能源管控系統(tǒng)在油氣田企業(yè)中的應(yīng)用

朱英如* 吳浩 張士奇 解紅軍 王麗 管偉

（1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院；2.中國(guó)石油西氣東輸管道公司）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)和國(guó)內(nèi)外能源供需形勢(shì)的變化，持續(xù)改進(jìn)能效水平已經(jīng)成為新常態(tài)下能源發(fā)展的必然選擇。

油氣田企業(yè)能源消耗量占能源生產(chǎn)量的比例依然較高，整體用能水平與國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平相比還有較大差距，能源消耗費(fèi)用在油氣生產(chǎn)成本中所占比例較大。“十三五”期間，國(guó)家高度重視加強(qiáng)能耗在線監(jiān)測(cè)和推進(jìn)能源管控建設(shè)，明確提出要加強(qiáng)高能耗行業(yè)的能源管控，推進(jìn)工業(yè)企業(yè)能源管控中心建設(shè)，推廣工業(yè)智能化用能監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)。因此，油氣田企業(yè)應(yīng)以信息化建設(shè)為依托，通過(guò)開(kāi)發(fā)能源管控系統(tǒng)，強(qiáng)化能源利用的有效管理與控制，并持續(xù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)能源利用的最優(yōu)化，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

1 油氣田能源管控發(fā)展和現(xiàn)狀

能源管理中心的雛形最早始于20世紀(jì)60年代的日本和西德。其鋼鐵企業(yè)利用模擬儀表形成能源數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，分別滿足能源介質(zhì)生產(chǎn)和分配的需要。20世紀(jì) 70年代，日本鋼鐵廠利用電子計(jì)算機(jī)，將各自獨(dú)立的能源介質(zhì)網(wǎng)逐步過(guò)渡到由動(dòng)力部門(mén)集中管理，達(dá)到統(tǒng)一管理能源介質(zhì)的轉(zhuǎn)換和分配，能源管理中心初步形成。

其后，隨著能源管理中心建設(shè)得到越來(lái)越大的重視，越來(lái)越多的國(guó)際石油公司開(kāi)始具有較為完整的能源管理系統(tǒng)，并取得了顯著的節(jié)能效果。

目前，國(guó)際石油公司普遍認(rèn)為油田能源管控建設(shè)不但是數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)流程的數(shù)字化，而且是針對(duì)上游業(yè)務(wù)更高層次的整合與流程再造。在完善油氣田信息化建設(shè)的基礎(chǔ)上，能源管控建設(shè)需要依次經(jīng)歷四個(gè)層次，即監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)分析、實(shí)時(shí)優(yōu)化和經(jīng)營(yíng)模式變革。

北海的挪威海域是智能管控技術(shù)利用程度最高的地區(qū)。該地區(qū)的斯塔特福約爾得油田通過(guò)采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、實(shí)施控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了油田可持續(xù)發(fā)展。

Chevron（雪佛龍公司）、Shell（“殼”牌公司）和BP（英國(guó)石油公司）相繼提出了“信息油氣田”、“聰明油田”和“未來(lái)油氣田”的發(fā)展理念。

“十三五”期間，中國(guó)石油集團(tuán)公司遵循“效益為本，注重實(shí)效；分類(lèi)指導(dǎo)，突出重點(diǎn)；完善機(jī)制，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)”的原則，積極推進(jìn)能源管控建設(shè)［1］。預(yù)計(jì)2020年，中國(guó)石油集團(tuán)公司能源管控能力建設(shè)將邁上新臺(tái)階，基本達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，重點(diǎn)業(yè)務(wù)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。油氣田企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)試點(diǎn)能源管控單元的主要能耗指標(biāo)在線監(jiān)測(cè)及分析。中國(guó)石油集團(tuán)公司示范采油廠（作業(yè)區(qū)）實(shí)現(xiàn)基于在線監(jiān)測(cè)的主要能耗指標(biāo)對(duì)標(biāo)分析。

2 慶新油田能源管控系統(tǒng)實(shí)踐

慶新油田位于大慶長(zhǎng)垣太平屯油田以東、升平油田以西，南靠宋芳屯油田，北臨安達(dá)凹陷，1999年開(kāi)發(fā)，現(xiàn)已經(jīng)歷上產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)兩個(gè)階段。慶新油田現(xiàn)有聯(lián)合站1座、轉(zhuǎn)油站2座、集油配注間21座，現(xiàn)有耗能設(shè)備964臺(tái)，包括：抽油機(jī)493臺(tái)、螺桿泵7臺(tái)、注水泵270臺(tái)、柱塞泵98臺(tái)、加熱爐23臺(tái)和離心泵73臺(tái)。

組建初期，慶新油田以自籌資金方式運(yùn)營(yíng)，嚴(yán)格管控成本是該企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理的突出特點(diǎn)，以能源管控為代表的成本控制效果尤為突出。慶新油田成立了以總經(jīng)理為組長(zhǎng)的能源管控委員會(huì)，將節(jié)能工作納入經(jīng)營(yíng)重點(diǎn)。委員會(huì)成員涵蓋公司經(jīng)營(yíng)班子，小組成員包括各用能單位生產(chǎn)和節(jié)能管理人員。

慶新油田積極發(fā)揮數(shù)字化優(yōu)勢(shì)，合理配備具有遠(yuǎn)程功能的計(jì)量?jī)x表，開(kāi)發(fā)集采油、集輸、注水各系統(tǒng)于一體的能源管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能工作由數(shù)字化向智能化轉(zhuǎn)變，形成了慶新油田能源管控的特有模式。

2.1 油井能源管控系統(tǒng)建設(shè)

在慶新油田抽油機(jī)井中，應(yīng)用節(jié)能抽油機(jī)占比93.3%，節(jié)能電機(jī)占比 71.6%，節(jié)能配電箱占比88.2%。

通過(guò)電流互感器、載荷傳感器、角位移傳感器和油管套管壓力傳感器等現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，慶新油田自動(dòng)采集三項(xiàng)電流、三項(xiàng)電壓、載荷和油套壓等 15項(xiàng)油井?dāng)?shù)據(jù)，計(jì)算得到日耗電量、平衡度等16項(xiàng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)油井參數(shù)自動(dòng)采集、能耗精確計(jì)量至單井。

以自動(dòng)采集、回傳的數(shù)據(jù)為前提，針對(duì)抽油機(jī)平衡治理、結(jié)蠟治理和管桿泵管理等問(wèn)題，慶新油田開(kāi)發(fā)了多項(xiàng)抽油機(jī)井源管控應(yīng)用軟件，形成了五項(xiàng)油井能源管控體系：

1）利用功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高平衡管理水平。

2）通過(guò)載荷實(shí)時(shí)采集，優(yōu)化油井降黏工作。

3）利用數(shù)字化遠(yuǎn)程啟停，進(jìn)行自動(dòng)化間歇性抽油管理。

4）依托單井電量計(jì)量，強(qiáng)化機(jī)采能耗管理。

5）開(kāi)發(fā)智能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題超前預(yù)警。

2.2 集油配注間能源管控系統(tǒng)建設(shè)

慶新油田集油配注間安裝電流互感器、流量計(jì)、壓力變送器、溫度變送器和電量表等一次儀表，采集集油配注間電量、三項(xiàng)電流、環(huán)瞬時(shí)摻水量、井瞬時(shí)注水量、總回油溫度和總摻水壓力等 24項(xiàng)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到有功功率、無(wú)功功率和功率因數(shù)等3項(xiàng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)遠(yuǎn)傳，集油配注間內(nèi)無(wú)人值守，電量計(jì)量至各配注間。

針對(duì)摻水單管環(huán)狀流程不易管理的實(shí)際情況，慶新油田開(kāi)發(fā)了摻水優(yōu)化管理系統(tǒng)；為確?！白⒑盟⒆蛩?，慶新油田開(kāi)發(fā)了智能注水優(yōu)化專(zhuān)家系統(tǒng)，形成了四項(xiàng)集油配注間能源管控體系：

1）安裝三相計(jì)量裝置，實(shí)現(xiàn)單井產(chǎn)量計(jì)量。

2）自動(dòng)采集生成報(bào)表，降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度。

3）通過(guò)恒流遠(yuǎn)程控制，保證平穩(wěn)合格注水。

4）利用數(shù)字化實(shí)時(shí)監(jiān)控，做好精細(xì)化自動(dòng)摻水。

2.3 聯(lián)合站和轉(zhuǎn)油站的能源管控系統(tǒng)建設(shè)

通過(guò)在加熱爐、離心泵上安裝的流量傳感器、壓力變送器和溫度傳感器等儀表，慶新油田聯(lián)合站和轉(zhuǎn)油站3站共采集數(shù)據(jù)86項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)了“集中監(jiān)控、無(wú)人值守、有人巡檢”和數(shù)據(jù)自動(dòng)采集。

通過(guò)應(yīng)用自己的數(shù)字化管理信息系統(tǒng)、站控系統(tǒng)和基礎(chǔ)平臺(tái)等系統(tǒng)，慶新油田站庫(kù)管理始終保持高效運(yùn)行，各站用人數(shù)量逐年遞減，節(jié)能管理水平逐年提高，形成了兩項(xiàng)站內(nèi)能源管控體系：

1）應(yīng)用數(shù)字站控系統(tǒng)，合理搭配機(jī)泵運(yùn)行。2）依托數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，優(yōu)化加熱爐運(yùn)行組合。

2.4 能源管控系統(tǒng)運(yùn)行效果

慶新油田能源管控系統(tǒng)上線以來(lái)，以“調(diào)試運(yùn)行、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題”為工作思路，以實(shí)現(xiàn)“監(jiān)管、控制、操作性強(qiáng)”為完善原則，結(jié)合各項(xiàng)節(jié)能生產(chǎn)和技術(shù)管理，2018上半年與2017上半年相比，噸液耗電降低1.05 kW?h，噸液耗氣降低0.14 m3，噸液綜合能耗降低0.61千克標(biāo)煤，節(jié)能效果顯著。

3 結(jié)論和建議

在開(kāi)展技術(shù)節(jié)能的同時(shí)，提高能源管理水平是油氣田企業(yè)節(jié)能增效的有效途徑。建立能源管控系統(tǒng)，對(duì)能源消耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析診斷和優(yōu)化指導(dǎo)，是油氣田企業(yè)強(qiáng)化用能管理的必然趨勢(shì)［2-3］。只有油氣田能源管控工作發(fā)揮整體合力，才能推進(jìn)以能源管控為重要抓手的節(jié)能管理新模式。建議如下：

1）各企業(yè)要高度重視能源管控工作，由最高管理者指定管理者代表作為團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)者，組建能源管控團(tuán)隊(duì)。

2）完善的數(shù)字化配套是做好能源管控系統(tǒng)平臺(tái)的前提，能源計(jì)量器具是油氣田能源管控的“眼睛”。要推動(dòng)油氣田能源管控建設(shè)工作，數(shù)字化配套和能源計(jì)量器具完善二者缺一不可。

3）進(jìn)一步完善能源管控系統(tǒng)平臺(tái)功能，突出橫向、縱向?qū)?biāo)，深化預(yù)警、報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)主要能耗數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)及分析，真正實(shí)現(xiàn)能源“管”和“控”。

4）強(qiáng)化能源管控系統(tǒng)平臺(tái)深度應(yīng)用，逐步建立、優(yōu)化和完善節(jié)能工作管控體系。通過(guò)開(kāi)展各項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)分析、對(duì)標(biāo)，配套作業(yè)區(qū)、生產(chǎn)單元能源管控考核制度，完善績(jī)效體系，激勵(lì)員工提高節(jié)能意識(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能工作的精細(xì)化管理。