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中国石油工程设计大赛优秀作品
近期，中国石油工程设计大赛公布了多项优秀作品，这些创新性
的作品为中国油气工业发展注入了新的活力。
以下是关于这些优秀作
品的详细介绍：
1. 无人机扫描仪技术
该作品研发了一种基于无人机的扫描仪技术，可用于快速获取海
洋平台的3D结构信息。
通过将扫描仪安装到无人机上，可以将整个平
台加工、维护数据进行实时转化，同时，可实验，并设计多种机器学
习算法来对数据进行分析，为后续工作提供方向。
2. 油气输送管道安全监测系统
该作品设计了一套油气输送管道的安全监测系统，其主要包括多
种传感器和数据采集装置，旨在实现对管道运行状态的全面监控和数
据分析。
不仅可以及时发现管道漏油、堵塞和损伤等问题，同时也可
以实时分析管道的温度、密度变化，提高燃料运输效率，减少运输成本。
3. 煤层气开采智能化管理系统
该作品通过应用人工智能、云计算技术等方法，设计出一套全新
的煤层气开采智能化管理系统。
该系统能够对开采作业进行实时监测
和数据分析，提供详细的工艺流程和作业安排，为开采过程提供最佳
方案。
最后，中国石油工程设计大赛的这些优秀作品体现了现代技术对
于油气工业的革新和提高，同时也为未来油气工业的发展提供了新的
思路和方向。
这些创新性的成果不仅将为中国油气工业注入新的活力，也将为世界各国推进清洁能源革命提供经验参考。
井身结构及完井方法1井身结构所谓井身结构，就是在已钻成的裸眼井内下入直径不同、长度不等的几层套管，然后注入水泥浆封固环形空间间隙，最终形成由轴心线重合的一组套管和水泥环的组合。
如图1所示。
图1井身结构示意图1—导管；2—表层套管；3—技术套管；4—油层套管；5—水泥环1.1导管井身结构中靠近裸眼井壁的第一层套管称为导管。
导管的作用是：钻井开始时保护井口附近的地表层不被冲垮，建立起泥浆循环，引导钻具的钻进，保证井眼钻凿的垂直等，对于不同的油田或地层，导管的下入要求也不同。
钻井时是否需要下入导管，要依据地表层的坚硬程度与结构状况来确定。
下入导管的深度一般取决于地表层的深度。
通常导管下入的深度为2～40m。
下导管的方法较简单，是把导管对准井位的中心铅垂直方向下入，导管与井壁中间填满石子，然后用水泥浆封固牢。
1.2表层套管井身结构中的第二层套管叫做表层套管。
表层套管的下入深度一般为300～400m，其管外用水泥浆封固牢，水泥上返至地面。
表层套管的作用是加固上部疏松岩层的井壁，供井口安装封井器用。
1.3技术套管在表层套管里面下入的一层套管(即表层套管和油层套管之间)叫做技术套管。
下入技术套管的目的主要是为了处理钻进过程中遇到的复杂情况，如隔绝上部高压油(气、水)层、漏失层或坍塌层，以保证钻进的顺利进行。
下入技术套管的层次应依据钻遇地层的复杂程度以及钻井队的技术水平来决定。
一般为了加速钻进和节省费用，钻进过程中可以通过采取调整泥浆性能的办法控制复杂层的喷、坍塌和卡钻等，尽可能不下或少下技术套管。
下入技术套管的层次、深度以及水泥上返高度，以能够封住复杂地层为基本原则。
技术套管的技术规范应根据油层套管的规范来确定。
1.4油层套管油井内最后下入的一层套管称为油层套管，也称为完井套管，简称套管，油层套管的作用是封隔住油、气、水层，建立一条封固严密的永久性通道，保证石油井能够进行长时期的生产。
油层套管下入深度必须满足封固住所有油、气、水层。
全国大学生油气储运工程设计大赛R油田输油管道及沿线站场设计日期2016年7 月20 日全国大学生油气储运工程设计大赛组委会制方案简介本作品根据《第一届全国大学生油气储运工程设计大赛赛题及基础数据》和相关标准，秉承经济、高效、节能、环保的设计理念，对R 油田输油管道工程进行了设计。
主要设计内容包括：A-B、B-C段管道工艺及运行管理，河流穿越方案，沿线站场及阀室工艺，火车装车方案，辅助生产及配套工程技术方案以及投资估算等内容。
输油管道设计方面：采用加热输送工艺，从技术经济角度优选管径，通过逆向推算得到设计压力及布站情况，通过考虑油水乳化状态提高了水力计算的准确性。
使用商业软件对其进行了模拟及优化，并编制相应程序辅助计算。
河流穿越方案方面：分析了穿越区岩土层可钻性，确定并设计了水平定向钻（HDD）管道穿越河流施工方案，并进行了管道强度校核和施工风险评价。
沿线站场及阀室方面：设计了原油脱水及污水深度处理工艺，确定了沿线各站场及阀室的分布，并对其进行了设计。
火车装车方案方面：对装车站进行了详细设计，从可靠性的角度采用了“双管、双泵、双用单鹤管”的装车工艺；针对来油量衰减较快特点，从经济的角度对装车操作的运行与管理进行了优化，制定了高效益、低成本的火车装车方案。
此外，本文还对整体输油管道工程的防腐、自控、消防、HSE管理、辅助生产及公用工程等进行了设计。
设计中使用了OLGA，PIPESIM等商业软件对各种工况下的管道进行了模拟，并且基于VB平台编制了相应软件辅助计算，校核了整体方案的可行性和可靠性，完成了管道及站场工艺的优化，提高了方案的经济性。
本设计充分借鉴了国内外原油输送及装车的成熟技术，优化了管道及站场的工艺流程及运行方案，选用了高效设备，降低了投资及运行维护费用，具有一定的工程应用价值。
目录第1章总论 (1)1.1 工程概况 (1)1.2 编制依据 (2)1.3 编制原则 (2)1.4 设计范围 (2)1.5 国家级地方有关法律、法规 (2)1.6 国家、地方、行业、企业的技术标准和规范 (3)第2章R油田输油管道设计基础 (6)2.1 工程概况 (6)2.2 设计基础资料 (6)2.2.1 基础数据 (6)2.2.2 原油物性 (7)2.2.3 设计环境 (8)2.2.3.1 土壤条件 (8)2.2.3.2 铁路依托条件 (8)2.2.3.3 气象条件 (8)第3章输油管道工艺设计 (9)3.1 输送工艺 (9)3.2 设计参数 (10)3.2.1 管道设计参数 (10)3.2.1.1 设计输量 (10)3.2.1.2 设计压力 (10)3.2.1.3 管径优选 (11)3.2.1.4 钢管类型选择 (11)3.2.1.5 管道纵断面图 (11)3.2.1.6 管道埋深参数 (12)3.2.1.7 管道防腐层 (12)3.2.2 原油物性 (13)3.2.2.1 油品密度 (13)3.2.2.2 油品粘度 (13)3.2.2.3 原油乳化 (15)3.2.1热力设计参数 (16)3.3.1.1 加热站出站油温 (16)3.3.1.2 加热站进站油温 (16)3.3.1.3 管道周围介质温度T0 (16)3.3.1.4 管道保温层设计 (16)3.3 A-B段工艺设计 (17)3.3.1 设计输量下的设计方案 (17)3.3.2 最低输量下的设计方案 (19)3.3.3 设计压力及管道壁厚 (21)3.3.4 经济性分析 (24)3.3.5 适应性分析 (26)3.4 B-C段工艺设计 (28)3.4.1 设计输量下的设计方案 (28)3.4.2 最低输量下的设计方案 (32)3.4.3 设计压力及管道壁厚 (34)3.4.4 经济性分析 (37)3.4.5 适应性分析 (44)3.4.5.1 冬季运行方案 (44)3.4.5.2 夏季运行方案 (44)3.5 设备选型 (46)3.5.1 泵机组选型 (46)3.5.2 原动机选型 (48)3.5.3 加热炉选型 (48)3.6 管道强度校核 (49)3.6.1 进出站压力校核 (49)3.6.3 静水压力校核 (49)3.6.4 动水压力校核 (49)3.8 设计成果 (49)第4章穿越河流设计方案 (51)4.1 遵循的主要标准、规范 (51)4.1.1 法律法规 (51)4.1.2 标准规范 (51)4.2 穿越河流方式比选 (51)4.3 水平定向钻穿越设计 (52)4.3.1 HDD可钻性评价 (52)4.3.1.1 穿越场地地层岩性结构 (52)4.3.1.2 穿越场地土的物理力学性质指标 (53)4.3.1.3 穿越区域岩土层可钻性评价 (55)4.3.1.4 施工条件评价 (55)4.3.1.5 地下障碍物评价 (55)4.3.2 HDD穿越曲线设计 (56)4.3.3 HDD设备选型 (58)4.3.3.1 钻机选型 (58)4.3.3.2 钻具选型 (59)4.3.4 场地布置 (61)4.3.5 穿越段管道设计 (62)4.3.5.1 穿越段管道壁厚设计 (62)4.3.5.2 穿越段管道防腐与防护 (63)4.3.5.3 穿越段管道热力校核 (63)4.3.6 穿越管道应力校核 (63)4.3.6.1 管道回拖工况应力校核 (63)4.3.6.2 管道试压工况应力校核 (66)4.3.6.3 管道运行工况应力校核 (66)4.3.6.4 管道径向屈曲失稳校核 (67)4.3.7 套管结构设计 (68)4.3.7.1 套管最大夯入长度计算 (68)4.3.7.2 套管壁厚选取 (69)4.3.7.3 套管强度验算 (69)4.3.7.4 套管稳定性验算 (71)4.4 穿越施工方案 (72)4.4.1 施工工艺流程 (72)4.4.2 施工技术措施 (72)4.4.2.1 施工准备 (72)4.4.2.2 泥浆配制 (74)4.4.2.3 钻导向孔 (75)4.4.2.4 预扩孔工艺 (76)4.4.2.5 管道回拖 (77)4.4.2.6 管道焊接检验和试压 (77)4.5 对水文地质和环境的影响 (78)4.5.1 对地貌的影响 (78)4.5.2 对河床结构的影响 (78)4.5.3 对生物的影响 (78)4.5.4 施工过程对环境的影响 (78)4.6 消防、安全 (79)4.6.1 设计采取的安全及消防措施 (79)4.6.2 施工中的主要安全措施 (79)4.7 施工风险及应对措施 (80)4.7.1 穿越风险分析 (80)4.7.2 施工应急处置预案 (81)4.7.2.1 导向施工应急预案 (81)4.7.2.2 扩孔过程中发生卡钻、抱钻、断钻的应急预案 (81)4.7.2.3 管线回拖中卡死的应急预案 (82)4.7.2.4 冒浆应急预案 (82)4.7.2.5 塌孔的处理预案 (82)4.8 主要工程量及投资估算 (83)第5章输油管道的流动保障 (84)5.1 管道运行管理 (84)5.1.1 热力冬季运行方案 (84)5.1.2 热力夏季运行方案 (85)5.1.3 水力运行方案 (85)5.2 清管 (86)5.2.1 清管的作用 (86)5.2.2 清管器选择 (86)5.3 停输再启动 (86)5.3.1 停输后的管内温降 (87)5.3.2 管内原油温度场 (87)5.3.3 停输再启动过程 (88)第6章沿线站场 (89)6.1 站场设置 (89)6.2 站场工艺 (89)6.3 A联合站 (89)6.3.1 联合站工艺 (90)6.3.2 联合站主要工程量 (90)6.4 B外输首站 (90)6.4.1 进站计量 (91)6.4.2 加热工艺 (91)6.4.3 脱水工艺 (91)6.4.4 污水处理 (93)6.4.4 储油工艺 (95)6.4.5 外输工艺 (95)6.4.6 B外输首站工艺流程 (96)6.4.7 主要工艺设计参数 (98)6.4.8 平面布置说明 (98)6.4.9 首站主要工程量 (100)6.5 中间输油站 (100)6.6 线路阀室 (101)6.7 C装车站 (102)6.8 沿线站场及阀室分布总结 (102)第7章装车站设计 (103)7.1 装车站总体设计 (103)7.1.1 装车站功能 (103)7.1.2 装车站工艺流程设计 (103)7.1.3 装车站分区 (103)7.1.4 装车站总平面布置 (104)7.1.4.1 总平面布置原则 (104)7.1.4.2 总平面布置 (104)7.1.4.3 站内道路 (105)7.1.4.4 围墙 (105)7.1.1.5 绿化 (106)7.2 储油区设计 (106)7.2.1 储油区容量确定 (106)7.2.1.1 周转系数法 (106)7.2.1.2 储存天数法 (107)7.2.1.3 库容确定方法对比优选 (108)7.2.2 储油罐数量确定 (108)7.2.3 储油容量等级 (108)7.2.4 油罐类型选择 (109)7.2.5 储罐强度设计 (110)7.2.5.1 罐壁厚度计算 (110)7.2.5.2 浮顶计算 (111)7.2.6 油罐加热与保温 (113)7.2.6.1 原油储存温度 (113)7.2.6.2 油罐加热方式 (114)7.2.6.3 油罐加热器选用 (114)7.2.6.4 油罐保温 (116)7.2.7 油罐防腐 (116)7.2.7.1 防腐部位 (116)7.2.7.2 防腐涂层结构及材料 (117)7.2.7.3 阴极保护 (117)7.3 铁路装车设计 (117)7.3.1 铁路装车工艺 (118)7.3.2 铁路油罐车设计 (118)7.3.3 铁路专用线设计 (120)7.3.3.1 铁路装卸线布置形式 (120)7.3.3.2 装卸线的有效长度 (120)7.3.4 铁路装油设施设计 (121)7.3.4.1 铁路装油鹤管选用 (121)7.3.4.2 鹤管数量确定 (122)7.3.4.3 鹤管与集油管的连接 (122)7.3.4.4 集油管与鹤管的连接 (123)7.3.4.5 栈桥设计 (124)7.4 装车方案设计 (124)7.4.1 方案设计出发点 (125)7.4.2 不同方案所需装油设施 (125)7.4.3 不同方案每年装车次数 (126)7.4.4 方案对比优选 (126)7.5 站内管道设计 (127)7.5.1 管道作用 (127)7.5.2 管道分类 (128)7.5.3 常用的管道工艺流程 (128)7.5.4 管道工艺流程对比优选 (129)7.5.5 管道保温层设计 (129)7.5.6 管道强度设计 (130)7.5.6.1 站内管道管径计算 (130)7.5.6.2 站内管道壁厚计算 (131)7.5.6.3 站内管道强度校核 (131)7.5.7 管路水力计算 (133)7.5.8 管道敷设与防腐 (135)7.6 发油泵站设计 (135)7.6.1 泵站形式 (135)7.6.2 泵站工艺流程 (136)7.6.3 泵的选用 (137)7.6.3.1 油泵选型 (137)7.6.3.2 油泵数量 (138)7.6.3.3 原动机选择 (138)7.6.3.4 电动机功率计算 (139)7.6.3.5 油泵基本参数 (139)7.6.3.6油泵规格参数 (141)7.6.4 油泵站布置 (141)7.7 站内污水处理 (142)7.7.1 污水来源 (142)7.7.2 含油污水处理 (142)7.7.3 生活污水处理 (142)7.8 油品计量 (143)7.8.1 液面高度的人工测量 (143)7.8.2 液面高度的自动测量 (143)7.8.2.1 常用测量液位计 (143)7.8.2.2 液位计的选用 (145)第8章辅助生产系统及配套工程 (146)8.1 通信 (146)8.2 供配电 (146)8.3 建筑结构 (147)8.4 供热与暖通 (148)8.5 自动化控制 (148)8.5.1 自动化控制系统 (148)8.5.2 储油区工业自动化系统 (149)8.6 防火防爆 (152)8.6.1 火灾和爆炸原因 (153)8.6.2 防火防爆措施 (153)8.7 站场消防 (154)8.7.1 灭火原理与方法 (154)8.7.2 灭火方法及设备 (155)8.7.3 消防给水 (157)8.8 防雷 (158)8.9 防静电 (158)8.10 防杂散电流 (162)8.11 穿越施工安全 (163)8.11.1 设计采取的安全及消防措施 (163)8.11.2 施工中的主要安全措施 (163)8.12 管道水工保护 (163)8.12.1 冲刷防护 (164)8.12.2 坡面防护 (164)8.12.3 支挡防护 (164)8.13 管道标志 (165)第9章HSE风险管理 (166)9.1 长输管道HSE管理 (166)9.1.1 长输管道危害性因素分析 (166)9.1.2 管道系统安全防护对策 (166)9.2 站场HSE管理 (168)9.2.1 站场危害性因素分析 (168)9.2.2 站场安全防护对策 (168)9.3 HSE管理体系建设与运行 (170)9.3.1 HSE体系建设 (170)9.3.2 HSE体系实施 (170)9.4 应急保障体系 (171)9.4.1 突发事件分类与分级 (171)9.4.2 应急工作原则 (172)第10章投资成本估算 (173)10.1 长输管道工程投资 (173)10.2 站场投资 (173)10.3 方案工程总投资 (174)参考文献 (175)附录 (177)附录A 管道水力摩阻计算 (177)附录B 不同管道钢级投资表 (178)附录C 河流穿越施工图 (179)附图1 (179)附图2 (180)附录D 自编程序Visual Basic 程序代码 (181)附录E 穿越轨迹设计程序代码 (189)第1章总论1.1 工程概况R油田开发是将井场原油通过集输管道汇集至位于区块南部的A联合站，通过外输管道170km外输管道将原油输送至装车站。
团队编号：全国石油工程设计大赛方案设计类作品比赛类别：方案设计类单项组（钻完井工程）完成日期 2013 年 4 月 7 日全国石油工程设计大赛组织委员会制目录第1章地质概况 (1)1.1自然地理情况 (1)1.1.1 油田地理位置 (1)1.1.2 区域地质情况 (1)1.2构造特征 (1)1.2.1 构造地质特征 (1)1.2.2 地层特征 (2)1.3储层地质特征 (2)1.3.1产层描述 (2)1.3.2物性分析 (4)1.3.3储层流体物性分析 (4)1.4地层分布对比分析 (4)1.5D1井压力预测 (5)1.6D1井试油试采分析 (7)1.7钻井数据 (7)1.7.1井号 (7)1.7.2坐标 (7)第2章井身结构设计 (9)2.1井身结构设计依据 (9)2.2设计原则 (9)2.3设计步骤 (9)2.3.1压力预测分析 (9)2.3.2设计系数及取值范围 (10)2.3.4 井身结构设计 (11)2.3.5 井身结构设计图 (11)2.3.6井身结构设计说明 (12)第3章水平井设计 (13)3.1P1井轨道设计 (13)3.1.1设计依据 (13)3.1.2设计原则 (13)3.1.3 具体设计步骤 (13)3.1.4 基础数据 (13)3.1.5井身剖面设计参数 (14)3.1.6 井眼轨迹控制 (16)3.1.7 井眼轨迹控制主要措施 (17)第4章固井工程设计 (20)4.1基础数据 (20)4.2套管柱设计 (20)4.2.1 设计原则 (20)4.2.2 设计方法 (20)4.2.3 设计结果 (21)4.3套管柱强度校核步骤 (22)4.4水泥及注水泥浆设计 (22)4.4.1注水泥工艺 (22)4.4.3水泥浆设计 (23)第5章钻柱设计 (27)5.1钻具组合设计的原则和依据 (27)5.2钻柱设计 (27)5.2.1一开组合 (28)5.2.2二开组合（直井段） (28)5.2.3二开组合（增斜段） (29)5.3钻柱组合强度设计 (30)第6章钻机选择 (32)6.1钻井设备选取依据 (32)6.2钻井设备选取原则 (32)第7章机械破碎参数设计 (35)7.1钻头选型 (35)7.1.1 钻头选型依据 (35)7.1.2 钻头选型设计 (36)7.2钻压、钻速的优选 (37)7.2.1 钻压、转速确定的一般原则 (37)7.2.2 采用最优关系方程确定钻压、转速 (37)第8章钻井液设计 (39)8.1钻井中对钻井液设计重点提示 (39)8.1.1钻井液对钻井工程的要求 (39)8.2设计原则 (39)8.3钻井液体系选择和密度设计 (39)8.4钻井液性能要求 (40)8.5钻井液基本配方 (41)8.6固控设备及使用要求 (42)8.7钻井液资料录取要求 (42)8.8钻井液测试仪器配套要求 (43)8.9钻井液地面管理要求 (43)第9章水力参数设计 (45)9.1钻头水力参数设计原则 (45)第10章油气井压力控制 (46)10.1油气井控制的原则和依据 (46)10.2各次开钻井口装置 (46)10.2.1 一开井口装置 (46)10.2.2 二开井口装置 (47)10.3井控管汇 (47)10.4试压要求 (48)10.4.1井控装置试压 (48)10.4.2套管试压 (49)10.5井控要求 (49)10.5.1井控设备安装要求： (49)10.5.2井控其它要求： (49)10.5.3中途测试与测井井控要求 (50)10.6油气井控制的主要措施 (51)第11章钻井复杂情况及事故预防与处理措施 (52)11.1卡钻的预防与处理 (52)11.1.1 防卡技术措施 (52)11.2井塌 (53)11.2.1 防塌技术措施 (53)11.2.2 井塌处理措施 (53)11.3井漏 (53)11.3.1 防漏技术措施 (54)11.3.2 堵漏技术措施 (55)11.4井涌、井喷的预防与处理 (55)11.4.1 防井涌、井喷技术措施 (55)11.5井场防火技术措施 (57)第12章完井设计 (58)12.1完井方式的优选 (58)12.2割缝衬管完井适用的地质条件 (58)12.3割缝衬管缝眼的功能 (59)12.4割缝衬管的技术参数 (59)12.4.1缝眼的形状 (59)12.4.2缝口的宽度 (59)12.4.3缝眼的排列形式 (60)12.4.4 割缝衬管的尺寸 (60)12.4.5缝眼的长度 (61)12.4.6缝眼的数量 (61)12.5完井井口装置与储层保护技术 (61)12.5．1完井井口装置 (61)第13章钻前工程和HSE管理 (63)13.1钻前及安装工程 (63)13.2HSE管理 (63)13.2.1 健康管理要求 (64)13.2.2 安全管理要求 (64)13.2.2.1安全标志牌的要求(位置、标识等) (64)13.2.2.2易燃易爆物品的使用和管理 (64)13.2.2.3井场灭火器材和防火安全要求 (64)13.2.2.4井场动火安全要求 (64)13.2.2.5井喷预防和应急措施 (64)13.2.3 环境管理要求 (65)13.2.3.1认真贯彻环境保护“三同时”原则 (65)13.2.3.2钻前环境管理要求 (65)13.2.3.3钻井作业期间环境管理要求 (65)13.2.3.4钻井作业完成后环境管理要求 (65)第14章钻井周期计划 (66)14.1机械钻速预测 (66)14.2钻井进度计划 (66)第15章钻井成本计划 (67)15.1钻井成本计划 (67)第16章钻井技术经济指标 (68)附表 (69)附表1井身结构具体设计步骤 (69)附表2水平井具体设计步骤 (71)附表3套管柱强度校核步骤 (74)附表4水力参数设计 (77)参考文献 (79)第1章地质概况1.1 自然地理情况1.1.1 油田地理位置A 区块位于隶属新疆维吾尔自治区M 县，工区地表为草原戈壁，地面较平坦，植被稀少，地面海拔 70m～270m；工区 15公里外有发电厂，25 公里范围内有一个中型凝析气藏投入开发。
