基于綠色發(fā)展戰(zhàn)略的能源管控構(gòu)建研究
——以勝利油田能源管控中心為例

解宇欣,李來俊

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海) 經(jīng)濟管理學(xué)院,山東 威海 264209；2.中國石化勝利油田分公司 安全環(huán)保質(zhì)量管理部， 山東 東營 257000)

能源是國家重要的戰(zhàn)略資源，是經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和根本保障。節(jié)約能源和提升能效水平已成為解決我國能源短缺和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)問題的首選思路。勝利油田作為老油田的典型代表，面臨著能耗總量居高不下，能效管理水平不高等問題，嚴重制約油田高質(zhì)量發(fā)展，亟需通過實施節(jié)能減排實現(xiàn)綠色發(fā)展，持續(xù)增強企業(yè)核心競爭力,能源管控是油田高質(zhì)量發(fā)展的必然選擇。從國家對石油化工企業(yè)的要求看，工業(yè)和信息化部明確要求，年耗能30萬噸標準煤當(dāng)量(Tons of Carbon Equiudent, 以下簡稱tce)以上的石油化工企業(yè)要建設(shè)能源管控中心；從油田能源消耗強度看，傳統(tǒng)的能源管理模式已無法滿足油田高質(zhì)量發(fā)展的要求，油田能耗對比美孚、殼牌等國際先進油公司仍有較大差距，能源管理模式依然粗放。陳由旺[1]針對節(jié)能提效面臨的問題與挑戰(zhàn)，提出發(fā)展節(jié)能工藝技術(shù)、能量系統(tǒng)優(yōu)化、智能化能源管控、余熱余壓等余能高效利用、新能源技術(shù)等方面的節(jié)能技術(shù)發(fā)展方向。楊波[2]總結(jié)大數(shù)據(jù)綜合能源所呈現(xiàn)的優(yōu)勢，從創(chuàng)新綜合能源服務(wù)理念、加強綜合能源管控與運營統(tǒng)籌、加強技術(shù)創(chuàng)新、加強監(jiān)督與管理4個方面提出建議。魏文勇[3]通過能源管控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，以互聯(lián)網(wǎng)、能源管理數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，通過能源在線計量，初步解決“能耗數(shù)據(jù)人工抄錄實時性差、采集數(shù)據(jù)不同步，能耗指標實效性差，能源消耗構(gòu)成不清”等問題。魏吉祥[4]從我國工業(yè)企業(yè)能源管理現(xiàn)狀出發(fā)結(jié)合能源管理體系標準研究，分析能源建設(shè)失敗的普遍原因，提出企業(yè)加強能源管控項目建設(shè)的質(zhì)量管理方式。研究針對勝利油田能源管控現(xiàn)狀提出構(gòu)建能源管控的具體舉措。

1 勝利油田能源管控存在的問題

勝利油田是我國重要的石油工業(yè)基地, 目前有東部、西部兩個探區(qū)。東部探區(qū)濟陽凹陷主要分布在山東省東營市等8個市的28個縣(區(qū))內(nèi)以及海上遼東東地區(qū)，主體部分位于東營市；西部探區(qū)分布在新疆等4個省(自治區(qū))，主要工區(qū)位于準噶爾盆地。下設(shè)16個開發(fā)單位、1個集輸總廠、1個自備電廠、32個專業(yè)化和后勤輔助單位。截止2020年末，油水井總數(shù)32 019口、注水站388座、接轉(zhuǎn)站77座、聯(lián)合站66座、供電線路962條，具有點多線長面廣的特點。勝利油田能耗主要涉及油氣提升、注水注聚、油氣集輸?shù)乳_發(fā)過程，能耗形式主要為電能。2019年勝利油田產(chǎn)液29 199萬t，年消耗電能515 931萬kW·h，消耗天然氣37 828萬m3，消耗汽柴油3.18萬噸，噸油氣綜合能耗103.92 kg標煤，每年能源消耗成本占操作成本的28%。盡管在節(jié)能技術(shù)與管理方面采取許多措施，但由于耗能節(jié)點多、能耗總量大，在能源管控方面還存在信息不能有效集成利用等問題。

1.1 信息化建設(shè)缺乏整體規(guī)劃

信息化建設(shè)存在部分供電線路、耗能設(shè)備能源消耗計量不完善、不準確，信息系統(tǒng)之間不貫通，節(jié)能減排工作缺乏數(shù)字化支撐。如，中國石化勘探開發(fā)業(yè)務(wù)協(xié)同平臺(Sinopec E&P Business Cooperation Platform ，以下簡稱EPBP)、生產(chǎn)指揮系統(tǒng)(Product Control System，以下簡稱PCS)、電力系統(tǒng)、設(shè)備管理等系統(tǒng)開發(fā)時缺乏整體規(guī)劃，相關(guān)系統(tǒng)之間沒有能源消耗數(shù)據(jù)集成，造成“信息孤島”，導(dǎo)致能源管控的統(tǒng)計周期長、崗位關(guān)聯(lián)性和協(xié)同性差等問題。雖然每年層層下達目標，但由于缺少過程管控平臺和針對性強的措施，導(dǎo)致管理效率低，數(shù)據(jù)權(quán)威性存疑。

1.2 能源優(yōu)化動態(tài)性不強

能源有效利用率偏低，從勝利油田注采結(jié)構(gòu)看，含水超95%油井產(chǎn)液量占2/3，產(chǎn)油量僅占1/6，這部分油井與低含水油井耗電基本相當(dāng)，造成低效能耗占比高，產(chǎn)液結(jié)構(gòu)亟待優(yōu)化。從稠油產(chǎn)量占比看，稠油約占全部產(chǎn)量19%，能耗占比卻高達55.1%，采油工藝技術(shù)優(yōu)化力度仍需加強，開采方式需要進一步改進。從地面設(shè)施整體布局看，部分油藏產(chǎn)能與地面設(shè)施匹配度不足，存在“大馬拉小車”現(xiàn)象，需要動態(tài)優(yōu)化地面設(shè)施，降低地面系統(tǒng)能耗。

1.3 能源消費結(jié)構(gòu)不合理

從能源實物量消費來看，2019年勝利油田能源消費總量達到242萬噸標準煤當(dāng)量，采油污水余熱、地?zé)帷⑻柲?、風(fēng)能等可再生能源僅占4.5%，2020年新能源占比為7.66%，新能源利用率偏低，新能源替代和應(yīng)用力度仍需進一步加強。

2 能源管控中心構(gòu)建

2020年以來，勝利油田大力踐行綠色低碳發(fā)展戰(zhàn)略，聚焦綠色發(fā)展、綠色能源、綠色生產(chǎn)、綠色服務(wù)、綠色科技、綠色文化等六大行動，明確綠色發(fā)展目標和路徑，加快能源管控中心建設(shè)，推進能效提升工程，堅持把地?zé)?、太陽能、氫能等新型能源發(fā)展作為戰(zhàn)略性任務(wù)來抓，加快形成多能互補的綜合能源利用模式，“十四五”末，力爭油田碳排放總量和綜合能耗均下降10%以上。

2.1 能源管控中心建設(shè)目標、系統(tǒng)架構(gòu)與職責(zé)定位

能源管控涉及到勝利油田的地質(zhì)開發(fā)、生產(chǎn)運行、信息及財務(wù)等多個部門，要符合法律法規(guī)及地方政府節(jié)能減排等要求，要從組織機構(gòu)、制度標準及管控機制建設(shè)等方面進行全面梳理完善，確保能源管控建設(shè)高標準順利建設(shè)實施。充分發(fā)揮能源管理信息化對油田建設(shè)的支撐作用，加強全過程和關(guān)鍵節(jié)點監(jiān)控，實施油藏、地面、區(qū)域一體化的節(jié)能優(yōu)化，提高能源利用率和能效管理水平，最終實現(xiàn)能流可視化、在線可優(yōu)化、效能最大化。

在油田層面成立領(lǐng)導(dǎo)小組，統(tǒng)一能源管控長效計劃的審定、實施和考核，統(tǒng)籌實施運行協(xié)調(diào)，明確構(gòu)建“油田—開發(fā)單位—管理區(qū)”三級貫通系統(tǒng)架構(gòu)，搭建“能耗監(jiān)控、報警預(yù)警、能效評價、能效優(yōu)化、統(tǒng)計考核”5個功能模塊，遵循智云總體架構(gòu)，統(tǒng)一認證、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一風(fēng)格，構(gòu)建“351”能源管控體系[5]。油田層級定位為宏觀監(jiān)控與指揮運行，開發(fā)單位層級定位為動態(tài)分析與協(xié)調(diào)組織，管理區(qū)層級定位為現(xiàn)場操作與日常管理。力求基于EPBP日度生產(chǎn)數(shù)據(jù)、經(jīng)營數(shù)據(jù)以及PCS實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)能流供配可視化。在此基礎(chǔ)上，通過攻關(guān)設(shè)備優(yōu)化技術(shù)、區(qū)域一體化節(jié)能技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備在線可優(yōu)化、系統(tǒng)提效一體化，最終達到能效最大化(見圖1)。

2.2 能源管控中心主要建設(shè)內(nèi)容

圍繞勝利油田能源管控中心建設(shè)，主要從能耗監(jiān)控、能效評價、能效優(yōu)化、能效預(yù)警、統(tǒng)計考核等重點環(huán)節(jié)開展以下5個方面工作：

2.2.1 完善計量，搭建能耗監(jiān)控平臺

能源消耗數(shù)據(jù)集成監(jiān)控是基礎(chǔ)也是難點。針對油田能耗設(shè)備存在點多、線長、面廣，導(dǎo)致電量計量不清，責(zé)任不明。通過分析經(jīng)營需求與業(yè)務(wù)現(xiàn)狀，完善供電線路及用電消耗點、電力自動化數(shù)據(jù)采集，打通量價耗精準管控“最后一公里”。按照“組件化”思路，以電力拓撲庫為主線，集成整合EPBP、PCS、電力系統(tǒng)等數(shù)據(jù)資源，匹配設(shè)備檔案庫靜態(tài)參數(shù)，形成“網(wǎng)結(jié)構(gòu)、能流向、點能耗”的電力供、配、用拓撲關(guān)系網(wǎng)，打通電力系統(tǒng)、設(shè)備系統(tǒng)等“信息孤島”，有效集成能源消耗數(shù)據(jù)資源，解決能耗統(tǒng)計周期長，崗位關(guān)聯(lián)性、協(xié)同性差的問題，實現(xiàn)全方位、立體式能流可視化供配，做到分線路能耗異常的實時感知、日度預(yù)警分析，實現(xiàn)電量、電價、電費精準核算，解決“用電不管電、管電不用電”，用電管理“兩張皮”的問題，油氣開發(fā)單位可以參考分析油氣產(chǎn)量波動分析電量波動，進行電量趨勢分析[6](見圖2)。

圖1 油田能源管控中心“351”體系架構(gòu)

圖2 勝利油田能源管控中心數(shù)據(jù)集成

2.2.2 創(chuàng)建圖版，建立能效評價系統(tǒng)

依據(jù)國家、行業(yè)和企業(yè)標準，通過建立涵蓋采油、注水、集輸、供配電4大系統(tǒng)12類指標的1套評價圖版(見圖3)。分系統(tǒng)通過自動采集能耗數(shù)據(jù)，依據(jù)不同系統(tǒng)指標，圍繞能耗設(shè)備耗能的合理性實現(xiàn)智能化評價。改變以往以點帶面的評價模式，形成一整套標準化、集成化在線評價體系。評價以對標提升為手段，以設(shè)施設(shè)備、組織機構(gòu)為主體，將能耗實際水平與能耗標準、計劃指標、同類主體，自身歷史對比。評價指標涵蓋油田生產(chǎn)過程中百米噸液耗電、電機功率因數(shù)、采油和注水系統(tǒng)效率、單耗、平衡度、泵效、線損率、變壓器功率因數(shù)等關(guān)鍵指標。依據(jù)能效判識標準和設(shè)備實際能效平均水平繪制出標準線、平均線，利用分系統(tǒng)能效評價圖版，每日對所有能耗設(shè)備在線評價，依次分出高效區(qū)、潛力區(qū)、低效區(qū)，實現(xiàn)重點設(shè)備耗能水平全樣本、全時段、實時在線評價，滿足日常生產(chǎn)過程中能耗分析評價需求。如，現(xiàn)河郝現(xiàn)管理區(qū)，根據(jù)不同油藏類型評價圖版，對稀油區(qū)高含水、低效益油井291口評價噸油耗電不達標油井占比16.7%，通過技術(shù)人員分批次優(yōu)化治理后日節(jié)電量1.04萬kW·h。依據(jù)注水系統(tǒng)能效評價，結(jié)合注水泵等重點設(shè)備能耗變化情況，合理運用“機泵調(diào)整、削峰填谷”等技術(shù)改善供需匹配，深挖節(jié)能降耗潛力，對河111注水泵站內(nèi)3#柱塞泵改造，更換了泵頭+大柱塞直徑,河111注水站內(nèi)注水泵由兩臺運行改為一臺大泵運行，日節(jié)電792 kW·h ，年節(jié)電28.9萬kW·h 。

圖3 勝利油田能效在線評價圖版

2.2.3 智能診斷，構(gòu)建能效優(yōu)化模型

應(yīng)用標桿對照、理論計算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等方法，構(gòu)建智能診斷模型，進行自動優(yōu)化分析，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，提升智能化能效管理水平。標桿對照法，根據(jù)不同油井能耗和工藝類型有強關(guān)聯(lián)的特點，從油藏和工藝一體化角度，確定5級對比的推薦策略。第一層級優(yōu)選同開發(fā)單元、同層位、同泵徑等工藝類型達標且提液單耗最低油井，在無此條件下進行第二層條件推薦，逐級對比，并通過產(chǎn)液量、平衡度、沉沒度、回壓、沖次、粘度等六個工藝參數(shù)維度對比分析，找出短板推薦優(yōu)化治理方案。理論計算法，以采油工程原理與設(shè)計為理論基礎(chǔ)，搭建數(shù)學(xué)模型，借助信息化手段實現(xiàn)參數(shù)輸入、迭代計算、結(jié)果篩選和對比輸出4個過程自動化，融合實際經(jīng)驗參數(shù)，保障計算結(jié)果準確性，建立一井一模型，理論計算優(yōu)化空間及潛力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，通過數(shù)據(jù)清洗、數(shù)學(xué)建模、等距取樣、模型訓(xùn)練、預(yù)測應(yīng)用5個步驟建立與實際生產(chǎn)高擬合度模型，對于低效區(qū)用能單元，運用訓(xùn)練成熟的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，預(yù)測設(shè)備能效運行最佳狀態(tài)，擇優(yōu)篩選形成備選技術(shù)方案。通過建立能效優(yōu)化模型，自動推送、跟蹤優(yōu)化方案和過程，自動分析優(yōu)化效果，開展生產(chǎn)過程在線優(yōu)化，實現(xiàn)系統(tǒng)提效一體化，為節(jié)能管理工作提供強有力的支撐。如,按照“降次不降液、供排關(guān)系最優(yōu)”原則，由系統(tǒng)推送出可實施的低效井待審方案，供技術(shù)人員審核確認后實施。2020年至今，現(xiàn)河郝現(xiàn)管理區(qū)通過方案優(yōu)化推送、技術(shù)人員審核，共實施間開9口井，日節(jié)電472 kW·h；參數(shù)優(yōu)化40口井，日節(jié)電739 kW·h，合計年節(jié)電56.7萬kW·h。

2.2.4 劃小單元，建立能效預(yù)警機制

能耗階段數(shù)據(jù)趨勢分析，結(jié)合技術(shù)人員業(yè)務(wù)經(jīng)驗，以“單井”為最小單元，設(shè)置診斷預(yù)警模型9大類48項，通過分單位、分類別、分時段、分責(zé)任人統(tǒng)計各管理區(qū)報警處置情況，自動跟蹤評價日常運行，倒逼管理區(qū)提升系統(tǒng)應(yīng)用水平和運行時率水平,實時感知能耗過程細微變化，實現(xiàn)管控實時化、分析智能化。運用分線路用電總量、線損波動、運行質(zhì)量3類預(yù)報警模型，實現(xiàn)從宏觀到具體指標的實時報警和超前預(yù)警。通過預(yù)報警提示、預(yù)報警處置、處置結(jié)果跟蹤、處置情況考核，實現(xiàn)分公司、廠、區(qū)電量管控的閉環(huán)提升。利用單拉井能耗預(yù)警管理，實現(xiàn)“錯峰填谷”。如，現(xiàn)河采油廠管轄的單拉井139口，單拉罐128個，過去由于能耗情況不清，部分單拉井電費居高不下，通過實施單拉井在線數(shù)據(jù)監(jiān)控和“尖峰平谷”各時段電價差異，有效促進加溫時長、時段匹配的優(yōu)化，2020年谷期加溫用電占比提升至79.9%，單井加溫電價由0.63元/kW·h下降至0.45元/kW·h，使各管理區(qū)之間形成“比學(xué)趕超”的濃厚氛圍，充分體現(xiàn)崗位人員的勞動價值，大大提升員工節(jié)能降耗的主動性。2020年現(xiàn)河、勝利兩個采油廠分別同比節(jié)電6 256萬kW·h、2 486萬kW·h，用電降幅分別為14.9%、3.57%，實現(xiàn)了能耗管控優(yōu)化。

2.2.5 轉(zhuǎn)變模式，精準能效統(tǒng)計考核

依托能源管控中心這一平臺，加強業(yè)財融合，建立分系統(tǒng)、分設(shè)備的用電消耗標準，配套科學(xué)電費預(yù)算形成機制，避免上下博弈、鞭打快牛現(xiàn)象。按照“比計劃、比先進、比進步”3個維度，根據(jù)油藏類型、陸地/海上的不同，建立多維度、分主體、重效益的對標考核管理體系。形成油田季度督導(dǎo)講評、年度考核，廠級日運行、周評估、月總結(jié)、季考核的能源管控運行機制。通過創(chuàng)新開展“爭紅旗、奪獎杯、打擂臺、創(chuàng)品牌”勞動競賽，為壓實節(jié)能降耗主體責(zé)任，設(shè)立“節(jié)能降耗優(yōu)勝杯”，積極踐行 “崗崗都是效益源泉，人人都是創(chuàng)效主體”理念，將“大罐電加熱”“電量”“提液單耗”“注水單耗”“集輸單耗”納入到比學(xué)趕幫超勞動競賽中，通過指標數(shù)據(jù)自動提取指標可比、對標可追，能效管理變評為比，實現(xiàn)能源精準管控，效益運行，持續(xù)提升能效管理水平。

3 取得的初步成效

運用“PDCA”管理方法，針對勝利油田開發(fā)生產(chǎn)特點，分為試點建設(shè)、推廣應(yīng)用、功能提升3個階段。2016年至2017年，油田優(yōu)選信息化配套建設(shè)相對完善的現(xiàn)河郝現(xiàn)管理區(qū)試點建設(shè)，建成中石化上游板塊首個管理區(qū)能源管控中心，實現(xiàn)管理區(qū)級能流可視化、在線可優(yōu)化、能效最大化的建設(shè)目標；2019年拓展建設(shè)現(xiàn)河采油廠二級能管中心，在此基礎(chǔ)上，2020年9月底，采用“人才+平臺+服務(wù)”的市場服務(wù)模式完成其余15家開發(fā)單位推廣應(yīng)用，標志著勝利油田用電能源管控中心建設(shè)基本到位。目前勝利油田各用能設(shè)備和站庫等能耗數(shù)據(jù)全部自動采集、實時計算、實時分析，實現(xiàn)以供電線路為載體的電力能源閉環(huán)管理,同時也為勝利油田實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展戰(zhàn)略的實施培養(yǎng)專業(yè)化技術(shù)人才。通過能源管控中心運行，2020年勝利油田16家開發(fā)單位同比節(jié)電2.28億度，節(jié)約電費1.6億元，平均噸液綜合耗電由2019年16.51 kW·h/t下降到2020年15.55 kW·h/t,同比下降0.96 kW·h/t，噸油綜合耗電由2019年214.87 kW·h/t下降到2020年202.29 kW·h/t，同比下降12.58 kW·h/t。能源管控體系的建設(shè)和應(yīng)用，促進油氣開發(fā)成本結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，將降低的消耗性成本優(yōu)化調(diào)整到油藏治理、穩(wěn)產(chǎn)基礎(chǔ)投入上，提升成本投入效益，推動油藏經(jīng)營管理良性循環(huán)，實現(xiàn)增儲穩(wěn)油降本的目標和任務(wù)。

4 持續(xù)提升建議

勝利油田通過能源管控中心建設(shè)和應(yīng)用，著力打造“數(shù)在轉(zhuǎn)、云在算、人在干”能源“管+控”新模式，實現(xiàn)了用電能源消耗的精準管控，推動了油田的節(jié)能減排綠色發(fā)展。但能源管控是一項系統(tǒng)工程，要圍繞勝利油田能源消耗點多面廣的現(xiàn)狀，立足能源消耗流程再審視、要素再組合、潛力再挖掘，持續(xù)探索油氣生產(chǎn)與能源消耗深度融合，不斷拓展能源管控中心功能，通過電力供應(yīng)及油氣生產(chǎn)大數(shù)據(jù)分析，從源頭減少能源消耗點，實現(xiàn)能源消耗和生產(chǎn)的最佳匹配，提升能效水平。同時著眼長遠，加快天然氣、風(fēng)能、太陽能、地?zé)岬刃履茉茨K以及碳資產(chǎn)管理模塊建設(shè)，實現(xiàn)電能、太陽能等新能源一體化運行和管控，為油田內(nèi)部碳資產(chǎn)的管理及交易模式，探索一條降能耗、減損耗、控排放的多能互補的綠色企業(yè)發(fā)展之路，促進油田綠色低碳發(fā)展。

5 結(jié)束語

勝利油田以能源精細化、科學(xué)化、集中化管理為主線，完善標準，深化信息技術(shù)應(yīng)用，構(gòu)建“351”能源管控體系，夯實綠色發(fā)展根基。同時與互聯(lián)網(wǎng)深度融合創(chuàng)新，廣泛集成涵蓋勘探開發(fā)、生產(chǎn)運行、設(shè)備管理等數(shù)據(jù)信息，深化信息技術(shù)應(yīng)用，打造具有勝利特色的能源管控平臺，有力地促進企業(yè)能效水平地提升。下一步將拓展能源管控中心范圍和功能，形成支持碳資產(chǎn)管理和多能一體化的管理格局，實現(xiàn)高質(zhì)量跨越式發(fā)展。