油氣集輸系統能量優化軟件在油田的應用

高鑫宇

（大慶油田有限責任公司第四采油廠）

0 引言

隨著數字化油田建設進程的不斷推進，油田生產系統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）等國際大石油公司均實施了流程模擬、先進控制與過程優化項目，通過優化生產運行參數，實現降耗增效的目的?；诖吮尘?，開發了油氣集輸系統能量優化軟件，為生產管理技術人員提供了優化集油系統運行參數、降低集油系統生產能耗的技術及工具。

1 轉油站建設及運行情況

某采油廠3號轉油站始建于1986年，截至2018年底，共建成油井 215口，轄計量間 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。轉油站站內采用分離、沉降、緩沖“三合一”流程，站內主要耗能設備有摻水爐、熱洗爐、摻水泵、外輸泵及熱洗泵。站內自控儀表系統相對完善，各類機泵耗電量、自耗氣、外輸濕氣、返輸干氣均可單獨計量。

該區塊單井產液量相差較大，單井產液量最大為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，其中摻水系統能耗占轉油站總能耗的99.2%。

對于已建摻水集油工藝流程的生產系統，影響能耗的主要因素除單井產液量、綜合含水率外，還有就是環境溫度。因此，隨著環境溫度的變化，需要不斷優化摻水溫度與摻水量等運行參數，確保系統高效低耗運行。

2 能量優化軟件功能及應用

油氣集輸系統能量優化軟件為多相流模擬計算及優化軟件，具有構建工藝模型、水力熱力計算、水力熱力校核、用能評價及用能優化等功能。

以3號轉油站系統為例，油氣集輸系統應用該軟件優化運行，需遵循以下操作流程，即構建工藝模型、水力熱力校核、優化運行參數。

2.1 構建工藝模型

根據數據模板完成數據源文件的建立，即在后臺Excel（電子表格）文件中完成油井、計量間、轉油站及所有管道相關建設信息及運行信息的輸入，而后通過軟件導入數據源文件。通過此方式構建了3號轉油站系統8座計量間215口油井的集油工藝模型，見圖1所示。

模型建成后，可按照現場實際運行情況，實現冬季雙管摻水流程運行、夏季單管出油流程運行的模擬計算。計算結果可選擇性輸出，可獲得每條管道的壓降、溫降及每個節點的運行情況。轉油站系統管道參數計算結果截圖見圖2。

圖1 轉油站集油系統工藝模型圖

通過分析管道及節點的運行參數，可查找站外集油系統的熱力薄弱環節及壓降過高管段。

2.2 水力熱力校核

1）水力校核

以運行管道實際壓降為基數，對運行多年、已結垢結蠟嚴重的管道內徑進行校核。轉油站系統水力校核計算結果截圖見圖3。

2）熱力校核

以轉油站實際摻水及回油溫度、各計量間摻水及回油溫度、各油井井口出油溫度為基數，反算系統內各條管道的總傳熱系數。轉油站系統熱力校核計算結果截圖見圖4。

圖3 轉油站系統水力校核計算結果截圖

圖4 轉油站系統熱力校核計算結果截圖

2.3 優化運行參數

采用校核后各條管道的總傳熱系數，代替模型中預設的總傳熱系數。經過水力熱力校核后的工藝模型，與現場實際運行情況相符，模擬計算精度得到了保證。在此基礎上，優化摻水系統運行參數，即采用軟件計算不同摻水溫度對應的單井摻水量。

當環境溫度大于 0 ℃時，軟件可根據井口出油溫度判定部分高產液量井無需摻水；當環境溫度小于0 ℃時，為了防止管道凍堵，軟件將計算所有油井對應的摻水量。

通過計算求得不同的摻水溫度對應的總摻水量、綜合能耗及能耗費用，管理者可以能耗最低或能耗費用最低選擇優化運行方案。摻水系統優化運行計算結果截圖見圖5。

圖5 摻水系統優化運行計算結果截圖

3 優化運行方案實施效果

利用該軟件，根據環境溫度變化情況，可編制轉油站系統每個月的優化運行方案。一般情況下，在月底根據實際生產情況完成水力熱力校核，而后更新單井產液量、綜合含水率及井口出油溫度等參數，利用校核后的模型編制下月的優化運行方案。

2018年，應用該軟件編制了3號轉油站各月優化運行方案并實施。與 2017年相比，2018年在產液量增加8×104t的情況下，節氣20×104m3，節電13×104kW·h，節能288 tce。3號轉油站能量系統優化運行節能情況見表1。

表1 3號轉油站能量系統優化運行節能情況

2018年，該軟件在某采油廠3個采油礦25座轉油站進行了推廣應用，年節能9 038 tce，取得了良好的節能效果。

4 結束語

油氣集輸系統能量優化軟件為摻水集油工藝優化摻水系統運行參數、調控摻水溫度及摻水量、發現站外系統熱力薄弱環節及壓降過高管段提供了依據。應用該軟件持續優化，在很大程度上促進了油田高效低耗生產，達到了降本增效的目的。

應用油氣集輸系統能量優化軟件為油田過程化、精細化管理提供了技術支撐及應用工具，可促進油田生產管理實現真正的能源管與控。