青海油田采油五廠能源管控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

魏文勇 邱海濤 王彬 苗苗

（1.青海油田公司采油五廠；2.青海油田公司質(zhì)量安全環(huán)保處）

能源管控是近幾年發(fā)展起來的一種新型能源管理模式，是針對(duì)能源生產(chǎn)、輸配和消耗等過程，以自動(dòng)化、信息化技術(shù)為手段，通過能源計(jì)量和在線監(jiān)測(cè)，運(yùn)用對(duì)標(biāo)分析和系統(tǒng)優(yōu)化的方法，對(duì)能源利用實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)控和有效管理，促進(jìn)能源利用最優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)效益最大化的活動(dòng)[1-2]。

青海油田公司將能源管控作為開源節(jié)流降本增效、持續(xù)提高經(jīng)濟(jì)效益的重要抓手，通過部署采油五廠能源管理試點(diǎn)先行，為油田上游業(yè)務(wù)探索可復(fù)制、可移植、可推廣的能源管理建設(shè)模式。在2020年以前完善能源計(jì)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能耗分析系統(tǒng)單獨(dú)計(jì)量，重點(diǎn)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，建立分析級(jí)的能源管控信息平臺(tái)，滿足分系統(tǒng)能耗統(tǒng)計(jì)和能效分析評(píng)價(jià)的需要[3-5]。

1 關(guān)鍵技術(shù)與成果

1）解決目前能源計(jì)量粗放、不完善、不準(zhǔn)確、不實(shí)時(shí)、不穩(wěn)定等問題，構(gòu)建基于單井、單泵、單爐等重要耗能設(shè)備的獨(dú)立精細(xì)計(jì)量、遠(yuǎn)傳、發(fā)布、預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分析級(jí)能源管控模式。

2）攻克電熱桿人為調(diào)整、過加熱耗能、欠加熱卡井等突出矛盾，先導(dǎo)性探索研究機(jī)采井電加熱自我學(xué)習(xí)、智能管理、高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)部分單元能源管控優(yōu)化升級(jí)。

3）突破機(jī)采系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、集輸系統(tǒng)等高能耗、高成本、低效益瓶頸，提高油田經(jīng)濟(jì)效益。

4）開發(fā)建設(shè)能源管控信息平臺(tái)。

2 實(shí)現(xiàn)具體功能成果

根據(jù)能源管控規(guī)范要求和實(shí)際油田能源管控業(yè)務(wù)流程要求，對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)流向、數(shù)據(jù)處理、設(shè)備運(yùn)行流程、管理流程、考核要求等，進(jìn)行業(yè)務(wù)需求分析和軟件需求分析，并建設(shè)采油五廠能源管控平臺(tái)系統(tǒng)[6]。系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，畫面監(jiān)控、報(bào)表等也支持C/S架構(gòu)的客戶端程序，系統(tǒng)具有很好的擴(kuò)展性，開放性，支持人機(jī)界面支持多種主流分辨率，Web和客戶端程序操作平均響應(yīng)時(shí)間小于3s，復(fù)雜的多維度數(shù)據(jù)挖掘查詢時(shí)間小于5s，Web頁面支持并發(fā)訪問，最大連接數(shù)大于50，系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)服務(wù)支持分布式部署，支持跨操作系統(tǒng)部署支持主流瀏覽器。系統(tǒng)主要功能有能源計(jì)劃與調(diào)度管理、能耗監(jiān)測(cè)與預(yù)警、能源成本管理、能源績(jī)效與考核管理、計(jì)量器具管理、綜合統(tǒng)計(jì)分析、能源管控綜合管理、模擬與優(yōu)化等功能[7-11]。

通過數(shù)據(jù)積累，可分析出設(shè)備效率最優(yōu)化的工況條件，在大量歷史數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行建模，推送優(yōu)化運(yùn)行策略，是節(jié)能優(yōu)化的途徑和方向。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

1）基于功圖數(shù)據(jù)的間抽控制及工藝制度優(yōu)化。在間抽井現(xiàn)場(chǎng)配置間抽控制柜及操作傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在間抽控制柜內(nèi)配置工控機(jī)，部署間抽控制程序。間抽策略通過采集地層供液能力、抽汲工作制度、實(shí)時(shí)的泵效等多個(gè)因素參數(shù)，進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的跟蹤，融合專家經(jīng)驗(yàn)、工況參數(shù)，對(duì)動(dòng)液面恢復(fù)機(jī)制建立數(shù)據(jù)模型，跟蹤預(yù)測(cè)每一個(gè)間抽周期，以確定的泵效范圍為主目標(biāo)，兼顧產(chǎn)液量分目標(biāo)，利用智能化算法推送間抽控制策略?；诠D數(shù)據(jù)的充滿度計(jì)算，比單純?cè)O(shè)置停井間隔時(shí)間控制間抽的工藝制度，更加能適應(yīng)井況變化，更加智能化。

2）基于井下光纖測(cè)溫的油井電加熱制度優(yōu)化。由于采油五廠產(chǎn)液含蠟量較高，現(xiàn)有油井在油管設(shè)置了伴熱電纜用于防、除蠟，伴熱電纜的工作機(jī)制是根據(jù)人工歷史經(jīng)驗(yàn)配置加熱工作時(shí)間和停止時(shí)間，循環(huán)工作。影響結(jié)蠟的因素，有油氣比，油水比，油套壓等因素，加熱制度固定的話，不能反映這些因素變化的影響，有過加熱和欠加熱的情況。采用DTS光纖探測(cè)系統(tǒng)，其光纖傳感器能抵御強(qiáng)烈電磁干擾、防潮防輻射，以及本質(zhì)安全等特性，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、定溫報(bào)警、溫升速率報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)顯示、特性曲線顯示、遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷和維修、探測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能，實(shí)時(shí)顯示每隔1m各點(diǎn)的溫度變化，基本消除誤報(bào)，同時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求對(duì)報(bào)警值進(jìn)行修正。

3）基于抽油機(jī)柔性控制的機(jī)采系統(tǒng)優(yōu)化。傳統(tǒng)機(jī)采系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)隨著地下地質(zhì)情況的變化，供液能力、油密度、結(jié)蠟、沉沒度等都會(huì)動(dòng)態(tài)變化，泵效會(huì)逐漸下降，但即使調(diào)整好泵效，一段時(shí)間后也會(huì)隨著工況變化而下降，根據(jù)監(jiān)測(cè)的歷史數(shù)據(jù)分析可知，這些因素中，對(duì)沉沒度的控制是關(guān)鍵因素，實(shí)現(xiàn)供采平衡，保持高泵效，需要控制合理沉沒度下的載荷恒定，同時(shí)保持地面機(jī)械平衡。傳統(tǒng)的抽油機(jī)井，在工頻運(yùn)行時(shí)，旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)過程以強(qiáng)制性為準(zhǔn)正弦速度分布形態(tài)。低速區(qū)漏失率偏高，高速區(qū)流體阻尼偏大。固定的加速過程，使桿柱承受較大的震動(dòng)和慣性負(fù)荷。因此，單純的閉環(huán)控制解決了自動(dòng)調(diào)參問題。但不能滿足降低負(fù)載，改善工況的需求，為了更高效地解決上述問題，優(yōu)化系統(tǒng)管理，提升系統(tǒng)性能，采油五廠提出了一種抽油機(jī)變速運(yùn)行智能控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)井的遠(yuǎn)程閉環(huán)自動(dòng)調(diào)參和柔性控制變速運(yùn)行。

現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員依據(jù)抽油機(jī)井當(dāng)前的泵效，在智能終端設(shè)備上設(shè)定目標(biāo)泵效，智能終端設(shè)備依據(jù)閉環(huán)協(xié)調(diào)計(jì)算公式計(jì)算出目標(biāo)沖次。并將目標(biāo)沖次以指令的形式發(fā)送給閉環(huán)控制器，閉環(huán)控制器接收到指令之后，控制變頻控制器，調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行頻率，達(dá)到改變沖次的目的，如果經(jīng)過一次調(diào)整并不能達(dá)到理想的泵效，可重復(fù)上述操作。

4 應(yīng)用效果分析

通過建設(shè)采油五廠能源管控平臺(tái)系統(tǒng)，并對(duì)50口采油井系統(tǒng)改造、9口采油井優(yōu)化試驗(yàn)，對(duì)其進(jìn)行能源管控綜合管理和綜合統(tǒng)計(jì)分析。

1）經(jīng)濟(jì)效益。納入平臺(tái)管控機(jī)采環(huán)節(jié)電力單耗為87.17kWh/t，2020年機(jī)采環(huán)節(jié)電力單耗為97.01kWh/t，節(jié)電率為10.14%。

2）社會(huì)效益。本項(xiàng)目的建設(shè)順應(yīng)了當(dāng)前油企的客觀發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)能源管理手段的轉(zhuǎn)變與創(chuàng)新，有效避免油氣生產(chǎn)中能源浪費(fèi)，最終提升能源管控的精細(xì)化、智能化管理水平。通過對(duì)各能耗單元的分級(jí)主動(dòng)監(jiān)測(cè)，為能耗分析，精確定位能耗不合理點(diǎn)提供了數(shù)據(jù)支撐。通過能耗指標(biāo)異?？梢远ㄎ徊捎途?、注水井、泵等生產(chǎn)設(shè)施的異常情況指導(dǎo)生產(chǎn)。

3）推廣應(yīng)用前景。建成分析級(jí)能源管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各單元能耗信息及時(shí)、準(zhǔn)確、完整的統(tǒng)計(jì)、分析、發(fā)布，實(shí)現(xiàn)能耗信息的集成、共享，為能耗運(yùn)行管理提供決策依據(jù)，支撐能源管控精細(xì)化管理。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)標(biāo)，趨勢(shì)預(yù)測(cè)，主動(dòng)預(yù)警，幫助企業(yè)針對(duì)異常情況開展能耗診斷及用能優(yōu)化，促進(jìn)生產(chǎn)過程能源利用科學(xué)化管理和精細(xì)化控制，年可節(jié)省電力費(fèi)用392.7萬元。

5 結(jié)論

建成采油五廠分析級(jí)能源管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各單元能耗信息及時(shí)、準(zhǔn)確、完整的統(tǒng)計(jì)、分析、發(fā)布，為能耗運(yùn)行管理提供決策依據(jù)，支撐能源管控精細(xì)化管理。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)標(biāo)，趨勢(shì)預(yù)測(cè)，主動(dòng)預(yù)警，幫助企業(yè)針對(duì)異常情況開展能耗診斷及用能優(yōu)化，促進(jìn)生產(chǎn)過程能源利用科學(xué)化管理和精細(xì)化控制。