第二节 工程设计 一、初期设计
1960年10月，会战领导小组在《1961年松辽地区原油生产、地质勘探、基本建设规划》中提出：总目标是高速度、高水平拿下大油田。在油田建设中实行“三边”方针，即边勘探、边建设、边生产。贯彻集中优势兵力打歼灭战的原则，力求上得快，省材料，高质量。根据油田开发初期存在的各种困难，规划提出要把有限的人力、物力、财力，集中用于确保油田长期稳产的油田注水和油气集输等重点工程。
1961年12月，从油田实际出发，确定了新的油田建设原则，即：地面建设服从地下需要；地面建设应以集、输、注系统为核心；油田建设应该充分掌握和利用自然特点。根据这些原则，提出了对油田建设的总要求。一是贯彻“调整、巩固、充实、提高”的方针，除严重影响生产和极不合理的工程外，应尽量在现有基础上完善改建，达到完全配套的要求；二是地面服从地下，先注水后采油，保持地层压力。实施密闭集输，采多少储多少，分输分储，优质低耗；三是以集、输、注为核心，建成原油集输、储运、供水、注水、供电、通讯、公路、机修八大系统。在布局上分区集中，留有余地，工农结合，城乡结合，有利生产，方便生活；四是矿区燃料自给自足，加热和保温并举，以保温为主，充分利用热能，提高热效率，节约燃料。
在大庆会战初期，按照制定的油田建设方针、原则和要求，设计人员对油田各项地面建设工程进行了设计。当年设计人员遇到的第一个技术难题，就是原油的集输和储运问题。大庆原油的特点是“三高”，即高含蜡、高凝固点、高粘度，在地面摄氏28度就流不动，大庆又地处寒冷地区，集输和储运这种原油都是个问题。国外此类原油，是采用“热水加温双管流程伴送”。按国外方法集输、储运就需要大量锅炉和钢管，投资大，建设速度慢。面对这一难题，在北京石油学院教授张英主持下，由大庆石油设计院工程师宁玉川等设计人员与采油工人相结合，在现场调查了232口油井的情况，取得了8万多个数据，先后攻克了油井保温、管线回压、土壤传热等多种技术问题，独创了一套符合大庆油田特点的单管密闭油气混输工艺流程。在设计过程中，为了测得准确的土壤传热系数，工程师谭学陵等5人组成的测温小组，用 10个月时间，在油田1600个观测点取得 5万多个数据，经一千多次反复分析验算，确定了大庆地区准确的土壤传热系数，弄清了原油在管道内输送时的温度变化情况。设计人员还深入油田各个井场，测得大量的回压数据，经过验算，求得了合理的输油管径。1960年冬季，设计人员在由采油工人土法上马，自己创造的“长烟道”、“热风吹”等7种炉型的207座炉子上，进行反复调查测试，于1961年设计成功一种水套式加热炉。这种炉子利用井口分离的天然气作燃料，采用热水循环进行保温，操作简易，安全防火。这种单管密闭油气混输加水套式加热炉的集输工艺流程，大庆给它命名为萨尔图流程。
大庆油田在原油储运工程设计中，为了掌握原油外运时的降温规律，1961年冬季技术员蔡升和助理技术员张孔法、工人许廷刚，跟随油罐列车，从大庆到大连，往返5个来回，行程1万多公里。他怀抱温度计，每小时测一次风速，每停车1次量1次油温，共测得大气温度800多次，风速600多次，取得油温变化数据1400多个，准确地查清了原油外运中的温度变化规律，为确定合理的装油温度提供了科学依据。在当年曾被传为“万里测温”的佳话。在油库设计中，技术员王长令主动当了3个月的装油工，在同工人结合和亲自参加生产实践中，总结和提出52条改进意见，成功地设计出了中国第一座无梯栈轿。
技术员蔡升在飞驰的油罐列车上测风速 1962年末，大庆油田根据 3年试采的生产实践，经反复研究，分析对比，进一步确定了油田开发建设的实施原则：
（一）地面建设应坚持“地面服从地下”，以油气集输和油田注水两大系统为核心，设计出能适应油田油层动态变化的工艺流程，并统一布局其它系统，使之便于生产管理，便于生产操作，便于调整、维修。
（二）油田建设必须立足于头等的工程质量。为保证油田长期安全生产，应遵守质量第一的方针，扎扎实实地进行地面工程建设。各种建筑物基础要牢固，各种管道容器焊接要坚固、耐压。拉力弯曲等机械强度必须合乎规范要求。
（三）大庆地处寒冷地区，原油凝固点高、含蜡高、粘度高，从井口到油库的各个环节必须加热保温。
（四）油田沼泽地多，夏秋多雨，地下水位高，土质含盐碱量大，腐蚀性强，必须做好管道防腐。
（五）油田面积大，地面工程量大，必须以原油生产为中心，分期、分批、分区、分片正规地进行建设，分片成龙配套。建成一批，投产一批，不留尾巴，充分发挥生产能力和投资效果。
（六）基建设备立足于国内，尽可能采用国内设备和装备，逐步实现机械化，提高劳动生产率，减少非生产人员。建设中要尽量采用预制化、装配化和机械化施工，加快建设速度，减少人力，节约投资。
（七）充分利用油田伴生气，除作为油气集输加热燃料外，多余的天然气加以回收，作为工业和民用燃料。
二、总体设计
1960年 4月，大庆油田在制订勘探方案的过程中，在萨尔图油田中部开辟了一块生产试验区。在生产试验区内，安排了包括东油库在内的 116个建设项目，建成75万吨原油生产能力。具体项目有集油管线128公里，转油站8座，注水站2座，配水站22座，形成油库储油能力3.7万立方米，综合供水能力10万立方米/日，供电能力5500千瓦。
1960年10月制定了基本建设规划（草案）。根据油田建设方针和石油部控制指标，规划1961年新钻生产井350口，注水井173口，观察测压井77口。钻井进尺100万米，其中生产井 80万米。新增生产能力135万吨，全年生产原油300万吨，年底日产油达到1.68万吨。
按照以上生产规模，对1961年油田建设各项工程进行了安排。
（一）油气集输采用单井计量、油气混输的“萨尔图流程”。修建中转站13座，集油管线355公里，井口安装603套，容量为20万立方米的油库和相应的火车装运设施。
（二）注水工程采用分散井组注水，建注水站2座，注水管线57公里。
（三）供水量达到5.6万吨/日，采用集中与分散相结合的供水方案。1961年打水源井 124口，建水源2个，分散供水处42处。
（四）供电。按分散井组注水方案，年底供电2.95万千瓦。安装1500千瓦机组 4台，6000千瓦列车电站1座及相应的输变电工程，接通哈尔滨至大庆22万伏高压输电线路。
（五）机修。安排综合机修厂1座，中型机修厂7座，小型保养站4个，机修点51处。
（六）通讯。在萨尔图建立自动电话及载波通讯。
（七）道路。由滨洲线向南北两个方向修建公路两条，全长52公里，修筑井排公路86公里。
（八）文教科研。建石油学校1座，中等专业学校1座，普通中学 1座，小学、幼儿园建筑面积1.35万平方米。
（九）民用住宅建设42万平方米。
1961年12月，完成《萨尔图油田 160平方公里建设规划设计》，规划了自北一区一排至南一区四排之间160平方公里内，设计注水井4排204口，生产井 16排547口，原油生产水平500万吨/年。原油集输、脱水及外输系统均按700万吨/年的生产能力设计。注水系统保证年注水1000万吨，日注水能力4万吨，日供水6万吨。供电系统建成2.8万千瓦的输变电系统。建筑房屋100万平方米，分区集中布置中心村和居民点。相应发展机修、道路、通讯、消防、绿化及建筑材料工业。
1963年 6月制订了《大庆油田第一阶段油田建设规划》，提出第一阶段开发萨尔图油田北部和中部，总计330平方公里，实现年产原油1000万吨。到1965年底提前1年实现，油田达到年产原油1000万吨，开发面积动用265平方公里。3年完成总投资 3.6亿元，钻井1469口，其中油井932口，注水井537口。
1965年7月制订出《大庆油田1966～1970年建设规划》，规划要求继续开发萨南175平方公里，开发杏树岗油田北部纯油区。开发总面积480平方公里，钻井1600口，完成基建投资2亿元，油田维护工作量4.9亿元，达到年产原油1300万吨规模。
根据第二阶段规划，1965年 9月制定了1966～1970年大庆油田地面建设实施计划。油田建设职工排除“文化大革命”的干扰，如期完成计划，到1970年底，油田建成年产原油2600万吨生产规模，日产原油65951吨，日注水能力108315吨，当年生产原油2118.4万吨。
1971年7月，大庆油田制定了第四个五年计划，总的目标是在1975年建成 4792.9万吨生产规模。5年中原油产量平均每年增产450万吨，新建油、水井5803套，原油集输和注水管线5797公里，原油集输处理和注水泵站 124座。萨、杏油田建设重点由纯油区转入过渡带，重点开发喇嘛甸油田。
在“四五”计划的指导下，以后相继编制了《1971年油田地面建设规划》、《萨北过渡带建设规划》、《146地区地面调整规划》、 《136、159地区地面调整规划》、《四五期间供电规划》、《喇嘛甸油田地面建设规划》等。
到1975年底，大庆油田累计建设油井3569套，注水井1759套，原油站库 170座，注水站33座，变电所37座，水源13座，含油污水处理站 9座，敷设油、气、水管线9298公里，架设输电线路1700公里，通讯线路7600公里，建设公路440公里，房屋竣工面积420万平方米。
1976年，在制定大庆油田建设规划中，执行革新、改造、挖潜的精神，强化油田注水，改造油层，强化采油，实施全面配套，确保油田稳产高产。按照“简化前头，完善后头，密闭集输，三脱三回收” （即简化井口工艺，完善泵站和石油化工配套，实施密闭集输流程，对油、气、水实行三脱三回收）的原则，对原有流程进行有计划、有步骤地改造。
1977年7月，完成《大庆油田1977～1980年地面建设规划》。围绕“高产 5000（万吨），稳年十年”这个总目标，根据石化部指示精神，对规划设计进行部分调整，对列在1979年实施的原油集输、注水、供排水、供电工程，提前于1978年实施，本着“先肥后瘦，先近后远”的原则，于1978年到1980年间，把葡萄花（北部）油田、太平屯油田、高台子油田和杏西油田投入开发建设，1980年建成300万吨生产规模。为此编制了《葡萄花油田北部建设规划》。
到1980年底，已投入开发的萨尔图、喇嘛甸、杏树岗、葡北、太北 5个油田，共建成原油生产能力4903万吨。油田地面建设工程，建成油井4694套，注水井2305套，各种油站 458座，油库8座，各种水站79座，水源19座，油田气压气站4座，各种变电站73座，各种油、气、水管线11998公里，各种供电线路3839公里。
1981年起，采油综合含水达60％，进入高含水开采期。为了继续保持原油稳产，1981年5月，设计院提出了《大庆油田1981～1985年地面建设规划》。
（一）在北三区、喇嘛甸、高台子油田区块，投产油、水井573口，形成198.2万吨生产能力，弥补老井产量递减。
（二）扩建原油脱水、污水处理、注水、供水、供电能力。
（三）以国外引进的16套油、气处理设备安装为主体，在杏、喇、萨北油田配套建成油、气回收系统和原油集输密闭改造系统，降低油、气损耗。
（四）提高注水泵效，抓紧供电网络改造，降低原油集输、脱水温度，提高锅炉热效率，节约能耗。
（五）完善油田计量系统，加快道路建设，扩大机械化、预制化、装配化施工。
1982年9月，编制了《外围油田试采规划》，决定对宋芳屯、朝阳沟、龙虎泡3个油田进行试采，摸索经验，准备开发。
1985年，“规划”全部实施后，大庆油田原油年产量达到5529万吨，实现了10年稳产。
三、流程设计
（一）萨尔图流程
1960年 3月，大庆石油会战开始后，北京石油学院教授张英，基建指挥部设计室宁玉川、胡学尧、冯家潮等根据会战领导小组的指示精神，提出了“萨尔图流程”原始设计方案。在康世恩副部长主持下讨论 6次，决定在萨尔图油田进行工业性应用。该流程在应用中相继解决了加热保温、井口计量等问题，广泛应用于萨尔图、杏树岗油田。从1960年到1971年，从萨北四区十排到杏南十二区五排，共110个井排，2339口井采用了萨尔图流程。
实践证明，单管混输的萨尔图流程具有技术先进和经济合理两个特点。单管集输节省管线，油、气混合便于输送，利用伴生气加热节约燃料，密闭输送降低损耗。
1976年以后，原油含水进入中高含水期，原有的萨尔图流程由于产液量成倍增长回压升高，影响油田的正常生产。按照油田建设规划，原建萨尔图流程的老油区，采用截短、缩短半径的方法进行改造。已开发区除杏树岗油田南五——南八区采用小站流程外，其余绝大多数老油区均采用改造后的萨尔图流程。已改造的萨尔图流程与小站流程相比，每口井节省投资2.94万元，钢材10吨，劳动日40个。并且工艺简单，工程量小，各采油厂都可以根据需要自行设计，自行施工。
（二）小站流程
1970年后，萨尔图、杏树岗油田的开发重点由纯油区转向过渡带。根据过渡带原油粘度高、凝固点高，油井自喷能力差，产量低且变化大的特点，开始了掺热油小站流程 （也称双管掺液流程）的试验。并在萨尔图油田北部过渡带正式推广应用。
1973年在喇嘛甸油田开发建设中，全面采用了井口加热、高压热油洗井、双管掺液的小站流程。这种流程井口加热取之于萨尔图流程，单井进站集中计量又似萨北流程。正常生产时油井生产混合物通过井口加热炉升温至50—70℃，然后通过出油管线和热洗管线混输到计量站。
1977年开发建设杏南纯油区（杏十三区）。油区产能低，油层薄，单井产量小，且变化幅度大，油井油压低。经过多种流程的综合对比，选用了单井进站、集中计量、热水伴随、二级布站的三管热水伴随流程。这种流程特点是井口至计量站敷设 3条管线，热水管线单独保温，回水管线与出油管线联合保温，供热系统设在联合站。以后在葡萄花、太平屯、高台子等外围油田都采用了三管热水伴随流程。
1978年以后，又相继设计出掺活性水流程、井口加热单井进站流程、单井不加热集油流程3种流程。这些流程均为小站流程，都还处于生产试验阶段，尚需配套完善。
从1960年到1985年的26年中，大庆油田采用的地面油气集输流程中，小站流程占 70％，萨尔图流程30％弱。原来采用萨尔图流程的1613口油井有3096改为小站流程。
