龐永莉，張俊堯，肖 雪，王昌堯

長慶工程設(shè)計有限責(zé)任公司，陜西西安 710018

長慶油田建設(shè)用地劣質(zhì)化的形勢日益嚴(yán)峻，征地難、地形差等問題嚴(yán)重制約了油田地面工程建設(shè)的發(fā)展。脫水站占地面積大、功能復(fù)雜的特點決定了站場的設(shè)計難度極大。在這種形勢下，提出“小型化、立體化、集約化、智能化”的設(shè)計思路，研發(fā)出一種小型立體智能脫水裝置，替代常規(guī)平面布置方式，能有效縮減用地，逐漸得到油田地面設(shè)計和建設(shè)人員的青睞[1]。

立體化布站打破了傳統(tǒng)平面鋪展的習(xí)慣做法，是一種采用向空間延伸創(chuàng)新模式下的布局緊湊、空間利用率高的站場設(shè)計方法[2]。通過技術(shù)攻關(guān)與裝置研發(fā)，采用立體化布站方法研發(fā)出了處理規(guī)模為120 m3/d的小型立體化脫水站。本文以此為例，旨在對小型立體化脫水站設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)闡述和分析。

1 設(shè)計原則和思路

1.1 立體化布站設(shè)計原則[3]

1.1.1 安全性

在滿足工藝要求的前提下，確保系統(tǒng)安全、平穩(wěn)運行。

1.1.2 適用性

可以適應(yīng)現(xiàn)場生產(chǎn)需求，方便建設(shè)、安裝、檢修和維護(hù)。

1.1.3 經(jīng)濟(jì)性

能夠降低成本，包括建設(shè)成本以及運行和維護(hù)成本。

1.1.4 高效性

在滿足站場功能的前提下，流程更加優(yōu)化，運行效率更高。

1.2 智能化設(shè)計原則

（1）正常流程無人操作、遠(yuǎn)程監(jiān)控：對容器類設(shè)備進(jìn)行液位監(jiān)測、遠(yuǎn)傳；檢測動設(shè)備的運行狀態(tài)，并進(jìn)行變頻控制。

（2）事故流程應(yīng)急切換、遠(yuǎn)程關(guān)斷：輸油泵遠(yuǎn)程啟、停，出口增加電動閥；三相分離器出口增加電動三通閥，緊急情況下可以切換進(jìn)罐。

（3）關(guān)鍵環(huán)節(jié)智能分析、智能控制：三相分離器出口設(shè)置含水分析儀表，將脫水不合格油切換進(jìn)罐，經(jīng)輸油泵增壓進(jìn)入加熱爐加熱后再次進(jìn)入三相分離器進(jìn)行二次分離。

（4）風(fēng)險作業(yè)自動運行：伴生氣分液器、空冷器設(shè)置疏水閥，實現(xiàn)自動排液、無人操作。

通過改進(jìn)工藝流程、增加智能控制環(huán)節(jié)，實現(xiàn)工藝過程的少人操作、智能運行，按照“工藝優(yōu)化功能單元整合，設(shè)備集成橇裝”的原則，開展了裝置關(guān)鍵設(shè)備選型、總體布局、裝置配管、橇座設(shè)計、防腐保溫、地基處理、智能控制、安全防護(hù)等研究工作，實現(xiàn)了橇裝化脫水站整體技術(shù)特性的全面提升。

2 小型立體智能脫水裝置研發(fā)

小型立體智能脫水裝置的主要功能有：原油升溫、原油緩沖、油氣分離、原油脫水、凈化油外輸、采出水處理及回注等，同時具有站內(nèi)循環(huán)、吹掃以及站外吹掃等功能。其可劃分為：油氣水處理裝置模塊、配電模塊、污油污泥模塊、加熱模塊、油氣集輸模塊等五大功能模塊。

2.1 油氣處理裝置區(qū)

油氣處理裝置區(qū)即油氣處理一體化集成裝置所在的區(qū)域，也是小型立體智能脫水裝置的核心區(qū)域。油氣處理一體化集成裝置借助2座雙層鋼結(jié)構(gòu)平臺（見圖1）將原油緩沖一體化集成裝置、三相分離一體化集成裝置、原油外輸計量一體化集成裝置等分層布置，從而實現(xiàn)原油緩沖、油氣分離、原油脫水和凈化油外輸?shù)戎匾δ堋?/p>

圖1 雙層鋼結(jié)構(gòu)平臺效果

2.1.1 鋼結(jié)構(gòu)平臺設(shè)計

為了實現(xiàn)裝置分層布置的立體化布站思路[4-5]，以工字鋼為主要材料設(shè)計出了雙層鋼結(jié)構(gòu)平臺。其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、結(jié)實耐用且成本較低。鋼結(jié)構(gòu)（見圖1）中間設(shè)置1 m寬的檢修通道，用于連接兩座鋼平臺，增強穩(wěn)固性，同時也方便操作人員通過。

2.1.2 裝置組成及布置

根據(jù)《油田油氣集輸設(shè)計規(guī)范》相關(guān)規(guī)定[6]，結(jié)合脫水站設(shè)計規(guī)模和原油物性參數(shù)，該裝置選用的主要設(shè)備有：處理規(guī)模為100 m3/d的三相分離器2臺、8 m3兩室分離緩沖罐1具、200 m3/h空冷器1具、φ400 mm伴生氣分液器1具和4 m3/h、壓力4.0 MPa的往復(fù)式輸油泵2臺等。

2臺三相分離器結(jié)構(gòu)相同且同屬于三相分離一體化集成裝置，應(yīng)盡可能使其成為一個整體，布置在同一座鋼平臺的上下層?？紤]到2臺輸油泵運行時產(chǎn)生的振動較大，故應(yīng)將其布置在另一座雙層鋼結(jié)構(gòu)平臺的下層。將兩室分離緩沖罐和空冷器布置在雙層鋼結(jié)構(gòu)平臺的上層，而把伴生氣分液器與輸油泵同層布置。為確保2臺上下層布置的三相分離器進(jìn)液平穩(wěn)，在進(jìn)口分別安裝流量計和電動調(diào)節(jié)閥，通過流量計控制電動調(diào)節(jié)閥開度，確保每臺三相分離器進(jìn)液基本平穩(wěn)。油氣處理一體化集成裝置布置效果如圖2所示。

2.1.3 裝置工藝流程和功能

油氣處理一體化集成裝置的正常工作流程如圖3、圖4所示。上游來液經(jīng)緩沖罐一室緩沖后在三相分離器中實現(xiàn)油、氣、水三相分離。分離出的凈化油進(jìn)入緩沖罐二室再次緩沖，并通過輸油泵增壓和流量計計量后，最終外輸；三相分離器和兩室緩沖罐內(nèi)分離出的伴生氣經(jīng)空冷器降溫，進(jìn)入伴生氣分液器，并在分離出凝液后輸出。通過遠(yuǎn)程或就地控制油氣處理一體化集成裝置相應(yīng)閥門，還可以切換凈化油進(jìn)事故油箱。

圖3 油氣處理一體化集成裝置正常工作流程示意 （油）

圖4 油氣處理一體化集成裝置正常工作流程示意（氣）

該套裝置采用了智能化、無人值守設(shè)計理念。輸油泵前、后進(jìn)行壓力檢測，高低壓報警可實現(xiàn)聯(lián)鎖停泵；緩沖罐二室液位與輸油泵連鎖可實現(xiàn)輸油泵變頻控制；泵前過濾器差壓報警，泵后電動球閥可實現(xiàn)遠(yuǎn)程截斷控制。同時還設(shè)置了空冷器前后壓力、溫度遠(yuǎn)傳顯示，緩沖罐高低液位檢測報警與流量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳顯示，三相分離器液位遠(yuǎn)傳和壓力檢測報警等。這些設(shè)計不僅可以提高裝置的智能化水平，還可以有效減少人工成本，對脫水站的實際運行意義重大。

2.2 采出水處理與回注裝置區(qū)

采出水處理與回注裝置區(qū)由采出水處理一體化集成裝置、采出水加藥一體化集成裝置、采出水回注一體化集成裝置和污泥污水箱組成。

采出水處理一體化集成裝置采用了“兩級氣浮+兩級過濾”處理工藝，通過1座雙層鋼結(jié)構(gòu)平臺實現(xiàn)上下層布置，主要由2具6.5 m3緩沖水箱、1具6.5 m3反洗水箱、1具6.5 m3凈化水箱、1套100 m3/d過濾單元和1套100 m3/d氣浮單元等組成。氣浮單元和過濾單元電控柜為防爆型，均位于裝置內(nèi)部。橇裝化采出水加藥裝置布置在裝置外部，實現(xiàn)自動加藥功能。其中采出水處理一體化集成裝置與油氣處理一體化集成裝置并排布置組成油、氣、水處理一體化集成裝置，如圖5所示。

圖5 油、氣、水處理一體化集成裝置布置形式

采出水回注一體化集成裝置由2套裝置組成，一用一備。該裝置集來水過濾、升壓、回流、計量于一體，將喂水泵、注水泵、過濾器、閥門、管道及流量計集成在一個橇座上，便于整體搬遷。采用泵頭回流技術(shù)，滿足了長慶油田單井配注量小的要求，便于調(diào)節(jié)注水泵排量。注水泵進(jìn)口、出口采用減振軟管，在裝置配管上設(shè)置固定支架，配套減振膠墊等措施，降低注水泵振動[3]。

采出水處理與回注裝置的整體工藝流程如圖6所示。

圖6 采出水處理與回注裝置工藝流程

3 站場布局及實施效果

根據(jù)《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》[7]《石油天然氣工程總圖設(shè)計規(guī)范》[8]的要求和現(xiàn)場實際情況，依托原有井場，采用小型立體智能脫水裝置設(shè)計脫水站，平面布置如圖7所示。

圖7 小型立體化脫水站平面布置示意

與常規(guī)脫水站相比具有以下優(yōu)點。

（1）總體布局緊湊，小型立體化脫水站占地面積小，能夠?qū)崿F(xiàn)依托井場建設(shè)，減少占地面積。

（2）全部裝置橇裝化、模塊化，采用工廠預(yù)制，現(xiàn)場組裝，大大縮短脫水站設(shè)計和建設(shè)周期。

（3）功能齊全，注入水質(zhì)和脫水效果達(dá)標(biāo)。

（4）采用智能化設(shè)計，提高脫水站自動化程度，降低人工成本。

（5）“窄長條”的平面布置方式，更加適應(yīng)黃土高原“塬、墚、茆”的地形特點。

常規(guī)脫水站布站與小型立體化脫水站布站對比結(jié)果如表1所示。

表1 常規(guī)布站與立體化布站對比

由表1可知：與常規(guī)脫水站相比，小型立體化脫水站可以節(jié)約占地面積30%左右，縮短建設(shè)周期20%～30%，降低建設(shè)投資10%以上，減少生產(chǎn)用工50%以上。采用小型立體智能脫水裝置有效縮減了建設(shè)用地，利用已有場地避免了重新征地，較好地解決了征地難的問題。

4 結(jié)束語

小型立體智能脫水裝置在長慶油田脫水站的應(yīng)用，實現(xiàn)了脫水站場的小型化、橇裝化，不僅減少了站場的占地面積，還可以提高建設(shè)速度、降低建設(shè)投資，可以充分利用已有場地靈活布局，特別適應(yīng)當(dāng)前黃土高原征地難、地形差的現(xiàn)實情況。本文的設(shè)計實踐和探索，為智能化、立體化布站模式積累了設(shè)計經(jīng)驗和現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗，對后續(xù)脫水站的優(yōu)化和其他類型站場的改進(jìn)研究具有參考意義。可以預(yù)料未來立體化布站模式必將更好地應(yīng)用于油田地面工程建設(shè)，成為長慶油田“提質(zhì)增效”的重要技術(shù)支撐，也將有助于進(jìn)一步提高油田應(yīng)對低油價風(fēng)險的能力。