一種小規(guī)模立體化注水站設(shè)計(jì)

程忠釗

西安長(zhǎng)慶科技工程有限責(zé)任公司

目前，長(zhǎng)慶油田地面注水站場(chǎng)設(shè)計(jì)類(lèi)型為常規(guī)注水站和注水橇兩種，注水橇又可以分為臨時(shí)注水橇和注水裝置兩種，注水裝置是對(duì)臨時(shí)注水橇的進(jìn)一步優(yōu)化，提高了注水橇運(yùn)行穩(wěn)定性和現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性。注水橇的優(yōu)勢(shì)在于能夠滿(mǎn)足偏遠(yuǎn)區(qū)塊的注水需求[1-2]，規(guī)模小，靈活性高，可整體搬遷及重復(fù)利用，節(jié)省投資；注水橇的缺點(diǎn)是流程簡(jiǎn)單、功能缺失，設(shè)備故障率高等。常規(guī)注水站適用于部署相對(duì)集中的區(qū)域，具有注水量大、功能全、運(yùn)行穩(wěn)定、注入水水質(zhì)達(dá)標(biāo)、注水量和注水壓力靈活調(diào)整余地大等優(yōu)勢(shì)；其劣勢(shì)就是占地面積大，設(shè)計(jì)周期和建設(shè)周期長(zhǎng)等。

隨著國(guó)家安全環(huán)保部門(mén)對(duì)土地征用的規(guī)定日趨嚴(yán)格，地方政府對(duì)農(nóng)保地、林地以及環(huán)境保護(hù)區(qū)用地審批更加嚴(yán)格，站場(chǎng)建設(shè)用地征用手續(xù)辦理周期長(zhǎng)，制約著地面骨架站場(chǎng)的建設(shè)。長(zhǎng)慶油田在總結(jié)常規(guī)注水站和注水橇的優(yōu)缺點(diǎn)后，設(shè)計(jì)出一種小規(guī)模立體化注水站，滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的需求，推廣應(yīng)用后取得了較好的效果。

1 設(shè)計(jì)原則和思路

立體化布站原則：

（1）安全性。在滿(mǎn)足工藝要求的前提下，整個(gè)系統(tǒng)能夠安全平穩(wěn)運(yùn)行。

（2）適用性。能夠適用現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)需求，方便建設(shè)、安裝、檢修和維護(hù)。

（3）經(jīng)濟(jì)性。能夠降低成本，包括建設(shè)成本以及運(yùn)行維護(hù)成本。

（4）高效性。滿(mǎn)足站場(chǎng)功能的前提下，流程更加優(yōu)化，運(yùn)行效率更高。

小型立體化注水站的設(shè)計(jì)是在常規(guī)注水站的基礎(chǔ)上對(duì)平面布局進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合流程的順暢性、布局的合理性以及結(jié)構(gòu)的緊湊性進(jìn)行立體化平面布置[3]。常規(guī)注水站平面布置如圖1所示。

圖1 常規(guī)注水站平面布置Fig.1 Layout of conventional water injection station

立體化注水站站內(nèi)由3個(gè)功能區(qū)組成，分別為配電功能區(qū)、儲(chǔ)水-水處理-注水功能區(qū)和污水回收功能區(qū)，立體化注水站平面布置如圖2所示。單個(gè)功能區(qū)采用成橇設(shè)計(jì)，工廠化預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)組裝，大大縮短了設(shè)計(jì)周期和建設(shè)周期。

圖2 小型立體化注水站平面布置Fig.2 Layout of small-scale three-dimensional water injection station

其中將配電-儲(chǔ)水-水處理-注水主要功能區(qū)集中在一個(gè)鋼架結(jié)構(gòu)的泵房?jī)?nèi)進(jìn)行分層布置（圖3），電控一體化集成裝置和儲(chǔ)水箱置于二層，清水處理一體化集成裝置和注水一體化集成裝置布置在一層，疊合在同一個(gè)平面區(qū)域內(nèi)，縮小了建構(gòu)筑物占地面積，提高了空間利用率。

圖3 分層布置的立體化效果Fig.3 Effect of three-dimensional arrangement by layers

立體化注水站與常規(guī)注水站和注水橇相比，具備以下優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)：

（1）能夠變頻調(diào)速控制流量大小，靈活調(diào)整余地大。

（2）水處理設(shè)施齊備完整，注入水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

（3）布局緊湊，注水站占地面積小，可以實(shí)現(xiàn)依托井場(chǎng)建設(shè)，減少征地。

（4）完善的降噪措施減少了對(duì)周邊環(huán)境的噪音污染。

（5）設(shè)備成橇預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)組裝，設(shè)計(jì)周期和建設(shè)周期短。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

立體化注水站將3個(gè)功能區(qū)劃分為6個(gè)模塊，主要包括框架泵房模塊、儲(chǔ)水模塊、水處理模塊、注水模塊、配電模塊和污水回收模塊。

2.1 鋼結(jié)構(gòu)框架泵房模塊

采用立體化布站后，屋頂平臺(tái)的垂直荷載增大[4]。為滿(mǎn)足建筑要求[5]，注水泵房整體采用輕鋼結(jié)構(gòu)，墻體采用自重較輕的壓型鋼板，有利于降低結(jié)構(gòu)整體自重，從而降低對(duì)地基承載力的要求。相比以往傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)，輕鋼結(jié)構(gòu)本身具有綠色環(huán)保優(yōu)勢(shì)，符合國(guó)家提倡的裝配式建筑要求，可以拆除二次利用，大大降低了建筑垃圾。鋼框架結(jié)構(gòu)鋼梁布置如圖4所示。

同時(shí)注水泵房做了降噪設(shè)計(jì)，墻面安裝吸音板，窗戶(hù)和門(mén)采用隔音窗和隔音門(mén)。處理后，完全滿(mǎn)足規(guī)范要求[6]，有效解決了注水設(shè)備對(duì)周邊環(huán)境的噪音污染問(wèn)題。

圖4 鋼框架結(jié)構(gòu)鋼梁布置Fig.4 Steel girder layout of steel frame structure

2.2 儲(chǔ)水模塊

儲(chǔ)水模塊采用方形鋼制水罐，根據(jù)《油田注水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)要求[7]，儲(chǔ)水設(shè)備的總有效容積可按注水站設(shè)計(jì)規(guī)模4～6 h注水量計(jì)算，小規(guī)模注水站儲(chǔ)水模塊宜由簡(jiǎn)易儲(chǔ)水箱組合而成。根據(jù)注水站設(shè)計(jì)規(guī)模來(lái)確定組合水箱的數(shù)量，該站選用3具40 m3水箱組合[8]，滿(mǎn)足注水規(guī)模300～500 m3/d的小型注水站的儲(chǔ)水量需求。

2.3 水處理模塊

水處理模塊采用成熟的清水處理一體化集成裝置，該裝置由自清洗過(guò)濾器、PE燒結(jié)管過(guò)濾器、加壓泵、隔膜式氣壓罐、加藥機(jī)、儀表、智能控制系統(tǒng)、管閥配件、橇座等集成。采用兩級(jí)過(guò)濾，具有加壓、過(guò)濾、計(jì)量、加藥、在線反洗等功能，凈化水直供注水系統(tǒng)。

該套裝置通過(guò)自清洗過(guò)濾技術(shù)和PE過(guò)濾器自動(dòng)切換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水處理連續(xù)過(guò)濾及凈化水直供注水系統(tǒng)，縮短了站內(nèi)流程及水停留時(shí)間，提升了水質(zhì)。配置備用精細(xì)過(guò)濾器，在過(guò)濾器出口設(shè)置穩(wěn)流閥，在過(guò)濾器進(jìn)、出口總管設(shè)置差壓計(jì)，檢測(cè)濾前和濾后的壓差，實(shí)現(xiàn)工作/備用過(guò)濾器的自動(dòng)切換，保證過(guò)濾器連續(xù)運(yùn)行。

2.4 注水模塊

注水模塊采用成熟的清水注水一體化集成裝置[9]，將2臺(tái)小排量往復(fù)式柱塞泵對(duì)稱(chēng)布置，將過(guò)濾器、閥門(mén)、管件、流量計(jì)與注水泵集成在一個(gè)橇座上，采用泵頭回流，滿(mǎn)足長(zhǎng)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)置了固定支架，并配套減振膠墊等措施，降低注水泵振動(dòng)。

注水泵采用變頻技術(shù)，通過(guò)注水干線壓力調(diào)節(jié)注水泵頻率，使注水泵排量與下游配注量匹配，達(dá)到穩(wěn)流注水的目的。

2.5 配電模塊

配電模塊采用電控一體化集成裝置[10]替代傳統(tǒng)注水站高壓配電室、變壓器室、低壓配電室及控制值班室等建筑結(jié)構(gòu)房體。電控橇位于房頂布置，減少設(shè)備占地面積，同時(shí)配電電源從10 kV線路引入配電裝置，強(qiáng)、弱電共用橋架，分層敷設(shè)引入一層用電設(shè)備，布線清晰直觀，便于檢修。

2.6 污水回收模塊

污水回收模塊采用污水回收罐（埋地玻璃鋼水罐）代替混凝土水池，可提高水資源利用率，減少外排水量，以實(shí)現(xiàn)縮短施工周期、模塊化安裝的效果。圖5為污水回收罐內(nèi)部流程以及平面圖。污水回收罐內(nèi)設(shè)斜板沉淀區(qū)，對(duì)污水進(jìn)行初步沉淀，沉淀后的清水再利用。

圖5 污水回收罐流程及平面布置Fig.5 Flow and layout of sewage recovery tank

3 實(shí)施效果

通過(guò)以上優(yōu)化設(shè)計(jì)后，注水站各項(xiàng)指標(biāo)均得到有效提升，實(shí)現(xiàn)了小型注水站立體化布置，依托井場(chǎng)建設(shè)，節(jié)省征地面積的目標(biāo)，可規(guī)避重新征地的繁瑣程序，提高了小型注水站現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)和運(yùn)行適用性。與常規(guī)注水站相比，立體化設(shè)計(jì)可以減少征地面積60%，縮短設(shè)計(jì)周期30%，縮短建設(shè)周期50%（表1）。

表1 常規(guī)布置和立體化布置效果對(duì)比Tab.1 Effect comparison of conventional layout and threedimensional layout

立體化注水站目前已經(jīng)在采油二廠鎮(zhèn)51注水站投產(chǎn)運(yùn)行。該站前身是鎮(zhèn)51注水橇，于2006年投運(yùn)，僅配套注水泵1臺(tái)，系統(tǒng)保障能力弱，注水時(shí)率低，且無(wú)水處理設(shè)施，注水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，滿(mǎn)足不了生產(chǎn)需求，但由于征地難的問(wèn)題，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行改造。通過(guò)采用立體化布站技術(shù)，成功解決了現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際問(wèn)題。該站從投運(yùn)至今已經(jīng)安全平穩(wěn)運(yùn)行100 d，累計(jì)注水量達(dá)1.8×104m3。注水站各項(xiàng)指標(biāo)正常，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了小型注水站立體化布置、井站合建、節(jié)省征地面積的目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

小型注水站立體化布站作為一種新型的布站模式，成功解決了小型注水站現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性差的問(wèn)題，節(jié)省了征地面積，提高了建設(shè)速度，實(shí)現(xiàn)了井站合建，使得超前注水以及偏遠(yuǎn)區(qū)域注水系統(tǒng)的建設(shè)變得更加快捷、靈活，同時(shí)也為后續(xù)中小型站場(chǎng)開(kāi)展立體化布站設(shè)計(jì)提供了寶貴的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。立體化布站模式將會(huì)更好地服務(wù)于油田地面工程建設(shè)，推動(dòng)長(zhǎng)慶油田二次發(fā)展和高質(zhì)量發(fā)展。