桑玉希，程浩力，劉 暢，郭雨濤

(中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司北京設(shè)計(jì)分公司，北京 100085)

0 引言

油氣田地面工程中，單井產(chǎn)品通過(guò)集輸管道輸送到集油集氣站，之后輸送到聯(lián)合站及處理站進(jìn)行加工處理。本文結(jié)合工程實(shí)例，介紹了伊拉克某油田單井設(shè)計(jì)的部分優(yōu)化，為其他項(xiàng)目提供借鑒。

1 單井配管方案優(yōu)化

伊拉克某油田一期開(kāi)發(fā)約40口單井，單井的配管工作范圍是從采油樹(shù)出口至井場(chǎng)圍欄外10 m。井場(chǎng)內(nèi)管道布置主要包括2個(gè)區(qū)域：井口區(qū)域和發(fā)球筒區(qū)域?？紤]到井場(chǎng)的通車(chē)需求、操作及檢修的方便性、降低施工費(fèi)用和布置的整潔性，井口同發(fā)球筒區(qū)域多采用埋地管線(xiàn)進(jìn)行連接。井場(chǎng)內(nèi)的埋地管線(xiàn)采用三層聚丙烯防腐管以減少現(xiàn)場(chǎng)的施工量。井口區(qū)域包含了必要的壓力溫度測(cè)量、吹掃、取樣、排污等相應(yīng)裝置。發(fā)球筒區(qū)域包含為發(fā)球筒及移動(dòng)式測(cè)試分離器預(yù)留的閥門(mén)。管道從發(fā)球筒區(qū)域離開(kāi)，經(jīng)過(guò)6D彎頭入地，出井場(chǎng)后和站外線(xiàn)路管道相連。

1.1 閥井中閥門(mén)的布置

當(dāng)埋地敷設(shè)的管道需要設(shè)置閥門(mén)時(shí)，有些情況需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的閥井[1]。閥井的設(shè)置不僅可以及時(shí)開(kāi)關(guān)相應(yīng)的管段，還便于檢查、檢修作業(yè)的進(jìn)行。閥井中閥門(mén)的布置是閥井建設(shè)考慮的主要問(wèn)題之一，閥井內(nèi)閥門(mén)布置有水平布置和垂直布置2種方式(圖1)，不同的布置方式需要考慮不同的設(shè)置問(wèn)題[2]。閥門(mén)水平布置需要考慮閥門(mén)是否增加加長(zhǎng)桿使其改為更加方便的地上操作模式；支撐閥門(mén)時(shí)，選擇支撐閥體或支撐法蘭；當(dāng)多個(gè)閥門(mén)公用1個(gè)閥井時(shí)，閥間距的設(shè)置問(wèn)題等。閥門(mén)的垂直布置要考慮閥桿的方向，以方便操作；出入閥井的操作及檢修梯同閥門(mén)及管道的間距需要要保證人員操作便利；閥門(mén)的支撐選擇位置等。閥井的設(shè)計(jì)過(guò)程中還需要注意閥井兩側(cè)預(yù)留的穿管孔洞大小多比穿越管徑尺寸大兩級(jí)；管道和閥門(mén)是否有保溫以及保溫安裝要求；閥門(mén)螺栓的抽芯長(zhǎng)度等[3]。

圖1 閥井內(nèi)閥門(mén)水平和垂直布置模式

項(xiàng)目中的管道進(jìn)入地面離開(kāi)井口區(qū)域前設(shè)置了一個(gè)球閥，球閥布置在閥井中并采用了垂直布置的方式。帶有閥門(mén)的管道由上而下進(jìn)入閥井內(nèi)部，再通過(guò)閥井一端進(jìn)入地下。通常情況下，閥井內(nèi)會(huì)布置檢修梯和積水坑，為便于操作，將閥門(mén)的操作手柄一般緊鄰檢修梯布置。為增加操作人員操作空間，在不增加閥井大小情況下，將管道位置偏離閥井中心線(xiàn)布置(圖2)。通過(guò)優(yōu)化，增加了檢維修作業(yè)時(shí)的操作空間，為現(xiàn)場(chǎng)工作人員的檢維修提供了便利。

(a)優(yōu)化前(b)優(yōu)化后圖2 閥井內(nèi)配管布置3D模型

1.2 絕緣接頭前后加支撐

為了避免站外埋地管線(xiàn)陰極保護(hù)直流電源對(duì)站內(nèi)管道和設(shè)備的影響，減少電化學(xué)腐蝕，通常進(jìn)出站管線(xiàn)入土前或出土后要添加絕緣接頭[4-6]。項(xiàng)目采用了工程實(shí)踐中普遍采用的整體型絕緣接頭，它由短節(jié)、上下接頭、套筒、絕緣墊片、密封件、填充材料等組成。絕緣接頭中的非金屬組件非常脆弱且易被破壞[7-12]，由此導(dǎo)致絕緣接頭失效及泄漏。

為了減少焊縫、節(jié)省材料，一些項(xiàng)目將出入地的彎管和絕緣接頭直接焊接，靠近絕緣接頭前后不加支撐，損壞絕緣接頭，增加了絕緣接頭的消耗。由于管道位移導(dǎo)致的應(yīng)力問(wèn)題常使得絕緣接頭內(nèi)部非常脆弱的非金屬材料因變形而被破壞(圖3)。針對(duì)以往項(xiàng)目出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)絕緣接頭安裝進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化，絕緣接頭同彎管之間增加直管段，時(shí)在絕緣接頭兩側(cè)直管段上加上支撐，從而起到對(duì)絕緣接頭的保護(hù)作用(圖4)。

圖3 進(jìn)出地管道受力分析圖

圖4 絕緣接頭前后加支撐示意圖

1.3 井口區(qū)域采用模塊化設(shè)計(jì)

模塊化設(shè)計(jì)在油氣田地面建設(shè)工程中是熱點(diǎn)技術(shù)。采用模塊設(shè)計(jì)可以有效提高設(shè)計(jì)、采辦及施工效率。現(xiàn)場(chǎng)采用模塊化安裝方式減少了各工序的交叉作業(yè)，提高了施工作業(yè)安全性并顯著縮短了整個(gè)項(xiàng)目工期。它已經(jīng)是油田地面工程實(shí)現(xiàn)降本增效和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要方法[13-14]。油田井口區(qū)域組成部分相對(duì)固定，通常包含取樣、溫度壓力測(cè)量、吹掃、加藥、排污等部分。為減少設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工的工作量并達(dá)到節(jié)約成本的目的，項(xiàng)目井口部分采用了模塊化設(shè)計(jì)。

井口模塊化設(shè)計(jì)過(guò)程遇到的關(guān)鍵問(wèn)題是模塊化部分起始位置選取。由于模塊化設(shè)計(jì)的部分裝置是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制及施工，采用模塊化的部分可以不改變結(jié)構(gòu)，在任何井口進(jìn)行典型安裝，因此，井場(chǎng)區(qū)域管道及裝置采用模塊化設(shè)計(jì)的區(qū)域要求既能夠包含所有井口的共同特點(diǎn)，又有可調(diào)整的空間兼顧每個(gè)井口的不同之處[15]。

本項(xiàng)目中，油田井口區(qū)域的模塊化設(shè)計(jì)部分從采油樹(shù)Tie-in點(diǎn)開(kāi)始到閥井上部彎頭前結(jié)束(圖5)。整個(gè)模塊的長(zhǎng)寬高為3.4 m×0.8 m×0.8 m。由于采油樹(shù)不同分支的Tie-in點(diǎn)的高度不同，井口模塊大小固定不變，所以需要利用閥井部分豎直向的直管段來(lái)調(diào)整因采油樹(shù)接口高度不同造成的高差。模塊化裝置上需要考慮是否預(yù)留閥門(mén)，以方便其他臨近井場(chǎng)管線(xiàn)接入。

圖5 井口區(qū)域模塊示意圖

2 結(jié)束語(yǔ)

井場(chǎng)單井管道及裝置在整個(gè)集輸系統(tǒng)中相對(duì)簡(jiǎn)單，因此設(shè)計(jì)優(yōu)化工作也更容易實(shí)施。本文通過(guò)對(duì)井場(chǎng)閥井中閥門(mén)垂直偏心布置、絕緣接頭前后加支撐、井口區(qū)域進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并將這些改進(jìn)措施應(yīng)用到項(xiàng)目所有井場(chǎng)單井管線(xiàn)設(shè)計(jì)中，達(dá)到了降本增效的目的。單井井場(chǎng)配管設(shè)計(jì)過(guò)程中仍有大量需要優(yōu)化和注意的問(wèn)題，例如收發(fā)球筒預(yù)留閥門(mén)和三通之間直管段的預(yù)留間距的優(yōu)化，不同類(lèi)型井場(chǎng)模塊化設(shè)計(jì)的通用性改進(jìn)等仍需要在大量實(shí)踐的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析。