第一届全国大学生油气储运设计大赛全国三等奖PPT

中国石油大学（北京）ChinaUniversityofPetroleum,BeijingR油田管道可行性研究油气储运工程设计大赛答辩团队成员：洪炳沅宋尚飞齐雪宇毛高贝▪12016.06.15▪2总论第2部分：第1部分：汇报内容工程背景第3部分：河流穿越设计第4部分：输油工艺计算第6部分：管道线路工程第7部分：辅助配套工程第5部分：输油站场设置▪3第1部分：总论成果一：定向钻穿越设计•方案比选•强度、应力校核•钻机、钻具选择方案入土段长度(m)中间段长度(m)出土段长度(m)穿越总长度(m)穿越砾砂层长度（m）一183.56800.39212.221196.1740.31二127.04867.01108.661102.7140.72三121.43902.15123.271146.858.22▪4成果二：A-B段输油工艺•方案比选•适应性分析0204060800123456压力(MPa)里程(km)201620172018201920202021202220232024202502040608030354045505560温度(℃)里程(km)20252024202320222021202020192018201720160204060800.51.01.52.02.53.03.5压力（MPa）里程（km）201620172018201920202021202220232024202502040608010030354045505560温度（℃）里程（km）2025202420232022202120202019201820172016方案1方案2方案3方案号219\6.4MPa245\5MPa273\4MPa设计输量(104t/a)86.786.786.7设计输量(m3/h)114.87114.87114.87管径(mm)219.1244.5273长度(km)868686首站/泵站111中间热泵站数000中间加热站数000设计压力(MPa)6.454管材#20#20#20壁厚(mm)666.3内径(mm)207.1232.5260.4第1部分：总论▪5成果三：B-C段输油工艺•方案比选•适应性分析•事故工况模拟•超前保护措施第1部分：总论▪6成果四：输油站场设置•站内流程•平面布置•C站发车装置•设备选型（泵、炉、罐）第1部分：总论▪7成果五：线路工程•站点布置•管线校核•防腐保温区域划分站场里程（km）站间距（km）高程（m）管径（mm)AB段A首站/热泵站0—562Ф219.0×6B末站8686584BC段B首站/热泵站86—584Ф168.3×51#独立加热站114285612#独立加热站14228528C末站17028578序号阴保站编号里程(km)站间距(km)与站场、阀室关系11#阴极保护站0A联合站/泵站合建22#阴极保护站4040AN1阀室合建第1部分：总论▪8总论第2部分：第1部分：汇报内容工程背景第3部分：河流穿越设计第4部分：输油工艺计算第6部分：管道线路工程第7部分：辅助配套工程第5部分：输油站场设置▪9R油田初期通过汽车外运，现需进行原油外输管道及火车装方案设计。研究目标：设计原油外输管道、穿越方案、输油工艺、站场工程及配套工程方案。年份2016201720182019202020212022202320242025产油（104t/a）49.645.739.234.129.926.523.621.219.217.4产液（104t/a）86.783.677.372.668.865.663.161.459.858.7年产水（104t/a）37.137.938.138.538.939.139.540.240.641.3体积含水率（%）38.440.944.848.552.055.2058.261.2963.866.47表2.1R油田产量规划及外输方案表图2.2沿线里程高程分布图图2.1管道走向图第2部分：工程背景▪10本项目将新建R油田AB段油水混输管道和BC段原油输送管道。R油田的混合液通过AB段输送到B站点，AB段之间设计穿越方案，B外输首站已建脱水站、含油污水深度处理站各1座，满足接收A联合站输送含水油的需求。然后从B进行外输，最终在C站进行铁路发油。第2部分：工程背景▪11总论第2部分：第1部分：汇报内容工程背景第3部分：河流穿越设计第4部分：输油工艺计算第6部分：管道线路工程第7部分：辅助配套工程第5部分：输油站场设置▪12穿跨越方式水平定向钻穿越盾构隧道穿越钻爆法隧道穿越顶管穿越大开挖穿越跨越适用条件适合于黏土、粉土、亚黏土、成孔条件好的砂层和软岩石。砾、卵石层穿越困难从松软黏土层到泥砂砾和岩石均可适用于基岩埋藏较浅、透水性差、地质构造简单、完整性好河床河床为松散、黏土等较软弱地层且宽度不大的河流水深较浅的季节性河流河流两岸陡峭、河床不稳定、跨度不太大的河流穿越长度受穿越管径定向钻设备限制基本不受限制基本不受限制受限受限受限工期较短较长长较短较短较短投资较低高较低较高较低较高施工、运行及维护施工人员少，占地省，效率高，不受季节天气影响；对地表干扰小，施工精度好，不影响通航，安全性较好；卵石、硬质岩石穿越困难，且需预制和拖管场地机械化、自动化程度高，施工劳动强度低，安全性高；检修方便，不影响通航，可一隧多用；施工机械复杂，日常维护费用高质量易于控制，管理维修方便，不影响通航，一隧多用；施工条件稍差，风险性较高，防治水难度大，日常维护和运行费用高施工不受季节影响，机械化程度较高，安全性较好，不影响通航；若两岸地层软弱，竖井施工困难；穿越长度较长时，所需推力太大硬质岩石施工困难无需大型施工设备、施工速度快；施工质量难以控制，安全性差，检修困难，影响通航安全性较好；维护工作量大，施工较困难对环境影响小不大较大较大很大较大表3.1河流穿跨越方案对比穿越方式比选第3部分：河流穿越设计▪13穿跨越方式水平定向钻穿越盾构隧道穿越钻爆法隧道穿越顶管穿越大开挖穿越跨越适用条件适合于黏土、粉土、亚黏土、成孔条件好的砂层和软岩石。砾、卵石层穿越困难从松软黏土层到泥砂砾和岩石均可适用于基岩埋藏较浅、透水性差、地质构造简单、完整性好河床河床为松散、黏土等较软弱地层且宽度不大的河流水深较浅的季节性河流河流两岸陡峭、河床不稳定、跨度不太大的河流穿越长度受穿越管径定向钻设备限制基本不受限制基本不受限制受限受限受限工期较短较长长较短较短较短投资较低高较低较高较低较高施工、运行及维护施工人员少，占地省，效率高，不受季节天气影响；对地表干扰小，施工精度好，不影响通航，安全性较好；卵石、硬质岩石穿越困难，且需预制和拖管场地机械化、自动化程度高，施工劳动强度低，安全性高；检修方便，不影响通航，可一隧多用；施工机械复杂，日常维护费用高质量易于控制，管理维修方便，不影响通航，一隧多用；施工条件稍差，风险性较高，防治水难度大，日常维护和运行费用高施工不受季节影响，机械化程度较高，安全性较好，不影响通航；若两岸地层软弱，竖井施工困难；穿越长度较长时，所需推力太大硬质岩石施工困难无需大型施工设备、施工速度快；施工质量难以控制，安全性差，检修困难，影响通航安全性较好；维护工作量大，施工较困难对环境影响小不大较大较大很大较大表3.1河流穿跨越方案对比穿越方式比选根据穿越处工程地质和水文条件，结合管道穿越对河流的影响和投资费用等方面综合考虑，推荐该河流穿越采用水平定向钻方式。初步估计长度在1150m左右，选择在较为稳定的黏土层内，确保河床中定向钻最小覆盖层厚度达到6m。第3部分：河流穿越设计▪14穿越位置选取表3.1穿越位置选取方案1取点计算角度(°)入土点坐标出土点坐标入土段长度(m)中间段长度(m)出土段长度(m)穿越砾砂层长度（m）(0，574.01)5.9（入）(0，574.01)(1163.49，571.3)183.56800.39212.2240.31(163.71，557)(963.78，557)4.1（出）(1163.49，571.3)第3部分：河流穿越设计图3.1方案1穿越处入土端管道布置图图3.2方案1穿越处出土端管道布置图▪15穿越位置选取表3.2穿越位置选取方案2第3部分：河流穿越设计图3.3方案2穿越处入土端管道布置图图3.4方案2穿越处出土端管道布置图取点计算角度(°)入土点坐标出土点坐标入土段长度(m)中间段长度(m)出土段长度(m)穿越砾砂层长度（m）(0，574.01)10（入）(0，574.01)(1035.60，569.75)127.04867.01108.6640.72(963.78，557)8（出）▪16穿越位置选取表3.3穿越位置选取方案3第3部分：河流穿越设计图3.5方案3穿越处入土端管道布置图图3.6方案3穿越处出土端管道布置图取点计算角度(°)入土点坐标出土点坐标入土段长度(m)中间段长度(m)出土段长度(m)穿越砾砂层长度（m）(63.93，567.77)10（入）(32.57，573.32)(1125.60，570.83)121.43902.15123.278.22(1063.8，562.15)8（出）17表3.3三种方案穿越长度对比方案入土段长度(m)中间段长度(m)出土段长度(m)穿越总长度(m)穿越砾砂层长度（m）1183.56800.39212.221196.1740.312127.04867.01108.661102.7140.723121.43902.15123.271146.858.22根据以上计算结果，方案2穿越长度最短，但考虑到方案2出土段穿越砾砂部分较长，穿越砾砂对定向钻钻机要求较高，故选择穿越长度为1146.85m的方案3。管线定向钻入土角为10°，出土角为8°。穿越位置选取第3部分：河流穿越设计18钻机选型第3部分：河流穿越设计钻机最大回脱力可按下式计算值的1.5倍～3.0倍选取。2Lmsfπππ4DFLfDWKDL拉力的计算值FL=110.7kN，故所需钻机最大回拖力为276.75kN（取计算值的2.5倍），故选择钻机型号为GD180E-L。钻机型号主要性能指标最大拉力(kN)入土角范围(°)最大泥浆排量（L/min）最大泥浆压力（MPa）最大回拖管径（mm）GD130B-L1358～182007700GD180E-L3248～182508750GD320D-L63712～2032081100GD380A-L81212～2045081100GD650F-L91512～20600101400GD800C-L130010～18600101300GD1100-L150010～18750101500GD1600-L17008～18--1600GD2400-L24609～16--2000资料来源：钻头选型第3部分：河流穿越设计定向钻穿越坚硬地层宜采用牙轮钻头或PDC钻头。钻进岩石天然单轴抗压强度小于30MPa时宜采用铣齿牙轮钻头+泥浆马达：钻进岩石天然单轴抗压强度大于等于30MPa时宜采用镶齿牙轮钻头+泥浆马达，岩石强度越高，齿高越短；钻进砂层、黏土等地层宜采用水力喷射式钻头，密实度越高地层或穿越距离较长时也宜采用泥浆马达。本工程穿越区域地层主要以砂层、黏土层为主，而且穿越长度为1147m，穿越距离较长，故采用水力喷射式钻头+泥浆马达。20第3部分：河流穿越设计应力校核1、回拖工况应力校核摩擦力(kN)黏滞力(kN)有效重力(kN)拉应力ft(Mpa)0.9σs(Mpa)5667.28138.10354.17183.03220.50弯曲应力fb(MPa)D/δ10000/σs20000/σs容许弯曲应力(Mpa)68.3336.5040.8281.64187.46外压产生的环向应力(MPa)0.55σs(MPa)1.6σs(MPa)弹性环向失效应力Fe（MPa）容许环向屈服应力Fc（MPa）Fc/1.5外部环向应力(Mpa)1.5013