酒東采油廠能源管控中心試點建設(shè)

陳勇 張作鵬 侯凡 張俊東

（1.中國石油天然氣股份有限公司玉門油田分公司；2.深圳市中電電力技術(shù)股份有限公司）

隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快和消費結(jié)構(gòu)持續(xù)升級，我國能源需求剛性增長，能源資源短缺、能源價格上漲、能效水平偏低等問題仍是制約我國經(jīng)濟社會發(fā)展的瓶頸之一。國家“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案，明確要求加強重點用能單位節(jié)能管理，推進(jìn)工業(yè)企業(yè)能源管控中心建設(shè)。油氣田企業(yè)能源管控工作剛剛起步，玉門油田為實踐能源管控模式，選擇生產(chǎn)工藝簡單、能耗品種不多、通訊信息化基礎(chǔ)好的酒東采油廠進(jìn)行了能源管控中心試點建設(shè)。

1 建設(shè)現(xiàn)狀

酒東采油廠擁有油井47口、水井12口，2017年生產(chǎn)原油7.122 8×104t，能源消耗量3316 t(標(biāo)煤)，主要能耗品種是電能、伴生氣、汽油和柴油，主要耗能設(shè)備包括抽油機47臺（37 kW/臺）、注水泵12臺（55kW/臺）、燃?xì)庹羝仩t2臺（3.6MW）、外輸泵3臺（410 kW）、高壓柱塞泵2臺（110 kW/臺）、制氮壓縮機2臺（55 kW/臺）及其他輔助小型泵類。生產(chǎn)工藝中，機采系統(tǒng)采用游梁式抽油機抽油；注水系統(tǒng)使用“低壓供水，單井升壓”注水模式，“泵對泵”供水；集輸流程采用電磁加熱，各單井產(chǎn)出液直接混輸聯(lián)合站；聯(lián)合站對產(chǎn)出液集中脫水處理就近輸入西氣東輸原油管線；供電系統(tǒng)設(shè)有1座35 kV變電站，2條10 kV配出線路，井場配電變壓器容量80 kVA。信息化方面，已建成230 MHz基站1座，1800 MHz基站3座，實現(xiàn)油區(qū)無線數(shù)據(jù)及視頻傳輸全覆蓋，并建有“油氣水井生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（A2）”、“油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)（A11）”和“節(jié)能節(jié)水管理系統(tǒng)（E7）”等信息化管理平臺。

目前，酒東采油廠各系統(tǒng)設(shè)備能源計量多為就地顯示，統(tǒng)計以月度為主，能耗狀況無法在線采集實時監(jiān)控，能耗信息傳遞、出現(xiàn)問題響應(yīng)不及時。機采系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、集輸系統(tǒng)及供電系統(tǒng)的能源利用狀況評價、用能診斷及優(yōu)化運行等仍依靠人工進(jìn)行。由于分批建設(shè)、分批投產(chǎn)等原因，油水井、各系統(tǒng)設(shè)備能源計量器具配備也不完善，迫切需要建設(shè)一套能源管控系統(tǒng)來提升能源利用效率和管理水平，達(dá)到節(jié)能降耗、降本增效的目的。

2 建設(shè)思路

能源管控中心是指采用自動化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)能源生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實施集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)字化管理，改進(jìn)和優(yōu)化能源平衡，實現(xiàn)系統(tǒng)性節(jié)能降耗的管控一體化系統(tǒng)[1]。

通過完善油井、水井、各子系統(tǒng)的能源計量器具，與生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，把自動化與信息化融合，建立集成化的能源管控系統(tǒng)。實現(xiàn)能源數(shù)據(jù)可視化、能源計劃統(tǒng)計管理、能源績效參數(shù)管理、指標(biāo)預(yù)警管理、能效對標(biāo)、能源平衡分析、系統(tǒng)管理等功能。

2.1 設(shè)計原則

通過能源管控中心建設(shè)，梳理能耗指標(biāo)，劃分能耗主體，明確各方責(zé)任，建立“二套指標(biāo)體系”、“三層能耗主體”，實現(xiàn)“三個實時”、“四個清楚”、“分級管控”[2]。

1）二套指標(biāo)體系指基礎(chǔ)、復(fù)合指標(biāo)。基礎(chǔ)指標(biāo)是儀表直采數(shù)據(jù)，包括能耗實物量、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等；復(fù)合指標(biāo)是使用基礎(chǔ)指標(biāo)計算得到的數(shù)據(jù)，包括單耗、效率等。

2）三層能耗主體指系統(tǒng)、單元、設(shè)備。系統(tǒng)是指機采系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、集輸系統(tǒng)、電網(wǎng)系統(tǒng)和其他；單元包括油井、水井、聯(lián)合站、生活區(qū)；設(shè)備主要包括抽油機、變壓器、輸油泵、注水泵、鍋爐等耗能設(shè)備。

3）三個實時指能耗數(shù)據(jù)實時采集、指標(biāo)偏差實時預(yù)警、設(shè)備運行狀態(tài)實時調(diào)整。

4）四個清楚指能耗總量計量清楚、單耗效率指標(biāo)清楚、重點設(shè)備耗能清楚、關(guān)鍵控制點清楚。

5）分級管控指班組管控并重，隊站以管為主、控為輔，采油廠實時掌控能耗數(shù)據(jù)，管理能耗指標(biāo)。

2.2 技術(shù)路線

能源管控中心與現(xiàn)有A2、A11、E7等生產(chǎn)和管理信息系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)提取和對接。

1）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層面：能源管控系統(tǒng)與A11系統(tǒng)同在生產(chǎn)網(wǎng)內(nèi)，可經(jīng)過內(nèi)層防火墻交互；能源管控系統(tǒng)對辦公網(wǎng)的數(shù)據(jù)發(fā)布，則需要通過網(wǎng)閘向辦公網(wǎng)用戶開放。

服務(wù)器層面：A11系統(tǒng)是直接面向生產(chǎn)的，安全性要求高，因此是獨立系統(tǒng)；能源管理系統(tǒng)主要是對動力設(shè)備管控的系統(tǒng)，業(yè)務(wù)相對獨立，需要單獨配置服務(wù)器。

2）能源管控軟件：部署在能源管控系統(tǒng)的服務(wù)器上，完成能源數(shù)據(jù)的采集存儲、統(tǒng)計和分析等功能。

3）數(shù)據(jù)安全：設(shè)置操作專用用戶名和密碼，授權(quán)進(jìn)行訪問。

4）時鐘統(tǒng)一性：能源管控系統(tǒng)服務(wù)器時鐘標(biāo)簽以A11系統(tǒng)的時間標(biāo)簽為準(zhǔn)。在斷電情況下，能源管控軟件根據(jù)A11系統(tǒng)服務(wù)器的時間標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)補齊。

5）A2系統(tǒng)依托：從A2系統(tǒng)讀取井口部分?jǐn)?shù)據(jù)，直接交接給能源管控軟件。

6）抄表系統(tǒng)依托：從抄表系統(tǒng)讀取電量數(shù)據(jù)，直接交接給能源管控軟件。

7）E7系統(tǒng)對接：從能源管控系統(tǒng)提取廠級的能耗數(shù)據(jù)，直接交接給E7系統(tǒng)，生成能耗統(tǒng)計日報、月報、季報和年報。

8）預(yù)留擴展：對新增油井和水井的計量表計，只需在原有基礎(chǔ)上增加接入節(jié)點即可。

3 建設(shè)目標(biāo)

依托A11數(shù)字化油田建設(shè)基礎(chǔ)，建立酒東采油廠能源管控系統(tǒng)，采用成熟可靠的能耗采集、計量統(tǒng)計、信息傳輸、診斷分析等新技術(shù)、新設(shè)備，對機采、注水、集輸、處理、外輸和供用電等能源使用情況進(jìn)行全過程監(jiān)視、跟蹤、分析和評價，實現(xiàn)能源管理向能源管控轉(zhuǎn)變，能源管控水平達(dá)到中國石油《能源管控第1部分：管理指南》要求的分析級[3-4]，為優(yōu)化級準(zhǔn)備條件（表1）。

表1 油氣田分析級能源管控目標(biāo)

4 建設(shè)內(nèi)容

4.1 完善能源計量設(shè)施

1）計量分級部署。依據(jù)能源計量器具配備規(guī)范，在用電方面，把目前酒東采油廠35 kV變電所進(jìn)線作為進(jìn)出用能單位級計量，對于井場線路、聯(lián)合站、外輸系統(tǒng)、生活區(qū)作為進(jìn)出主要次級用能單位級計量，單井（油、水井）供電、外輸泵作為主要用能設(shè)備級計量；在用水方面，把新鮮水使用作為進(jìn)出用能單位級計量，把單個注水井作為進(jìn)出主要次級用能單位級計量；在用氣方面，只有聯(lián)合站鍋爐，為進(jìn)出主要次級用能單位級計量。酒東采油廠能源計量點如圖1所示。

2）計量采集點布置。按照計量分級部署，酒東采油廠能源計量采集點主要有：47口油井，新增電量采集47處；14口水井，新增電量采集14處；新鮮水消耗監(jiān)測，3口水井新增水量采集3處；新增單井變壓器電量采集點37處；油區(qū)其他單位、生活點電量采集7處；低壓進(jìn)線2處及低壓配電室機泵電量采集15處。

4.2 建立能源管控系統(tǒng)

1）系統(tǒng)組網(wǎng)。計量點采集數(shù)據(jù)通過已有4G無線終端、新增LORA無線采集器和智能數(shù)據(jù)采集控制器實現(xiàn)，連同原有系統(tǒng)采集的壓力、流量等參數(shù)，接入能源管控系統(tǒng)，實現(xiàn)分系統(tǒng)計量，重點耗能設(shè)備單獨計量。酒東采油廠能源管控系統(tǒng)組網(wǎng)如圖2所示。

圖1 酒東采油廠計量點布點示意圖

圖2 酒東采油廠能源管控系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖

2）軟件開發(fā)與部署。開發(fā)能源管控數(shù)據(jù)庫，對計量表計數(shù)據(jù)、人工錄入數(shù)據(jù)、生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行采集、分類、存儲等；開發(fā)能源管控監(jiān)測子系統(tǒng)，實現(xiàn)能源數(shù)據(jù)可視化、能源計劃統(tǒng)計、能源績效參數(shù)、指標(biāo)預(yù)警管理等功能；開發(fā)能效分析管理子系統(tǒng)，包括能效對標(biāo)、能量平衡分析、系統(tǒng)管理等。酒東采油廠能源管控軟件系統(tǒng)如圖3所示。

4.3 與生產(chǎn)系統(tǒng)對接

1）與集抄系統(tǒng)對接。把35 kV變電所內(nèi)進(jìn)出用能單位計量、主要次級用能單位原有集抄計量接入能源管控系統(tǒng)；對機采系統(tǒng)、集輸系統(tǒng)、污水處理、加熱爐電能、燃?xì)庥嬃浚诳刂乒駜?nèi)增加無線遠(yuǎn)傳表直接上傳到能源管控系統(tǒng)中。

2）與A11系統(tǒng)對接。把A11系統(tǒng)采集的機采系統(tǒng)、集輸系統(tǒng)、污水處理、加熱爐壓力、溫度和其他數(shù)據(jù)接入能源管控系統(tǒng)。

3）與A2系統(tǒng)對接。把A2系統(tǒng)中油氣產(chǎn)量、注水、污水處理數(shù)據(jù)等接入能源管控系統(tǒng)。

4）與E7系統(tǒng)對接。把能源管控系統(tǒng)中能耗、能效、單耗等數(shù)據(jù)上傳至E7系統(tǒng)，生成能源消耗統(tǒng)計報表。

酒東采油廠能源管控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

4.4 實現(xiàn)主要功能

1）能耗監(jiān)測。實時展現(xiàn)酒東采油廠各類能源各個節(jié)點的能耗、能效狀態(tài)。全面監(jiān)測供電電網(wǎng)、供水管網(wǎng)，實時監(jiān)測每個井口變壓器、抽油機的電壓、電流、功率、功率因素，監(jiān)測供電線路損耗以及供水水壓、流量等。酒東采油廠是新開油田，后續(xù)新增油井供電方案，可參考當(dāng)前系統(tǒng)提供的末端電壓、線損數(shù)據(jù)規(guī)劃供電線路，比理論計算更有效。

圖3 酒東采油廠能源管控軟件系統(tǒng)示意圖

圖4 酒東采油廠能源管控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2）能效報警。根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，建立機采、注水、集輸、供電四大系統(tǒng)的評價指標(biāo)，對正常范圍之內(nèi)的參數(shù)，繼續(xù)實施監(jiān)控；對于異常的指標(biāo)，系統(tǒng)自動提示報警，通知隊站、班組解決；對具體的指標(biāo)參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)人機界面的設(shè)置，實時調(diào)整指標(biāo)。

3）能效對標(biāo)。以組織機構(gòu)、設(shè)施設(shè)備為主體，選取對標(biāo)指標(biāo)體系，根據(jù)能耗展示數(shù)據(jù)進(jìn)行對標(biāo)評價，橫向比先進(jìn)，縱向比進(jìn)步。在組織機構(gòu)維度，選取、設(shè)計對標(biāo)指標(biāo)，實時展示采油廠、隊站、班組的日、月能耗水平排隊，以及能耗水平的歷史波動趨勢。通過能耗水平的縱橫向?qū)Ρ龋鋵嵞芎墓芾碡?zé)任。在設(shè)施設(shè)備維度，抓住關(guān)鍵少數(shù)的高耗能設(shè)施設(shè)備，按照設(shè)備類型，選取、設(shè)計對標(biāo)指標(biāo)，實時展示重點設(shè)施設(shè)備的能耗水平排隊，以及能耗水平的歷史波動趨勢。通過設(shè)施設(shè)備能耗的縱橫向?qū)Ρ龋谕驮O(shè)備的對比中尋找先進(jìn)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)、復(fù)制、推廣先進(jìn)經(jīng)驗。

4）統(tǒng)計查詢。根據(jù)耗能種類統(tǒng)計：電、天然氣、新鮮水；根據(jù)設(shè)備類型統(tǒng)計：抽油機、外輸泵、加熱爐、三相分離器、注水泵等；根據(jù)組織機構(gòu)進(jìn)行能耗統(tǒng)計：酒東采油廠、采油工區(qū)、聯(lián)合站、生活區(qū)等。

4.5 實施步驟

2017年11月，玉門油田正式啟動酒東采油廠能源管控中心試點建設(shè)。截至目前，已完成軟硬件施工，進(jìn)入到與A2、A11生產(chǎn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)對接聯(lián)調(diào)階段。主要實施步驟是：確定計量點數(shù)量、表計選型、通信路由及整體組網(wǎng)方案；能源消耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集和設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測；保證正常生產(chǎn)的條件下，更換表計和通信調(diào)試；系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，數(shù)據(jù)驗證；系統(tǒng)投運，實施在線監(jiān)測；系統(tǒng)運維，能效分析，節(jié)能診斷。

5 預(yù)期效果

1）能源管控中心運行后，所有在線采集數(shù)據(jù)、匯總、考核數(shù)據(jù)可即時呈現(xiàn)、查詢，統(tǒng)計報表自動輸出。酒東采油廠將可做到能耗“三個實時”、“四個清楚”和“分級管控”管理，改變了以往條塊分割、分散粗放的管理模式。

2）通過“班組—隊站—采油廠”三級管控體系對各系統(tǒng)、單元和設(shè)備運行基礎(chǔ)、復(fù)合指標(biāo)實現(xiàn)在線監(jiān)控，可及時發(fā)現(xiàn)異常，及時優(yōu)化調(diào)整，減少巡井工作量，節(jié)約勞動成本。

3）對酒東采油廠主要產(chǎn)用能環(huán)節(jié)建立能效對標(biāo)子系統(tǒng)，可開展內(nèi)部能效水平對標(biāo)，與國標(biāo)、行標(biāo)、企標(biāo)和考核標(biāo)準(zhǔn)多層次對標(biāo)分析評價，為定期研究和實施系統(tǒng)性節(jié)能增效措施提供準(zhǔn)確依據(jù)。

4）能源管控系統(tǒng)建成后，可有效提高設(shè)備的生產(chǎn)時率、運行效率，延長其使用壽命[5]。預(yù)計每年可節(jié)約電費70萬元，占酒東采油廠2017年度電費的10%左右，占項目投資的25%。

5）通過酒東采油廠能源管控中心試點建設(shè)，為玉門油田能源管控推進(jìn)工作探索了經(jīng)驗，必將促進(jìn)其他單位積極學(xué)習(xí)借鑒，推動油田能源管理水平邁上一個新臺階。