油田地面建设工程设计.doc

(完整版)油田地面建设工程设计前言转接站是油田地面集输系统中的重要组成部分，是把分散的原油集中,简单处理并泵送至联合站的必要环节。整个过程从油井井口开始，将油井生产出并经过计量站的原油和其他产品，在油田上进行集中,油水分离处理，并将原油（或含水原油）送往联合站。由于本区块中原油储量较小，且前期开采出的原油含水量较少,从经济角度考虑，转接站前期并不进行油水分离，只设加热炉与混输泵，进行油水混输。相关油水分离设备可在本区块开采后期视情况增设。1。1 设计依据1.1。11.1。21。1.31.2 设计原则1。2。1遵重可行性研究报告提出的方案,但必须进一步结合现场实际；使方案更具操作性、更优化。1。2。2整个改造体现效率、效益优先的原则。1。2。3体现节能降耗的原则，做到能量的综合利用。1。2.4尽量依托老设施，节省投资。1。2。5严格按照可研的批复要求，将投资控制在要求范围内.1。3 改造的目的1.3.1 确保在未来10年内，油、气集输系统能够高效的运行。1。3。2最经济、最大限度地实现油气密闭、油气混输，为联合站,南块站提供气源.1.3设计应遵循的主要标准规范1.油田油气集输设计规范SY/T 0004-982。原油和天然气工程设计防火规范GB50183-19933.石油设施电气装置场所分类 SY/T 0025954.油田注水设计规范 SY/T 000519995.油田采出水处理设计规范 SY/T 000619996.除油罐设计规范 SY/T 0083947。油田采出水工程设计技术规定 Q/SL 0481-2001- 22 -第1章 转接站设计说明书1.1 概论转接站是油田地面集输系统中重要的组成部分，担负着附近各采油井来油的转输工作.如果说油藏勘探是寻找原油,油田开发和采油工程是提供原料，那么油气集输则是吧分散的原料集中处理，使之成为油田产品的过程.对它的要求是使其最大限度的满足油田开发和油气开采的要求,做到技术先进、经济合理、生产安全可靠,保证为国家生产符合数量和质量要求的油田产品.转接站一般建在集输系统压力允许的范围内，为了不影响开发井网以及油田中后期加密井网的布置与调整，应尽量建在油田构造的边部。转接站的功能有：（油气水分离），(污水回注）,原油加热，原油泵输等。油井产物经计量、(脱水)、加热、泵输等工艺环节后,被输向通往联合站的集输管网。联合站的主要设备及设施有：油气分离设备、加热设备、泵机组等。联合站除了油气工艺系统外、还包括配电、供给水、供热、电讯、采暖、通风、自动控制等系统,以及必要的生产厂房、辅助生产设施和行政生活设施（办公室、宿舍等）。 1。2 转接站工艺系统概述1.2.1 油气水混合物的收集一个区块中若干油井的井口产物经过计量后，输送到转接站进行集中转输。在转输过程中对于高粘度、高凝点原油要采取一定措施,使它能够在允许的压力下安全的输送到转接站而不至于凝固在管线内。通常采用加化学添加剂的方法降粘、降凝。1。2。2 油气水的初步分离在实际生产工程中，从油井出来的不单是原油，常常含有气、水、砂、盐、泥浆等.为了便于输送、储存、计量和使用，必须对它们进行初步分离。油井产物中常含有水特别在油井生产的中后期,含水量逐渐增多，利用离心重力等机械方法分离成气液两相。有些井出砂量很高，同时还应该除去固体混合物.油气水的初步分离主要在三相分离器中进行，在开式流程中,也在沉降罐中进行。1.2.3 原油加热泵输在转输过程中对于高粘度、高凝点原油要采取一定措施，使它能够在允许的压力下安全的输送到联合站而不至于凝固在管线内。油田在输送原油时大部分使用水套炉、电热套给原油提供热量，这些设备都是先发热然后通过导体把热量传送给被加热物质，从而保证原油的流动性,防止管路堵塞。1.2.4 辅助生产系统辅助生产系统包括给排水系统、供热系统、变配电系统、通讯系统、采暖及通风系统、道路系统等。这些系统都是联合站的必要组成部分，是联合站正常工作的保证。1。3 站址选择和总平面布置 1.3.1 站址选择与平面布置概述对于站址的选择，从平面上考虑应满足下列要求:a）站址应有一定的面积，使站内建筑物之间能留有负荷防火安全规定的间距，并给站的扩建和改造留有必要的余地。所选站址与附近企业、住宅、公用建筑物要保持应有的安全防火距离.b）所选站址的交通、供电、供水、电讯等尽量方便,还应靠近允许排污水的低洼地带或水塘,或者靠近考虑污水处理设施的地方，以便排除站内的污水，不致损害农田和水源.1。3.2 本转接站平面布置根据工艺流程，按不同的生产功能和特点,将同类工艺设施相对集中的布置在一起,主要分为：储油灌区,锅炉房，泵房，配电房,消防区，辅助生产及生产管理区，并预留出油水分离处理区，污水处理区的位置.转接站各区的各种设备、建筑物油气散发量的多少、火灾危险程度、生产操作方式有很大的区别，有必要按生产操作、火灾危险程度、经营管理的特点进行分区布置,把特殊的区域进行隔离，限制闲杂人员的出入，有利于安全管理.各区间应有道路连通，便于安装和消防工作。站内有火源，又有危险区,所以做平面布置时应特别注意安全.(1）锅炉房油气集输系统的站库采暖，生产及生活热负荷均由锅炉房供给。供热能力能适应季节及远近热负荷变化的要求.单台锅炉最低热负荷不宜低于额定热负荷的30%，当一台锅炉因故停运时,锅炉房的供热能力仍不小于最大供热能力的50。一个锅炉房内宜统一锅炉型号，供热参数及燃烧方式。(2）储油灌区当本站发生事故时，原油罐区可以储存原油.本站共设1座浮顶油罐，罐区周围设有密闭的防火堤,防火堤的有效容积不应小于罐组内最大油罐容量的一半。雨水排出口应设在堤的内侧，雨水排出管线上应装有长闭蝶阀或闸阀。该区采用半固定式消防,锅炉和水套加热炉供水由站外供水管线完成，也可由消防水罐供水。（3）油水分离处理区该区主要是进行初步的油水分离，即在油气水三相分离器进行分离脱水，使原油含水量大大降低后外输.该区主要设备为油气水三相分离器。(4)污水处理区原油脱水后的污水里含有大量的原油和其它的物质,若污水任意排放将严重污染环境，破坏生态平衡，给人们的生产和生活带来严重的危害。对含油污水进行处理和回注，变有害为有利,提高了水的利用率，保护了地下资源，因为污水一般含油在0。20.8%左右,为节约原油，必须回收。含油污水处理后避免了污水的任意排放,保证了安全生产。污水处理标准：对于外排的含油污水，必须做到含油不大于10 ：对于回注的含油污水必须做到含油不大于30 。（5)供排水、消防系统油田注水、油田生产用水及生活、消防用水由供水系统提供，该站注水设有注水泵，注水罐，为了保证注水水质，还有过滤间，配有压力滤罐.站内的消防设施由消防泵和消防水罐组成。消防水泵房和消防泡沫泵房合建.罐区采用半固定式给水消防设施。1。4 流程及流程说明1。4。1 工艺流程的设计要求yuanze1、油气集输应根据批准的油田开发设计，全面规划，分期实施，以近期为主，做到远近结合,并适当考虑扩建，改造的可能性.应根据要求，进行合理的布置.必须对油气集输过程中产生的废水废气废渣等进行妥善的处理,必须满足国家的现行标准.2、油气集输的工艺过程应密闭、降低油气损耗；应合理的利用油田产品的热能和压能，以降低能耗。3、系统布局应符合工艺流程和产品流向，方便生产管理和油田调整。设计工艺流程应能保证联合站处理的油气产品的质量要求,产量高，经济效益好。在满足联合站各项生产任务的基础上，应充分采用先进技术,考虑各种能量的合理利用，采用密闭流程，避免各种蒸发损耗，工艺流程应能适应操作的变化，但又要避免烦琐，防止浪费，管线阀门要尽量少，线路要短,油气流向合理。在原油开采至净化外输的全密闭流程，要比开式流程有多方面的优点:(1) 一般的开式流程原油损耗约为24%,而密闭后能降低到0。5以下,密闭式流程不仅降低了油气损耗,而且还提高了产品的质量。（2) 密闭式流程结构简单,成本降低，有利于提高自动化工致程度和管理水平。设计中考虑到进站原油的含水率（70%）和含气量(综合油气比为55Nm3（气)/t（油），工艺上采用油气三级分离，两段脱水。三级分离指一级油气水三相分离,二级缓冲分离以及在稳定塔内的三级分离。两段脱水是指一级油气水三相分离脱水和电脱水器脱水。1.4。2 原油处理工艺简介benzhanliucheng为了降低油气损耗和动力损耗,本站采用密闭式生产流程.油气集输流程包括密闭生产流程和开式生产流程两种。本站流程包括正常生产流程和辅助生产流程. 主要生产流程(密闭流程）本站流程说明：本站在正常生产情况下使用有泵密闭流程。另外，本站还设置了停电流程.联合站在停电时，站外来油经过进站阀组、油气水三相分离器、原油缓冲罐后进入原油储罐作暂时的储存,等有电时再用循环泵将储罐内的含水原油抽出来送往加热炉，以后流程同有泵密闭流程。该站除正常的生产流程外，还有站内循环以满足原油不需外输时的要求，还有原油罐区用以事故（如停电)发生后储存油品,等来电后，再进入正常工作，避免因联合站或外输管线的突发事故而影响油田生产。原油在联合站内处理的工艺流程如下:1.4。2。1 正常流程: 注破乳剂 气计量气站站外来油进站阀组油气水三相分离器缓冲罐循环泵 污水污水处理区 电脱水器加热炉原油稳定塔（净化油罐）原油外输泵计量外输进站总阀组和电脱水器都设有加药装置，可以加入破乳剂，以利于油气水在分离器中的分离和电脱水器的脱水。1.4。2.4程设计中的几点说明:(1) 各作业区，装置的布置应与平面布置相符，应标明各工艺管线尺寸、安装高度、介质的流向、管线线型及管件应符合的规定,尺寸不按比例。(2） 凡是由于偶然事件（着火停电）或操作失去可能使压力升高而造成事故之处（如分离器、加热炉、油罐、轻油罐等常压容器及往复泵、齿轮泵出口），都装备有安全阀或呼吸阀.（3） 凡是不允许液体倒流之处（如离心泵的出口、有压进罐管线、药剂线进电脱水器入口等)都装上了止回阀。（4） 为防止爆炸、火灾等恶性事故蔓延，流程设计必须要有切断油气源的措施（如压力越站、紧急放空、自动关闭油罐进出口阀门)。主要集输流程该区块集输流程主要是采用密闭流程一级半布站模式，即在各计量站只设计计量阀组,数座计量阀组共用一套计量装置。单井来油进计量站计量,依靠抽油机在井口的压力进入接转站,在接转站内不进行油气分离，直接泵输含水原油。主要集输流程如下: 单井来液 计量站 接转站 含水原油外输图1。1单井来液 计量站 接转站 含水油外输污水外输 2。1.1 主要集输流程天然气外输八面河油田集输流程主要是采用开式三级布站模式，即单井来油进计量站计量，依靠抽油机在井口的压力进入接转站，在接转站内进行油气分离、沉降预脱水，含水油、天然气、污水分别外输。主要集输流程如下： 单井来液 计量站 接转站 含水油外输污水外输 1。5 管线的安装说明（1) 在总平面图上分区布置的基础上，油气、热力、供排水管线及电路、电信线路应尽量缩短长度，在满足水力、热力要求下，线路布置力求整齐、美观。(2） 场区内各种地上、地下线路和供电、通信线路集中布置在场区道路的两侧，应避免地上管线和电力、电信线包围工艺装置和独立的建筑物，并减少和场区道路的交叉，交叉时采用直交。(3) 主要的油管线均采用伴热管线。（4) 场区管线的敷设方式，根据场区土壤性质和地下水分布情况确定。带压的油、气、水、风管线一般采用地上架空敷设；罐区至泵房的管线采用管墩地面敷设，管道水平间距大于0.2m，并做好埋地钢管的防腐工作.（5） 管线架空敷设时，管底距地面为2。2m；当架空管线下面安装有泵、换热器或其他设备时，管底距地面高度应满足安装和检修时起吊要求；敷设于管墩的地面管线，管底距地面0.30.5m，与人行道交叉时应加设过桥.(6） 管线跨越道路时,其底管高度要求:距主要道路路面不小于4。5m，距人行道路面不小于2。2m.2.5 设备及管线的安装布置2。5。1 进站阀组的安装站外来油管线一共三条,在进站阀组处由一条汇管输往三相分离器,安装汇管后，可以避免因来油不均而造成分离器过载，以及在某台分离器检修时,可以通过汇管调节将该管线的来油分散至其他管线中.2.5。2 电脱水器的布置安装本站采用的电脱水器，其控制压力为0。3MPa ,采用双排布置，相邻列间距取1。5米。为了避免电脱水器中有气体析出，使用循环泵,增高原油的压力，从而确保了电脱水器的安全.电脱水器入口处装设药剂管线，以便于加速电场力对原油乳状液的破乳脱水。在电脱水器出油管切断阀之前应安装压力表和取样阀,在排水管切断之前应安装全封闭式安全阀、取样阀和观察窗。2.5.3 管线安装综述再总平面图上分区布置的基础上，油气、热力、供排水管线及电路、电信线尽量缩短长度，在满足水力热力的要求、下，线路布置力求整齐美观。场区内各种地下、地上管路和供电、通信线路应集中布置在场区道路的两侧，应避免地上管线和电力、电信线路包围工艺管线和独立的建筑物，并减少和场区道路的交叉.交叉时采用直交。主要的油管线均设有伴热管线。2.5.4 输油泵房的布置安装1）泵房里的泵成行布置,均采用防爆电机，并将泵基础前端边沿取齐。2)泵基础前端与墙边距为3。9米,以利于布置管线和人员走动,泵前的主要通道（从工艺管线突出部分到前墙的净距）不小于1。0米,不大于2.0米。3)电机突出部分与后墙的距离为1。2米，满足更换电机或抽芯检查的要求。4）原油泵的吸入管应装有过滤器和真空压力表，出口表应装止回阀和压力表。与泵进出口相连的管段应比泵进出口的直径大一段。5）离心泵进口管线的最高点或过滤器的顶端，泵出口阀的前边应装放气管,放气管一般为DN15，此放气管常和压力表接头结合在一起安装。6)齿轮泵的出口管线上设置安全阀。1.6 选取的设备表油气水三相分离器4000168005台原油卧式缓冲罐4000176002台电脱水器3600140004台水套加热炉 HJ1250H/2。5-Q 4台外输泵 DYI 155-30 3台循环泵 IY200-150-250B 3台钢制浮顶罐10000 5座第2章 转接站的工艺计算及设备选取2.1 本区块油层地质储量估算 由于所掌握的知识有限以及对所给的部分资料的理解和认识有限，因此只能根据已有的知识和资料利用容积法对油层的地质储量进行初步估算，以备后续的地面系统工程设计做数据参考 容积法估算石油储量的基本公式容积法计算石油储量的实质是计算地下岩石孔隙中油所占的体积，然后用地面的重量单位或体积单位表示。原油地质储量计算公式为； （万t）式中各参数的的物理意义及具体数值选取：1.-含油面积，6.1km2；2。平均有效厚度,m; 由资料中的“MM断块Es33有效厚度等值线图可以估得 h=4。0m；3。平均有效孔隙度，小数；由资料中的“MM断块Es33孔隙度等值线图”可以估得 =0.12；4。-平均油层原始含水饱和度，小数； 由资料中的“M1-M2-M3测井解释成果表”可以算的 平均含油饱和度 所以=1-=1-0.5627=0。4373；5.-平均地面原油密度，0。84t/；6。-平均原始原油体积系数。由资料中的“M1高压物性分析数据表”中数据得地层压力下1。3138； 将以上各数据带入公式可得： 2。2加热炉的选取进口温度14,出口温度60。原油含水率50，所需热量分两部分计算. (1) 加热纯油需要的热量： 从油田油气集输设计技术手册式（71-1)计算加热炉的热负荷： （21）式中,被加热介质所需的热负荷；kw -被加热介质的质量流量，1。24t/h；被加热介质的定压比热容，KJ/（Kg);被加热介质入炉温度,；-被加热介质出炉温度,；则由式（21）得：=kw（2) 加热油中水所需的热量：由式（21）kw（3) 油和水所需要的总热量：+=26.04+62=88.04 kw即加热炉的总负荷为2259.93kw,由油田油气集输设计技术手册表7-16，选取GW100-SY/2.5-Y 加热炉(加热炉效率为90。6%)所需台数为： 取整得n=1台校核温升： =37。06 36 故选取GW100-SY/2。5-Y 一台加热炉（加热炉效率为90.6）基本满足要求。2。3泵的选取由（4-4）得 h=78。28m 要求终点有0。15Mpa的剩余压力，则：m m（油）=81.66m(水)外输量：m/s =2。94m/h选用64Y100B规格 Q=4。94m/h，。H=49.5m。 n两台泵串联使用基本可以满足最大扬程要求 m故选用2台 40Y402C型泵串联联使用，再选一台备用。2.4储罐的选取由文献“输油管道设计与管理杨筱蘅 主编可知,站内油罐容量取决于管道输量及所需的储备天数,可以按下式确定: (2-2） 式中 V-油罐总容量,； G站内油品年总运转量，G=2。3t； 储存温度下的油品密度，=0。92； 油罐装量系数，宜取0。9； K油品储备天数，； 代入式中（22)得： 所以选取一个500的油罐以备事故处理和油品转运等状况。第3章 外输管的工艺计算及选取3。1 基本参数 3。1.1由大赛资料所得数据：设计输量:Q=2.5*104m2/年； 年平均气温：T0=14；原油密度：=0。8366-0.8409 t/m3 ； 原油粘度:=5.33-6。65mPa。s; 凝固点：20-30; 含蜡量：10.14-11.28；含硫量：0。090。1%； 含胶量：16.91-17.63%； 初馏点：80-86 ； 3。1.2所选输油管道规格：推荐流速：u=1m/s； 流 量：Q=49L/min所以根据流速和流量由下图可得:管道内径 d=32mm；根据上述所得到的d和“GB9711。1石油天然气工业输送钢管交货技术条件第一部分A级钢管中下表：选取外径D=42.2mm、壁厚=3。6mm、内径d=35。0mm的带螺纹钢管表2。1 带螺纹钢管的尺寸、重量和试验压力3.2 油水物性计算 该方案前期为油水混输，因此管道为油水混输管，设计的极限状态油品的含水量为50.因此按此时油品进行物性计算.3.2.1油品密度计算由资料知原油密度：=0。84t/m2;所以含水率50的油品密度: 3.2.2油品粘度选取 后期当含水量达到50%时，粘度急剧降低，可近似为水的粘度，所以由表2.2查得:表2.2 水的粘度表 =0.7194mPa。s3。3管道水力计算 3.3。1 输油管道沿程摩阻的计算输油管道沿程摩阻可按达西公式计算: （3-1） 式中相关数据的计算与选取：（1） 水力摩阻系数 开发后期油品动力粘度=0。7194mP.s （32) （33）由式(3-2)和(33）得:因此3000Re105，所以管道中液流处于水力光滑区。所以 （2） L的选取由资料知该新增储量区向北2公里左右可进入最近的配套集输设施覆盖区,但考虑到该地区内农田纵横交错,村庄遍布,所以管道不可能直线铺设到最近的配套集输设施覆盖区，不可避免会有绕行弯曲的情况,从而加大管线长度，但由于该地区的具体地况地貌和村庄建筑地理分布情况没有具体给出,所以初步选取该管道长度L=3km。（3） 其他参数具体数据d=40.9mm； 推荐流速v=1m/s； g=9。8m/s2 将各个参数的具体数据代入（31）式中得： （m） （3-4） 3.3。2 输油管道局部摩阻的估算 由于具体的管道绕行和弯曲情况以及管道上阀门等附件不清楚,所以将该管道上所有的局部摩阻整合为20个R=3d圆弯头的局部摩阻 . 由“输油管上常用的局部阻力系数表”查的 0=0。022时R=3d圆弯头的局部摩阻系数：0=0。5 由 所以总的局部摩阻可按下式求得： (m） 所以h,所以局部摩阻可以忽略. 3。3.3 管道的压降计算 根据伯努利方程可得： (35) 式中各参数数据（1） 因为该地区地势平坦，所以；（2） 因为管径无变化，所以根据连续性原理知 ；将各参数数据代入（35)式得： （MPa）3.4 管道热力计算3。4.1 埋地直管道部分热力计算外输泵在事故流程和正常流程中都要使用,因此选取最低操作温度为50.已知：kg/mkg/ mm/s运动粘度为：动力粘度：m/s 由于选取的管道规格为：外径D=42。2mm、壁厚=3。6mm、内径d=35。0mm 带螺纹钢管则实际流速为： v=0。849m/s 外输温度为：50，由于考虑到沿途要跨越两条100m宽的河所以埋地管道距离为L1=2.8km由苏霍夫公式计算温降为： （36）式中：周围介质温度，=5.4；-管道起点油温，; k管道总传热系数,取k=1。2； D管道外径，m； L管道加热输送距离，2。8km; c输油平均温度下油品的比热容，c=3.5 G-油品的质量流量，0.761kg/s；由（3-6)得： 所以埋地管道部分的温降：T1=3。4。2 跨越河流架空管部分热力计算 由于不知道两条河流的具体位置，所以将两条河合并为一条河来计算在相关参数的选取为: -周围介质温度选平均气温，=14；-管道起点油温选埋地管的平均温度，44。31; k管道总传热系数，取k=2。0； L-管道加热输送距离,0。2km； 将各数据代入(36）得： 43。71 所以跨越河流架空管部分的温降: T2=44。3143。71=0.60 3.4。3 总管路的温降 T=T1+T2=9。13结论在设计中，首先根据某油田新探区块基础资料进行了原油储量及年产量的估计，预计该区块原油储量约为：800万吨,年产量约为：1。05万吨/年。接着设计工艺流程并绘制工艺流程图：站井来油进站阀组计量加热炉混输泵混输管线然后进行水力和热力计算并确定混输管道的参数,决定选取42。23.6的螺旋焊缝的钢管做混输管道。根据混输含水原油的特性，进行了泵及加热炉的选取，选取 的加热炉2座， 的混输泵2台。同时设计了泵房的工艺安装。致谢经过将近一个月的转接站和混输管道设计,使我对转接站及油水混输管路的工作有了较为立体的认识,得到了不少的收获.在本次大赛的过程中,我们组的指导老师曹学文老师,严格要求我们，及时指出我们的错误和不足，并提出恳切的改进意见。他教育我们每组数据务求有据可依，不仅自己要清楚，也要保证其他人在看设计的时候能够一目了然.无疑这将会对我以后的生活、工作将会产生深远的影响。在本次大赛过程中，我还得到了罗小明老师的悉心指导和帮助。在此,本人对两位老师表示衷心的感谢和深深的敬意，同时也对本组同学的帮助表示感谢。除此之外,我还要向与我在同一个专业一起参加本次大赛的同学及老师表达我的感激之情。由于本人缺乏实际工作经验,在设计中难免有错误及不足之处，望老师批评指正。谢谢！参考文献1 冯书初、郭揆常、王学敏编。油气集输。第一版。石油大学出版社。19882 袁恩熙编.工程流体力学.第一版.石油工业出版社,1989：87-158.3 苗成武、江士昂等编。油田油气集输设计手册.第一版。石油工业出版社.19944 杨筱蘅，张国忠编.输油管道设计与管理。第一版.石油大学出版社，1996：5268。5 钱锡俊，陈弘编.泵与压缩机.第一版.石油大学出版社，1991：42-56。6 杨筱衡、张国忠编。管道设计与管理。第一版.石油大学出版社.1996