機采系統(tǒng)能源管控等級評估方法研究

田春雨（大慶石油管理局技術(shù)監(jiān)督中心）

能源管控是基于互聯(lián)網(wǎng)和計算機的現(xiàn)代化能源管理數(shù)據(jù)庫，通過能源計量和在線監(jiān)測，運用對標(biāo)分析和系統(tǒng)優(yōu)化的方法，實現(xiàn)能源利用最優(yōu)化，促進經(jīng)濟效益最大化的活動[1]。建立能源管控系統(tǒng)，對能源消耗進行實時監(jiān)控、分析診斷和優(yōu)化指導(dǎo)，是油氣田企業(yè)強化用能管理的必然趨勢[2-3]。能源管控的水平等級分為計量級、監(jiān)測級、分析級、優(yōu)化級、智能級共5個等級。計量級是能源管控的最基本等級，也是能源管控開展的基礎(chǔ)；監(jiān)測級主要實現(xiàn)績效參數(shù)在線監(jiān)測計算及報警等；分析級的主要功能是能源績效參數(shù)縱向分析和橫向?qū)?biāo)，提出節(jié)能增效建議；優(yōu)化級的主要功能是建立模型計算優(yōu)化目標(biāo)值并定期開展優(yōu)化方案分析；智能級即把能源管控系統(tǒng)加入閉環(huán)控制功能，實現(xiàn)全方位閉環(huán)管理。“十三五”期間，中國石油集團公司遵循“效益為本，注重實效；分類指導(dǎo)，突出重點；完善機制，創(chuàng)新驅(qū)動”的原則，積極推進能源管控建設(shè)。隨著能源管控工作的深入，對企業(yè)實施能源管控的成熟度有相應(yīng)的等級評估勢在必行[4]。評估方法為每一等級設(shè)置評估項及相應(yīng)分值，滿分100分，得80 分以上為符合本等級要求，并對下一項進行評估。

1 計量級要求及評定方法

機采系統(tǒng)計量級的主要要求是能源計量器具配備應(yīng)符合GB/T 20901 和Q/SY 1212 的相關(guān)規(guī)定。機采系統(tǒng)宜按照抽油機、電潛泵、螺桿泵等不同舉升方式單獨計量，可按采油隊（站或工區(qū)）、電力線路、變壓器平臺或井組劃分為不同的計量單元，不同計量單元單獨計量能耗；對于有井筒或井口有電伴熱的，宜將電伴熱耗電一并計入機采系統(tǒng)耗電。機采系統(tǒng)計量級評估方法見表1。

表1 機采系統(tǒng)計量級評估方法

2 監(jiān)測級要求及評定方法

機采系統(tǒng)監(jiān)測級應(yīng)具備選擇能源績效參數(shù)及計算數(shù)據(jù)傳輸及基準(zhǔn)值的設(shè)定等功能。機采系統(tǒng)的主要設(shè)備為抽油機、螺桿泵、電泵井，系統(tǒng)主要能源績效參數(shù)包括系統(tǒng)效率及采液單耗。機采系統(tǒng)能源績效參數(shù)及其對應(yīng)的采集變量見表2。

表2 機采系統(tǒng)能源績效參數(shù)及其對應(yīng)的采集變量

同時，平衡度對游梁式抽油機的能耗影響較大，油壓、套壓對機采井的精細化管理起重要作用；所以，平衡度、油壓、套壓也是綜合考慮的主要因素。

確定相關(guān)測點是進行績效參數(shù)采集計算的基礎(chǔ)，只有測點位置及采集參數(shù)才能布置相關(guān)儀器，完成能源管控監(jiān)測級的目標(biāo)。機采系統(tǒng)的測點分布見表3。

表3 機采系統(tǒng)的測點分布

通過對機采設(shè)備的電參、平衡度、光桿功率、油壓、套壓、動液面、產(chǎn)液量等數(shù)據(jù)的采集，最終可以通過計算得到采液單耗、系統(tǒng)效率。計算方法參照GB/T 33653規(guī)定。

數(shù)據(jù)在線監(jiān)測需要建立獨立的數(shù)據(jù)庫用于數(shù)據(jù)的儲存及計算。同時數(shù)據(jù)庫的接口能與現(xiàn)有的生產(chǎn)管理系統(tǒng)進行通信。由于機采系統(tǒng)的設(shè)備多數(shù)在野外且分散，數(shù)據(jù)的傳輸較為困難，可以采用有線通信（包括工頻通信、光纖通信及其他有線通信方式）及無線通信（包括蜂窩通信、WiFi通信及其他無線通信方式）相結(jié)合的方式來進行通信。機采系統(tǒng)的能效基準(zhǔn)值的設(shè)定至少應(yīng)該包含機采系統(tǒng)綜合能耗、采液單耗、系統(tǒng)效率、功率因素、平衡度、動液面、產(chǎn)液量等參數(shù)?；鶞?zhǔn)值的選取可以參考近1 年的生產(chǎn)及能耗數(shù)據(jù)，對于波動較大的基準(zhǔn)值可以應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)回歸分析的方法進行預(yù)測及設(shè)定。機采系統(tǒng)監(jiān)測級評估方法見表4。

3 分析級要求及評定方法

機采系統(tǒng)分析級在監(jiān)測級的基礎(chǔ)上加入能源績效參數(shù)縱向?qū)?biāo)和橫向?qū)?biāo)，提出機采系統(tǒng)的節(jié)能增效建議。其中，機采系統(tǒng)的能源績效參數(shù)縱向?qū)?biāo)：選擇主要的能源績效指標(biāo)與滿足對比條件（機采系統(tǒng)在主要設(shè)備不變的情況下指相似的動液面、產(chǎn)液量、含水率及平衡度等）的歷史數(shù)據(jù)進行比對分析。橫向?qū)?biāo)：應(yīng)結(jié)合不同油藏類型、開采階段等特征，根據(jù)機采系統(tǒng)自身實際情況，定期收集同類企業(yè)或相近機采系統(tǒng)的主要能源績效參數(shù)，可與E7 系統(tǒng)先進指標(biāo)進行對比分析。通過橫向?qū)?biāo)及縱向?qū)?biāo)識別節(jié)能增效機會并進行技改措施的實施。機采系統(tǒng)分析級評估方法見表5。

表4 機采系統(tǒng)監(jiān)測級評估方法

表5 機采系統(tǒng)分析級評估方法

4 優(yōu)化級要求及評定方法

機采系統(tǒng)優(yōu)化級要求是在分析級能源管控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，加入機采系統(tǒng)優(yōu)化功能模塊，可以利用離線模擬模型模擬及計算最優(yōu)解，通過不斷調(diào)整關(guān)鍵操作參數(shù)如平衡度、沖速等，對績效參數(shù)進行不斷校正，使其接近于最優(yōu)值，最終目的是實現(xiàn)企業(yè)效益的最大化[5]。機采系統(tǒng)優(yōu)化級評估方法見表6。

表6 機采系統(tǒng)優(yōu)化級評估方法

5 智能級要求及評定方法

機采系統(tǒng)智能級要求是通過能源使用管理與主要生產(chǎn)過程閉環(huán)優(yōu)化等集成，實現(xiàn)對能源管控單元的全方位閉環(huán)管理，倒逼企業(yè)的組織機構(gòu)變革，促進其生產(chǎn)全過程的能源使用科學(xué)化管理和精細化控制[6]。能源管控單元閉環(huán)優(yōu)化是指在優(yōu)化級能源管控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)閉環(huán)實時優(yōu)化系統(tǒng)，可通過先進控制系統(tǒng)直接調(diào)整操作參數(shù)至優(yōu)化值，實現(xiàn)機采系統(tǒng)的閉環(huán)管理，調(diào)節(jié)的主要參數(shù)包括平衡度及沖速等。機采系統(tǒng)智能級評估方法見表7。

6 實證分析

某油田機采系統(tǒng)進行能源管控試點，現(xiàn)有抽油機井418 口，螺桿泵井6 口，通過電流互感器、載荷傳感器、角位移傳感器、油、套壓力傳感器等現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設(shè)備，自動采集三項電流、三項電壓、載荷、油壓、套壓等油井?dāng)?shù)據(jù)15 項，計算得到日耗電量、平衡度等數(shù)據(jù)16 項，實現(xiàn)油井參數(shù)自動采集、能耗精確計量至單井。儀表精度滿足Q/SY 09004.3 要求。以自動采集、回傳的數(shù)據(jù)為前提，針對抽油機平衡治理、結(jié)蠟治理、管桿泵管理等問題，開發(fā)了多項抽油機井智能管理應(yīng)用軟件，實現(xiàn)單井電量的準(zhǔn)確計量，機采系統(tǒng)的主要績效參數(shù)每天監(jiān)測；對在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進行存儲分析，設(shè)定基準(zhǔn)值；利用數(shù)字化遠程啟停，進行自動化間抽管理。

機采系統(tǒng)包括首頁、能耗目標(biāo)監(jiān)控、能耗報表管理、能耗指標(biāo)管理、生產(chǎn)能耗優(yōu)化、系統(tǒng)管理6大功能，20余項子功能。實現(xiàn)了機采系統(tǒng)的自動記錄、分析及預(yù)警等功能，同時根據(jù)不同人群實現(xiàn)分級權(quán)限管理。該油田機采系統(tǒng)能源管控評估情況見表8。

表8 機采系統(tǒng)能源管控評估情況

表7 機采系統(tǒng)智能級評估方法

由表8 可知，該油田機采系統(tǒng)已經(jīng)達到分析級，沒有達到優(yōu)化級所以沒有對智能級進行評估。經(jīng)過評估該油田對自己管控系統(tǒng)現(xiàn)狀有了深入了解，同時為下一步進行優(yōu)化級的建設(shè)提供了方向。

7 結(jié)論

機采系統(tǒng)能源管控評估方法研究是為了確定能源管控建設(shè)的程度，檢查是否按照不同等級的要求構(gòu)建并有效運行的，同時提出下一步建設(shè)方向。通過對能源管控不同等級建設(shè)要求的分析，結(jié)合機采系統(tǒng)生產(chǎn)特點，提出了不同等級的評估方法，并且對打分進行細化。為驗證此評估方法的有效性，對某油田的機采系統(tǒng)進行現(xiàn)場實際驗證，得出該能源管控處于分析級階段；同時對于不符合項目提出整改措施，有效地提高了系統(tǒng)的能源管理水平。