魯勝公司新能源管控系統(tǒng)應(yīng)用

朱澤全（勝利油田魯勝石油開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司）

能源管控是基于油田信息化能源管理數(shù)據(jù)庫(kù)，采用計(jì)算機(jī)+互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程采集數(shù)集，通過(guò)人工智能和人的智慧相結(jié)合，在線運(yùn)用對(duì)標(biāo)和系統(tǒng)優(yōu)化的智慧分析決策方法，進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)整理和深度應(yīng)用發(fā)掘，形成由“數(shù)據(jù)”到“知識(shí)”的轉(zhuǎn)變，從而優(yōu)化傳統(tǒng)工藝流程，提供科學(xué)管理方法，實(shí)現(xiàn)由靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、智能到智慧、簡(jiǎn)單到深入、被動(dòng)到主動(dòng)的跨越，形成智慧能源管控管理新模式，實(shí)現(xiàn)能源利用最優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)效益最大化的管理活動(dòng)[1]。

1 實(shí)施背景

1.1 耗能區(qū)域概況

勝利油田魯勝公司擁有15 個(gè)油田24 個(gè)開(kāi)發(fā)單元，分布在三市十縣三區(qū)，點(diǎn)多面廣、管理難度大。油藏類(lèi)型以稠油和低滲透油藏為主，開(kāi)發(fā)難度大，耗能大。動(dòng)用儲(chǔ)量7 245.8 ×104t，采出程度15.9%，采收率17.8%，年產(chǎn)油43 ×104t，日產(chǎn)油1 755 t，綜合含水率89.6%。下設(shè)5 個(gè)采油管理區(qū)、3 個(gè)項(xiàng)目組，共有油井1 122 口，水井193 口，注水站14 座，接轉(zhuǎn)站2 座，集油站2 座。

傳統(tǒng)能源管控模式年能耗統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1，分析能耗大原因：①魯勝公司管轄的油田單元穿插在各采油廠轄區(qū)內(nèi)，造成區(qū)塊分割、分散，管理難度大，采取人工計(jì)量各系統(tǒng)用電，界限劃分不清，分配不合理，損耗多；②高液量高含水井耗能多；③低液量、低產(chǎn)能、低效井做無(wú)用功浪費(fèi)能源多；④生產(chǎn)設(shè)備匹配不合理，有效載荷低；⑤陳舊設(shè)備占比大，高耗能設(shè)備多；⑥電加熱儲(chǔ)油罐全天候加熱，耗電多成本高；⑦油水井流程布局不合理，耗能多。

表1 傳統(tǒng)能源管控模式年能耗統(tǒng)計(jì)Tab.1 Annual energy consumption statistics of traditional energy management and control mode

1.2 電能管理問(wèn)題概況

在用油田供電公司和4 個(gè)地方電業(yè)局，共有30座變電站，油網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)、國(guó)網(wǎng)供電線路89 條，穿插于各采油廠、地方之間，日耗電28.7×104kWh，產(chǎn)液614.295×104t，綜合含水率89.1%，2022 年消耗電能3.864 8×108kWh，日均耗電105.6×104kWh（占總操作成本22%）。電能管理面臨以下突出問(wèn)題。

1.2.1 供電線路管理難度大

魯勝公司用電線路89 條穿接在7 個(gè)采油廠和10個(gè)地方政府的主線路，線長(zhǎng)、條多、面廣，線路復(fù)雜，電量計(jì)量界面重疊不清楚，傳統(tǒng)計(jì)量方法無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)量；采油管理區(qū)內(nèi)部系統(tǒng)分不清楚。機(jī)采、注水、集輸、后輔等各系統(tǒng)用電界限劃分不清，無(wú)法精細(xì)統(tǒng)計(jì)分析。

1.2.2 管控系統(tǒng)不完善脫節(jié)嚴(yán)重

傳統(tǒng)用電管理采用人工抄表統(tǒng)計(jì)，耗時(shí)耗力，誤差大。日用電為估算數(shù)據(jù)，月度抄表核算，統(tǒng)計(jì)周期長(zhǎng)，嚴(yán)重滯后，分析不清,考核不準(zhǔn)，導(dǎo)致能耗管控難度大，節(jié)能降耗主體責(zé)任難以落實(shí)。供電公司供電系統(tǒng)與魯勝公司用電系統(tǒng)相互獨(dú)立，壁壘嚴(yán)重，數(shù)據(jù)不能互通互用，無(wú)法進(jìn)行統(tǒng)一管理?！肮堋薄坝谩泵摴?jié)嚴(yán)重，導(dǎo)致“用電的不管電、管電的不用電”，管電者關(guān)注電量指標(biāo)，用電者關(guān)注技術(shù)指標(biāo)，導(dǎo)致兩者間業(yè)務(wù)融合不到位[2]。

2 能源管控系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)建立

能源管控系統(tǒng)工程2020 年3 月啟動(dòng)，經(jīng)歷了頂層設(shè)計(jì)、試點(diǎn)研發(fā)、優(yōu)化提升三個(gè)階段，采用自動(dòng)化、信息化等技術(shù)，2021 年1 月建成。擁有五大功能智慧模板（能效監(jiān)控、報(bào)警預(yù)警、能效評(píng)價(jià)、能效優(yōu)化、統(tǒng)計(jì)分析）和23 個(gè)子模塊、128 項(xiàng)業(yè)務(wù)功能，在線采集各能耗參數(shù)→電力分公司用電信息采集系統(tǒng)→勝利油田EPBP→智慧能源管控中心，智慧統(tǒng)計(jì)整理和深度應(yīng)用發(fā)掘，直觀顯示到各級(jí)屏幕上，形成“互聯(lián)網(wǎng)+” 能源管控新模式[3]。

2.2 信息化、數(shù)字化建設(shè)

2.2.1 線路計(jì)量裝置智慧升級(jí)

一是井場(chǎng)變壓器上安裝高低壓計(jì)量無(wú)線遠(yuǎn)傳儀表896 臺(tái)，實(shí)時(shí)在線精準(zhǔn)采集數(shù)據(jù)，完成線路拓?fù)渚S護(hù)工作全覆蓋。二是變電站安裝在線電能表數(shù)據(jù)集抄器，實(shí)時(shí)掌控線路供配能耗變化。

2.2.2 耗能數(shù)據(jù)互通互用

按照“信息化、數(shù)字化”的思路，通過(guò)整合集成PCS 數(shù)據(jù)、EPBP 數(shù)據(jù)、供電數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了變電站→線路→單井，分系統(tǒng)、分線路耗電量、產(chǎn)油量日度數(shù)據(jù)自動(dòng)匯總統(tǒng)計(jì)，解決了能耗統(tǒng)計(jì)周期長(zhǎng)和崗位關(guān)聯(lián)性、協(xié)同性差的問(wèn)題。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(shí)時(shí)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(jié)合數(shù)據(jù)視圖，可對(duì)線路失電進(jìn)行精準(zhǔn)扣產(chǎn)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)已有系統(tǒng)從數(shù)據(jù)、功能和業(yè)務(wù)層面無(wú)縫整合，形成全方位、可視化、立體化能流供配。線路供電量、用電量、線路損耗等指標(biāo)每日自動(dòng)跟蹤評(píng)價(jià)，對(duì)波動(dòng)原因進(jìn)行跟蹤分析[4]。

2.2.3 分系統(tǒng)、分崗位能耗報(bào)警預(yù)警

運(yùn)用分線路能耗總量、線損波動(dòng)、運(yùn)行質(zhì)量三類(lèi)預(yù)警模型，以電力拓?fù)錇橹骶€，構(gòu)建“網(wǎng)結(jié)構(gòu)、線流向、點(diǎn)消耗” 電力供配用關(guān)系，實(shí)現(xiàn)從宏觀到指標(biāo)的實(shí)時(shí)報(bào)警和超前預(yù)警，做到了分線路能耗異常的實(shí)時(shí)感知、日度預(yù)警分析。例如，林東變電站的林勝線。2020 年11 月14 日線路損耗41.9%報(bào)警預(yù)警，經(jīng)排查原因?yàn)橥ㄓ嵒局袛啵?yàn)證了線路波動(dòng)和線損預(yù)警的準(zhǔn)確性。

2.3 智慧評(píng)價(jià)圖版

2.3.1 “4121”分系統(tǒng)能效評(píng)價(jià)體系

“4121”分系統(tǒng)能效評(píng)價(jià)體系，是依據(jù)油田5類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)和文件要求，建立涵蓋采油、注水、集輸、供配電4 大系統(tǒng)，以及百米噸液耗電、電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)、系統(tǒng)效率、提液?jiǎn)魏?、平衡度、泵效?2類(lèi)指標(biāo)，還有1 套智慧評(píng)價(jià)圖版，助力管理區(qū)明確價(jià)值識(shí)別[5]的體系。

2.3.2 智慧化圖版體系

1）分系統(tǒng)能效評(píng)價(jià)圖版可以自動(dòng)提取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)能耗設(shè)備自動(dòng)分區(qū)評(píng)價(jià)：依次分出高效區(qū)（Ⅰ）、潛力區(qū)（Ⅱ）、低效區(qū)（Ⅲ），實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)設(shè)備耗能水平日度在線統(tǒng)計(jì)分析評(píng)價(jià)。例如：提升系統(tǒng)，分不同舉升方式、不同泵徑、不同類(lèi)型對(duì)油井舉升能耗合理性在線統(tǒng)計(jì)分析評(píng)價(jià)7 類(lèi)指標(biāo)[6]。

2）注水系統(tǒng)：各注水站對(duì)不同壓力等級(jí)柱塞泵，分單位對(duì)注水泵的運(yùn)行情況進(jìn)行在線評(píng)價(jià)[7]。

3 實(shí)施效果

魯勝公司能源管控系統(tǒng)依托“互聯(lián)網(wǎng)+”能源管控新模式，對(duì)電耗數(shù)據(jù)在線采集傳輸，并對(duì)其進(jìn)行智慧分析決策，進(jìn)行產(chǎn)液結(jié)構(gòu)優(yōu)化、管網(wǎng)優(yōu)化、參數(shù)優(yōu)化、高耗能設(shè)備優(yōu)化等，提升管理區(qū)能耗管理水平，大幅度降低日用電量，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)用電[8]。

3.1 數(shù)據(jù)歸納

系統(tǒng)的構(gòu)建運(yùn)行，為采油管理區(qū)提供了良好的全生產(chǎn)過(guò)程能耗預(yù)警、評(píng)價(jià)、統(tǒng)計(jì)分析、統(tǒng)籌優(yōu)化，能源管控由月度匯總分析變?yōu)槿斩染珳?zhǔn)管控，有效支撐采油管理區(qū)五項(xiàng)機(jī)制的落實(shí)執(zhí)行，打造了智慧管電、經(jīng)濟(jì)用電的能耗節(jié)能管控標(biāo)桿單位[9-10]。

3.2 在線優(yōu)化

3.2.1 方案優(yōu)化

方案優(yōu)化基于“降次不降液、供排關(guān)系最優(yōu)”的原則，應(yīng)用標(biāo)桿對(duì)照法、理論計(jì)算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，依托專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系和信息技術(shù)，針對(duì)不達(dá)標(biāo)油井，建立能效優(yōu)化模型，自動(dòng)推送參數(shù)優(yōu)化方案，由系統(tǒng)推送出可以實(shí)施低效井待審方案，供技術(shù)人員審核確認(rèn)后實(shí)施，自動(dòng)跟蹤分析優(yōu)化效果。例如：魯源管理區(qū)2021 年1 月1 日至9 月13 日實(shí)施優(yōu)化抽油機(jī)井206 井次，節(jié)電26.559 7×104kWh，增 油1.0×104t，2021 年4 月系統(tǒng)根據(jù)STS311-X58油井生產(chǎn)情況與地質(zhì)能量狀況，結(jié)合功圖分析，優(yōu)化生產(chǎn)時(shí)間和參數(shù)推送方案，優(yōu)化前后參數(shù)及單耗對(duì)比見(jiàn)表2，遠(yuǎn)程設(shè)置自動(dòng)實(shí)施在波谷23:00～7:00開(kāi)井生產(chǎn)，波谷是波峰電費(fèi)的1/3，降低產(chǎn)液?jiǎn)魏?5 kWh/t，由低效區(qū)進(jìn)入潛力區(qū)。

表2 STS 311-X58 井優(yōu)化前后參數(shù)及單耗對(duì)比Tab.1 Comparison between parameters and unit consumption before and after optimization in STS 311-X58 well

3.2.2 參數(shù)優(yōu)化

依托魯勝公司能源管控系統(tǒng)，各采油管理區(qū)生產(chǎn)指揮中心與技術(shù)管理室相關(guān)人員進(jìn)行高耗能油井摸排，組織開(kāi)展高耗能油井治理：對(duì)洗井、檢泵、堵水等措施進(jìn)行了生產(chǎn)參數(shù)調(diào)整，獲得很好效果。例如：2022 年魯源采油管理區(qū)高耗能油井調(diào)參治理，共調(diào)參有效井?dāng)?shù)227 口。高耗能部分油井調(diào)參效果對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 高耗能油部分井調(diào)參效果對(duì)比Tab.3 Comparison of adjusting parameter effect in some wells of high energy consuming oil

3.2.3 電泵綜合能耗在線評(píng)價(jià)

通過(guò)應(yīng)用電泵井噸油耗電評(píng)價(jià)模板，篩評(píng)9口低效電泵井，并進(jìn)行治理，優(yōu)化后壓減液量751 t/d，日節(jié)電1.031 6×104kWh，降低運(yùn)行費(fèi)用約1.14 萬(wàn)元/d。例如：魯平采油管理區(qū)低效電泵井SIZ38-X96，日產(chǎn)液131.4 t，日產(chǎn)油2.6 t，含水率為98%。實(shí)施堵水措施作業(yè)后，優(yōu)化舉升方式，改為500 型螺桿泵生產(chǎn)，日產(chǎn)液18.4 t，日產(chǎn)油5 t，含水率為72.6%，日降液113 t，日增油2.4 t，日節(jié)電量1 362 kWh，噸油運(yùn)行成本由2 374 元/t 下降到1 117 元/t，噸液耗電降低0.4 kWh/t，實(shí)現(xiàn)了該類(lèi)井低效變高效。

3.2.4 流線調(diào)整

能效模板提示：2021 年3 月18 日魯升采油管理區(qū)NZW55-X18 井為NZW55-X19 井組主流線方向上的高液量高含水率的低效井，對(duì)該井實(shí)施“短期離崗”，改變地下流場(chǎng)、擴(kuò)大水驅(qū)波及，非主流線油井ZW55-X15 見(jiàn)效，含水率下降，日增油2.3t，井組減少低效液量228 t/d，日節(jié)電1 841 kWh。

應(yīng)用該模板，魯勝公司對(duì)9 口低效油井實(shí)施“短期離崗“，減少液量516 m3/d，停運(yùn)勝二區(qū)邊外注水站、管11注水站的注水泵3 臺(tái)，節(jié)電1.28×104kWh/d，日節(jié)約電費(fèi)0.78 萬(wàn)元。

3.2.5 更新高耗能設(shè)備

通過(guò)魯勝公司能耗管控平臺(tái)，發(fā)現(xiàn)3 座注水泵站處于低效區(qū)運(yùn)行，存在機(jī)泵匹配不合理的現(xiàn)象，通過(guò)優(yōu)化改造及實(shí)時(shí)跟蹤評(píng)價(jià)注水泵的能耗變化情況，合理運(yùn)用“機(jī)泵調(diào)整、削峰填谷”等技術(shù)改善供需匹配。例如：①在滿足注水井配注的前提下，降低耗能，通過(guò)酸洗注水井，降低注入壓力，對(duì)濱南集輸站雙底單元185 kW 電動(dòng)機(jī)更換為55 kW 電動(dòng)機(jī)，日節(jié)電量292 kWh，年節(jié)電量10.65×104kWh ；②對(duì)勝坨集輸站卸油泵更新改造，原卸油泵功率42 kW，日耗電約330 kWh，改造后的新卸油泵功率22 kW，日耗電約200 kWh，年節(jié)省電量約4.68×104kWh；③對(duì)勝坨集輸站新外輸泵更新改造，原外輸泵功率75 kW，日耗電約594 kWh，改造后的新泵功率45 kW，日耗電約356 kWh，年節(jié)省電量約8.687×104kWh。共年節(jié)約電費(fèi)132萬(wàn)元。

3.3 精準(zhǔn)效益運(yùn)行

給電加熱儲(chǔ)油罐配套在線液位、溫度、電參采集監(jiān)控設(shè)備，搭建單罐拉油在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行、效益運(yùn)行。魯勝公司現(xiàn)有單拉井139 口，單拉罐128 個(gè)，日產(chǎn)液760 t，日產(chǎn)油323 t，屬于低液量低含水率單井罐生產(chǎn)，加溫倒油，罐車(chē)?yán)\(yùn)。單罐拉油在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)倒油周期與加溫周期，加溫質(zhì)量與加溫時(shí)段，并進(jìn)行日度評(píng)價(jià)，使各管理區(qū)之間形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，再通過(guò)“加溫時(shí)長(zhǎng)優(yōu)化、加溫時(shí)段優(yōu)化、加溫匹配優(yōu)化”，使谷期加溫占比達(dá)到79.9%，單井加溫電價(jià)由0.61 元/kWh 下降到0.45 元/kWh，年節(jié)省電量256×104kWh，年節(jié)電費(fèi)156.16 萬(wàn)元。通過(guò)“谷期占比、加溫用電、加溫電費(fèi)”精準(zhǔn)考核排名，倒逼采油管理區(qū)結(jié)合原油物性、含水率高低，自主優(yōu)化拉油路徑，魯勝公司噸液運(yùn)費(fèi)由33.8 元/t 降到22.1 元/t，同比年節(jié)約運(yùn)費(fèi)312.5 萬(wàn)元。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

魯勝公司實(shí)施前后年對(duì)比能耗指標(biāo)大幅降低:

1）機(jī)采單耗：實(shí)施前年舉升液624.6×104t，年耗電3 878.7×104kWh，提升單耗6.21 kWh/t；實(shí)施后年舉升液640.8×104t，年耗電3 060.0×104kWh，提升單耗4.77 kWh/t，降低單耗1.44 kWh/t，年節(jié)電量818.7×104kWh。

2）注水單耗：實(shí)施前年注水量429.92×104t，年耗電2 320.27×104kWh，注水單耗5.397 kWh/t；實(shí)施后年注水量466.915 6×104t，年耗電1 866.43×104kWh，注水單耗3.997 kWh/t，降低1.4 kWh/t，年節(jié)電量453.84×104kWh。

3）集輸單耗：實(shí)施前年處理液522.4×104t，年耗電741.80×104kWh，集輸單耗1.42 kWh/ t；實(shí)施后年處理液556.23×104t，年耗電498.37×104kWh，集輸單耗0.9 kWh/t，降低單耗0.52 kWh/t，年節(jié)電量243.43×104kWh。

共節(jié)約電量1 515.97×104kWh，電費(fèi)按0.61 元/kWh 計(jì)算，節(jié)約電費(fèi)924.74 萬(wàn)元；增油1.058 9×104t，原油按2 200 元/t計(jì)算，增效2 329.58 萬(wàn) 元；噸液運(yùn)費(fèi)由33.8 元/t 降 到22.1 元/t，同比節(jié)約運(yùn)費(fèi)312.5 萬(wàn)元。總獲經(jīng)濟(jì)效益3 566.82萬(wàn)元。

4.2 社會(huì)效益

“互聯(lián)網(wǎng)+” 能源管控新模式實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，多能互補(bǔ)、多能一體化運(yùn)行，智慧決策，構(gòu)建智慧決策和長(zhǎng)效節(jié)能機(jī)制，達(dá)到節(jié)能降耗增效。提高工作效率，大幅強(qiáng)低勞動(dòng)強(qiáng)度，增加職工的幸福感。

4.3 生態(tài)效益

節(jié)約用電1 515.97×104kWh（1 kWh=0.32 kgce，1 tce 產(chǎn)生2.66 t二氧化碳），則減少碳排放1.29×104t，走出了一條控排放，節(jié)能降耗，碳達(dá)峰、碳中和綠色企業(yè)發(fā)展之路。

5 結(jié)論

依托“互聯(lián)網(wǎng)+” 能源管控新模式使其以可視數(shù)據(jù)的形式展現(xiàn)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)智慧能源管控。

1）數(shù)據(jù)大屏可視，在采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上挖掘不同類(lèi)型用戶負(fù)荷用能的特點(diǎn)，以智慧云計(jì)算、對(duì)比統(tǒng)計(jì)分析等方式通過(guò)能源監(jiān)測(cè)大屏的方式線上支持、實(shí)時(shí)監(jiān)控，從管理角度使數(shù)據(jù)更直觀。

2）能耗分類(lèi)管理，在數(shù)據(jù)可視化的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步加強(qiáng)管理，對(duì)各分類(lèi)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控、采集處理，全面掌握用能情況，實(shí)現(xiàn)“可預(yù)測(cè)”的智慧管理效果。

3）在線精準(zhǔn)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，具有能源實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、分析、統(tǒng)計(jì)、分析功能，進(jìn)行智慧決策，避免了人為判斷的疏忽，減少損失，優(yōu)化方案增加效益，使系統(tǒng)管理更加科學(xué)化，實(shí)現(xiàn)能源管控的智慧化。