信息化條件下單拉井集輸節(jié)能降耗技術(shù)研究

劉 坤,辛艷萍,李永勝

(1.山東石油化工學(xué)院 油氣工程學(xué)院，山東 東營(yíng) 257061;2.勝利油田現(xiàn)河采油廠 現(xiàn)河莊管理區(qū)，山東 東營(yíng) 257000)

我國(guó)能源需求與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的矛盾長(zhǎng)期存在，節(jié)能在我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中起到至關(guān)重要的作用[1]。油田集輸系統(tǒng)是石油生產(chǎn)過(guò)程的重要組成部分，其系統(tǒng)規(guī)模龐大、能耗損失大，成為阻礙油田節(jié)能降耗的重要因素[2]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者在油氣集輸系統(tǒng)節(jié)能降耗方面做了大量的工作，取得了一定的應(yīng)用效果[3-10]，但大的數(shù)研究都是基于工藝改造挖掘集輸系統(tǒng)的節(jié)能潛力，通過(guò)信息化技術(shù)改造進(jìn)行節(jié)能降耗的研究幾乎沒(méi)有。

目前，油田生產(chǎn)大多是單井運(yùn)至接轉(zhuǎn)站，再經(jīng)聯(lián)合站運(yùn)輸至油氣集輸公司的模式，集油流程主要以管道運(yùn)輸為主。而部分零散井、偏遠(yuǎn)井受地域、工藝等因素制約，無(wú)法進(jìn)系統(tǒng)生產(chǎn)，只能采用進(jìn)罐單拉生產(chǎn)。單拉井現(xiàn)場(chǎng)多采用專人24 h值守，需要現(xiàn)場(chǎng)人員采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)和按規(guī)定啟停電加熱，費(fèi)事費(fèi)力，占用了較多的人力資源成本，沒(méi)有做到資源優(yōu)勢(shì)最大化，與現(xiàn)在提倡的無(wú)人化、少人化值守不配套。因此，針對(duì)油田集輸現(xiàn)狀，開(kāi)展信息化技術(shù)改造，實(shí)行單拉罐電加熱遠(yuǎn)程管理，對(duì)提高集輸系統(tǒng)運(yùn)行效率和能源利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，具有十分重要的意義。

1 低產(chǎn)偏遠(yuǎn)油井生產(chǎn)現(xiàn)狀

現(xiàn)河莊陳官管理區(qū)位于東營(yíng)區(qū)、廣饒縣境內(nèi)，油藏類型涵蓋斷塊、低滲兩類，管理著現(xiàn)河莊、王家崗、牛莊油田三個(gè)油田多個(gè)開(kāi)發(fā)單元，轄區(qū)含油面積28.6平方公里，轄區(qū)內(nèi)既有稀油生產(chǎn)區(qū)塊，又有稠油電加熱區(qū)塊。

管理區(qū)現(xiàn)有單拉井23口，單拉點(diǎn)18個(gè)，日產(chǎn)液205 t，日產(chǎn)油52 t，此類油井，地處偏遠(yuǎn)，液量低、粘度高，無(wú)法管輸只能通過(guò)單井罐生產(chǎn)，再經(jīng)油罐車?yán)\(yùn)至接轉(zhuǎn)站，通過(guò)外輸泵輸至聯(lián)合站。

信息化提升改造前，單拉井產(chǎn)量核實(shí)停留在“眼看、手摸、爬罐、插桿”經(jīng)驗(yàn)做法，相關(guān)參數(shù)及加熱數(shù)據(jù)采集時(shí)間較長(zhǎng)，準(zhǔn)確率不高，受地理環(huán)境、天氣、人員業(yè)務(wù)能力影響較大，液位溫度等儀表?yè)p壞不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)，誤報(bào)、漏報(bào)時(shí)有發(fā)生。

從能源管理的角度來(lái)看，單拉井用電管理一直是現(xiàn)河莊陳官管理區(qū)電力能源管控的重點(diǎn)和難點(diǎn)，特別是南部陳官片區(qū)，單拉井多罐加熱用電量大。在信息化配套之前，拉油時(shí)長(zhǎng)和加溫效果的跟蹤和考核無(wú)法做到精準(zhǔn)管控，更無(wú)法精確的掌控單拉生產(chǎn)與加溫控電之間的平衡點(diǎn)，難以尋找最優(yōu)組合方式，電耗非常大。

2 單拉井信息化技術(shù)改造方案

以信息化提升為手段，在保證拉油生產(chǎn)的同時(shí)，通過(guò)大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)單拉井罐生產(chǎn)參數(shù)數(shù)字化監(jiān)測(cè)、控制和報(bào)警，尋找節(jié)能可行的加溫時(shí)間，達(dá)到“實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程管控、平臺(tái)化集成、專業(yè)化管理”的工作目標(biāo)。

2.1 單拉井信息化提升技術(shù)思路

依托生產(chǎn)信息化平臺(tái)，對(duì)偏遠(yuǎn)單拉井采用專用RTU(遠(yuǎn)程終端單元)與DTU(數(shù)據(jù)傳輸單元)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)參數(shù)的實(shí)時(shí)采集和加熱控制柜遠(yuǎn)程啟停，并進(jìn)行多參數(shù)報(bào)警、預(yù)警，構(gòu)建單拉井罐加熱遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 單拉井罐加熱遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)示意圖

2.2 單拉井信息化配套措施

2.2.1 生產(chǎn)參數(shù)自動(dòng)采集傳輸

單拉罐的信息化配套技術(shù)參數(shù)是在現(xiàn)有高架罐設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加液位、溫度、電參采集監(jiān)控儀表，配套4 G傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)參數(shù)的分鐘級(jí)采集。常用的單拉罐容積為35～40 m3，高3 m，有兩路電加熱棒，功率為15 kW/根，在加熱棒區(qū)域附近安裝Pt100溫度傳感器，采集溫度參數(shù)；液位計(jì)量多采用浮球指針液位計(jì)，液位監(jiān)控采用霍爾磁指針液位計(jì)，對(duì)于指針誤差較大的單拉罐也可以采用投入式液位計(jì)。在通訊方面配套專用RTU采集模塊，采集生產(chǎn)參數(shù)，通過(guò)4 G網(wǎng)絡(luò)傳輸。

系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)采集和遙控，將加熱溫度、液位和電量進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，然后根據(jù)各個(gè)單井油品特性制定加熱方案。采集數(shù)據(jù)進(jìn)入信心中心數(shù)據(jù)庫(kù)，形成數(shù)據(jù)表格，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行加工處理，形成需要的數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布，實(shí)現(xiàn)有權(quán)限的遠(yuǎn)程控制網(wǎng)頁(yè)供瀏覽查詢和遠(yuǎn)程控制。

2.2.2 單拉罐遠(yuǎn)程管控

對(duì)單拉罐的液位、溫度、電參、運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警等數(shù)據(jù)進(jìn)行分鐘級(jí)采集監(jiān)控，同時(shí)結(jié)合采油管理和能源管控，根據(jù)液位、溫度高低，合理加溫、合理倒油，尋求采油井生產(chǎn)參數(shù)及用電設(shè)備的最優(yōu)組合。

如圖2、圖3所示，以管理區(qū)一口間出井為例，該井每天出液200 kg左右，泵掛深液面測(cè)不出，可以制定夜間23:00-7:00或者每周開(kāi)24 h兩種方式進(jìn)行生產(chǎn)。通過(guò)功圖計(jì)產(chǎn)和高架罐液位參數(shù)可以看出，該井在夜間間開(kāi)的液位不明顯，但是在能源管控平臺(tái)可以看出電費(fèi)節(jié)約明顯；利用每周間開(kāi)方式，該井可以計(jì)量出液位，但是在能源管控平臺(tái)可以看出，該種方式電費(fèi)比上一種方式高出不少，總產(chǎn)出液基本持平。

圖2 供液較差井間開(kāi)執(zhí)行功圖變化圖

圖3 供液較差井間開(kāi)執(zhí)行進(jìn)罐后曲線變化圖

如圖4所示，以管理區(qū)一口同臺(tái)井進(jìn)罐為例，此類井在以往的生產(chǎn)中，因?yàn)樗募訙匦Чh(yuǎn)小于油，為了能夠保障正常拉油，避免拉空車或減少拉油放油時(shí)間，注采站職工會(huì)選擇提前加溫的方式，這樣會(huì)加大運(yùn)行成本，浪費(fèi)拉油車次和耗電成本，有了分鐘級(jí)數(shù)據(jù)采集，可以明顯看出液位變化情況及加溫升溫效果。

圖4 同臺(tái)井切水加溫曲線變化圖

從上面兩口井的加溫曲線可以看出，溫度上升極其緩慢，加溫時(shí)間高達(dá)48 h，在現(xiàn)場(chǎng)放油階段依然耗費(fèi)30 min，產(chǎn)出液到達(dá)卸油臺(tái)溫度僅35 ℃，于是我們提出加藥劑分離油水，加溫前切水的方式，這樣每天上午10點(diǎn)，進(jìn)行一次切水，拉走部分油水分離的水之后再進(jìn)行加溫，效果顯而易見(jiàn)。結(jié)合切水水量和加溫溫度變化的組合進(jìn)行反復(fù)實(shí)踐優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)每天下午14:00切水12方水后總耗電量最低，且拉油效果最好。

2.2.3 單拉罐報(bào)警預(yù)警

借助Rtu作為數(shù)據(jù)采集和通訊核心，可以將多種參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一，一方面可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、電量計(jì)算、遠(yuǎn)程遙控等基礎(chǔ)功能，另一方面也為液位監(jiān)測(cè)、保障報(bào)警、遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)等多種參數(shù)實(shí)現(xiàn)技術(shù)支持，還內(nèi)置了加溫過(guò)程保護(hù)和防失電保護(hù)功能，設(shè)置電壓、電流上下限，對(duì)過(guò)壓、過(guò)流、短路等進(jìn)行有效防護(hù)；值班人員通過(guò)網(wǎng)頁(yè)版單拉罐監(jiān)控，可以根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求、車輛軌跡、道路情況，及時(shí)通過(guò)協(xié)調(diào)生產(chǎn)指揮中心打開(kāi)網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行控制柜遠(yuǎn)程啟停，尋找最優(yōu)加溫放油周期。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控還可實(shí)現(xiàn)液位超高限報(bào)警(超2.6 m報(bào)警，提前預(yù)警防止冒罐)、超低限報(bào)警(低于0.6 m報(bào)警，防止溫度過(guò)高出現(xiàn)安全事故)、液位連續(xù)下降報(bào)警(連續(xù)下降超過(guò)0.3 m，防止丟油)，平臺(tái)及短信自動(dòng)推動(dòng)報(bào)警信息(3 min指揮中心管控崗不處理，持續(xù)推送報(bào)警)。

生產(chǎn)指揮中心管控崗借用網(wǎng)頁(yè)版單拉井?dāng)?shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)，通過(guò)曲線來(lái)尋找隱藏的故障問(wèn)題和最優(yōu)的加溫拉油周期，例如同樣的雙加熱棒稀油井，全天產(chǎn)液量接近油井，加熱時(shí)間長(zhǎng)溫度卻遞增較慢，就需要從加熱棒熱效率和該井的原油物性等方面進(jìn)行檢查落實(shí)，信息化采集數(shù)據(jù)是趨勢(shì)分析，同類型的橫向縱向?qū)Ρ雀欣诰C合生產(chǎn)，為管理區(qū)無(wú)人化少人化值守多一份保障，多一分隱患排查。

2.3 單拉井集輸優(yōu)化方案

深挖數(shù)據(jù)潛力，以節(jié)能降耗為目標(biāo)，基于單拉井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，整合集成了EPBP源頭油井日度數(shù)據(jù)、?；奋囕v運(yùn)輸GPS監(jiān)控系統(tǒng)、電力運(yùn)行結(jié)算系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)，形成了集運(yùn)行監(jiān)控、評(píng)價(jià)考核于一體的單拉井綜合運(yùn)行管控平臺(tái)。對(duì)單罐加溫時(shí)段、加溫時(shí)長(zhǎng)、溫升質(zhì)量、加溫耗電實(shí)時(shí)跟蹤評(píng)價(jià)，分單位用電情況自動(dòng)匯總統(tǒng)計(jì)，實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)整。主要優(yōu)化方案如下：

(1)針對(duì)含水低、運(yùn)距遠(yuǎn)的油井，加熱時(shí)段為23:00～07:00， 將廣九區(qū)塊5個(gè)拉油點(diǎn)實(shí)施低液位(1.1～1.3 m)合車?yán)?，裝卸時(shí)間提至每天上午第一車，提高熱效率，減少尖峰加熱時(shí)長(zhǎng)。

(2)針對(duì)高含水單拉井，實(shí)施周期加熱，如草20-平130、平135兩座高架罐含水高，不加熱直接倒水，待油位達(dá)到1 m以上后再加溫倒油，既降低了耗電量又提高了拉油效率。

(3)針對(duì)集中拉油點(diǎn)低含水稠油，加熱時(shí)間段23:00～07:00，上午裝油后在中午11:30～15:00平期加溫，保障下午倒油。

(4)隨著氣溫升高，夜間加溫起始時(shí)間由22點(diǎn)逐步調(diào)整到目前的24:00，縮短加溫時(shí)間。

(5)針對(duì)大罐遠(yuǎn)程加熱，自動(dòng)化運(yùn)維人員及時(shí)查找缺陷問(wèn)題，盡快修復(fù)無(wú)法加熱的、無(wú)法遠(yuǎn)程控制的罐，保障大罐加熱上線率。

2.4 信息化技術(shù)改造成本分析

如表1所示，管理區(qū)23口單拉井信息化技術(shù)改造的總投資成本約41.56萬(wàn)元。

表1 項(xiàng)目總投資估算表

3 節(jié)能降耗成效分析

(1)改變勞動(dòng)組織形式，降低人工成本。

信息化提升改造后，指揮中心直接管理到單井，管理層級(jí)減少，管理方式扁平化，勞動(dòng)力資源配置更加合理。單拉井看護(hù)由24 h駐崗值守變?yōu)樯a(chǎn)指揮中心遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)參數(shù)全天候?qū)崟r(shí)采集和無(wú)人值守，原崗位人員調(diào)整至缺員崗位，節(jié)約用工46人，合計(jì)人工成本708萬(wàn)元，節(jié)約23套看井板房(一套單拉井板房?jī)r(jià)值6.5萬(wàn)元，配簡(jiǎn)單生活設(shè)施：電視、電磁爐、空調(diào)、床等)，價(jià)值149萬(wàn)元，已調(diào)劑其它單位使用，節(jié)約值守人員生活用電27萬(wàn)kWh/年。

(2)優(yōu)化加熱方案，節(jié)約電耗。

信息化提升改造后，根據(jù)單拉罐液位數(shù)據(jù)、結(jié)合電網(wǎng)“尖峰平谷”電價(jià)差異性，優(yōu)化了31口井的單井罐加熱、倒油方案，倒油周期與加溫周期的日度評(píng)價(jià)，加溫質(zhì)量與加溫時(shí)段的日度評(píng)價(jià)，噸油電費(fèi)下降明顯，2019年年節(jié)電30.8萬(wàn)kWh，年節(jié)電費(fèi)22.4萬(wàn)元，節(jié)能降耗效果顯著。