油氣集輸系統(tǒng)能量?jī)?yōu)化軟件在油田的應(yīng)用

高鑫宇

（大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠）

0 引言

隨著數(shù)字化油田建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，油田生產(chǎn)系統(tǒng)自控水平及智能化程度不斷提高。近年來，Shell（殼牌）、AGIP（意大利石油總公司）等國(guó)際大石油公司均實(shí)施了流程模擬、先進(jìn)控制與過程優(yōu)化項(xiàng)目，通過優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)降耗增效的目的。基于此背景，開發(fā)了油氣集輸系統(tǒng)能量?jī)?yōu)化軟件，為生產(chǎn)管理技術(shù)人員提供了優(yōu)化集油系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、降低集油系統(tǒng)生產(chǎn)能耗的技術(shù)及工具。

1 轉(zhuǎn)油站建設(shè)及運(yùn)行情況

某采油廠3號(hào)轉(zhuǎn)油站始建于1986年，截至2018年底，共建成油井 215口，轄計(jì)量間 8座。除 53口井采用掛接集油流程外，其余油井均采用雙管摻水集油流程。轉(zhuǎn)油站站內(nèi)采用分離、沉降、緩沖“三合一”流程，站內(nèi)主要耗能設(shè)備有摻水爐、熱洗爐、摻水泵、外輸泵及熱洗泵。站內(nèi)自控儀表系統(tǒng)相對(duì)完善，各類機(jī)泵耗電量、自耗氣、外輸濕氣、返輸干氣均可單獨(dú)計(jì)量。

該區(qū)塊單井產(chǎn)液量相差較大，單井產(chǎn)液量最大為81.3 t/d，最小為4.2 t/d；綜合含水率最高為95%，最低為80%，綜合含水率高于90%的油井有140口；井口出油溫度最高為 36.8 ℃，其中 30 ℃以上的油井有53口。2017年，該轉(zhuǎn)油站耗氣量為411×104m3，耗電量為111×104kW·h，總能耗為5 610 tce，其中摻水系統(tǒng)能耗占轉(zhuǎn)油站總能耗的99.2%。

對(duì)于已建摻水集油工藝流程的生產(chǎn)系統(tǒng)，影響能耗的主要因素除單井產(chǎn)液量、綜合含水率外，還有就是環(huán)境溫度。因此，隨著環(huán)境溫度的變化，需要不斷優(yōu)化摻水溫度與摻水量等運(yùn)行參數(shù)，確保系統(tǒng)高效低耗運(yùn)行。

2 能量?jī)?yōu)化軟件功能及應(yīng)用

油氣集輸系統(tǒng)能量?jī)?yōu)化軟件為多相流模擬計(jì)算及優(yōu)化軟件，具有構(gòu)建工藝模型、水力熱力計(jì)算、水力熱力校核、用能評(píng)價(jià)及用能優(yōu)化等功能。

以3號(hào)轉(zhuǎn)油站系統(tǒng)為例，油氣集輸系統(tǒng)應(yīng)用該軟件優(yōu)化運(yùn)行，需遵循以下操作流程，即構(gòu)建工藝模型、水力熱力校核、優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)。

2.1 構(gòu)建工藝模型

根據(jù)數(shù)據(jù)模板完成數(shù)據(jù)源文件的建立，即在后臺(tái)Excel（電子表格）文件中完成油井、計(jì)量間、轉(zhuǎn)油站及所有管道相關(guān)建設(shè)信息及運(yùn)行信息的輸入，而后通過軟件導(dǎo)入數(shù)據(jù)源文件。通過此方式構(gòu)建了3號(hào)轉(zhuǎn)油站系統(tǒng)8座計(jì)量間215口油井的集油工藝模型，見圖1所示。

模型建成后，可按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)冬季雙管摻水流程運(yùn)行、夏季單管出油流程運(yùn)行的模擬計(jì)算。計(jì)算結(jié)果可選擇性輸出，可獲得每條管道的壓降、溫降及每個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況。轉(zhuǎn)油站系統(tǒng)管道參數(shù)計(jì)算結(jié)果截圖見圖2。

圖1 轉(zhuǎn)油站集油系統(tǒng)工藝模型圖

通過分析管道及節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行參數(shù)，可查找站外集油系統(tǒng)的熱力薄弱環(huán)節(jié)及壓降過高管段。

2.2 水力熱力校核

1）水力校核

以運(yùn)行管道實(shí)際壓降為基數(shù)，對(duì)運(yùn)行多年、已結(jié)垢結(jié)蠟嚴(yán)重的管道內(nèi)徑進(jìn)行校核。轉(zhuǎn)油站系統(tǒng)水力校核計(jì)算結(jié)果截圖見圖3。

2）熱力校核

以轉(zhuǎn)油站實(shí)際摻水及回油溫度、各計(jì)量間摻水及回油溫度、各油井井口出油溫度為基數(shù)，反算系統(tǒng)內(nèi)各條管道的總傳熱系數(shù)。轉(zhuǎn)油站系統(tǒng)熱力校核計(jì)算結(jié)果截圖見圖4。

圖3 轉(zhuǎn)油站系統(tǒng)水力校核計(jì)算結(jié)果截圖

圖4 轉(zhuǎn)油站系統(tǒng)熱力校核計(jì)算結(jié)果截圖

2.3 優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)

采用校核后各條管道的總傳熱系數(shù)，代替模型中預(yù)設(shè)的總傳熱系數(shù)。經(jīng)過水力熱力校核后的工藝模型，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況相符，模擬計(jì)算精度得到了保證。在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化摻水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，即采用軟件計(jì)算不同摻水溫度對(duì)應(yīng)的單井摻水量。

當(dāng)環(huán)境溫度大于 0 ℃時(shí)，軟件可根據(jù)井口出油溫度判定部分高產(chǎn)液量井無需摻水；當(dāng)環(huán)境溫度小于0 ℃時(shí)，為了防止管道凍堵，軟件將計(jì)算所有油井對(duì)應(yīng)的摻水量。

通過計(jì)算求得不同的摻水溫度對(duì)應(yīng)的總摻水量、綜合能耗及能耗費(fèi)用，管理者可以能耗最低或能耗費(fèi)用最低選擇優(yōu)化運(yùn)行方案。摻水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行計(jì)算結(jié)果截圖見圖5。

圖5 摻水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行計(jì)算結(jié)果截圖

3 優(yōu)化運(yùn)行方案實(shí)施效果

利用該軟件，根據(jù)環(huán)境溫度變化情況，可編制轉(zhuǎn)油站系統(tǒng)每個(gè)月的優(yōu)化運(yùn)行方案。一般情況下，在月底根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況完成水力熱力校核，而后更新單井產(chǎn)液量、綜合含水率及井口出油溫度等參數(shù)，利用校核后的模型編制下月的優(yōu)化運(yùn)行方案。

2018年，應(yīng)用該軟件編制了3號(hào)轉(zhuǎn)油站各月優(yōu)化運(yùn)行方案并實(shí)施。與 2017年相比，2018年在產(chǎn)液量增加8×104t的情況下，節(jié)氣20×104m3，節(jié)電13×104kW·h，節(jié)能288 tce。3號(hào)轉(zhuǎn)油站能量系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行節(jié)能情況見表1。

表1 3號(hào)轉(zhuǎn)油站能量系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行節(jié)能情況

2018年，該軟件在某采油廠3個(gè)采油礦25座轉(zhuǎn)油站進(jìn)行了推廣應(yīng)用，年節(jié)能9 038 tce，取得了良好的節(jié)能效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

油氣集輸系統(tǒng)能量?jī)?yōu)化軟件為摻水集油工藝優(yōu)化摻水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、調(diào)控?fù)剿疁囟燃皳剿?、發(fā)現(xiàn)站外系統(tǒng)熱力薄弱環(huán)節(jié)及壓降過高管段提供了依據(jù)。應(yīng)用該軟件持續(xù)優(yōu)化，在很大程度上促進(jìn)了油田高效低耗生產(chǎn)，達(dá)到了降本增效的目的。

應(yīng)用油氣集輸系統(tǒng)能量?jī)?yōu)化軟件為油田過程化、精細(xì)化管理提供了技術(shù)支撐及應(yīng)用工具，可促進(jìn)油田生產(chǎn)管理實(shí)現(xiàn)真正的能源管與控。