稠油生產(chǎn)能效對標(biāo)方法及指標(biāo)體系研究

馬中山 葛蘇鞍 曹瑩 帕爾哈提·阿布都克里木 胡月

（1.中國石油新疆油田分公司實(shí)驗(yàn)檢測研究院；2.東北石油大學(xué)）

稠油生產(chǎn)能效對標(biāo)方法及指標(biāo)體系研究

馬中山1葛蘇鞍1曹瑩2帕爾哈提·阿布都克里木1胡月2

（1.中國石油新疆油田分公司實(shí)驗(yàn)檢測研究院；2.東北石油大學(xué)）

針對稠油熱采高能耗的現(xiàn)狀，從節(jié)能管理角度出發(fā)，通過對稠油生產(chǎn)工藝及其能耗分布情況的分析，研究適用于稠油生產(chǎn)系統(tǒng)的能效對標(biāo)方法。同時，采用要素建模法構(gòu)建稠油生產(chǎn)能效對標(biāo)指標(biāo)體系，體系整體分為宏觀綜合和工藝過程、終端設(shè)備2個層次，共22項(xiàng)指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，對2個不同油田的6個稠油開采區(qū)塊進(jìn)行了對標(biāo)實(shí)踐，結(jié)果顯示2個油田的注汽、機(jī)采、集輸三大系統(tǒng)的能效水平不盡相同，進(jìn)一步驗(yàn)證了研究確定的對標(biāo)方法和指標(biāo)體系能切實(shí)用于稠油生產(chǎn)對標(biāo)工作中，并直觀反映出企業(yè)的能效水平。

稠油生產(chǎn)；能效對標(biāo)；指標(biāo)體系；要素建模法；對標(biāo)實(shí)踐

近幾年我國稠油產(chǎn)量大幅提高，但由于稠油自身的黏度高、密度大、流動難等特點(diǎn)，致使稠油開采和輸送環(huán)節(jié)的能耗明顯高于常規(guī)油田，可達(dá)普通原油開采能耗的4～5倍，稠油生產(chǎn)的高能耗直接制約了稠油油藏的高效開發(fā)。能效對標(biāo)是企業(yè)改善能源管理績效的重要方法與工具[1]。因此，研究適用于稠油生產(chǎn)的能效對標(biāo)方法，是有效開展對標(biāo)工作以及降低稠油生產(chǎn)能耗、促進(jìn)稠油開采節(jié)能工作的重要途徑。能效對標(biāo)能夠成功開展的關(guān)鍵在于對標(biāo)方法的選擇以及建立與之協(xié)調(diào)的能效對標(biāo)指標(biāo)體系。

1 生產(chǎn)工藝及能耗分析

稠油按其原油脫氣黏度的不同可分為普通稠油、特稠油及超稠油等類型。針對稠油黏度大、流動性差等特征，對于普通稠油油藏一般采取注水開發(fā)方式，相應(yīng)可采用的水驅(qū)開采技術(shù)主要包括機(jī)械降黏、井筒加熱、摻稀降黏、化學(xué)降黏以及相應(yīng)的配套工藝等；對于特稠油和超稠油油藏多采用熱力開發(fā)方式進(jìn)行開采，即將高溫蒸汽注入到油層，使油層中的稠油升溫融化和降黏，以提高其在地層中的流動性，然后再采用機(jī)械舉升方式把井下流體抽汲到地面。目前，可采用的熱采技術(shù)主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、蒸汽輔助重力泄油（SAGD）、火燒油層以及稠油熱采配套工藝技術(shù)等。國內(nèi)特稠油和超稠油多采用注蒸汽作為主要降黏方式。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在稠油熱采中，每開采1 t稠油消耗3～5 t高溫蒸汽，油汽比為0.2～0.3。

稠油生產(chǎn)系統(tǒng)作為油田生產(chǎn)系統(tǒng)的一個重要組成方面，其稠油生產(chǎn)過程包括高溫高壓蒸汽的生產(chǎn)與輸送過程、蒸汽注入井底后的換熱過程、油水混合物的采出過程、采出液油氣水分離過程以及采出水的循環(huán)利用過程，一般可概括為主要生產(chǎn)系統(tǒng)和輔助生產(chǎn)系統(tǒng)兩部分。其中，主要生產(chǎn)系統(tǒng)包括注汽系統(tǒng)、機(jī)械采油系統(tǒng)和集輸系統(tǒng)三部分；輔助生產(chǎn)系統(tǒng)主要指為滿足稠油主要生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝需要和正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提供動力、電力、熱力供給以及生產(chǎn)原料、各種載能工質(zhì)（如一次水、循環(huán)水、氮?dú)獾龋┹斔偷南嚓P(guān)配套系統(tǒng)。

稠油生產(chǎn)的主要能耗集中在注汽、機(jī)采、集輸這三大系統(tǒng)中。其中，注汽系統(tǒng)的主要耗能設(shè)備為注汽鍋爐，消耗的主要能源種類為電能、天然氣、燃料油或渣油等燃料。機(jī)采系統(tǒng)的主要耗能設(shè)備為抽油機(jī)和泵機(jī)組，消耗的能源種類主要為電能。集輸系統(tǒng)的主要耗能設(shè)備為加熱爐和泵機(jī)組，消耗的能源種類主要為天然氣和電能。

2 能效對標(biāo)方法選擇

能效對標(biāo)是指企業(yè)為提高能源利用水平，以國際國內(nèi)同行業(yè)先進(jìn)企業(yè)為標(biāo)桿，與之進(jìn)行能效指標(biāo)對比，查找各項(xiàng)能效指標(biāo)差距的生產(chǎn)工藝或企業(yè)管理方面的制約因素，進(jìn)而制定有針對性的提效方案，促進(jìn)企業(yè)達(dá)到標(biāo)桿或更高能效水平的節(jié)能實(shí)踐活動。

2.1 對標(biāo)分類

在能效對標(biāo)過程中，根據(jù)企業(yè)所選擇的對標(biāo)單位的不同，一般可以將企業(yè)能效對標(biāo)分為四種類型：內(nèi)部對標(biāo)、競爭性對標(biāo)、行業(yè)對標(biāo)和一般性對標(biāo)。任何一種對標(biāo)方法都不是盡善盡美的，各有利弊[2]。不同對標(biāo)類型優(yōu)缺點(diǎn)對比情況見表1。

表1 不同對標(biāo)類型對比分析

此外，在對標(biāo)的具體創(chuàng)標(biāo)建模過程中，目前常用的建模方法主要有六種：剪刀思維法、責(zé)任層級法、要素建模法、協(xié)同創(chuàng)標(biāo)法、SWOT分析法和PDCA循環(huán)法[3]。其中，前四種方法又稱“泓冰標(biāo)桿管理四法”，是被國際管理學(xué)界譽(yù)為“全球全面標(biāo)桿管理之父”的陳泓冰教授在多年的學(xué)習(xí)、實(shí)踐和思考過程中總結(jié)提煉出來的，SWOT分析法和PDCA循環(huán)法都是企業(yè)戰(zhàn)略管理和質(zhì)量管理常用的方法，在對標(biāo)管理中應(yīng)用非常廣泛。

同時，要素建模法因其遵循“萬事抓重點(diǎn)”的理念又被稱為標(biāo)桿管理的精髓。要素建模法是將管理中的各模塊按層級分解，圍繞各管理環(huán)節(jié)背后的關(guān)鍵要素來進(jìn)行創(chuàng)標(biāo)建模，從而實(shí)現(xiàn)全面全環(huán)節(jié)管控到位和持續(xù)改進(jìn)。要素建模法將復(fù)雜問題簡單化、簡單問題標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)問題“傻瓜”化，優(yōu)化“關(guān)鍵環(huán)節(jié)”，循環(huán)遞進(jìn)，實(shí)現(xiàn)管理突破。在具體建模過程中，即針對“關(guān)鍵環(huán)節(jié)”，要確立“關(guān)鍵要素”，對應(yīng)建立多個層級[4-5]。層級之間是上級與下級關(guān)系、目標(biāo)與條件關(guān)系、果與因關(guān)系，下一級既是上一級的分解也是上一級的保障。

2.2 對標(biāo)方法

基于前述的對標(biāo)類型，考慮到稠油生產(chǎn)的特點(diǎn)，可將稠油生產(chǎn)能效對標(biāo)分為縱向?qū)?biāo)（內(nèi)部對標(biāo)）與橫向?qū)?biāo)（外部對標(biāo)）兩類。其中，縱向?qū)?biāo)用于對標(biāo)的初始階段，是比較簡單的對標(biāo)管理，其優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)部標(biāo)桿資料和信息易于獲得，不存在資料轉(zhuǎn)換問題，無需考慮涉及商業(yè)機(jī)密問題；缺點(diǎn)是視野比較狹隘，不易找到最佳節(jié)能實(shí)踐典范，并且學(xué)習(xí)的對象僅限于企業(yè)內(nèi)部，不易為企業(yè)節(jié)能管理帶來創(chuàng)新性突破。橫向?qū)?biāo)是一種非常好的引進(jìn)先進(jìn)能效管理和節(jié)能技術(shù)的方式，有助于企業(yè)找到行業(yè)內(nèi)的優(yōu)秀標(biāo)桿。但橫向?qū)?biāo)操作難度相對較大，目前只能嘗試在同一公司的各油氣田企業(yè)間開展。

此外，在創(chuàng)標(biāo)建模過程中，根據(jù)稠油生產(chǎn)的實(shí)際特點(diǎn)，經(jīng)分析對比，確定可采用“要素建模法”的理念，將整個對標(biāo)活動作為工作項(xiàng)目，根據(jù)用能環(huán)節(jié)將該項(xiàng)目分為若干模塊，根據(jù)各模塊的重點(diǎn)環(huán)節(jié)建立各級指標(biāo)，找到關(guān)鍵要素，針對每個要素形成崗位標(biāo)準(zhǔn)，將操作行為規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)化，同時形成保障措施，最終完成創(chuàng)標(biāo)建模，橫向改善及縱向傳播。

3 對標(biāo)指標(biāo)體系

在具體構(gòu)建稠油生產(chǎn)能效對標(biāo)指標(biāo)體系過程中，首先確定了構(gòu)建應(yīng)遵循的全面性、獨(dú)立性、可比性、代表性、過程性以及可測性和向?qū)栽瓌t，在此基礎(chǔ)上，綜合考慮不同油氣田稠油的生產(chǎn)特性，充分分析各工藝系統(tǒng)和生產(chǎn)流程，從描述稠油生產(chǎn)綜合能效水平、生產(chǎn)系統(tǒng)工藝指標(biāo)以耗能設(shè)備運(yùn)行狀況的不同角度出發(fā)，建立了稠油生產(chǎn)能效對標(biāo)指標(biāo)體系。

3.1 指標(biāo)體系

稠油生產(chǎn)能效對標(biāo)指標(biāo)體系分為宏觀綜合指標(biāo)、工藝過程指標(biāo)和終端設(shè)備指標(biāo)3個層次構(gòu)建。其中，第一層次是反映稠油生產(chǎn)系統(tǒng)整體能源利用水平的綜合性指標(biāo)，主要以最終產(chǎn)品的單位能耗來表示；第二層次是反映稠油生產(chǎn)各系統(tǒng)、用能環(huán)節(jié)的工藝過程指標(biāo)；第三層次是反映耗能設(shè)備能效水平的終端指標(biāo)。具體指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)見圖1。

同時，考慮到各個系統(tǒng)中所用耗能設(shè)備不盡相同，或同類設(shè)備的考核指標(biāo)不同，為便于選用，在圖1所示的體系結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上，將三級指標(biāo)（終端設(shè)備指標(biāo)）合入二級指標(biāo)（工藝過程指標(biāo)）中，得到調(diào)整后的稠油生產(chǎn)能效對標(biāo)指標(biāo)體系，具體如圖2所示。稠油生產(chǎn)能效對標(biāo)指標(biāo)體系共分為2個層次：

1）第一層次為宏觀綜合指標(biāo)，共包含四項(xiàng)單耗指標(biāo)。

2）第二層次為工藝過程、終端設(shè)備指標(biāo)，在該層次指標(biāo)中，按照稠油生產(chǎn)的主要工藝流程，劃分為注汽系統(tǒng)、機(jī)采系統(tǒng)、集輸系統(tǒng)三部分。此外，對于注汽系統(tǒng)、集輸系統(tǒng)，除其自身的幾項(xiàng)對標(biāo)指標(biāo)外，考慮其內(nèi)部的注汽鍋爐、加熱爐等熱力設(shè)備，增加了排煙溫度、空氣系數(shù)、環(huán)表溫差幾項(xiàng)輔助指標(biāo)，以更全面、合理地對比，評價熱力設(shè)備的整體情況。

圖1 稠油生產(chǎn)能效對標(biāo)指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)

圖2 調(diào)整后的稠油生產(chǎn)能效對標(biāo)指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)

3.2 指標(biāo)計(jì)算

在研究確定圖2所示的稠油生產(chǎn)能效對標(biāo)指標(biāo)體系的同時，需要對體系中各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算方法、參數(shù)的統(tǒng)計(jì)口徑，以及指標(biāo)的影響因素和改進(jìn)途徑等進(jìn)行相應(yīng)的分析。

1）宏觀綜合指標(biāo)。對于宏觀綜合指標(biāo)而言，相應(yīng)的單耗指標(biāo)在計(jì)算過程中所需的各參數(shù)均需要按規(guī)定的統(tǒng)計(jì)期內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算。

2）工藝過程、終端設(shè)備指標(biāo)。對于工藝過程指標(biāo)和終端設(shè)備指標(biāo)而言，對于不同的系統(tǒng)，統(tǒng)計(jì)口徑有所不同。

注汽系統(tǒng)：各單耗指標(biāo)在計(jì)算過程中所需的各參數(shù)均需要按規(guī)定的統(tǒng)計(jì)期內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算；注汽鍋爐、注汽管線的相應(yīng)指標(biāo)按測試時的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

機(jī)采系統(tǒng)：單耗在計(jì)算過程中所需的各參數(shù)均需要按規(guī)定的統(tǒng)計(jì)期內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算；系統(tǒng)效率、功率利用率等指標(biāo)按測試期間平均值數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

集輸系統(tǒng)：單耗指標(biāo)在計(jì)算過程中所需的各參數(shù)均需要按規(guī)定的統(tǒng)計(jì)期內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算；泵機(jī)組、加熱爐的相應(yīng)指標(biāo)按測試時的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

4 對標(biāo)實(shí)踐

基于前述研究確定的稠油生產(chǎn)能效對標(biāo)方法及相應(yīng)的指標(biāo)體系，研究過程中分別對2個油田企業(yè)共6個稠油開采區(qū)塊進(jìn)行了對標(biāo)實(shí)踐。由于2個油田的自然環(huán)境、工藝特性等均存在較大差異。因此，實(shí)踐僅選定了注汽、機(jī)采、集輸三大系統(tǒng)共六項(xiàng)能效指標(biāo)進(jìn)行了對比分析，對比結(jié)果見表2。不同生產(chǎn)系統(tǒng)，2個油田所表現(xiàn)出的能效水平也不盡相同。

1）注汽系統(tǒng)。油田1各區(qū)塊對應(yīng)的四項(xiàng)指標(biāo)的水平均高于油田2各區(qū)塊，最終選取油田1對應(yīng)的各區(qū)塊中各指標(biāo)的最高水平對應(yīng)的指標(biāo)值作為相應(yīng)的標(biāo)桿值，為其他水平低的區(qū)塊作為改進(jìn)的標(biāo)桿。

2）機(jī)采系統(tǒng)。油田1中各區(qū)塊的系統(tǒng)效率均低于油田2中各區(qū)塊的系統(tǒng)效率值，因此，最終選取油田2中最高水平的區(qū)塊的系統(tǒng)效率值23.9%作為相應(yīng)的標(biāo)桿值。

3）集輸系統(tǒng)。對于轉(zhuǎn)油泵機(jī)組，油田1普遍低于油田2，但兩者的最高水平相同，均為42%，因此，最終選取42%作為相應(yīng)的標(biāo)桿值。對于輸油泵機(jī)組，油田1中的各區(qū)塊均低于油田2，因此，最終選取油田2中最高水平的區(qū)塊的機(jī)組效率值51%作為相應(yīng)的標(biāo)桿值。

由上述的對比分析可知，油田1和油田2均有各自的優(yōu)勢和劣勢，通過對標(biāo)的方式，兩家油田可以直觀了解各自的生產(chǎn)水平，發(fā)現(xiàn)耗能重點(diǎn)環(huán)節(jié)和能效管理的薄弱環(huán)節(jié)，針對能效水平低的系統(tǒng)和環(huán)節(jié)查找問題，提出切實(shí)有效的節(jié)能改進(jìn)措施，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)稠油高效開采。

表2 稠油生產(chǎn)能效對標(biāo)指標(biāo)及標(biāo)桿

5 結(jié)束語

目前，稠油開采技術(shù)不斷發(fā)展，但稠油開采能耗仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)油田。為了更有效地實(shí)現(xiàn)稠油的低耗高效生產(chǎn)，從能源管理的角度出發(fā)，著手從管理層面分析研究促進(jìn)稠油生產(chǎn)節(jié)能降耗的措施。鑒于能效對標(biāo)的以對比促改進(jìn)的理念，將其引入稠油生產(chǎn)的節(jié)能管理工作中，通過對稠油生產(chǎn)工藝及其能耗的分析，確定出適用于稠油生產(chǎn)模式的能效對標(biāo)方法，并在此基礎(chǔ)上，采用“要素建模法”構(gòu)建了相應(yīng)的能效對標(biāo)指標(biāo)體系，為具體的對標(biāo)工作的開展提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。

同時，在結(jié)合稠油生產(chǎn)工藝特點(diǎn)以及現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)情況等諸多因素的同時，針對提出的能效對標(biāo)方法及指標(biāo)體系，開展了相應(yīng)的對標(biāo)實(shí)踐工作。結(jié)果表明，研究確定的稠油生產(chǎn)能效對標(biāo)方法以及構(gòu)建的能效對標(biāo)指標(biāo)體系能夠切實(shí)應(yīng)用于稠油生產(chǎn)的實(shí)際對標(biāo)工作中。同時，通過實(shí)踐結(jié)果中各項(xiàng)指標(biāo)值的對比，可以清晰、直觀地反映出各油田實(shí)際生產(chǎn)的能效水平以及相互之間的差距，為后續(xù)的節(jié)能管理和技改方案的制定等提供一定的技術(shù)導(dǎo)向。

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10.3969/j.issn.2095-1493.2017.01.015

2016-10-19

（編輯 杜麗華）

馬中山，2016年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）（石油工程專業(yè)），從事節(jié)能監(jiān)測工作，E-mail：mazhongshan@petrochina. com.cn，地址：新疆克拉瑪依市準(zhǔn)噶爾路29號，834000。