黃曉麗*，熊新強，王念榕，梁月玖

（中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

0 引言

為保障能源安全，中國提出要大力提升國內(nèi)勘探開發(fā)力度。而當(dāng)前，上游業(yè)務(wù)領(lǐng)域面臨著新油氣田資源品位低、老油氣田穩(wěn)產(chǎn)難度大，安全環(huán)保管控要求高、成本控制難度大、關(guān)鍵技術(shù)存在瓶頸等挑戰(zhàn)。地面工程作為油氣開發(fā)的重要組成部分，是控制投資、降低成本的重要源頭，是安全生產(chǎn)、節(jié)能環(huán)保的主要載體［1］。開發(fā)新形勢、發(fā)展新業(yè)態(tài)，國家新政策對油氣田地面工程建設(shè)、生產(chǎn)運行管理提出了更高要求。本文將從油氣田地面工程面臨的形勢、技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展需求著手分析，探討油氣田地面工程“十四五”期間的技術(shù)發(fā)展思路。

1 油氣田地面工程面臨的挑戰(zhàn)

近年來，油氣田地面工程受資源品質(zhì)變差、油價持續(xù)低迷和生產(chǎn)成本居高不下等影響，面臨著一系列困難和挑戰(zhàn)，控投資降成本及安全環(huán)保方面壓力較大［2］。

一是資源品位變差和建設(shè)環(huán)境復(fù)雜的雙重因素對工程建設(shè)投資控制提出了更高要求。新建產(chǎn)能資源品位差，低滲透、超低滲透、致密油氣占比高，新建單位產(chǎn)能建井?dāng)?shù)量大；產(chǎn)出物含H2S、CO2等組分，介質(zhì)復(fù)雜、腐蝕性大，對管道設(shè)備選材提出更高要求；地面建設(shè)多處于高寒、偏遠地區(qū)，條件惡劣，建設(shè)環(huán)境復(fù)雜、依托條件差，部分油田瀕臨生態(tài)保護區(qū)和城區(qū)。這些都導(dǎo)致單位產(chǎn)能地面投資控制難度大。

二是開發(fā)形勢變化導(dǎo)致已有地面系統(tǒng)不適應(yīng)，生產(chǎn)成本持續(xù)上升，對生產(chǎn)運行管理和成本控制提出更高挑戰(zhàn)。首先，當(dāng)前主力油氣田已進入開發(fā)后期階段，常規(guī)水驅(qū)油田已進入高或特高含水期，低滲透油田進入中高含水期，產(chǎn)液量急速上升；早期開發(fā)的氣田已經(jīng)進入增壓開采階段，增加了生產(chǎn)成本。其次，為提高采收率，不斷采用新開發(fā)方式，如聚合物驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)、減氧空氣驅(qū)、CO2驅(qū)、SAGD（蒸汽輔助重力泄油）采油技術(shù)、火驅(qū)采油，氣田增壓開采、排水采氣等。再次，稠油及超稠油油田、高含H2S 和CO2氣田占比上升，氣田水快速增多，增加了處理能耗和成本。

三是建設(shè)和生產(chǎn)運行維護用工總量大，人工成本高。已建產(chǎn)能遞減快，為彌補遞減、保持產(chǎn)量，新建產(chǎn)能多，新建工程量大，增加了建設(shè)用工需求，同時，油氣田地面系統(tǒng)增長迅速，生產(chǎn)運行維護任務(wù)重，導(dǎo)致生產(chǎn)運維人員工作量增加，增加了人工成本。

四是安全環(huán)保綠色生產(chǎn)壓力大。首先，部分老油田的管道和站場服役時間長，使用年限在10 年以上的可占到50%左右，腐蝕老化嚴重，安全生產(chǎn)風(fēng)險加大；其次，國家新發(fā)展理念提升了環(huán)保法律法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)要求，如GB 39728—2020《陸上石油天然氣開采工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對SO2排放限值要求高，GB 17820—2018《天然氣》標(biāo)準(zhǔn)對一類商品氣總硫含量要求更為嚴苛。

2 油氣田地面技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

中國油氣田地面系統(tǒng)經(jīng)歷了規(guī)模由小到大、系統(tǒng)由單一到配套、技術(shù)由一般到較高水平的發(fā)展過程。特別是“十五”以來，油氣田地面優(yōu)化簡化理念取得豐碩成果，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計轉(zhuǎn)變了地面工程建設(shè)和管理方式；三維設(shè)計提高了設(shè)計效率和質(zhì)量；模塊化便于實現(xiàn)工廠化預(yù)制和現(xiàn)場組裝化施工；一體化集成裝置和實施數(shù)字化油田建設(shè)提升了油氣田自動化和信息化水平。

目前，高含水油田低耗高效、低滲透油田簡化、低滲透氣田集輸系統(tǒng)優(yōu)化、復(fù)合驅(qū)注采地面配套等技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平；氣驅(qū)注采系統(tǒng)地面集成配套技術(shù)、稠油熱采地面技術(shù)、含油污水達標(biāo)外排和污泥無害化處理技術(shù)與國際并跑。但在非常規(guī)油氣、天然氣處理、大型工藝設(shè)備等方面與國外仍有差距。特別是隨著新環(huán)保要求出臺，國內(nèi)現(xiàn)有的相關(guān)工藝技術(shù)不能滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求，現(xiàn)有能達到新環(huán)保要求的尾氣處理技術(shù)基本掌握在國外公司手上［3］。

3 油氣田地面技術(shù)發(fā)展需求

油氣田地面工程從優(yōu)化簡化到標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、到一體化集成裝置、到數(shù)字化建設(shè)、到完整性管理，再到對標(biāo)和精益生產(chǎn)，科技創(chuàng)新始終支撐著地面核心技術(shù)的進步和發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，在原油穩(wěn)產(chǎn)、天然氣增產(chǎn)、降本增效、提高效率、轉(zhuǎn)變生產(chǎn)組織模式等方面已經(jīng)取得顯著成效。當(dāng)前油氣田地面面臨困難和挑戰(zhàn)，也必須依賴科技創(chuàng)新，突破關(guān)鍵核心技術(shù)，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)、大型設(shè)備、新材料和大型應(yīng)用軟件，從而為突破性控投資降成本及確保安全綠色生產(chǎn)提供堅實保障［4］。“十四五”期間，油氣田地面技術(shù)發(fā)展需求主要體現(xiàn)在以下方面。

一是老油氣田穩(wěn)產(chǎn)和新增儲量效益建產(chǎn)急需配套經(jīng)濟高效的地面技術(shù)［5］。開發(fā)10 年以上的老油田仍然是原油產(chǎn)量的主體，約占原油總產(chǎn)量的60%以上，是油氣穩(wěn)產(chǎn)的壓艙石。開發(fā)對象日益復(fù)雜化，新增儲量以超低滲透油氣藏、致密油氣、頁巖油氣為主，是穩(wěn)產(chǎn)的增長點。老油田地面系統(tǒng)目前面臨著整體負荷率低，以及不均衡、能耗和生產(chǎn)成本高等問題，難動用儲量及非常規(guī)油氣處理難度大，地面建設(shè)投資和生產(chǎn)運行成本高，需要攻關(guān)低成本、經(jīng)濟高效的配套地面技術(shù)［6］。

二是國家新發(fā)展理念要求加強風(fēng)險防控，確保安全環(huán)保生產(chǎn)?！皠?chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”新發(fā)展理念要求確保安全、環(huán)保生產(chǎn)。“堅持人與自然和諧共生”要求“走綠色發(fā)展之路”“堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境”，保護綠水青山。國家提高對 H2S和總硫含量等的排放限制標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有的處理工藝難以滿足廢水、廢氣和固體廢物達標(biāo)排放要求，地面系統(tǒng)需要攻關(guān)高效低成本處理技術(shù)和風(fēng)險防控技術(shù)。

三是信息化技術(shù)的突破正在推動智能油氣田建設(shè)。全生命周期生產(chǎn)優(yōu)化要求和信息化技術(shù)發(fā)展推動了綠色智慧油田建設(shè)。堅持新發(fā)展理念的同時，要“推動新型工業(yè)化、信息化同步發(fā)展”。整個油氣行業(yè)對數(shù)字化浪潮的沖擊不敏感，油氣行業(yè)參與數(shù)字化生態(tài)的比例僅為40%，低于各行業(yè)49%的平均水平，處于落后區(qū)間。要通過建設(shè)“智慧油田”，提高智能化水平，開展勘探、開發(fā)、地面工程整體開發(fā)優(yōu)化和全生命周期生產(chǎn)優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率和提升產(chǎn)品質(zhì)量，從而實現(xiàn)節(jié)能減排，實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展［7］。

四是躋身創(chuàng)新型國家需要大幅提升科技實力。科技實力的提升體現(xiàn)于突破核心技術(shù)，提高核心競爭力。目前，在油氣生產(chǎn)領(lǐng)域大型設(shè)備（裝備）方面，中國總體實力在國際上處于中等偏下水平，需要研制技術(shù)先進、成本低、具有國際競爭力的油氣生產(chǎn)領(lǐng)域大型設(shè)備（裝備）、大型軟件、適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境下的新材料等，并實現(xiàn)國產(chǎn)化。

4 油氣田地面工程技術(shù)發(fā)展趨勢

當(dāng)前全球油氣田地面工程技術(shù)正向著綠色、高效、智能方向發(fā)展。綠色是以“降污染、降能耗、保安全”為目標(biāo)，實現(xiàn)地面全生產(chǎn)過程的綠色開發(fā)；高效是以“控成本、提效益”為目標(biāo)，重視高效設(shè)備和大型化設(shè)備研發(fā)及設(shè)備集成，實現(xiàn)地面系統(tǒng)的高效生產(chǎn)；智能是以“智能生產(chǎn)管理”為核心，以“提精度、提效率、促轉(zhuǎn)型”為目標(biāo)，實現(xiàn)地面全生產(chǎn)過程智能化?！笆奈濉逼陂g，國內(nèi)油氣田地面工程技術(shù)發(fā)展應(yīng)針對面臨的問題，突出重點，攻關(guān)四大技術(shù)體系。

一是攻關(guān)老油氣田及非常規(guī)油氣田配套低成本地面工藝技術(shù)。重點突破化學(xué)驅(qū)和氣驅(qū)配套地面工藝技術(shù)和設(shè)備、低成本頁巖油和油頁巖配套地面工藝技術(shù)、致密油氣壓裂返排液處理及資源化利用技術(shù)［8］、酸性氣田天然氣凈化與尾氣處理工藝技術(shù)及配套溶劑、可燃冰開采地面配套技術(shù)等［9］。

二是攻關(guān)油氣田安全生產(chǎn)保障技術(shù)。重點突破廢水廢氣廢固的處理達標(biāo)技術(shù)、油氣田管道和站場完整性管理技術(shù)、管道和設(shè)備選材優(yōu)化與評價技術(shù)、建設(shè)進度與關(guān)鍵節(jié)點控制技術(shù)、現(xiàn)場施工和質(zhì)量控制技術(shù)、清潔用能替代規(guī)模應(yīng)用核心技術(shù)。

三是攻關(guān)關(guān)鍵的大型工藝設(shè)備的國產(chǎn)化技術(shù)。重點突破大功率、高油氣比、高壓力混輸泵研發(fā)；單套裝置處理規(guī)模超過1 000×104m3/d 的大型天然氣處理及凈化裝置研發(fā)；大型壓縮機及膨脹機等動設(shè)備研發(fā)及制造、高效分離器的研發(fā)和制造；多功能“合一”設(shè)備、高效設(shè)備及高效核心內(nèi)構(gòu)件研發(fā)、耐高壓耐高溫非金屬管材研發(fā)和應(yīng)用等［10］。

四是攻關(guān)智能化油氣田地面關(guān)鍵技術(shù)。以油氣田地面提質(zhì)增效為核心，以智能生產(chǎn)運行優(yōu)化和智能風(fēng)險管控為主攻目標(biāo)，通過運用云平臺、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、圖像識別、機器學(xué)習(xí)、超級計算、知識圖譜等人工智能技術(shù)，為油氣田地面控投降本、減員增效、安全環(huán)保提供關(guān)鍵技術(shù)支持［11］。

5 發(fā)展建議

為保障“十四五”科技發(fā)展更具前瞻性，能更好地服務(wù)于生產(chǎn)，油氣田地面工程技術(shù)發(fā)展應(yīng)堅持問題導(dǎo)向、目標(biāo)導(dǎo)向、結(jié)果導(dǎo)向，起到支撐當(dāng)前、引領(lǐng)未來的作用；應(yīng)優(yōu)化突出攻關(guān)重點，加大關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)力度，設(shè)立重大專項，把提質(zhì)增效和戰(zhàn)略發(fā)展的基點牢固建立在科技進步和創(chuàng)新驅(qū)動上；應(yīng)加強數(shù)字技術(shù)與傳統(tǒng)油氣工業(yè)技術(shù)的深度融合研究，采用產(chǎn)學(xué)研用開放式研發(fā)模式，突破智能油氣田核心技術(shù)，助力數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略實施；應(yīng)搭建產(chǎn)學(xué)研一體化研究團隊，利用已建科研和試驗平臺，立足已取得成果，堅持自主研發(fā)，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工藝、技術(shù)和設(shè)備；應(yīng)堅持科研與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，在生產(chǎn)實踐中檢驗和完善研究成果，為實現(xiàn)科研成果向生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化奠定基礎(chǔ)。