杏北油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能管理與績(jī)效評(píng)價(jià)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

王青春

大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠

油田進(jìn)入高含水開(kāi)發(fā)后期，三次加密、三元復(fù)合驅(qū)油等新技術(shù)相繼投入，但油價(jià)下跌，物價(jià)及人工成本提升，原油生產(chǎn)能耗、工耗的成本在逐年增加，嚴(yán)重影響到企業(yè)利潤(rùn)。探索新的高效節(jié)能管理模式、降低生產(chǎn)能耗、控制生產(chǎn)成本成為亟需解決的問(wèn)題。目前采油企業(yè)節(jié)能管理存在的問(wèn)題，主要是生產(chǎn)過(guò)程較復(fù)雜，傳統(tǒng)的節(jié)能監(jiān)測(cè)往往是針對(duì)單站單設(shè)備單個(gè)能耗指標(biāo)的分析，缺乏合理規(guī)范的評(píng)價(jià)機(jī)制，因此，建立一個(gè)符合基層生產(chǎn)實(shí)際的節(jié)能管理與績(jī)效評(píng)價(jià)平臺(tái)十分必要[1]。

該平臺(tái)是基于油田主要生產(chǎn)系統(tǒng)能量平衡分析模型及節(jié)能管理綜合績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系開(kāi)發(fā)的一個(gè)節(jié)能管理平臺(tái)。

1 評(píng)價(jià)方法的選擇和確立

1.1 能量平衡模型

能量平衡方法是油田節(jié)能測(cè)試的基本方法，即通過(guò)測(cè)試分析被測(cè)系統(tǒng)輸入、輸出能量在數(shù)量上的平衡關(guān)系，將生產(chǎn)過(guò)程具體劃分為機(jī)采、油氣集輸、采出液處理、注水注入、供配電等主要系統(tǒng)[2]。系統(tǒng)能量平衡模型見(jiàn)圖1。

圖1 能量平衡模型Fig.1 Energy balance model

下面主要以注水系統(tǒng)為評(píng)價(jià)對(duì)象說(shuō)明。根據(jù)注水工藝流程，建立注水系統(tǒng)、注水站及注水管網(wǎng)的能量平衡分析模型。其中，整個(gè)注水系統(tǒng)的能量平衡模型如圖2所示，總能量平衡方程為

式中： Ed為系統(tǒng)輸入能量； Ebw為介質(zhì)帶入能量；Eu為介質(zhì)帶出能量；Esw為輸出至其他注水系統(tǒng)能量，輸入時(shí)該值為負(fù)；Eds為電動(dòng)機(jī)損耗；Ebs為泵損耗；Egs為管網(wǎng)損耗，包括管線和注水閥組損耗。

圖2 注水系統(tǒng)能量平衡模型Fig.2 Energy balance model of water injection system

1.2 建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

依靠現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研資料，利用專家評(píng)價(jià)、系統(tǒng)分析、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)分析、回歸分析等方法建立各系統(tǒng)績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[3-5]。整個(gè)體系構(gòu)成見(jiàn)圖3。

圖3 節(jié)能績(jī)效評(píng)價(jià)體系結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of energy-saving performance evaluation system

例如，注水系統(tǒng)能耗評(píng)價(jià)與分析指標(biāo)主要包括電動(dòng)機(jī)輸入功率、注水泵輸出功率、泵機(jī)組效率、泵機(jī)組單耗、注水站效率、注水閥組損失率（節(jié)流損失率）、管網(wǎng)損失率、注水系統(tǒng)效率、注水系統(tǒng)單耗等[6-7]。

利用“聚類分析”法，對(duì)以上多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分類，分成技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和管理指標(biāo)。分析生產(chǎn)過(guò)程耗能影響因素對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)的作用大小，綜合確定績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。同時(shí)考慮到各評(píng)價(jià)對(duì)象基礎(chǔ)條件不同，如轄區(qū)地質(zhì)狀況、能耗設(shè)備狀態(tài)等，在評(píng)價(jià)指標(biāo)中加入了“管理難易程度”。建立評(píng)價(jià)對(duì)象的相對(duì)、縱向和綜合績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，相對(duì)績(jī)效是同類評(píng)價(jià)對(duì)象之間的對(duì)比；縱向績(jī)效是同一評(píng)價(jià)對(duì)象在某時(shí)間段內(nèi)的縱向?qū)Ρ取?/p>

為了確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)在整個(gè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)中的權(quán)重，根據(jù)目前油田生產(chǎn)實(shí)際情況，需要對(duì)指標(biāo)權(quán)重實(shí)行動(dòng)態(tài)管理。各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)能耗的影響程度存在差異，根據(jù)實(shí)際能耗情況，確定影響能耗的主要因素。具體實(shí)施時(shí)，對(duì)于同類可比的評(píng)價(jià)指標(biāo)或設(shè)備，以其處理量占比設(shè)定權(quán)重，如同一注水站各注水泵機(jī)組，可按其日注水量確定其能耗權(quán)重占比；對(duì)于非同類指標(biāo)、設(shè)備等評(píng)價(jià)對(duì)象，按該評(píng)價(jià)對(duì)象以往能耗對(duì)于總能耗的貢獻(xiàn)率設(shè)定權(quán)重。例如，聯(lián)合站內(nèi)同時(shí)存在注水站和污水處理站，注水站占該聯(lián)合站總能耗的90%，污水處理站占總能耗的10%，在對(duì)該聯(lián)合站進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，注水和污水兩部分權(quán)重可分別設(shè)定為0.9和0.1。

經(jīng)過(guò)以上對(duì)指標(biāo)的選擇、分析、分類，最終確定系統(tǒng)的指標(biāo)體系構(gòu)成。注水系統(tǒng)績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1所示。

表1 注水系統(tǒng)績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.1 Performance evaluation index system of water injection system

由于生產(chǎn)單位隸屬關(guān)系不同，同時(shí)要進(jìn)行管理單位（采油廠、作業(yè)區(qū)、采油隊(duì)等）各級(jí)指標(biāo)體系的構(gòu)建。表2是聯(lián)合站（小隊(duì)級(jí)）指標(biāo)體系構(gòu)成。

表2 聯(lián)合站績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.2 Performance evaluation index system of multi-purpose station

2 軟件評(píng)價(jià)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)

2.1 建立節(jié)能管理數(shù)據(jù)庫(kù)

主要依據(jù)相關(guān)石油石化行業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建立節(jié)能管理數(shù)據(jù)庫(kù)。創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)的目的是為了存儲(chǔ)石油生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)系統(tǒng)及設(shè)備的數(shù)據(jù)，它們是彼此獨(dú)立的；因此，可以對(duì)原油集輸系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、機(jī)采系統(tǒng)等單獨(dú)建庫(kù)、單獨(dú)調(diào)用、單獨(dú)操作[8]。例如，加熱爐、鍋爐或者泵機(jī)組、注水站這樣的數(shù)據(jù)集合則可以分別建立不同名稱的表來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和操作，并盡可能與企業(yè)現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行接口。其數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖4 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)Fig.4 Database structure

2.2 構(gòu)建軟件平臺(tái)

基于以上理論分析、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、指標(biāo)體系確立和數(shù)據(jù)庫(kù)的搭建，開(kāi)發(fā)油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能管理與績(jī)效評(píng)價(jià)平臺(tái)。采用瀏覽器（Browser）、Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（Dbms）構(gòu)成的BWD體系結(jié)構(gòu)，是一個(gè)多層的客戶/服務(wù)器模式[9]。系統(tǒng)邏輯構(gòu)架見(jiàn)圖5，主要功能模塊見(jiàn)圖6。

圖6 軟件功能組成Fig.6 Software function

3 平臺(tái)應(yīng)用及節(jié)能評(píng)價(jià)效果

3.1 指標(biāo)數(shù)據(jù)操作

軟件平臺(tái)對(duì)于各類各級(jí)節(jié)能數(shù)據(jù)和評(píng)價(jià)指標(biāo)，均能實(shí)現(xiàn)顯示、分類、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析等功能。2018年4月該采油廠部分注水評(píng)價(jià)指標(biāo)如表3所示。

表3 2018年4月部分注水評(píng)價(jià)指標(biāo)Tab.3 Partial water injection evaluation index in April 2018

3.2 績(jī)效評(píng)價(jià)排名

績(jī)效評(píng)價(jià)結(jié)果排名通過(guò)表格、圖表等形式展現(xiàn)出來(lái)，用戶可以直觀地從相對(duì)、縱向和綜合績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)排名等多方面查看評(píng)價(jià)對(duì)象的能耗情況，評(píng)價(jià)對(duì)象可以是能耗指標(biāo)、能耗設(shè)備、所屬單位等。表4是2018年4月該采油廠注水站績(jī)效評(píng)價(jià)排名。

3.3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

針對(duì)以上評(píng)價(jià)結(jié)果平臺(tái)給出了多種分析方式，如表4所示，杏二十三注水站評(píng)價(jià)排名較低。用戶可以通過(guò)表3查找該站具體能耗指標(biāo)數(shù)值，發(fā)現(xiàn)該站當(dāng)月僅有1#注水泵1臺(tái)設(shè)備運(yùn)行，且各項(xiàng)指標(biāo)均較低，該泵成為影響該站綜合評(píng)價(jià)的決定性因素。對(duì)于這種情況，可以通過(guò)平臺(tái)跟蹤該設(shè)備近期運(yùn)行數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)勘查設(shè)備運(yùn)行狀況，調(diào)查該區(qū)域日常注水參數(shù)，來(lái)確定該注水泵能耗高的具體原因，并通過(guò)及時(shí)調(diào)整注水方案等措施加以改善。利用此類方法，2018年1月—10月，該廠及時(shí)優(yōu)化注水泵運(yùn)行6臺(tái)次，節(jié)電約122.4×104kWh。

表4 2018年4月部分注水泵運(yùn)行效率績(jī)效評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.4 Performance evaluation results of partial water injection pump operation efficiency in April 2018

平臺(tái)還提供了“重點(diǎn)能耗設(shè)備控制圖”等功能，方便用戶分析能耗狀況，對(duì)低效高耗區(qū)設(shè)備及時(shí)查找原因，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。抽油機(jī)設(shè)備能耗分區(qū)控制見(jiàn)圖7。

圖7 抽油機(jī)設(shè)備能耗分區(qū)控制Fig.7 Zone control of pumping unit equipment energy consumption

4 結(jié)束語(yǔ)

油田企業(yè)為了持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，長(zhǎng)期面臨著能耗持續(xù)上升、管理成本不斷提高的壓力，如何開(kāi)展節(jié)能績(jī)效對(duì)標(biāo)管理提升能效水平，是當(dāng)前一個(gè)嶄新課題。節(jié)能管理與績(jī)效評(píng)價(jià)平臺(tái)是對(duì)標(biāo)管理應(yīng)用于油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能的一次初探[10]。平臺(tái)不僅將單設(shè)備、單流程、單部門(mén)的節(jié)能評(píng)價(jià)融合在一起，而且通過(guò)績(jī)效評(píng)價(jià)排名的形式予以展現(xiàn)，杜絕基層單位模糊責(zé)任、隨意執(zhí)行。同時(shí)，通過(guò)查找、跟蹤耗能點(diǎn)分析能耗狀況的方式，給各級(jí)節(jié)能管理者提供了一種新的管理手段和管理模式，并有利于節(jié)能策略的及時(shí)調(diào)整，有助于提高節(jié)能工作效率，給企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。