东胜气田滚动建产期管网部署优化

彭杰

（中石化华北油气分公司石油工程技术研究院）

0 引言

东胜气田位于鄂尔多斯盆地北部，属于致密低渗透气田，资源储量达到6 879×108m3。按照国家对于“油田企业站在保障国家能源安全高度，加大国内油气勘探开发力度”的相关要求，东胜气田加快了建设节奏，由于其地质条件复杂，非均值性强，目前主要采用甜点开发、滚动建设的模式。

气田地面工程需结合气藏特征及中长期产能建设规划，综合考虑天然气处理、增压及配套工程，采用“井下节流、单井不加热、不注醇、控压集气、多井串接”低压集输技术[1-2]进行规模开发。东胜气田从2016年开始进入规模开发阶段，其集输系统采用“井-集气站-天然气处理站”两级布站模式，通过集气站-集中处理站两级增压工艺控制采气管道运行压力，集气过程中不注入抑制剂，降压防堵。气田中部建设天然气处理站1座，设计规模为20×108m3/a，东西方向建设 DN500的输气干线两条，各集气站通过集气干线枝状接入干线，天然气通过集中处理站统一处理外销。截至2019年底，东胜气田已建成集气站15座，处理站1座，各类集输管道615 km。

东胜气田单座集气站设计规模50×104m3/d，每座集气站设置进站阀组10个，集气站所属采气管道的集气半径控制在5～8 km范围。根据控压集气、携液等需求，冬季控制气井进站压力1.0 MPa、远端气井回压小于1.3 MPa，采气管道应用DN65、DN80、DN100、DN150四种管径规格[3-4]，采取枝状串接方式接入到集气站，单枝管道串接3～6口井，采气干管为DN100、DN150管径。气田采气管道基本按照以上原则进行设计建设，但在气田滚动建设模式下，气田开发参数预测不准，调整较大。另外上产保供压力大，地方土地环保政策趋严等原因，造成诸多生产问题。

1 采气管道设计及建设中存在的问题

1.1 集输管网调整改造工作量大

虽然气田勘探开发进入快节奏，但部分井区探井、评价井数据以及试气试采数据较少，只能在小范围进行甜点开发，截至 2019年底，东胜气田 A井区累计建产仅13×108m3/a，单项天然气开发项目产能建设规模也都比较小，仅在0.5×108～3×108m3/a之间。滚动开发模式下，地质认识是随着产能建设规模扩大、气井数据增多而逐步加深的，因此较难形成大规模整体井网。

东胜气田采气管网规划设计主要依据当期产能进行部署，后续产能建设方案会根据上一期产能井的情况对原地质方案进行调整，已进入建设期的地面管网可能出现不适应，未实施的管网则需要加以调整。当出现计划外的新建气井时，或者气井产出参数偏离预测值时，需要对原有管道路由、管径进行调整，无法调整的需要进行改造，涉及带压开孔作业等内容，不仅影响产量，而且安全风险大、改造效率低，相关生产长期叠加，便造成了东胜气田集输管网调整改造工作量大的问题。

1.2 工程瓶颈导致产能无法及时释放

目前国家及地方环保、土地管理政策越来越严格，地面工程项目设计建设期间各项审批手续复杂，办理周期长。当地质方案以及总体规划发生调整后，部分未进入建设期的集输管网跟随调整，相应调整较大的管网、场站建设项目需要重新审批，建设进度将受到很大影响，出现工程瓶颈，造成部分已建集气站、管道无法及时投产，所属气井产能则无法及时释放。

1.3 部分气井井口回压较高

A井区，1＃集气站原方案设计了4条进站采气管道，分别串接了2口、3口、5口、6口气井，但在建设过程中，部分林地、草场、坟地等区域无法完成征地协调，1＃集气站实际只建成了3条采气管道，单支采气管道串接井数增多。另外1＃以西靠近2＃集气站区域，2016年部署的产能建设井，实施效果良好，2017年在该区域部署了一批加密井。为尽快释放新增气井产能，并尽量减少管道投资，新建井就近接入了已部署采气干管。由于以上两方面原因，导致1＃集气站3条采气管道串接气井增多，分别串接5口、5口、9口气井，其中1条采气干管短期内管道负荷超过设计值，远端井口回压高于1.3 MPa，无法保障降压防堵，冬季仍需注入抑制剂生产。

2 串接管网优化

针对以上问题，东胜气田实施了一系列的串接管网优化措施，包括开展“多井双站”串接集气工艺、采气干线超前部署、边远井区气井超前串接、管网敷设方案滚动优化等。

2.1 “多井双站”串接集气工艺

2016年东胜气田在A井区天然气开发项目中，共部署开发了32口井、2座集气站、1座天然气处理站，其采气管道采用枝状串接，控压集气，接入集气站。其中，1＃集气站串接气井 16口，外接 4条串接管道，长度为29.32 km。2＃集气站串接气井16口，外接4条串接管道，长度为22.82 km，其中2＃—1＃—天然气处理站建设集气干线，天然气输往处理站进行处理后统一外销，A井区集输系统示意图见图1。

图1 A井区集输系统示意图

1＃、2＃集气站建设过程中，A井区西部区域勘探取得突破，考虑在后续几年扩大产能建设规模，地面集输根据开发规划调整，向西部署1条DN500的输气干线，2＃集气站调整接入该输气干线，原规划建设的 2＃—1＃集气干线取消建设。1＃集气站于2017年6月建成并投产，2＃集气站同期建成，但因外输管道调整后，到2017年年底建成，2＃集气站所辖气井产能无法及时释放。为尽快释放产能，在采气管道敷设过程中，将 1＃集气站 1条采气干管（DN150）与 2＃集气站 1条采气干管（DN150）末端连接到了一起，并设置了阀门。原计划进入2＃集气站投产的5口气井，通过该采气干管临时接入到1＃集气站投产，通过这种方式，利用1＃集气站，提早释放了2＃集气站部分气井产能。相对于多井单站串接模式，将以上这种集气模式称为多井双站串接模式。多井双站串接示意图见图2。

图2 多井双站串接示意图

截至2019年底，东胜气田A井区，已在7座集气站之间建成5组“多井双站”串接管道，2017—2019年累计提前释放26口气井产能0.8×108m3/d。利用站间采气干管在特定时期可以短期协助释放产能，但会造成远端气井回压升高，在集气站数量增加、集输管网建设相对完备后，逐步利用站间采气管道调整，使远端气井回压降低了0.3～0.5MPa，各集气站负荷调整到80%～120%之间。另外，由于气井产水量超过预计，A井区1＃、2＃、3＃集气站分离器于2020年进行改造，集气站需停产，通过错开作业时间，可利用站间采气干管将部分具备条件的气井调节至临近集气站生产，减少停产影响。

2.2 采气干线超前部署

A井区，在2016—2017年共建成5座集气站，投产采气管道约150 km，2018年新建产能仍然集中在该井区，在接入新建气井时，对多条采气管道进行了改造，并新建了部分采气干管，部分加密井的接入是在初期规划管网时没有预计到的，在改造过程中造成多条管道停产。在2018年B井区开发方案中，为了减少以上问题，地面规划串接管道时，结合气藏认识比较明确的主力层位、主河道砂体，提前将DN150采气干线敷设至距离集气站约5 km半径处，采气干线穿过河道中央，布置在砂体厚度大于20 m的区域。同时根据未动用储量情况将部分管道管径予以扩大，在接入当期产能井的同时，考虑下一步规划井接入，控制远端气井回压应小于1.3 MPa，为提高携液采气干线管径原则上不超过DN200。另外结合加密井井位规划，在采气干管合理位置设置阀门，下一批次的气井建成后，可直接敷设管道接入到预留阀门进行投产，由此形成了这种采气干管超前部署模式。通过对比，由此增加的管道投资低于后期改造及重复建设成本，同时为滚动上产提供了保障。B井区串接管道部署示意图见图3。

图3 B井区串接管道部署示意图

2.3 边远井区气井超前串接

目前东胜气田主要开发区位于气田中部 A井区，东部C井区建产规模较小，由于距离天然气处理站较远，暂未建设外输管网。对于C区已建成的气井，主要采取 CNG槽车收气模式生产来释放产能。2019年，该区域部署了一批开发井，并规划了1座集气站。为提高CNG收气效率，减少道路维护工作量，结合集气站规划位置，按照进站串接的设计要求（控制井口回压小于1.3 MPa、优选DN65～DN150管径），提前将部分气井串接到一起，统一在其中一座交通条件最好的井场实施收气，提高了效率，降低了管理难度，同时C井区部署的集气站建成后，将该条串接管道直接连接到集气站就可以实现多口气井快速投产。

2.4 管网敷设方案滚动优化

气田开发方案阶段给出的气井配产是一个平均值，但现场实际地质条件复杂，实际气井产出与设计均值偏差普遍存在，A井区原设计气井配产为2×104～2.6×104m3/d，平均液气比为 1.55 m3/104m3，实际投产后，部分气井产量达到4×104m3/d，液气比达到3～5 m3/104m3。由于管网规划实施难度大，实际生产与开发预测差异大，井位部署滚动调整后，部分区域气井加密，而其他区域气井减少。另外由于征地协调难度大，大量井位在实际生产中位置发生了变化。

针对管网设计施工过程中，出现的多批次的井位调整、产出参数变化等情况。施工图设计所提供的管道敷设路由、管径等内容需要及时调整[5]。针对这种情况，为提高效率，建立了管道敷设管理项目组，纳入地质气藏研究、地面规划设计、现场建设人员，将开发调整信息、已建集输管网信息、前线踏勘选线信息有机结合，并利用pipephase建立串接管网拓扑模型[6]，按照戴明“PDCA”循环机制进行优化调整[7]，形成了串接管网设计建设滚动优化模式。通过这种方式，在原施工图设计的基础上，实时优化管道路由、调整管径，提高了管道敷设速度及质量。

3 应用效果

2016年以来，为了应对大量的开发调整与产出偏差，东胜气田从工艺设计优化和管理模式优化两方面着手，实现了地上地下一体化有机结合。集输系统部署模式由“被动调整”改变为“主动优化”，形成了适应滚动开发政策的集输系统快速部署设计建设方法，提升管道敷设速度和质量。东胜气田应用“多井双站”串接模式，实现集气站间的“互为备用与动态调整”，使部分区域气井提前3个月释放产能，提高了集输系统对滚动建产、甜点开发模式的适应性。此外，还通过调整管道以及集气站的负荷率，减少了超负荷运行以及大马拉小车现象，增加了管网运行弹性，气井密集区集气站负荷不超过120%，32口气井回压由1.5 MPa降到1.3 MPa。

东胜气田建设以来，针对多批次的气井，踏勘确定一口，设计一口，及时调整管径及路由，采用动态调整机制指导完成 400井次管道敷设方案设计，敷设管道160 km，优化减少管道长度33 km，同时将早期的调整周期由7天缩短到2天，提高了时效性。并利用管道超前串接、超前部署模式和滚动优化机制，保障当期气井产能释放，并为下一批次气井接入进行了合理预留，目前已针对新增的3×108m3/a产能建设，完成了35 km采气干线部署。变早期的“大量无序串接”为目前的“合理控压串接”，可兼顾后续气井接入、减少带压开孔风险及管道重复建设、有效控制井口回压。

“十三五”以来，东胜气田全面加快了建设节奏，截至2019年底已建成20×108m3/a产能规模配套的集输系统，日产气量最高达到400×104m3/d。

经过几年的优化与调整，东胜气田已实现低压集输工艺与自身条件的有机结合，其串接管网部署适应了快节奏的上产，在快速释放产能的同时逐步提高了适应性。