能源管控系統在油氣田企業中的應用

朱英如* 吳浩 張士奇 解紅軍 王麗 管偉

（1.中國石油天然氣股份有限公司規劃總院；2.中國石油西氣東輸管道公司）

0 引言

隨著我國經濟發展進入新常態和國內外能源供需形勢的變化，持續改進能效水平已經成為新常態下能源發展的必然選擇。

油氣田企業能源消耗量占能源生產量的比例依然較高，整體用能水平與國內外先進水平相比還有較大差距，能源消耗費用在油氣生產成本中所占比例較大。“十三五”期間，國家高度重視加強能耗在線監測和推進能源管控建設，明確提出要加強高能耗行業的能源管控，推進工業企業能源管控中心建設，推廣工業智能化用能監測和診斷技術。因此，油氣田企業應以信息化建設為依托，通過開發能源管控系統，強化能源利用的有效管理與控制，并持續改進，實現能源利用的最優化，促進經濟效益的最大化。

1 油氣田能源管控發展和現狀

能源管理中心的雛形最早始于20世紀60年代的日本和西德。其鋼鐵企業利用模擬儀表形成能源數據采集與監控系統，分別滿足能源介質生產和分配的需要。20世紀 70年代，日本鋼鐵廠利用電子計算機，將各自獨立的能源介質網逐步過渡到由動力部門集中管理，達到統一管理能源介質的轉換和分配，能源管理中心初步形成。

其后，隨著能源管理中心建設得到越來越大的重視，越來越多的國際石油公司開始具有較為完整的能源管理系統，并取得了顯著的節能效果。

目前，國際石油公司普遍認為油田能源管控建設不但是數據采集、生產流程的數字化，而且是針對上游業務更高層次的整合與流程再造。在完善油氣田信息化建設的基礎上，能源管控建設需要依次經歷四個層次，即監測、實時分析、實時優化和經營模式變革。

北海的挪威海域是智能管控技術利用程度最高的地區。該地區的斯塔特福約爾得油田通過采用實時數據傳輸、實施控制技術，實現了油田可持續發展。

Chevron（雪佛龍公司）、Shell（“殼”牌公司）和BP（英國石油公司）相繼提出了“信息油氣田”、“聰明油田”和“未來油氣田”的發展理念。

“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，突出重點；完善機制，創新驅動”的原則，積極推進能源管控建設［1］。預計2020年，中國石油集團公司能源管控能力建設將邁上新臺階，基本達到國內先進水平，重點業務達到國內領先水平。油氣田企業基本實現試點能源管控單元的主要能耗指標在線監測及分析。中國石油集團公司示范采油廠（作業區）實現基于在線監測的主要能耗指標對標分析。

2 慶新油田能源管控系統實踐

慶新油田位于大慶長垣太平屯油田以東、升平油田以西，南靠宋芳屯油田，北臨安達凹陷，1999年開發，現已經歷上產和穩產兩個階段。慶新油田現有聯合站1座、轉油站2座、集油配注間21座，現有耗能設備964臺，包括：抽油機493臺、螺桿泵7臺、注水泵270臺、柱塞泵98臺、加熱爐23臺和離心泵73臺。

組建初期，慶新油田以自籌資金方式運營，嚴格管控成本是該企業經營管理的突出特點，以能源管控為代表的成本控制效果尤為突出。慶新油田成立了以總經理為組長的能源管控委員會，將節能工作納入經營重點。委員會成員涵蓋公司經營班子，小組成員包括各用能單位生產和節能管理人員。

慶新油田積極發揮數字化優勢，合理配備具有遠程功能的計量儀表，開發集采油、集輸、注水各系統于一體的能源管控系統，實現了節能工作由數字化向智能化轉變，形成了慶新油田能源管控的特有模式。

2.1 油井能源管控系統建設

在慶新油田抽油機井中，應用節能抽油機占比93.3%，節能電機占比 71.6%，節能配電箱占比88.2%。

通過電流互感器、載荷傳感器、角位移傳感器和油管套管壓力傳感器等現場數據采集設備，慶新油田自動采集三項電流、三項電壓、載荷和油套壓等 15項油井數據，計算得到日耗電量、平衡度等16項數據，實現油井參數自動采集、能耗精確計量至單井。

以自動采集、回傳的數據為前提，針對抽油機平衡治理、結蠟治理和管桿泵管理等問題，慶新油田開發了多項抽油機井源管控應用軟件，形成了五項油井能源管控體系：

1）利用功率實時監測，提高平衡管理水平。

2）通過載荷實時采集，優化油井降黏工作。

3）利用數字化遠程啟停，進行自動化間歇性抽油管理。

4）依托單井電量計量，強化機采能耗管理。

5）開發智能管理系統，實現問題超前預警。

2.2 集油配注間能源管控系統建設

慶新油田集油配注間安裝電流互感器、流量計、壓力變送器、溫度變送器和電量表等一次儀表，采集集油配注間電量、三項電流、環瞬時摻水量、井瞬時注水量、總回油溫度和總摻水壓力等 24項數據，計算得到有功功率、無功功率和功率因數等3項數據，實現數據自動遠傳，集油配注間內無人值守，電量計量至各配注間。

針對摻水單管環狀流程不易管理的實際情況，慶新油田開發了摻水優化管理系統；為確保“注好水、注夠水”，慶新油田開發了智能注水優化專家系統，形成了四項集油配注間能源管控體系：

1）安裝三相計量裝置，實現單井產量計量。

2）自動采集生成報表，降低員工勞動強度。

3）通過恒流遠程控制，保證平穩合格注水。

4）利用數字化實時監控，做好精細化自動摻水。

2.3 聯合站和轉油站的能源管控系統建設

通過在加熱爐、離心泵上安裝的流量傳感器、壓力變送器和溫度傳感器等儀表，慶新油田聯合站和轉油站3站共采集數據86項，實現了“集中監控、無人值守、有人巡檢”和數據自動采集。

通過應用自己的數字化管理信息系統、站控系統和基礎平臺等系統，慶新油田站庫管理始終保持高效運行，各站用人數量逐年遞減，節能管理水平逐年提高，形成了兩項站內能源管控體系：

1）應用數字站控系統，合理搭配機泵運行。2）依托數據實時采集，優化加熱爐運行組合。

2.4 能源管控系統運行效果

慶新油田能源管控系統上線以來，以“調試運行、發現問題、解決問題”為工作思路，以實現“監管、控制、操作性強”為完善原則，結合各項節能生產和技術管理，2018上半年與2017上半年相比，噸液耗電降低1.05 kW?h，噸液耗氣降低0.14 m3，噸液綜合能耗降低0.61千克標煤，節能效果顯著。

3 結論和建議

在開展技術節能的同時，提高能源管理水平是油氣田企業節能增效的有效途徑。建立能源管控系統，對能源消耗進行實時監控、分析診斷和優化指導，是油氣田企業強化用能管理的必然趨勢［2-3］。只有油氣田能源管控工作發揮整體合力，才能推進以能源管控為重要抓手的節能管理新模式。建議如下：

1）各企業要高度重視能源管控工作，由最高管理者指定管理者代表作為團隊領導者，組建能源管控團隊。

2）完善的數字化配套是做好能源管控系統平臺的前提，能源計量器具是油氣田能源管控的“眼睛”。要推動油氣田能源管控建設工作，數字化配套和能源計量器具完善二者缺一不可。

3）進一步完善能源管控系統平臺功能，突出橫向、縱向對標，深化預警、報警功能，實現主要能耗數據在線監測及分析，真正實現能源“管”和“控”。

4）強化能源管控系統平臺深度應用，逐步建立、優化和完善節能工作管控體系。通過開展各項能耗數據分析、對標，配套作業區、生產單元能源管控考核制度，完善績效體系，激勵員工提高節能意識，實現節能工作的精細化管理。