“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下的油氣田能耗管理探討

張倩 唐宏 晏耿成 石磊

（1.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室；3.中國石油長慶油田分公司第六采氣廠）

1 油氣田發(fā)展面臨的形勢

1.1 外部環(huán)境

我國已成為世界第一大能源消費國，而人均能源消費剛剛接近世界平均水平。能源已成為國際政治、經(jīng)濟、外交、國防、氣候變化博弈的焦點，地緣政治、過度投機、熱錢炒作和壟斷經(jīng)營深刻影響著國際能源市場的穩(wěn)定。促進世界能源供求平衡、維護能源安全，成為各國共同面臨的一項緊迫任務(wù)。能源緊缺與環(huán)境惡化已經(jīng)成為全球面臨的最大問題。

1.2 內(nèi)部環(huán)境

2015 年以來，國家油價經(jīng)歷斷崖式下跌和持續(xù)低位震蕩，國內(nèi)油氣需求增速放緩，進入能源供需寬松新常態(tài)，油氣行業(yè)經(jīng)營效益急劇下滑，油田盈利微薄，不得不消減各項生產(chǎn)成本，而降低能耗也是有效降低成本的途徑之一。

2015 年7 月4 日，國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》，明確未來3 年及10 年的發(fā)展目標，提出要通過加快互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)的深度融合，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和行業(yè)發(fā)展的轉(zhuǎn)型升級。

1.3 “互聯(lián)網(wǎng)+”提出

互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)滲透到各個行業(yè)， “互聯(lián)網(wǎng)+”這個概念于2012 年在業(yè)界首次提出，與2007 年出現(xiàn)的“互聯(lián)網(wǎng)化”概念一脈相承，強調(diào)互聯(lián)網(wǎng)與各傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行跨界深度融合。“互聯(lián)網(wǎng)+”是我國工業(yè)和信息化深度融合的成果與標志，也是工業(yè)發(fā)展的一個方向。

2 油氣田生產(chǎn)及能耗管理

2.1 生產(chǎn)狀況

以長慶油田為例，機采系統(tǒng)共有抽油機5 萬余臺，總裝機功率超過60×104kW。

注水系統(tǒng)共有注水站600 多座，供水站100 多座。注水井開井1 萬多口，日注水量超過30×104m3；注水泵1 000 余臺，水源井電潛泵2 000 余臺，供水泵200 多臺。

集輸系統(tǒng)共有聯(lián)合站80 余座，增壓點/接轉(zhuǎn)站1 200 多座，伴生氣利用率超過75%。主要耗能設(shè)備有鍋爐、加熱爐、輸油泵和井口加熱裝置，總裝機功率為200×104kW。

油田耗能設(shè)備種類繁多，規(guī)格多樣，分布分散，在快速上產(chǎn)階段，一直實施比較粗放的管理模式。

2.2 能耗現(xiàn)狀

長慶油田主要生產(chǎn)系統(tǒng)年耗能200×104t 左右標煤。考慮到伴生氣，機采系統(tǒng)占8%，注水系統(tǒng)占8%，集輸系統(tǒng)（輸油泵）占3%，集輸系統(tǒng)（加熱）占81%。與中石油行業(yè)內(nèi)部油氣田相比，整體處于能耗較高狀態(tài)。

機采井日耗電量超過300×104kWh，平均系統(tǒng)效率達21.5%，平均單井日耗電量為71.1 kWh。

注水系統(tǒng)日耗電量超過300×104kWh，注水泵耗電量占總耗電量的76.3%，水源井電潛泵耗電量占總耗電量的15.5%。

集輸系統(tǒng)日耗電量超過160×104kWh，日耗氣量超過250×104m3，日耗煤量為300 t 左右，日耗油量為600 t 以上。測試數(shù)據(jù)表明，鍋爐平均熱效率、加熱爐平均熱效率、輸油泵平均機組效率均未達到節(jié)能限定值。

油田耗能設(shè)備不僅種類繁多、標準不一，而且分布分散。依靠傳統(tǒng)的電表測量讀數(shù)工作量大，人為因素也較大。即便數(shù)字化在油田應(yīng)用，由于缺乏相應(yīng)的模塊，加之油田一直實施粗放管理模式，沒有錄取計量單臺設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)[1]。因此，上報的能耗數(shù)據(jù)誤差較大，不能實時顯示單臺設(shè)備能耗情況，做到精細管理還有一定的差距。各個生產(chǎn)系統(tǒng)能耗與石油行業(yè)內(nèi)部相比，均處于下游水平；所以，作為耗能大戶的油氣田，加強能耗管理尤為必要。

2.3 能耗管理

油氣田節(jié)能工作的運行協(xié)調(diào)機制，按照“誰主管誰負責(zé)，管業(yè)務(wù)必須管節(jié)能”的原則，明確各部門的責(zé)任和分工，搭建溝通平臺，逐步建立起“統(tǒng)一協(xié)調(diào)、綜合歸口、分工負責(zé)、相互配合” 的節(jié)能運行機制[2]。

油氣田能源管控是近2 年來發(fā)展起來的一種新型能源管理模式。它是企業(yè)在能源利用全過程中，以基于互聯(lián)網(wǎng)和計算機的現(xiàn)代化能源管理數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，以專業(yè)軟件、控制技術(shù)等為核心，通過能源計量和在線實時監(jiān)測，結(jié)合生產(chǎn)運行，運用能耗對標分析和系統(tǒng)優(yōu)化等方法，強化能源利用的有效管理與控制并持續(xù)改進，進而實現(xiàn)能源資源利用最優(yōu)化，促進經(jīng)濟效益最大化[3]。

目前開始在中石油一些油氣田試運行，筆者認為這是基于互聯(lián)網(wǎng)條件下的油氣田能耗管理的一種初步模式，真正要實現(xiàn)數(shù)字化的能耗管理，還需要借助互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)先進的技術(shù)，結(jié)合油氣田生產(chǎn)與能耗現(xiàn)狀，進行深度推進和改革。

3 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油田節(jié)能降耗的應(yīng)用

“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)”即傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)采用移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等信息通信技術(shù)，改變原有產(chǎn)品及研發(fā)生產(chǎn)方式，與“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”、“工業(yè)4.0”的內(nèi)涵一致。

“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)”案例的應(yīng)用，為“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下的油氣田能耗管理提供了經(jīng)驗，硬件和軟件方面已經(jīng)具備了實施條件。云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用必將為傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展提供強大的技術(shù)支撐。

結(jié)合油氣田能耗管理現(xiàn)狀，依托物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)的發(fā)展，能耗管理可以實現(xiàn)真正意義上的智能控制。每一個設(shè)備的耗能歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)均通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)綌?shù)字化平臺，通過大數(shù)據(jù)的處理與云計算，實時給出油田單臺設(shè)備的能耗優(yōu)化措施，借助先進的節(jié)能技術(shù)，實現(xiàn)整個油田生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化與控制。

3.1 依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，油氣田每個耗能設(shè)備均安裝智能硬件，借助物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)的實時讀取，不受時間、空間的限制對耗能設(shè)備進行數(shù)據(jù)監(jiān)測和處理；并完全實現(xiàn)實時自動調(diào)控，確保生產(chǎn)系統(tǒng)能耗最優(yōu)，達到節(jié)約大量的人力、物力及能耗的目的。這對區(qū)域面積較大的油氣田企業(yè)尤為重要。

3.2 借助云計算強大的數(shù)據(jù)處理能力

云計算是互聯(lián)網(wǎng)大腦的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。在互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的架構(gòu)中，互聯(lián)網(wǎng)虛擬大腦的中樞神經(jīng)系統(tǒng)是將互聯(lián)網(wǎng)的核心硬件層、核心軟件層和互聯(lián)網(wǎng)信息層統(tǒng)一起來，為互聯(lián)網(wǎng)各虛擬神經(jīng)系統(tǒng)提供支持和服務(wù)。

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集指標包括：產(chǎn)值能耗，采集各單位耗電總量、工業(yè)總產(chǎn)值、能源成本比重，產(chǎn)值綜合能耗指標，以及這些指標的同比變動情況等；能源消費結(jié)構(gòu)，采集企業(yè)月度煤、原油、天然氣、電力的消費量；節(jié)能量完成情況，采集油田各單位年度節(jié)能量、產(chǎn)值節(jié)能量，企業(yè)節(jié)能目標完成及其考核；節(jié)能技改項目和設(shè)備情況，采集油田各單位節(jié)能技改項目規(guī)劃、實施、完成情況，以及重點用能設(shè)備的淘汰更新、利用狀況等信息；水資源及污染物排放，采集油田各單位水資源消耗情況和主要污染物排放、處置情況。

各種生產(chǎn)設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)累積起來，成千上萬，依靠現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)無法實時快速計算與處理。此時可借助云計算來處理油氣田能耗數(shù)據(jù)，并根據(jù)大數(shù)據(jù)處理結(jié)果，即時給出優(yōu)化與控制建議，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)能耗的實時優(yōu)化，且及時顯示給每一級節(jié)能管理人員，更好地實施油氣田能耗管理[4]。

目前已在生產(chǎn)管理系統(tǒng)部分實現(xiàn)了能耗實時監(jiān)測與優(yōu)化，由于場地及投資的限制，還沒有真正實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”的能耗管理。

4 “互聯(lián)網(wǎng)+”條件下油氣田能耗管理模式

4.1 專業(yè)人員隊伍建設(shè)

研究“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下的能耗管理工作新機制，促進能耗管控技術(shù)人員專業(yè)化發(fā)展。通過建立能耗管控示范區(qū)培養(yǎng)一批懂工藝、懂生產(chǎn)、懂分析、懂優(yōu)化的復(fù)合型能源管理人才；在總結(jié)示范經(jīng)驗的基礎(chǔ)上研究能源管控政策機制，探索能源管控機構(gòu)建設(shè)問題，并在各業(yè)務(wù)推廣過程中不斷加強人員建設(shè)，提高能耗管理水平；要掌握互聯(lián)網(wǎng)先進技術(shù)，或者引進相關(guān)專業(yè)人員，能耗專業(yè)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)充分融合，并應(yīng)用在油田能耗管理工作中。

4.2 應(yīng)用3D 打印技術(shù)智能定制節(jié)能設(shè)備

堅持開發(fā)和應(yīng)用先進節(jié)能技術(shù)，支持企業(yè)能效持續(xù)優(yōu)化改進。繼續(xù)加強節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與創(chuàng)新，確保應(yīng)用的是最新的國內(nèi)外行業(yè)先進節(jié)能技術(shù)；可根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)能耗優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)果分析，應(yīng)用3D 打印技術(shù)，研制開發(fā)相對應(yīng)節(jié)能設(shè)備或者降低對應(yīng)工藝能耗的節(jié)能技術(shù)。將最新最先進的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在油田上，使生產(chǎn)系統(tǒng)能耗定期優(yōu)化，降低能耗。

4.3 實施節(jié)能設(shè)備診斷評估

在應(yīng)用大數(shù)據(jù)進行能耗管理的同時，需要開發(fā)應(yīng)用先進適宜的節(jié)能診斷評估工具，研究建立實施診斷評估的工作流程和方法；依靠專業(yè)化技術(shù)機構(gòu)，對重點企業(yè)及重點管控單元開展能耗診斷及節(jié)能優(yōu)化，深入挖掘節(jié)能降耗增效潛力，推進能源管控工作有效開展，為“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)”模式的發(fā)展提供前期貯備[5]。

4.4 探索新的管理機制

根據(jù)國家“十三五”節(jié)能工作新形勢、新任務(wù)，完善基層單位節(jié)能考核辦法；并根據(jù)“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下的油田設(shè)備能耗數(shù)據(jù)處理結(jié)果，實現(xiàn)能耗實時在線監(jiān)測，進一步細化節(jié)能考核指標體系及相關(guān)考核獎懲辦法。建立能源管控中心等相應(yīng)的組織機構(gòu)負責(zé)項目等事宜的全方位、全過程的節(jié)能管理工作，給油氣田企業(yè)帶來理念、技術(shù)、標準等方面的新思路；同時，引進專業(yè)化云計算服務(wù)行業(yè)協(xié)助其完成組織架構(gòu)及數(shù)據(jù)處理，并在應(yīng)用實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗，改進完善，形成科學(xué)合理的油氣田能耗管理機制。

5 結(jié)束語

“互聯(lián)網(wǎng)+”是油氣工業(yè)發(fā)展的一個方向。應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)，創(chuàng)新油氣田能耗管理模式，借助云計算強大的數(shù)據(jù)處理能力，實現(xiàn)整個油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗的優(yōu)化與控制，達到油氣田企業(yè)降本增效的目的。