采油廠能源管控中心的構建與應用

史晶瑩（大慶油田設計院有限公司）

全面開展節(jié)能減排，建設綠色低碳高效企業(yè)實現(xiàn)高質量發(fā)展是我國現(xiàn)階段發(fā)展的一項重要任務。節(jié)能減排的主體責任在企業(yè)，開展節(jié)能減排，優(yōu)化用能管理是企業(yè)自身發(fā)展的必然要求。作為油田開發(fā)企業(yè)開展節(jié)能減排和用能分析，加強用能管控是一項十分重要的工作。一方面，國家“十三五”節(jié)能規(guī)劃及中國石化集團公司“能效倍增”計劃都明確要求重點用能企業(yè)建立能源管控中心，加強節(jié)能管理，實施綠色低碳發(fā)展戰(zhàn)略。另一方面，隨著油田“四化”建設的深入推進，開發(fā)區(qū)塊信息化和智能化程度不斷提高，生產(chǎn)現(xiàn)場生產(chǎn)參數(shù)自動化采集、傳輸、處理和集中數(shù)據(jù)分析能力得到不斷提升，為油田能源管控中心的構建與應用提供了良好的技術基礎。為此，提出開展《采油廠能源管控中心構建與應用》這一攻關課題，并取得了良好的技術攻關和現(xiàn)場應用效果。

1 能源管控中心的體系架構

企業(yè)能源管控中心是指采用自動化、信息化技術建立的一體化能源集中管控系統(tǒng)。在節(jié)能目標管理、能源計量統(tǒng)計、節(jié)能潛力識別、能效分析優(yōu)化的同時，有效支撐企業(yè)實施節(jié)能技術改造、促進企業(yè)用能水平不斷提升。

1.1 功能定位

為充分發(fā)揮能源管理信息化對油田公司體制機制建設的支撐作用，經(jīng)過深入研究，廣泛論證，確定了能源管控系統(tǒng)三級架構，實現(xiàn)三級聯(lián)動、上下貫通、層層穿透。油田分公司級主要抓好整體能效考核、采油廠級抓好能效監(jiān)控、采油管理區(qū)主要抓好能效優(yōu)化。

1.2 功能模塊

能源管控中心功能模塊主要包括能效監(jiān)控、報警預警、能效評價、能效優(yōu)化和統(tǒng)計分析5大功能模塊，23個子模塊，128項業(yè)務功能。系統(tǒng)功能模塊見圖1。

1.2.1 能效監(jiān)測

以GIS為基礎，以PCS單井、單設備實時數(shù)據(jù)與源頭數(shù)據(jù)為支撐，整合集成供電系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)（電量、電壓、電流、有功、無功、功率因數(shù)）、增加后勤輔助、轉供用電數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)運行質量、能耗情況實時監(jiān)控、實時預警，達到“能流可視化”的目的[1-3]。在四化單點設備數(shù)據(jù)采集的基礎上，將供電系統(tǒng)與GIS結合，將提升、注水集輸和生活用電，以線路為單位，進行了一個整體的展示，包括線路用電負荷情況，以及線路異常報警，供電線路基礎電器接線圖，從而實現(xiàn)整體到部分的能流可視化。點擊任意一條有網(wǎng)線路，可以穿透至線路實時監(jiān)測情況[4-6]。

圖1 系統(tǒng)功能模塊

以采油管理區(qū)某供電線路為例：以供電線路為載體，以電力能源閉環(huán)管理為主線，以能流可視化方式，實時展現(xiàn)供電線路上變電站供電數(shù)據(jù)、生產(chǎn)用電數(shù)據(jù)、辦公用電數(shù)據(jù)以及民用電數(shù)據(jù)，結合數(shù)據(jù)視圖，實現(xiàn)層層穿透，實時查詢，并對線路失電進行精準扣產(chǎn)計算。

1.2.2 能效報警預警

能效報警模塊主要包括采油報警預警、注水報警預警、集輸報警預警和電網(wǎng)報警預警等四個子模塊。采油報警預警包括停機報警、管網(wǎng)壓力報警、機采系統(tǒng)效率過低報警、空抽報警等；注水報警預警包括停機報警、壓力高低報警、溫度過高報警以及注水系統(tǒng)效率低報警等；集輸系統(tǒng)報警預警包括停機報警、壓力高低報警、溫度過高報警、硫化氫和可然氣體濃度超標報警以及集輸系統(tǒng)效率低報警等；電網(wǎng)報警預警就是通過對監(jiān)控系統(tǒng)供電變化情況進行實時監(jiān)測、電網(wǎng)負荷變化大預警、電網(wǎng)功率因數(shù)低報警以及電網(wǎng)損耗大預警。以電網(wǎng)報警預警子模塊為例：某供電線路2018年4月18日，線路供電負荷發(fā)生波動，并推送預警信息。

1.2.3 能效評價

依據(jù)5類標準和文件要求，建立采油、注水、集輸、供配電四大系統(tǒng)的指標評價體系，12類指標[7-9]。為基層的節(jié)能監(jiān)測、三基驗收以及績效考核，提供管理平臺，減少工作量。

針對評價體系中不同指標，應用“兩線三區(qū)”分類法，實現(xiàn)分單位、分油藏類型、分舉升方式，自動對標追標，促進基層能源管控水平不斷提升。

1.2.4 能效優(yōu)化

主要包括模型構建、方案推送、優(yōu)化實施、效果跟蹤4個子模塊25項業(yè)務功能，依托專業(yè)知識體系和信息技術，建立能效優(yōu)化模型，自動推送優(yōu)化方案，自動跟蹤優(yōu)化過程，自動分析優(yōu)化效果，實現(xiàn)了“在線可優(yōu)化”，為節(jié)能管理工作提供強有力的抓手。通過實時的感知、實時的分析，促進實時的決策，由原來“人工判斷、聽人指揮”向“模型判斷、聽數(shù)字指揮”轉變，輔助基層管理人員素質提升，推動生產(chǎn)組織方式轉變。

從源頭數(shù)據(jù)庫、生產(chǎn)指揮數(shù)據(jù)庫獲取油井實時、日度數(shù)據(jù)，應用統(tǒng)計法，聚類方法，關聯(lián)規(guī)則發(fā)掘方法，神經(jīng)網(wǎng)絡方法等算法對所有數(shù)據(jù)進行計算、預處理，然后進行對標評價，篩選低效不達標對象形成主題數(shù)據(jù)，利用各類優(yōu)化模型進行優(yōu)化，形成最終的數(shù)據(jù)挖掘成果[10]。通過大數(shù)據(jù)分析，利用多種算法建立目標值與影響參數(shù)間的數(shù)據(jù)模型，根據(jù)相關性大小篩選最優(yōu)模型，產(chǎn)液量穩(wěn)定的情況下，能耗最低。在進行參數(shù)優(yōu)化時，以調整幅度最小化，安全性最大化，避免影響生產(chǎn)為原則，以標桿對照法獲取參數(shù)作為參考邊界條件，將理論計算法和神經(jīng)網(wǎng)絡法計算結果有條件性取交集，結合優(yōu)化對象本身參數(shù)邊界條件，形成最終能效優(yōu)化方案。

1.2.5 統(tǒng)計分析

主要包括設備臺賬、能耗報表、文檔管理、能效報告4個子模塊31項業(yè)務功能，實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)不同維度、不同層級的報表自動統(tǒng)計、分析，將能耗數(shù)據(jù)管理由月度管理轉變?yōu)槿斩裙芾?，同時減少大量人工抄表工作，提升工作效率，滿足管理區(qū)日常管理分析需求。

2 應用及效果

該能源管控中心于2018年在勝利油田某采油廠投入現(xiàn)場應用。該采油廠管理區(qū)2017年操作成本10877萬元，其中人工、作業(yè)、電費占比86.5%，不考慮人工因素，電力成本占比39.6%，考慮人工因素占比26.5%。在系統(tǒng)背景部分增加項目覆蓋的范圍：業(yè)務系統(tǒng)（采油、注水、集輸、辦公后勤、轉供農(nóng)用）；能耗節(jié)點（抽油機、計量間、注水站、接轉站、供電線路、變電站）；能源類別（電、天然氣、伴生氣）等內(nèi)容。

應用效果主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1）實現(xiàn)能流可視化、在線可優(yōu)化、能效最大化。以供電系統(tǒng)為載體，深入挖掘數(shù)據(jù)價值，基于“四化”實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)能效數(shù)據(jù)實時跟蹤監(jiān)測，實現(xiàn)能流可視化。通過供電線路負荷波動檢測和失電報警功能，可以實時掌控分線路負載變化及電網(wǎng)運行質量，提升管理效率，降低了因線路失電或負荷波動對生產(chǎn)造成的影響。運行一年推送線路波動報警信息132次，推送大線故障停電信息14條次。能源管控中心上線運行后，系統(tǒng)推出優(yōu)化方案97項，實施46項，實現(xiàn)年節(jié)電83290kWh，平衡度調整21井次，作業(yè)設計優(yōu)化32井次，實現(xiàn)年節(jié)電342412kWh，日均節(jié)電951kWh。系統(tǒng)累計運行12個月，提升單耗平均下降16%，注水單耗平均下降6%，用電量降低230.5×104kWh，實現(xiàn)年創(chuàng)經(jīng)濟效益173萬元。能源管控中心建設投入456.1萬元，其中軟件研發(fā)359.1萬元，硬件配套投入97.1萬元，投資回收期約為2.63a。

2）厘清能源管理數(shù)據(jù)基礎，實現(xiàn)能源管理明日帳。設備及站庫能耗數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動采集、實時計算、實時分析，能源分析數(shù)據(jù)實現(xiàn)月度匯總分析轉變?yōu)槿斩染珳史治觥?/p>

3）促進了采油管理區(qū)能源管理模式轉變。能管中心建設較好的契合了新型管理區(qū)經(jīng)營決策優(yōu)化機制，改變傳統(tǒng)的條塊分割、分散、粗放式能源管理模式，實現(xiàn)以遠程綜合監(jiān)控為基礎的扁平化、集中化、精細化、科學化的高效能源管控模式。

4）實現(xiàn)了能源“管”與“控”的互聯(lián)網(wǎng)+跨越式發(fā)展。項目著力探索石油行業(yè)能源管控中心建設的實現(xiàn)方法和路徑，以提質增效為目標，以能源精細化、科學化、集中化管理為主線，深化信息技術應用，完善體系標準，形成成熟的技術路線，推動石油行業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)深度融合創(chuàng)新，實現(xiàn)“能流可視化”、“在線可優(yōu)化”、“能效最大化”，促進能源“管”與“控”的互聯(lián)網(wǎng)+跨越式發(fā)展。

5）實現(xiàn)了油藏經(jīng)營價值最大化。能耗管理方面實時監(jiān)控生產(chǎn)全過程各節(jié)點耗電情況，向注水、采油、集輸?shù)葘I(yè)共享節(jié)點監(jiān)控結果，與各專業(yè)協(xié)同優(yōu)化，對生產(chǎn)過程進行宏觀管理、宏觀優(yōu)化、宏觀分析和宏觀考核，實現(xiàn)油藏經(jīng)營價值最大化。

6）實現(xiàn)了油田開發(fā)數(shù)據(jù)資源共享。圍繞電網(wǎng)、管網(wǎng)、井網(wǎng)開展需求分析和基于油藏、單元、井組的油藏工程、注采輸工程間的協(xié)同分析，堅持橫向到邊，縱向到底，充分利用共享資源，堅持價值引領、閉環(huán)控制、數(shù)據(jù)驅動、協(xié)同推進，發(fā)揮油氣生產(chǎn)大數(shù)據(jù)對于促進油田提質增效、轉型發(fā)展的支撐作用，實現(xiàn)了開發(fā)數(shù)據(jù)資源共享。

3 結束語

實踐證明，開展能源管控中心建設是企業(yè)加強能源管理工作一種創(chuàng)新管理模式，具有良好的節(jié)能減排效果。該中心能效監(jiān)控、報警預警、能效評價、能效優(yōu)化和統(tǒng)計分析5大功能模塊，23個子模塊，128項業(yè)務功能完全能滿足油田能源管控工作需要。它的應用實現(xiàn)能流可視化、在線可優(yōu)化、能效最大化，厘清能源管理數(shù)據(jù)基礎，實現(xiàn)能源管理明日帳，促進了采油管理區(qū)能源管理模式轉變，實現(xiàn)了能源“管”與“控”的互聯(lián)網(wǎng)+跨越式發(fā)展，實現(xiàn)了油田開發(fā)數(shù)據(jù)資源共享，實現(xiàn)了油藏經(jīng)營價值最大化，具有良好的推廣應用價值。