油田能源管控建設(shè)實(shí)踐

蔣維東 （大慶油田慶新油田開發(fā)有限責(zé)任公司）

油田開發(fā)工藝中，采出液舉升，流體增壓、升溫，采出液分離處理，以及生產(chǎn)、生活、辦公照明、采暖、通風(fēng)等，均需要消耗大量能源，能源消耗品類主要有：電力、天然氣、原煤。出于安全、平穩(wěn)生產(chǎn)的需要，按照常規(guī)節(jié)能管理模式，節(jié)能挖潛難度較大。A 油田根據(jù)地面建設(shè)及生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)現(xiàn)狀，引入能源管控先進(jìn)管理理念，發(fā)揮數(shù)字油田、智能油田優(yōu)勢(shì)，配套組織機(jī)構(gòu)變革，達(dá)到了“優(yōu)化級(jí)”能源管控水平，并在部分生產(chǎn)系統(tǒng)逐步推向“智能級(jí)”[1-2]。

1 現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 現(xiàn)狀

以A 油田為例，該油田為大慶外圍中-低滲透油田，油層發(fā)育較差，單井日產(chǎn)液較低，油井井距250 m 左右。原油集輸采用單管環(huán)狀摻水集油工藝，注水采用分散注水工藝，采油工藝主要為抽油機(jī)舉升，在生產(chǎn)過程中存在能耗設(shè)備功率小、數(shù)量多，用能節(jié)點(diǎn)多、分布散，氣候環(huán)境惡劣等特點(diǎn)。

1.2 存在的問題

長(zhǎng)期以來，A 油田受地層發(fā)育以及地理環(huán)境的限制，加之該油田用工規(guī)模小等原因，員工勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)精細(xì)化管理水平難以提高，能耗增長(zhǎng)也很難得到有效控制，單位液量生產(chǎn)綜合能耗居高不下。

由于國(guó)際油價(jià)長(zhǎng)期低迷、震蕩，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)形勢(shì)不容樂觀，加之國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略的提出，亟需依靠技術(shù)、管理創(chuàng)新，深入挖掘節(jié)能潛力，控制生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本、以及減少碳排放量，達(dá)到節(jié)能減排降本增效的目的。

2 能源管控建設(shè)的主要做法

A 油田按照能源管控企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《Q/SY 09004.1—2018 能源管控第1 部分：管理指南》《Q/SY 09004.1—2019 能源管控第2 部分：評(píng)估指南》要求，在整裝數(shù)字化油田的基礎(chǔ)上，研發(fā)了能源管控平臺(tái)，配套以組織機(jī)構(gòu)變革，實(shí)現(xiàn)了能源高效、專業(yè)化的管理，取得了良好的節(jié)能效果及管理效益[3-4]。

2.1 依托整裝數(shù)字油田

A 油田經(jīng)過十余年探索實(shí)踐，歷經(jīng)數(shù)字化建設(shè)和智能化提升兩個(gè)階段，信息流、數(shù)據(jù)流得到有效整合和挖掘，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互管理向智能輔助決策指揮的轉(zhuǎn)變，初步形成了智能油田管理模式，搭建了涵蓋數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)應(yīng)用的完整架構(gòu)，為能源管控的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

在數(shù)據(jù)采集方面，依托完整的物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)、穩(wěn)定的通信傳輸及高效的采集驅(qū)動(dòng)技術(shù)，95%以上的生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化采集；同時(shí)對(duì)未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化采集的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)生成數(shù)據(jù)采集指令，一次錄入，全員共享。

在數(shù)據(jù)管理方面，A 油田分別建立了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)以及應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)，其中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)用于管理井、間、站等生產(chǎn)單元自動(dòng)采集的海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)用以管理統(tǒng)建庫(kù)回遷數(shù)據(jù)、各應(yīng)用系統(tǒng)二次計(jì)算以及人工錄入產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)，并研發(fā)了數(shù)據(jù)質(zhì)量管理系統(tǒng)，制定了數(shù)據(jù)質(zhì)檢流程，用于數(shù)據(jù)集中管理，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、存儲(chǔ)統(tǒng)一，達(dá)到互聯(lián)共享[5-7]。

在數(shù)據(jù)應(yīng)用方面，A 油田開發(fā)了大量的應(yīng)用管理系統(tǒng)。在采油井管理方面，通過單井運(yùn)行管理系統(tǒng)以及機(jī)采措施智能管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油井電參、力參的實(shí)時(shí)監(jiān)控，自動(dòng)推送油井停井、皮帶斷等多類故障報(bào)警信息，并通過手機(jī)APP 完成指令下達(dá)、落實(shí)反饋、追蹤維護(hù)全流程業(yè)務(wù)；通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功圖、電參、力參等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了工況、結(jié)蠟、平衡預(yù)警，方案推送。利用遠(yuǎn)程啟停模塊，結(jié)合井場(chǎng)視頻監(jiān)控，設(shè)定間抽啟停機(jī)制度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)間抽。在集輸管理方面，可以通過各站管理系統(tǒng)及集油間監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)井、間、站集輸管線運(yùn)行狀態(tài)及站控關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的智能監(jiān)控及自動(dòng)操作，實(shí)現(xiàn)故障隱患報(bào)警，摻水流量、外輸流量、反洗流量、回收流量、環(huán)摻水量、加熱爐進(jìn)氣量關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)程控制及聯(lián)鎖控制，確保了站間集輸管理的安全高效運(yùn)行。在注水管理方面，可以通過來水壓力、油壓、泵壓、水量異常報(bào)警，實(shí)現(xiàn)對(duì)注配間及注水泵實(shí)時(shí)監(jiān)控、單井注水量遠(yuǎn)程智能調(diào)控等。

2.2 開發(fā)能源管控平臺(tái)

A 油田為實(shí)現(xiàn)能耗專業(yè)化管理，對(duì)智能化油田多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)能耗控制相關(guān)功能進(jìn)行了資源整合，開發(fā)具備能耗指標(biāo)管理、能耗目標(biāo)監(jiān)控等功能，集機(jī)采、集輸、注水系統(tǒng)能耗優(yōu)化功能于一體的能源管控平臺(tái)，形成了從“能耗預(yù)警、自動(dòng)分析、措施推送、效果評(píng)價(jià)”的閉環(huán)管理模式。能源管控平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 能源管控平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)Fig.1 Functional structure of energy control platform

2.2.1 能耗指標(biāo)管理

1）在指標(biāo)制定方面，能源管控平臺(tái)可以依據(jù)歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合當(dāng)年開發(fā)計(jì)劃、“雙控”指標(biāo)，制定當(dāng)年年度能耗考核及獎(jiǎng)勵(lì)指標(biāo)，再劈分至各用能部門，分解至各月度，最終實(shí)現(xiàn)將年度能耗考核指標(biāo)分解為各部門月度能耗考核指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)精細(xì)化管理。

2）在指標(biāo)運(yùn)行方面，平臺(tái)以數(shù)字化油田完善的數(shù)據(jù)采集及管理系統(tǒng)為依托，月度自動(dòng)生成各部門月度能耗指標(biāo)完成情況，依據(jù)公司節(jié)能相關(guān)管理制度，自動(dòng)生產(chǎn)指標(biāo)考核審批單，實(shí)現(xiàn)節(jié)能指標(biāo)考核一鍵完成。

3）在對(duì)標(biāo)分析方面，系統(tǒng)按管理層級(jí)，可對(duì)公司指標(biāo)、采油區(qū)指標(biāo)、集油配注間指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析；在生產(chǎn)系統(tǒng)上，可對(duì)機(jī)采系統(tǒng)、集輸系統(tǒng)、注水系統(tǒng)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析；按時(shí)間跨度，可對(duì)年度指標(biāo)、季度指標(biāo)、月度指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，指標(biāo)涵蓋能耗總量、用能單耗、生產(chǎn)情況，能耗總量指標(biāo)如能源消耗總量、耗電量、耗氣量等；同時(shí)系統(tǒng)預(yù)留有數(shù)據(jù)接口，支持其他部署該管理平臺(tái)的采油廠，共享能耗數(shù)據(jù)，進(jìn)行橫向?qū)Ρ?。解決了傳統(tǒng)年度對(duì)標(biāo)、半年對(duì)標(biāo)周期長(zhǎng)、實(shí)時(shí)性差等問題，通過高效對(duì)標(biāo)為進(jìn)一步挖掘潛力、精準(zhǔn)施策提供了數(shù)據(jù)支持[8-10]。

2.2.2 能耗目標(biāo)監(jiān)控

以能耗為切入點(diǎn)，通過對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、遠(yuǎn)程傳輸、數(shù)據(jù)計(jì)算、多樣化展示，形成了立體化、多維度的能耗監(jiān)控。按管理職能，可針對(duì)生產(chǎn)管理、能源管理以及用能單位，形成針對(duì)不同部門的管理監(jiān)控功能；按生產(chǎn)系統(tǒng)，可針對(duì)機(jī)采管理、集輸管理以及注水管理，形成不同子系統(tǒng)的監(jiān)控功能；按時(shí)間維度，可形成年度、月度、日數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表、圖表展示；按能耗情況，可形成能耗總量、系統(tǒng)單耗、效率統(tǒng)計(jì)等不同角度的監(jiān)控頁(yè)面。能耗監(jiān)控及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)由原來現(xiàn)場(chǎng)抄錄、人工統(tǒng)計(jì)，轉(zhuǎn)變?yōu)槟壳白詣?dòng)計(jì)量、系統(tǒng)計(jì)算，大幅提高員工的工作效率，極大地方便了各層級(jí)管理技術(shù)人員對(duì)能耗數(shù)據(jù)的掌握及分析。

2.2.3 生產(chǎn)能耗優(yōu)化

能源管控平臺(tái)通過對(duì)能耗數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，自動(dòng)對(duì)不同用能系統(tǒng)、用能單元進(jìn)行能耗評(píng)價(jià)、異常報(bào)警、歸因分析、方案推送、措施執(zhí)行、效果評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)機(jī)采、注水、集輸系統(tǒng)能耗優(yōu)化的全流程閉環(huán)管理。

1） 在能耗評(píng)價(jià)方面。系統(tǒng)分別制定了機(jī)采井、注配間、集油環(huán)能耗評(píng)價(jià)圖版，分別采用機(jī)采系統(tǒng)效率、單位壓力注水用電單耗、平均單井瞬時(shí)摻水量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)價(jià)其用能水平，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果劃分為高效區(qū)、合理區(qū)、潛力區(qū)、低效區(qū)、待落實(shí)區(qū)，通過效率評(píng)價(jià)，輔助技術(shù)管理人員宏觀掌控機(jī)采、注水、集輸系統(tǒng)各單元用能效率，為下步治理措施提供方向。

2）在能耗預(yù)警方面。平臺(tái)針對(duì)機(jī)采、注水系統(tǒng)分別制訂了預(yù)警規(guī)則，采取閾值超限報(bào)警。其中機(jī)采系統(tǒng)共設(shè)置預(yù)警參數(shù)三個(gè)：系統(tǒng)效率、采油用電單耗、日耗電，注水系統(tǒng)采用單位壓力注水用電單耗，多個(gè)預(yù)警參數(shù)之間的邏輯關(guān)系可自由設(shè)定，不同機(jī)采井、注配間的預(yù)警閾值可以個(gè)性化設(shè)定，從而可以有效的提升預(yù)警準(zhǔn)確率，并根據(jù)生產(chǎn)單位實(shí)際的預(yù)警處理能力，控制預(yù)警數(shù)量，確保預(yù)警的有效性。

3）在歸因分析方面。平臺(tái)通過整合其他智能軟件分析模型，補(bǔ)充研發(fā)部分分析模型的思路，構(gòu)建出了涵蓋機(jī)采、注水、集輸三大系統(tǒng)的歸因分析模型。其中機(jī)采歸因分析模型，單井日耗電量、采油用電單耗、系統(tǒng)效率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)能耗異常井自動(dòng)預(yù)警，系統(tǒng)根據(jù)數(shù)字化自動(dòng)采集的各項(xiàng)電參、力參以及其他數(shù)據(jù)，自動(dòng)從設(shè)計(jì)因素、設(shè)備因素、生產(chǎn)因素和現(xiàn)場(chǎng)因素共4 類因素進(jìn)行歸因分析，發(fā)現(xiàn)異常原因，并推送處置方案。 注水系統(tǒng)通過對(duì)單位壓力注水用電單耗進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警，系統(tǒng)根據(jù)注水量、啟泵組合、地層壓力以及現(xiàn)場(chǎng)因素共4 類因素進(jìn)行分析，繼而推送優(yōu)化處置方案。集輸系統(tǒng)有別于其他兩個(gè)系統(tǒng)，集輸系統(tǒng)通過建立知識(shí)圖譜，將不同數(shù)據(jù)源中的結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，通過實(shí)體識(shí)別、屬性、關(guān)系進(jìn)行知識(shí)抽取，然后把這些抽取的知識(shí)構(gòu)建關(guān)聯(lián)進(jìn)行融合，再通過知識(shí)推理，模擬人的思維過程，從一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)有判斷中推斷出新判斷，基于知識(shí)圖譜，對(duì)集輸系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況進(jìn)行分析、診斷，主動(dòng)推送優(yōu)化方案，知識(shí)圖譜技術(shù)路線見圖2。

圖2 知識(shí)圖譜技術(shù)路線Fig.2 Technical route of knowledge map

4）在措施執(zhí)行方面。平臺(tái)推送的優(yōu)化方案主要有兩條實(shí)施路徑：一是通過平臺(tái)下達(dá)處置指令至手機(jī)APP，現(xiàn)場(chǎng)操作人員按照下達(dá)的指令，執(zhí)行處置措施并反饋處置結(jié)果；二是平臺(tái)直接與現(xiàn)場(chǎng)自控設(shè)備關(guān)聯(lián)控制，現(xiàn)場(chǎng)自控設(shè)備通過通信接口，按照推送方案給定的參數(shù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)。目前可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的有注水量自動(dòng)調(diào)節(jié)、摻水量自動(dòng)調(diào)節(jié)、抽油機(jī)沖次自動(dòng)調(diào)節(jié)、間抽自動(dòng)實(shí)施，正在推進(jìn)實(shí)現(xiàn)的有平衡自動(dòng)調(diào)節(jié)、機(jī)采井藥劑自動(dòng)投放，從而實(shí)現(xiàn)了部分領(lǐng)域的能耗智能化管控。

5） 在效果評(píng)價(jià)方面。平臺(tái)根據(jù)措施執(zhí)行反饋，自動(dòng)對(duì)比措施前后的能耗數(shù)據(jù)、生產(chǎn)參數(shù)變化，自動(dòng)對(duì)措施油井、集油環(huán)進(jìn)行效果統(tǒng)計(jì)，并形成日度、月度、年度評(píng)價(jià)分析報(bào)表，為技術(shù)分析人員、現(xiàn)場(chǎng)操作人員提供效果數(shù)據(jù)，方便管理人員及時(shí)總結(jié)措施經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也可及時(shí)發(fā)現(xiàn)無效措施，促進(jìn)節(jié)能措施處理形成高效、實(shí)用的良性循環(huán)，推動(dòng)系統(tǒng)模型進(jìn)一步升級(jí)。

2.3 優(yōu)化組織管理結(jié)構(gòu)

A 油田的能源管控建設(shè)是數(shù)字化油田、智能化油田建設(shè)的重要組成部分，因此為打通生產(chǎn)能耗優(yōu)化流程以及油田其他生產(chǎn)優(yōu)化流程，A 油田對(duì)組織機(jī)構(gòu)進(jìn)行了較為徹底的改革。按照“主營(yíng)業(yè)務(wù)歸核化、關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)一體化、綜合業(yè)務(wù)共享化、管控模式信息化”思路，優(yōu)化調(diào)整組織結(jié)構(gòu)。按照新型采油氣管理區(qū)建設(shè)模式，實(shí)施采油廠、班組的兩級(jí)管控，充分利用智能化油田的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)施扁平化管理，直接向?qū)I(yè)化班組下達(dá)相關(guān)指令，指揮開發(fā)和生產(chǎn)，確保了各項(xiàng)節(jié)能措施的高效執(zhí)行。

3 應(yīng)用效果

通過依托數(shù)字化、智能化油田優(yōu)勢(shì)，實(shí)施能源管控，A 油田噸液綜合能耗下降6.6 kgce/t，下降19.1%，綜合單井用人下降0.26 人，下降37.7%，取得了良好的節(jié)能降耗以及經(jīng)營(yíng)管理，能源管控應(yīng)用效果對(duì)比見表1。

表1 能源管控應(yīng)用效果對(duì)比Tab.1 Comparison of application effects of energy control

4 結(jié)論和建議

通過實(shí)踐證明，利用數(shù)字化、智能化油田技術(shù)，實(shí)施能源管控，可以大幅提升節(jié)能精細(xì)管理水平，擴(kuò)大節(jié)能挖掘潛力，尤其是“智能級(jí)”能源管控，為油田降本增效、節(jié)能降碳、集約管理提供了一種更加高效的技術(shù)手段，將是今后節(jié)能管理重要的發(fā)展方向。同時(shí)也應(yīng)該看到，節(jié)能管理涉及到油藏開發(fā)、生產(chǎn)管理、企業(yè)經(jīng)營(yíng)的方方面面，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，要做好能源管控建設(shè)，必須從各油田的實(shí)際情況出發(fā)，不可生搬硬套?；贏 油田能源管控建設(shè)實(shí)踐，有以下三點(diǎn)建議：一是完備且可靠的計(jì)量、采集、傳輸、儲(chǔ)存以及操控設(shè)備是“智能級(jí)”能源管控建設(shè)重要前提，必須加大投入力度；二是能源管控軟件系統(tǒng)必須清晰功能定位，才能避免和其他生產(chǎn)管理應(yīng)用軟件發(fā)生功能重疊乃至沖突；三是節(jié)能組織管理體系必須與能源管控建設(shè)同步優(yōu)化，確保相互協(xié)調(diào)適應(yīng)。