油气田地面工程新技术培训班-梁永图-地面工程技术进展及发展趋势

油气田地面工程技术进展及发展趋势,地面工程内容,油田地面工程的内容：（1）以功能划分:油井、气井、水井、计量站、接转站(转油站)、集中处理站、消防站、注水站、变(配)电站、联合站(终端)、油库、输油码头及配套工程(路、电、信)等。（2）以专业划分:油气集输、油气加工、供注水、污水处理、消防（给排水）、供配电、通讯工程、自动化仪表工程、化工机械工程(压力容器)、防腐保温、热力工程、道桥工程、建筑（结构）工程、测量工程、工程地质、总图及工程经济（造价、概预算）等。Oilfieldsurfaceengineeringoroilfieldfacilities油气集输与矿场加工（及处理）,提纲,一、地面工程技术进展二、面临的主要问题和挑战三、发展趋势及重点攻关方向,当今世界,高速发展的科学技术正以巨大的力量改变着人类的文明进程，整个社会正在经历一场全球性的技术革命。油气田地面工程技术进展迅猛。基础科学、信息技术、材料科学、设备制造与安装等诸多学科的科技进步，推动了中国油气田地面工程技术的发展，在油气集输、污水处理等方面，多项技术达到了国际先进（或领先）水平。,一、地面工程技术进展,（一）原油集输及处理技术（二）天然气集输及处理技术（三）污水处理工艺技术（四）海洋油气工程技术（五）地面工程新设备（六）信息化,一、地面工程技术进展,1、油井计量技术发展简化了集输管网,示功图量油技术电功图量油技术多井串联集输中石化都得到了广泛的应用中石油很多油田在开始推广,集中处理站,串联管网示意,（一）原油集输与处理技术,中石化自2008年起，已在20多个区块推广应用串联管网集输工艺，取得了显著的经济效益：,（一）原油集输与处理技术,针对单管集输工艺停输再启动的问题，可以采用高效井口电加热器。,投资降低1020管线长度减少2040集输能耗降低1040运行成本降低310节地（取消计量站、配水间）平均单井0.15亩,2、油气水混输增压技术发展实现流程简化,部分取代了接转站的功能，简化了油气集输系统流程，实现了集输工艺模块化、数字化和无人值守，减少了占地，降低了建设工程投资30%左右，部分站点减少了天然气排放。,（一）原油集输与处理技术,中石化红河油田、中石油西峰油区实行串接集输工艺，采用一级半（或二级）布站：油井增压撬联合站。增压站采用撬装化设备。西峰油区建设增压撬数百套。,（一）原油集输与处理技术,混输增压撬,（一）原油集输与处理技术,3、高含水油田原油预分水技术,国内老油田大部分已进入高含水或特高含水开发期主要采用三相分离器进行预分水，是以出油含水作为主要指标设计的设备，出水含油指标一般要求控制在1000mg/L以下即可，后续污水处理系统投资、占地和运行费用均较高。国内还未开发出以出水水质作为主要指标（水中含油低于50mg/L以下）的专用预分水设备。国外原油预分水技术起步早、水平高、种类多。俄罗斯预分水技术：末端分相管、简易气浮选预分水器、斜管预分水器，一般安装在丛式井井场或转油站，分出部分高含水原油的污水，达到地层回注标准。欧美国家预分水技术：广泛使用仰角式游离水脱除器进行预分水。目前，仰角式、斜管式分离设备在国内应用较少。,国外从上世纪70年代开始开展多相混输基础理论与应用技术的研究2007年挪威Statoil公司建设了2条并列敷设海底长距离混输管道（DN750mm、120km）。（凝析油气）我国多相混输技术与国外相比仍有较大差距：大型混输泵：国际上已用于工程实际的油气混输泵的单泵最大功率为6000kW，国产单泵功率大多较小、泵型单一、对油气比剧烈变动适应性较差、与国际先进水平差距较大。多相流量计：大多数为国外产品，国内产品质量有待提高。多相流基础研究：PIPEFLOW、PIPEPHASE、OLGA,（一）原油集输与处理技术,4、稠油集输工艺,目前，稠油集输工艺主要包括：加热法、掺稀法、掺热水或活性水法、乳化降粘法、改质降粘法、低粘液环法等6种。（超临界水改质、CO2）塔河油田通过集输工艺优化，主要采用全密闭集中掺稀输送工艺流程。实现吨油集输燃料油耗由7.8降至5.88kg、集输电耗由2.7降至0.98kwh。但损失了稀油的价差优势。,（一）原油集输与处理技术,塔河油田稠油地面集输工艺,中石油辽河油田拥有较成熟的稠油集输与处理技术，对裂化降粘、乳化降粘技术也进行了试验和应用。裂化降粘采、集、输一体化工艺（1:3掺轻柴油）10000mPa.s的超高稠油(50粘度)超稠油乳化降粘管输工艺加拿大率先成功研究稠油加氢改质工艺),（一）原油集输与处理技术,5、井下油水分离、稠油裂解技术,井下油水分离技术（重力分离和水力旋流分离）加拿大C-FER技术公司、哈里伯顿世界领先水平。示范工程采用该技术后产油量由4m3/d增加到15m3/d，产出水回注率为88%。几年来，美国和加拿大对53台井下气水分离器和37台井下油水分离器的应用研究表明，运行成功的设备约占45-65%。该技术待完善。中石化在胜利、河南油田开展了先导试验，在不影响油井产油量的情况下，地面产水量减少70%。设备购置和安装费用，比常规电潜泵的费用要高2-3倍，约为9-25万美元。适用于高含水（90%）、原油密度小（0.9）且除产层外至少另有一个回注层、直井或斜度不大的井。井下设备各部件的设计连接和控制困难，分离效果难以监测。近年来，针对稠油又开展了井下裂解技术（原位开采）的研究。催化剂、微生物、火烧油层法。,（一）原油集输与处理技术,国内油气集输及处理技术部分技术领先：在低渗透、小断块油田开发上，通过简化优化流程，采用不加热集输技术和串联管网集输工艺等，降低了原油生产能耗，达到国际先进水平。,（一）原油集输与处理技术,与国外同行相比，存在着一定差异：1、在站场平面布置、建构造物建造标准上，国外力求简洁；2、与工艺相关的部分设备性能和质量均有待提高；3、国内对原油中含盐没有要求；对原油饱和蒸汽压没有要求；对原油中其它化学药剂含量没有要求；4、以提高经济效益为目的的模块化、撬装化系统设计理念有待加强；5、国外油田注重自动化控制，自动化水平较高，某些先进地区已经采取卫星选井计量。原油集输与处理技术的发展趋势一是向低投资、低能耗方向发展；二是向上下游两头延伸：采油、炼油；三是向“非常规能源”（太阳、风、地热、污水、水合物）综合利用方向延伸（方向）。,（一）原油集输与处理技术,（二）天然气集输与处理技术,1、高含硫气田地面集输与净化处理技术,中国石化高含硫气田集输与处理技术在引进国外技术基础上，经过技术攻关，形成了一系列技术成果，为高含硫气田地面集输与净化处理技术积攒了宝贵经验，代表了国内领先水平。普光气田采用改进的湿气集输工艺，在集气站部分分水，并形成了配套的防腐工艺、焊接施工等一系列技术。净化工艺采用甲基二乙醇胺（MDEA）脱硫脱碳+三甘醇（TEG）脱水+常规Claus硫磺回收+Scot尾气处理工艺，与常规净化技术相比，溶剂总循环量降低10%，再生能耗降低15%，硫磺回收率高于99.8%。在高压/高含硫气田开发上，加拿大、法国积累了几十年的经验，国内与国外水平相比，仍有一定差距。国外在专利溶剂、药剂、新型催化剂开发方面，处于技术领先地位，并由此形成了一系列天然气净化专利技术和工艺包。国内在大规模天然气处理装置设计上主要采用国外专利技术。,2、低压低产气田地面集输技术,采用常规集输技术，存在建设投资高、能耗大、运行成本高等问题。采用井下节流和低压集气工艺，无需建设注醇及井口加热系统，简化了集输流程，降低了投资和运行成本。中石油苏里格气田：形成了以“井下节流、井口不加热、带液计量、井间串接”为主体的“苏里格模式”。截止到2010年底，已成功应用2700余口井，使平均单井投资降低了近50%。中石化川西气田：成功应用47口井，平均单井可节约投资40万元、节约运行成本约30万元/年。目前，井下节流技术不适用于斜度较大气井。中石化井下节流技术仍在试验及小规模应用阶段。难以适应多样化的井筒结构。,（二）天然气集输与处理技术,3、煤层气田地面集输技术,美国、加拿大、澳大利亚煤层气地面工程技术比较成熟。美国主要采用“井口分离、低压集气、集中处理、增压脱水、干气外输”的集输工艺，采出水采用离子交换、化学处理、反渗透、人造湿地等处理技术。中石油、中联煤在引进国外成熟技术的基础之上，因地制宜，形成了具有自身特色的煤层气集输技术。中石油沁水盆地煤层气田，充分借鉴了“三低”气田开发经验，采用“低压集气、单井简易计量、多井串接”的集输流程，将亿方气产能建设投资控制在1.07亿元以内。中联煤首创的“多点接入、柔性集输”技术，可以节省工程投资40%，能耗降低10%。中石化在煤层气集输上，还处于起步和探索阶段。2012年在延川南开展煤层气开发先导试验，在延1、延3、延5共部署新井17口、利用老井36口，新建产能规模0.411亿方/年。集气工艺采用“枝上枝”阀组集气工艺；污水采用重力沉淀+石英砂过滤工艺。多压力集输系统,（二）天然气集输与处理技术,国外已成功开发了一大批高含硫气田，建立了一整套较为完整的集输与处理工艺体系，取得较为丰富的成功经验。根据高含硫气田环境、天然气成分、设施与管线所处的自然环境和社会环境等因素，对系统可能产生的腐蚀、环境污染、人身安全影响作出全面而有效的评估，是国外高含硫气田与普通气田开发相比的重要区别。国外的脱硫、脱碳、硫磺回收及尾气处理装置已趋于大型化、自动化、组合化，发展趋势是提高适应性、降低操作费用。(国内处于探索和经验积累阶段)浅层气、煤层气多为低压气，特别在开采后期气井压力更低，国外研发了适用于负压集气的天然气压缩机，在井口抽吸井下天然气形成负压，并增压外输。负压集气的技术关键需要防止空气进入天然气系统中，需采用适用于负压操作的压缩机。,（二）天然气集输与处理技术,（三）污水处理工艺技术,1、含聚污水处理技术,重力沉降工艺，适用于稀油含聚污水处理，例如大庆油田。2级氮气密闭气浮工艺，适用于稠油含聚污水处理，使稠油含聚污水处理技术取得突破。,2级氮气密闭气浮工艺技术原理流程图,针对含聚污水性质复杂，粘度大(0.8-1.1mPas,45)，乳化程度高，油珠粒径小、浮升速度慢，处理困难等问题，国内普遍采用了2种处理技术。,（三）污水处理工艺技术,中石油在辽河（稠油）油田首先采用该项技术。中石化在稠油含聚污水处理工艺上普遍应用该技术，共有16座含聚污水处理站，处理量390000m3/d，达到注水水质指标，处理成本1.69元/m3。存在问题是通过加药将聚合物去除，污泥量高，污泥含水高，运行费用高。,2级氮气密闭气浮工艺技术,（三）污水处理工艺技术,最新进展(1)：高梯度聚结气浮HCF(high-gradientcoalescenceofair-flotation)由胜利油田自主研发，为国内外首创。主要用于代替一级除油罐。核心技术是将材料聚结、高梯度聚结、气浮三种技术集成为一体，在不加药的情况下，除油率较除油罐提高70%以上，出水含油小于40mg/L；不产生老化油和污泥，具有结构简单，维护方便等优点。投资为大罐沉降工艺的60%。2010年11月在胜利坨一污水站应用，规模为10000m3/d。含油平均去除率80%，出水含油40mg/L。,（三）污水处理工艺技术,最新进展(2)：微涡旋气浮过滤由国内自主研发，中石化、中石油均有油田采用。技术特点是在过滤器内集成微涡旋和气浮技术，进一步去除浮油和分散油，提高过滤效果。适用范围：要求进水水质含油100mg/L、悬浮物50mg/L，出水水质可达到含油10mg/L、悬浮物50%）。,（1）我国地热资源丰富，整体开发利用程度较低,9、地热综合利用技术,（2）中石化地热资源开发利用已初具规模,2006年，中石化新星公司与冰岛公司组建陕西绿源地热能源开发有限公司（新星51%，绿源49%），标志着中国石化上游地热产业进入高速成长期。截至2012年底，新星地热开发区域已扩展到山东乐陵和商河、山西运城、河南长垣、河北雄县、陕西咸阳和武功、辽宁盘锦等地，拥有地热井91口，供暖能力达1000万平方米，约占全国常规地热供暖面积的25%，年可替代标煤14万吨，减排二氧化碳38万吨，节能减排效果显著。（全国第一！）,（一）重点攻关技术,（3）地热资源在油田地面中的应用,（一）重点攻关技术,积极开发利用地热资源，是贯彻中国石化绿色低碳战略的有效举措。在油田地面工程中，如何利用地热资源实现节能减排是今后发展方向之一。集输管网伴热输送/掺热水输送；联合站站内流程换热/加热；站内办公区或矿区采暖；中温地热资源发电技术等。,（二）推广应用成熟技术,1、积极推广应用“标准化设计、模块化建设”国外近30年来，特别是在美国、加拿大、英国、俄罗斯等国的油气田建设中所用的各种装置和设施，大多采用整体预制撬装模块化技术，已实现定型化、系列化、通用化和商品化，并由单元预制拼装向整体超大型化发展。2008年10月，中石油全面部署推进油气田标准化设计工作。至2011年，中石油应用该项技术成效显著：节省投资29.81亿元；节约土地3.27万亩；减少劳动定员14064人；节能29.7万吨标煤；多生产原油104万吨，多生产天然气21亿方。目前，中石化“标准化设计、模块化建设、标准化采购”尚处于起步阶段。国内外成功推广应用“标准化设计、模块化建设”模式对中石化新区产能建设和老区调整改造，降低地面投资，具有很好的借鉴和指导意义。,2、继续推广串联管网集输工艺根据中石化各油田自身特点，因地制宜发展、完善串联管网集输工艺，形成配套的核心技术，总结、提高形成中石化油田自身特色的集输模式。（完善井口计量技术，针对无杆泵采油电功图量油）江苏油田：“李堡模式”河南油田：江河区老油田整体改造模式东北腰英台：低品位油田地面流程模式胜利油田：临盘小断块油田地面流程模式江汉油田：坪北油田简化、短流程模式等,（二）推广应用成熟技术,1、页岩气、页岩油等非常规地面技术攻关储备页岩气：“十二五”期间，加快建南、川西页岩气开发试验评价，实现规模建产，新建产能20亿方，2015年产量17亿方。（涪陵）页岩油：“十二五”期间，重点开展济阳坳陷、泌阳凹陷勘探评价与开发试验，形成规模建产阵地。目前中石化页岩气、页岩油等非常规地面集输技术及技术标准缺乏，亟待加强科技投入，为“十三五”、“十四五”中国石化页岩气、油页岩的大规模开发利用进行技术储备。2012年在5月10日举办的第八届中国能源投资论坛上，有专家指出，开采页岩气要环保先行，避免走稀土开采带来严重环境破坏的覆辙，在中国页岩气开采前，如果不能建立环境保护的框架，那么未来的开采可能是一场灾难。,（三）超前储备前瞻技术,2、中深海油田开发集输及配套工艺技术“十二五”油气勘探继续实施“开拓海域”的战略，积极开展海域勘探，稳步推进东海，加快评价渤海，力争突破南海。在调研国内外海工技术和装备基础上，积极开展中深海石油工程工艺、设备等基础研究和技术攻关工作，为中石化南海油田开发和海外深海项目运作提供深海石油工程技术储备。基础研究和技术攻关主要包括：,中深海油气田集输模式研究中深海水下生产系统设计技术海上油田污水处理及注水工艺技术研究中深海石油工程技术生产设施及装备研究中深海油