，给该油田地面建设带来了很大的困难。

该工程地面建设要求很高，必须统筹规划，近远期结合，按照区块产能分期建设，在满足近期工程建设需要的同时，要考虑远期发展的需要，提高综合经济效益；要采用适宜的新技术、新工艺、新设备、新材料，在确保地面系统运行可靠的前提下提高油田开发效益；在设计过程中要贯彻安全、适用、经济、效益的设计原则，充分利用已建配套辅助设施，降低工程造价；要充分考虑油田地处新疆戈壁沙漠的特点，贯彻 “安全、适用、效益、环保”的方针，考虑多种措施，确保建设和施工中的环境保护和劳动安全卫生，并减少资源浪费，以取得最大社会效益。

该项目由于采用了先进、成熟、可靠的工艺技术及设备，提高了集输系统的安全性、可靠性，2005年施工建成后投产一次成功，完全达到了预期效果。本工程的设计技术达到国内同类工程先进水平。下面从油气集输处理系统、污水处理系统、自动化控制系统和供配电系统等方面简单介绍桑南油田地面建设中的 “四新”技术，供业内人士借鉴参考，对提高油田地面建设水平有较重要参考意义。

2 油气集输处理系统特点及新技术应用

2.1 新技术、新工艺

（1）油田设计在国内首次采用高、低压分输流程，高压伴生气在计量站分离后外输至天然气处理厂，高压原油减压后汇入低压系统，油气混输至联合站，简化了流程，节省投资800万元，节省运行费460万元/a。

（2）天然气脱硫采用MDEA溶剂，在脱硫塔设计时，贫液分别从16层和12层塔板进料，以适应原料气中酸气量的变化，极大地提高了装置的操作弹性，此项技术在国内为首创。

天然气处理厂MDEA脱硫工艺方法可靠性高，自动化程度高，生产操作连续稳定；在装置处理量增大或硫化氢浓度增加的情况下，维持MDEA循环量不变，改变贫液的进塔位置，使MDEA酸气负荷提高到0.33，降低能耗的同时，使脱硫装置对H2S含量的变化具有一定的适应性。

（3）天然气烃水露点控制采用乙二醇 ＋丙烷制冷工艺，流程设计中首次采用了低温乙二醇水溶液连续复热流程，增加了操作的灵活性，实践证明该流程先进实用，为同类工程设计积累了经验。

天然气处理厂注乙二醇防冻低温分离工艺是将乙二醇作为抑制剂，注入天然气管道中，以降低水化物的形成温度和结冰温度，再生浓度要求相对较低，一般为85%～95% （质量分数），有利于节约投资，降低运行费用。

鉴于国内同类装置曾经出现乙二醇溶液在低温下不易分离的现象，在流程设计中进行了改进：正常情况液烃闪蒸罐只接收自低温分离器来的液烃，若低温分离器不能把液烃和乙二醇分离开来，液烃闪蒸罐也接收分别复热后汇集在一起的液烃和富乙二醇。在液烃闪蒸罐进行三相分离，分离出的富乙二醇再进入乙二醇循环系统。

（4）充分利用油井剩余能量，合理制订回压界限，首次使油气田集输半径达到19 km，属国内首创。

（5）原油和天然气集输、处理过程全密闭，减少天然气损失，同时保护环境。

（6）针对油气田不同级别的井口压力，采用不同集输方式：高压油井采用一级加热、一级节流与二级加热、二级节流相结合；气井采用高压集输与井口加热节流相结合，既节能降耗，又保证集输系统的可靠性。

（7）工艺流程和设备选型近、远期相结合，通过流程切换满足不同阶段的生产需要，提高油田综合效益。

（8）原油集输系统在桑6计首次成功实现单井分高压、低压两个集输系统在一个计量站分离、外输的集输流程，与两座站场相比，管理方便，节省投资，为今后类似油田的地面建设提供了宝贵的经验。

（9）天然气处理中充分利用一级、二级闪蒸气的压力能，将一级高压闪蒸气作为插入气，进入伴生气压缩机的二级出口，二级低压闪蒸气则进入压缩机的入口。

（10）天然气处理流程中设置了压缩机入口高压放空和低压补气流程，通过合理设置参数，既保证伴生气压缩机的正常运行，又能降低放空量，降低了损耗。

（11）计量站内高压井和低压井共用1台计量分离器，轮流计量，节省投资。

（12）桑转站工艺流程灵活可靠，正常情况采用 “高效三相分离器”密闭脱水，缩短流程，事故状态转入大罐沉降脱水，既减少能耗，又保证了生产的连续性和安全性。

（13）压缩机采用中、低压分级进气，节约压力能，该项技术在行业内属先进水平。

（14）针对油气田单井产量高、井口压力大、含H2S超标、Cl-含量高、矿化度高的几大难点，在设备、管道选型与选材方面采取多种有效措施，防腐蚀，抗结垢，延长了使用寿命。

（15）高低压火炬共用1座塔架，节约钢材和占地面积；火炬系统选用高效节能长明灯，减少燃料气用量。

（16）液位调节阀可同时用作减压阀，将高压原油压力由8.5 MPa调至1.3 MPa，首次在国内原油流程中实现了大幅度调压。

（17）高压井口和集气干线设置紧急切断阀，提高了生产系统的安全性。

（18）控制系统采用DCS（分散控制系统），单井设RTU（远程终端单元），实现天然气净化处理厂和联合站对站内及井口、计量站的远程监控；同时在天然气处理厂设三级关断ESD系统，根据事故情况实施不同级别关断，降低生产损失。

（19）天然气处理厂工艺设计充分考虑热能、冷量的梯级利用，采用多项节能降耗措施。

（20）集输系统采用多条管道同沟敷设，便于施工和管理，缩短施工周期，同时节省投资，减少环境破坏。

（21）压缩机厂房采用降噪设计，选用进口消声材料，使厂房内噪声降低25%。

（22）在平面布置中预留扩建位置，以适应油气田发展需要。

（23）凝析油处理采用二级加热、二级节流工艺，合理利用压力能和热能。

（24）集输、处理过程全密闭，伴生气进入天然气净化处理厂，原油进入已建的桑转站密闭处理，不放空或少放空，节省天然气，同时保护环境。

（25）外输系统和油井集输系统充分采用多条管道同沟敷设，便于施工，缩短工期，节省占地和投资，且便于维护和管理。

（26）污水处理系统采用混凝除油工艺，流程短，自动完成收油，靠液位差控制除油罐出水，保证水质；采用立式旋流设备，污水和混凝剂在旋流反应器中充分混合反应，时间短，效率高，处理后污水全部回灌废弃地层，保护环境。

2.2 新设备、新材料

（1）绕管式换热器。干气复热器采用螺旋绕管式换热器，适用于中、高压高效气体换热场合。为板翅结构，换热效率高，体积小，是在芯筒与外筒之间的空间内将换热管螺旋线形状交替缠绕而成，相邻两层螺旋状换热管的螺旋方向相反，以提高换热系数，并且采用一定间距、一定形状的定距件使之保持一定的间距。换热器的外筒、芯筒和管板所构成的环形空间便是壳程空间，为多通道螺旋绕管式换热器。其特性如下：

a.结构紧凑，单位容积具有较大的传热面积。b.可同时进行多种介质的换热。

c.能承受高压，具有较高的换热效率。

d.热补偿能力好，传热管的热膨胀可部分自行补偿。

e.对于一定数量的传热管，通过选择一定的缠绕层数，可以比较容易地分配管程和壳程流通面积。

（2）伴生气压缩机。选用天然气发动机驱动的往复式机组。结合压缩机机组和凝析油闪蒸的工艺参数，将一级闪蒸气作为插入气，送入压缩机的二级入口；燃气发动机驱动的压缩机组可以通过调节发动机的转速来调节压缩机的排气量，转速调节最大可低于额定转速排气量的36%，调速器可以在允许的范围内任意调节，同时还可以通过余隙、气阀等方法对排气量进行调节。

（3）旋流分离器。低温分离器选用卧式三相旋流式分离器，为专利技术。在其入口处设有入口高效分离装置，即多管旋风分离器，主要作用是进行气液的高效分离，采用平顶、矩型蜗壳入口的适度高径比的简单结构，通过专有独创的尺寸分类优化匹配而获得高效率、压降小、分离效率高的性能；在筒体的中部设有一组气液分离填料，上部与筒体相连，该元件内装不锈钢丝网，可过滤气体中细小的液滴，进一步分离出气体中携带的液滴。两块隔板将整个分离器液相区域分为分离室、油室和水室，隔板下端与筒体相焊接，上端与筒体顶部有一定的距离，以保证气流通过；分离室上部的油从隔板上方溢流至油室中，排油口设有防蜗器；分离室下部的污水通过置于容器外的水连通管流到水室中，污水出口设有防蜗器。分离效果可以达到固体颗粒≤10 μm；液体颗粒≤20 μm。

（4） MDEA吸收塔。MDEA吸收塔共有16层单溢流F1型浮阀塔盘，塔盘间距为600 mm。为了适应原料天然气中酸气含量变化和操作波动，既确保净化气中H2S含量合格，又尽可能少脱除CO2，贫MDEA溶液进口在16层和12层两处调节。气相出口设有捕雾器。

（5）MDEA溶液冷却采用技术先进的板式空冷器，传热效率高，占地面积小。

（6）针对桑南油气田原油Cl-含量高，矿化度高，易结垢，且部分井含H2S的特性，在工艺流程和选材方面采取了多方面的有效措施，如采用新型玻璃钢管材，解决集油管道腐蚀与结垢问题；延长管道使用寿命，实现了集输系统的安全可靠运行。具体措施如下：

a.低压井管道采用玻璃钢材料，防腐抗结垢性能强。

b.高压井管道采用20G钢，配套井口加缓蚀剂。

c.高压输气管道采用20G钢，配套管内做内防腐涂层。

d.低压油气集输管道采用20钢，配套管内做内防腐涂层。

（7）原油处理采用高效三相分离器脱水，缩短流程，节能降耗。

（8）桑6计和各井口均采用多盘管结构，最多四种被加热介质同时共用一台水套炉，一炉多用，缩短流程，节省投资。

（9）生产分离器液位调节阀选用角式调节阀，一阀两用，方便灵活，节省投资。

（10）高压输气管道和低压油气混输管道均采用清管球阀代替传统的收 （发）球筒，无需切换流程，实现不停产密闭清管，操作简单，管理方便，节省占地。

（11）易泄漏部位选用密封性能好的节流截止阀、排污阀，减少集输系统天然气漏失量。

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3 污水处理系统中的新技术

桑南油田采出水量为95.789 8万m3/a，相当于2 902 m3/d，天然气净化处理厂生产过程中设备连续冲洗排水为240 m3/d，合计污水量3 142 m3/d。污水处理设计规模为3 100 m3/d。考虑水量波动和污水处理系统回收水量，变化系数k取1.15，确定桑转站污水处理设计水量为3 600 m3/d。在桑转站污水处理预留场地新建污水处理和回灌设施，并新增3口回灌井，将处理后的净化污水全部回灌废弃地层。

污水处理系统设计中采用的新技术有：

（1）污水处理采用混凝除油工艺，流程短，整个处理过程不需专人操作，自动完成收油，靠液位差控制除油罐出水，保证了出水水质。

（2）采用高压玻璃纤维管作为回灌水管道，耐腐蚀，耐高压，摩阻损失小。

（3）采用立式旋流设备，污水和混凝剂可在旋流反应器中充分混合、反应，反应时间短，效率高。

（4）污水全部回灌废弃地层，保护了环境。

4 自动化控制系统中的新技术

（1）系统采用DCS和ESD控制系统。其中，ESD与DCS共用操作站，但ESD相对独立于DCS系统，即ESD系统的控制器单独配置，这样既保证了系统的可靠性，又节省了设备成本，简化了操作程序，收到了理想的控制效果。

ESD系统对井口和处理厂生产装置实施三级关断，有效地保证了整套生产装置的安全生产。在井口RTU与处理厂DCS通信方面，成功采用了无线实时传输技术，使井口和处理厂生产协调一致，保证了井口和处理厂生产装置的正常运行和安全生产。

（3）桑南油气田油气集输处理系统自控系统的实施，可以做到井口无人值守，在站场内集中管理。对井口、集气站、计量站、天然气净化处理厂和桑转站内生产过程实现参数自动检测，在天然气净化处理厂和桑转站中心控制室显示报警、打印记录和自动控制。从而实现井口与天然气净化处理厂和桑转站之间的无线数据通信，建立起完善实用的油田信息管理系统。

（4）在质量流量计、涡街流量计等仪表信号处理方面，采用RS485信号与DCS连接，通过两芯电缆即可采集到介质流量 （瞬时流量、累计流量）、含水量、纯油量、介质密度、介质压力、介质温度等多种参数。

（5）控制电缆采用阻燃系列电缆，保证在火灾事故时仪表信号畅通，从而提高了控制系统的安全可靠性。

（6）采用天然气水露点在线分析系统，为保证产品质量提供了可靠依据。

（7）含硫天然气处理装置中设计硫化氢泄漏检测报警和外输气硫化氢含量在线检测系统。这一技术的成功应用，为保证产品质量和操作人员的人身安全提供了可靠的保障。

（8）在井口及集气单元等高压场合，首次采用外贴式温度变送器，较好地解决了高压管道预留仪表安装接口的困难。

（9）油田采用DCS和RTU自控系统，对主要工艺参数进行监控与采集，并传至控制中心，实现了井口和桑6计无人值守和各井口RTU与桑转站DCS之间的数据传输，建立起完善实用的油田信息管理系统，减少操作人员，提高了管理水平。

5 供配电系统中的新技术

对于供电系统，结合塔里木油田现状，采取将桑南35 kV开关站扩建成为110 kV变电站并新建2回110 kV线路的优化方案，不仅改善了桑南油气田电网结构，降低电能损耗，且提高了供电系统可靠性，并为今后发展预留较大空间。

本工程供电系统的供电方案合理，工艺技术先进，平面布置合理，设备选型可靠，节能降耗。整个供电系统运行灵活，检修维护方便，供电可靠，低噪音，无污染，各项指标均达到了国内先进水平。本供电系统的建成投产，大大扩展了桑南油气田的电网结构，提高了供电可靠性，尤其是满足了作为西气东输气源的桑南凝析气田、吉拉克凝析气田的供电需求。

6 结束语

本设计共节省投资2 171万元，节省运行费900万元/a。该工程工艺先进、技术合理。该项工程设计取得的成功经验为塔里木油田公司的稳定发展打下了坚实基础。

[1]宁松华,王家映,翟晓先.桑南地区三叠系中油组储层特征分析[J].江汉石油学院学报,2004，26（1）：43-47.

[2]高云峰.缝洞型碳酸盐岩储层地质建模技术研究[D].北京：中国石油大学（北京），2006.

New Techniques Used in Surface Construction of Sannan Oilfield

ZHANG Hong（Beijing Branch,China Petroleum Engineering Co.,Ltd.,Beijing 100085,China）,LIU Shi-lu

There are a high content of associated gas in oil and a high content of oil in dense condensate gas in the adjacent zone between oilfield and gas field of Sannan Oilfield.In order to guarantee West-to-East Gas Transportation Project to provide gas timely and normally,new techniques are used in engineering design including optimization of overall layout of the oil and gas fields,the optimal scheme design of oil-gas gathering and transportation,crude oil treatment and natural gas purification.In this paper,the new techniques,new processes and new equipment used in oil-gas gathering and transportation system,as well as the new techniques used in the waste water disposal system,automatic control system and electric supply and distribution system are illustrated.

oilfield surface engineering;oil and gas gathering and transportation;waste water disposal;automatic control;electric supply and distribution

TE86

B

1001－2206（2011）03－0031－05

张 红 （1968-）女，河北内丘人，高级工程师，2007年毕业于天津工业大学，硕士，主要从事油田地面建设工程的设计和管理。

2010-08-10