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        東勝氣田滾動建產期管網部署優(yōu)化

        2020-03-04 06:48:48彭杰
        油氣與新能源 2020年6期
        關鍵詞:建設

        彭杰

        (中石化華北油氣分公司石油工程技術研究院)

        0 引言

        東勝氣田位于鄂爾多斯盆地北部,屬于致密低滲透氣田,資源儲量達到6 879×108m3。按照國家對于“油田企業(yè)站在保障國家能源安全高度,加大國內油氣勘探開發(fā)力度”的相關要求,東勝氣田加快了建設節(jié)奏,由于其地質條件復雜,非均值性強,目前主要采用甜點開發(fā)、滾動建設的模式。

        氣田地面工程需結合氣藏特征及中長期產能建設規(guī)劃,綜合考慮天然氣處理、增壓及配套工程,采用“井下節(jié)流、單井不加熱、不注醇、控壓集氣、多井串接”低壓集輸技術[1-2]進行規(guī)模開發(fā)。東勝氣田從2016年開始進入規(guī)模開發(fā)階段,其集輸系統(tǒng)采用“井-集氣站-天然氣處理站”兩級布站模式,通過集氣站-集中處理站兩級增壓工藝控制采氣管道運行壓力,集氣過程中不注入抑制劑,降壓防堵。氣田中部建設天然氣處理站1座,設計規(guī)模為20×108m3/a,東西方向建設 DN500的輸氣干線兩條,各集氣站通過集氣干線枝狀接入干線,天然氣通過集中處理站統(tǒng)一處理外銷。截至2019年底,東勝氣田已建成集氣站15座,處理站1座,各類集輸管道615 km。

        東勝氣田單座集氣站設計規(guī)模50×104m3/d,每座集氣站設置進站閥組10個,集氣站所屬采氣管道的集氣半徑控制在5~8 km范圍。根據控壓集氣、攜液等需求,冬季控制氣井進站壓力1.0 MPa、遠端氣井回壓小于1.3 MPa,采氣管道應用DN65、DN80、DN100、DN150四種管徑規(guī)格[3-4],采取枝狀串接方式接入到集氣站,單枝管道串接3~6口井,采氣干管為DN100、DN150管徑。氣田采氣管道基本按照以上原則進行設計建設,但在氣田滾動建設模式下,氣田開發(fā)參數預測不準,調整較大。另外上產保供壓力大,地方土地環(huán)保政策趨嚴等原因,造成諸多生產問題。

        1 采氣管道設計及建設中存在的問題

        1.1 集輸管網調整改造工作量大

        雖然氣田勘探開發(fā)進入快節(jié)奏,但部分井區(qū)探井、評價井數據以及試氣試采數據較少,只能在小范圍進行甜點開發(fā),截至 2019年底,東勝氣田 A井區(qū)累計建產僅13×108m3/a,單項天然氣開發(fā)項目產能建設規(guī)模也都比較小,僅在0.5×108~3×108m3/a之間。滾動開發(fā)模式下,地質認識是隨著產能建設規(guī)模擴大、氣井數據增多而逐步加深的,因此較難形成大規(guī)模整體井網。

        東勝氣田采氣管網規(guī)劃設計主要依據當期產能進行部署,后續(xù)產能建設方案會根據上一期產能井的情況對原地質方案進行調整,已進入建設期的地面管網可能出現不適應,未實施的管網則需要加以調整。當出現計劃外的新建氣井時,或者氣井產出參數偏離預測值時,需要對原有管道路由、管徑進行調整,無法調整的需要進行改造,涉及帶壓開孔作業(yè)等內容,不僅影響產量,而且安全風險大、改造效率低,相關生產長期疊加,便造成了東勝氣田集輸管網調整改造工作量大的問題。

        1.2 工程瓶頸導致產能無法及時釋放

        目前國家及地方環(huán)保、土地管理政策越來越嚴格,地面工程項目設計建設期間各項審批手續(xù)復雜,辦理周期長。當地質方案以及總體規(guī)劃發(fā)生調整后,部分未進入建設期的集輸管網跟隨調整,相應調整較大的管網、場站建設項目需要重新審批,建設進度將受到很大影響,出現工程瓶頸,造成部分已建集氣站、管道無法及時投產,所屬氣井產能則無法及時釋放。

        1.3 部分氣井井口回壓較高

        A井區(qū),1#集氣站原方案設計了4條進站采氣管道,分別串接了2口、3口、5口、6口氣井,但在建設過程中,部分林地、草場、墳地等區(qū)域無法完成征地協(xié)調,1#集氣站實際只建成了3條采氣管道,單支采氣管道串接井數增多。另外1#以西靠近2#集氣站區(qū)域,2016年部署的產能建設井,實施效果良好,2017年在該區(qū)域部署了一批加密井。為盡快釋放新增氣井產能,并盡量減少管道投資,新建井就近接入了已部署采氣干管。由于以上兩方面原因,導致1#集氣站3條采氣管道串接氣井增多,分別串接5口、5口、9口氣井,其中1條采氣干管短期內管道負荷超過設計值,遠端井口回壓高于1.3 MPa,無法保障降壓防堵,冬季仍需注入抑制劑生產。

        2 串接管網優(yōu)化

        針對以上問題,東勝氣田實施了一系列的串接管網優(yōu)化措施,包括開展“多井雙站”串接集氣工藝、采氣干線超前部署、邊遠井區(qū)氣井超前串接、管網敷設方案滾動優(yōu)化等。

        2.1 “多井雙站”串接集氣工藝

        2016年東勝氣田在A井區(qū)天然氣開發(fā)項目中,共部署開發(fā)了32口井、2座集氣站、1座天然氣處理站,其采氣管道采用枝狀串接,控壓集氣,接入集氣站。其中,1#集氣站串接氣井 16口,外接 4條串接管道,長度為29.32 km。2#集氣站串接氣井16口,外接4條串接管道,長度為22.82 km,其中2?!??!烊粴馓幚碚窘ㄔO集氣干線,天然氣輸往處理站進行處理后統(tǒng)一外銷,A井區(qū)集輸系統(tǒng)示意圖見圖1。

        圖1 A井區(qū)集輸系統(tǒng)示意圖

        1#、2#集氣站建設過程中,A井區(qū)西部區(qū)域勘探取得突破,考慮在后續(xù)幾年擴大產能建設規(guī)模,地面集輸根據開發(fā)規(guī)劃調整,向西部署1條DN500的輸氣干線,2#集氣站調整接入該輸氣干線,原規(guī)劃建設的 2#—1#集氣干線取消建設。1#集氣站于2017年6月建成并投產,2#集氣站同期建成,但因外輸管道調整后,到2017年年底建成,2#集氣站所轄氣井產能無法及時釋放。為盡快釋放產能,在采氣管道敷設過程中,將 1#集氣站 1條采氣干管(DN150)與 2#集氣站 1條采氣干管(DN150)末端連接到了一起,并設置了閥門。原計劃進入2#集氣站投產的5口氣井,通過該采氣干管臨時接入到1#集氣站投產,通過這種方式,利用1#集氣站,提早釋放了2#集氣站部分氣井產能。相對于多井單站串接模式,將以上這種集氣模式稱為多井雙站串接模式。多井雙站串接示意圖見圖2。

        圖2 多井雙站串接示意圖

        截至2019年底,東勝氣田A井區(qū),已在7座集氣站之間建成5組“多井雙站”串接管道,2017—2019年累計提前釋放26口氣井產能0.8×108m3/d。利用站間采氣干管在特定時期可以短期協(xié)助釋放產能,但會造成遠端氣井回壓升高,在集氣站數量增加、集輸管網建設相對完備后,逐步利用站間采氣管道調整,使遠端氣井回壓降低了0.3~0.5MPa,各集氣站負荷調整到80%~120%之間。另外,由于氣井產水量超過預計,A井區(qū)1#、2#、3#集氣站分離器于2020年進行改造,集氣站需停產,通過錯開作業(yè)時間,可利用站間采氣干管將部分具備條件的氣井調節(jié)至臨近集氣站生產,減少停產影響。

        2.2 采氣干線超前部署

        A井區(qū),在2016—2017年共建成5座集氣站,投產采氣管道約150 km,2018年新建產能仍然集中在該井區(qū),在接入新建氣井時,對多條采氣管道進行了改造,并新建了部分采氣干管,部分加密井的接入是在初期規(guī)劃管網時沒有預計到的,在改造過程中造成多條管道停產。在2018年B井區(qū)開發(fā)方案中,為了減少以上問題,地面規(guī)劃串接管道時,結合氣藏認識比較明確的主力層位、主河道砂體,提前將DN150采氣干線敷設至距離集氣站約5 km半徑處,采氣干線穿過河道中央,布置在砂體厚度大于20 m的區(qū)域。同時根據未動用儲量情況將部分管道管徑予以擴大,在接入當期產能井的同時,考慮下一步規(guī)劃井接入,控制遠端氣井回壓應小于1.3 MPa,為提高攜液采氣干線管徑原則上不超過DN200。另外結合加密井井位規(guī)劃,在采氣干管合理位置設置閥門,下一批次的氣井建成后,可直接敷設管道接入到預留閥門進行投產,由此形成了這種采氣干管超前部署模式。通過對比,由此增加的管道投資低于后期改造及重復建設成本,同時為滾動上產提供了保障。B井區(qū)串接管道部署示意圖見圖3。

        圖3 B井區(qū)串接管道部署示意圖

        2.3 邊遠井區(qū)氣井超前串接

        目前東勝氣田主要開發(fā)區(qū)位于氣田中部 A井區(qū),東部C井區(qū)建產規(guī)模較小,由于距離天然氣處理站較遠,暫未建設外輸管網。對于C區(qū)已建成的氣井,主要采取 CNG槽車收氣模式生產來釋放產能。2019年,該區(qū)域部署了一批開發(fā)井,并規(guī)劃了1座集氣站。為提高CNG收氣效率,減少道路維護工作量,結合集氣站規(guī)劃位置,按照進站串接的設計要求(控制井口回壓小于1.3 MPa、優(yōu)選DN65~DN150管徑),提前將部分氣井串接到一起,統(tǒng)一在其中一座交通條件最好的井場實施收氣,提高了效率,降低了管理難度,同時C井區(qū)部署的集氣站建成后,將該條串接管道直接連接到集氣站就可以實現多口氣井快速投產。

        2.4 管網敷設方案滾動優(yōu)化

        氣田開發(fā)方案階段給出的氣井配產是一個平均值,但現場實際地質條件復雜,實際氣井產出與設計均值偏差普遍存在,A井區(qū)原設計氣井配產為2×104~2.6×104m3/d,平均液氣比為 1.55 m3/104m3,實際投產后,部分氣井產量達到4×104m3/d,液氣比達到3~5 m3/104m3。由于管網規(guī)劃實施難度大,實際生產與開發(fā)預測差異大,井位部署滾動調整后,部分區(qū)域氣井加密,而其他區(qū)域氣井減少。另外由于征地協(xié)調難度大,大量井位在實際生產中位置發(fā)生了變化。

        針對管網設計施工過程中,出現的多批次的井位調整、產出參數變化等情況。施工圖設計所提供的管道敷設路由、管徑等內容需要及時調整[5]。針對這種情況,為提高效率,建立了管道敷設管理項目組,納入地質氣藏研究、地面規(guī)劃設計、現場建設人員,將開發(fā)調整信息、已建集輸管網信息、前線踏勘選線信息有機結合,并利用pipephase建立串接管網拓撲模型[6],按照戴明“PDCA”循環(huán)機制進行優(yōu)化調整[7],形成了串接管網設計建設滾動優(yōu)化模式。通過這種方式,在原施工圖設計的基礎上,實時優(yōu)化管道路由、調整管徑,提高了管道敷設速度及質量。

        3 應用效果

        2016年以來,為了應對大量的開發(fā)調整與產出偏差,東勝氣田從工藝設計優(yōu)化和管理模式優(yōu)化兩方面著手,實現了地上地下一體化有機結合。集輸系統(tǒng)部署模式由“被動調整”改變?yōu)椤爸鲃觾?yōu)化”,形成了適應滾動開發(fā)政策的集輸系統(tǒng)快速部署設計建設方法,提升管道敷設速度和質量。東勝氣田應用“多井雙站”串接模式,實現集氣站間的“互為備用與動態(tài)調整”,使部分區(qū)域氣井提前3個月釋放產能,提高了集輸系統(tǒng)對滾動建產、甜點開發(fā)模式的適應性。此外,還通過調整管道以及集氣站的負荷率,減少了超負荷運行以及大馬拉小車現象,增加了管網運行彈性,氣井密集區(qū)集氣站負荷不超過120%,32口氣井回壓由1.5 MPa降到1.3 MPa。

        東勝氣田建設以來,針對多批次的氣井,踏勘確定一口,設計一口,及時調整管徑及路由,采用動態(tài)調整機制指導完成 400井次管道敷設方案設計,敷設管道160 km,優(yōu)化減少管道長度33 km,同時將早期的調整周期由7天縮短到2天,提高了時效性。并利用管道超前串接、超前部署模式和滾動優(yōu)化機制,保障當期氣井產能釋放,并為下一批次氣井接入進行了合理預留,目前已針對新增的3×108m3/a產能建設,完成了35 km采氣干線部署。變早期的“大量無序串接”為目前的“合理控壓串接”,可兼顧后續(xù)氣井接入、減少帶壓開孔風險及管道重復建設、有效控制井口回壓。

        “十三五”以來,東勝氣田全面加快了建設節(jié)奏,截至2019年底已建成20×108m3/a產能規(guī)模配套的集輸系統(tǒng),日產氣量最高達到400×104m3/d。

        經過幾年的優(yōu)化與調整,東勝氣田已實現低壓集輸工藝與自身條件的有機結合,其串接管網部署適應了快節(jié)奏的上產,在快速釋放產能的同時逐步提高了適應性。

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