HYSIS技術(shù)在地面生產(chǎn)流程應用中的探究

張 莉

（中國石油大學勝利學院，東營，257000）

0 引言

隨著油田開發(fā)時間的延長和產(chǎn)量的自然遞減，地面油氣生產(chǎn)流程與配套設施需要不斷變化以配合正常生產(chǎn)，由于缺乏對集輸與注水系統(tǒng)進行全面管理的有效方法和手段，一些導致耗能高、污染大的矛盾長期不能解決，制約了精細化管理水平的提高。以HYSIS技術(shù)與優(yōu)化軟件為手段，建立集輸與注水系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)模型，對生產(chǎn)過程進行綜合分析研究，實現(xiàn)了節(jié)能降耗、成本控制，提高了集輸與注水生產(chǎn)系統(tǒng)精細化管理水平。

1 應用HYSIS技術(shù)對地面生產(chǎn)流程模塊化設計

集輸與注水系統(tǒng)的管理涉及因素多、部門廣，管理難度大，工藝流程與物流狀況復雜，傳統(tǒng)的粗放型管理模式已不能適應新形勢的要求。同時由于產(chǎn)量的遞減，目前實際運行能力與最初的設計能力存在較大偏差，需要進行生產(chǎn)模擬，優(yōu)化目前運行參數(shù)，進一步提高集輸與注水系統(tǒng)運行水平。因此，要徹底改變目前在集輸與注水系統(tǒng)管理方面的不利局面，真正實現(xiàn)集輸與注水系統(tǒng)的精細化管理，必須利用先進的工藝流程模擬技術(shù)，建立起采油廠集輸與注水系統(tǒng)生產(chǎn)優(yōu)化模型，以模擬優(yōu)化為手段帶動整個集輸與注水系統(tǒng)管理模式的創(chuàng)新。

1.1 設計思路

首先，建立并完善源頭數(shù)據(jù)采集和地理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息化；然后利用Aspen HYSYS工藝流程模擬軟件，建立集輸及注水工藝流程穩(wěn)態(tài)模型并校準，從源頭數(shù)據(jù)庫和地理信息系統(tǒng)導入實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設備參數(shù)進行模擬計算，找到能耗大的節(jié)點并提出優(yōu)化方案。最后，在優(yōu)化工作進入日?；院?，制定并實施優(yōu)化運行維護管理辦法，對管理機構(gòu)、管理模式、運行方式、崗位職責、考核內(nèi)容進行規(guī)范，以確保采油廠集輸與注水系統(tǒng)生產(chǎn)優(yōu)化的順利實施，保障節(jié)能減排效果的長效運行，提高各崗位的精細化管理和優(yōu)化過程監(jiān)管的水平。

1.2 主要內(nèi)容

首先，在已經(jīng)建設完成的能覆蓋所有基層生產(chǎn)單位的網(wǎng)絡基礎(chǔ)上，所有的集輸、注水、采油等四級單位推廣應用源頭數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，同時在全廠應用GPS精確定位和WEBGIS網(wǎng)絡發(fā)布技術(shù)建設地理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)集輸與注水生產(chǎn)系統(tǒng)信息化。

其次，在全廠范圍內(nèi)開展集輸與注水全流程現(xiàn)狀調(diào)研和數(shù)據(jù)收集，收集的數(shù)據(jù)包括生產(chǎn)動態(tài)參數(shù)、設備靜態(tài)參數(shù)、原油物性參數(shù)以及流程圖等，在占有詳盡完備的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上利用Aspen HYSYS工藝流程模擬軟件，搭建集輸及注水模型，展開全流程節(jié)能優(yōu)化分析，詳查細找節(jié)能潛力點，制定優(yōu)化方案，并選取典型區(qū)塊進行上線測試，評估優(yōu)化效果。

第三，在集輸與注水優(yōu)化模型在全廠上線運行之初，建立由主要負責人牽頭、分管領(lǐng)導參與、集輸與注水技術(shù)人員參加強有力的組織運行體系，負責日常運行，同時，制定嚴格的日常運行維護管理辦法，加強各層次有針對性的培訓，大力推行全過程、全員、全流程的精細管理，構(gòu)建一個由模型維護、管理組織、考核體系和管理方法等內(nèi)容組成的精細管理體系，提高各崗位的工作效率和精細化管理水平，提高過程監(jiān)管水平。

2 HYSIS技術(shù)在地面生產(chǎn)流程模塊化應用中的實現(xiàn)

2.1 信息化平臺搭建

隨著生產(chǎn)開發(fā)，經(jīng)營管理信息化的不斷深入開展，特別是數(shù)字油田這一目標的提出，大大加快了網(wǎng)絡基礎(chǔ)設施的建設，目前采油廠信息網(wǎng)已覆蓋了30多個三級單位，100多個基層單位，聯(lián)網(wǎng)面積超過了200平方公里，聯(lián)網(wǎng)計算機總數(shù)達到了1800多臺，實現(xiàn)了中心交換機與邊緣交換機的千兆互連，百兆到桌面的聯(lián)網(wǎng)速度。

應用GPS精確定位和WEBGIS網(wǎng)絡發(fā)布技術(shù)，創(chuàng)建了采油廠空間數(shù)據(jù)庫，建成了地理信息系統(tǒng)，解決了井位、管網(wǎng)、電網(wǎng)等地面工程對象的檢測和精確定位問題，用戶可以快捷地查詢地面設施的參數(shù)，如管線的長度、材質(zhì)、埋深、走向等。

采油廠已經(jīng)建成了油田生產(chǎn)開發(fā)數(shù)據(jù)庫，完成了靜態(tài)數(shù)據(jù)的補錄和各類動態(tài)數(shù)據(jù)的日常采集，實現(xiàn)了采油廠主要生產(chǎn)、管理信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理與網(wǎng)絡共享，為進一步提升生產(chǎn)業(yè)務信息化水平奠定了良好的基礎(chǔ)。但是，集輸與注水系統(tǒng)生產(chǎn)優(yōu)化模型所需數(shù)據(jù)非常多，包括設備靜態(tài)參數(shù)、生產(chǎn)動態(tài)參數(shù)、所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)的流程圖等，這些數(shù)據(jù)分散在不同的數(shù)據(jù)庫內(nèi)（包括源頭數(shù)據(jù)庫和地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫），分散在104張數(shù)據(jù)表內(nèi)，而且HYSYS軟件不能提供接口程序，這些數(shù)據(jù)無法在模型中直接應用。對模型所需數(shù)據(jù)的內(nèi)容、格式、數(shù)據(jù)單位、建模方法、建模結(jié)構(gòu)、模型圖例符號、原油及天然氣的組分、熱力學性質(zhì)計算方法進行統(tǒng)一規(guī)定，并對采油廠相關(guān)數(shù)據(jù)庫特性進行認真研究，對模型需要的數(shù)據(jù)進行詳細梳理，在源頭數(shù)據(jù)庫和地面信息系統(tǒng)仔細查找和統(tǒng)計，開發(fā)了與已有數(shù)據(jù)庫對接的數(shù)據(jù)接口程序，建立起模型應用庫，使應用庫內(nèi)的數(shù)據(jù)可以直接導入模型進行計算，并可以在需要時迅速更新。

2.2 創(chuàng)建集輸與注水系統(tǒng)生產(chǎn)優(yōu)化模型

2.2.1 搭建模型，在虛擬系統(tǒng)中再現(xiàn)實際生產(chǎn)流程

針對采油廠的實際情況，制定了詳細的實施方案和工作流程，采集所需相關(guān)數(shù)據(jù)98460組，利用HYSYS工藝流程模擬軟件搭建工藝流程模型，建模范圍為全廠集輸與注水生產(chǎn)系統(tǒng)。集輸系統(tǒng)模型沿原油輸送過程依次為：油氣井口計量間中轉(zhuǎn)站聯(lián)合站油氣計量隊原油庫入口；注水生產(chǎn)系統(tǒng)模型沿回注水流向依次為：污水站出口注水站配水間注水井井口。

模型建立后，在生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)完善了儀器儀表和對油品精確化驗的基礎(chǔ)上，倒入生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行校核，如若達到能量平衡并與現(xiàn)場數(shù)據(jù)一致，證明建立的模型就是現(xiàn)場的真實反映。

2.2.2 優(yōu)化分析，詳查細找節(jié)能潛力點

優(yōu)化模型建成和校核后，進行了全面的優(yōu)化分析工作。對于集輸系統(tǒng)，針對集輸生產(chǎn)條件的現(xiàn)狀，在不對現(xiàn)有工藝生產(chǎn)系統(tǒng)進行改造的前提下，分析集輸系統(tǒng)中的升溫、加壓、摻水等過程，找出降低能耗的關(guān)鍵節(jié)點。同時利用模型進行定期的模擬和優(yōu)化，找出原油消耗、天然氣消耗、輕質(zhì)油產(chǎn)量與集輸處理過程中的溫度、壓力以及設備效率之間的關(guān)系，得出產(chǎn)量與能耗成本最優(yōu)結(jié)合點；對于注水系統(tǒng)，利用穩(wěn)態(tài)模型進行模擬計算，對注水管網(wǎng)的磨阻損失、壓力損失、管網(wǎng)效率進行評估，通過調(diào)節(jié)干線壓力大小與井口增壓泵數(shù)，找出最優(yōu)的改造方案。主要在以下環(huán)節(jié)見到了成效：

一是調(diào)整輸油生產(chǎn)流程。采油隊L1油井與L2油井的原有流程是L1油井采出液輸至L2油井井口與之混合后經(jīng)井口加熱爐升溫，輸至計量站，然后由計量站輸至聯(lián)合站，井口電加熱爐額定功率30kw，出口溫度60℃。

通過模型計算發(fā)現(xiàn)，兩口井混合后的溫度為46度，已經(jīng)高出凝固點近20度，從兩井匯合處到聯(lián)合站總長度為3500m，溫降約為6.39℃，并且含水在80%以上，不用加熱就可以滿足集輸分離要求。上線測試時停用了井口電加熱爐，結(jié)果與模擬計算一致，穩(wěn)定后發(fā)現(xiàn)井口回壓沒有上升，液體可以安全通過管道進入計量間，沒有影響生產(chǎn)，該優(yōu)化操作可行，每天可節(jié)約用電量504kW.h。

二是調(diào)整聯(lián)合站生產(chǎn)參數(shù)。在實際工作中，根據(jù)需要及時調(diào)整聯(lián)合站生產(chǎn)參數(shù)，使各個點始終處于運行的最佳狀態(tài)，最大限度地實現(xiàn)了節(jié)能降耗。

3 小結(jié)

應用HYSIS技術(shù)的生產(chǎn)優(yōu)化模型的建立，可以找到集輸和注水系統(tǒng)中能耗大的設備，通過溫度、壓力等操作參數(shù)的調(diào)整，實現(xiàn)能耗的降低，最終實現(xiàn)油氣集輸耗燃油量、耗電量，注水耗電量降低，對每個單體設備提供了定量分析的手段，促進了生產(chǎn)管理精細化水平的提高，為生產(chǎn)安全、高效、平穩(wěn)運行提供了支持。

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