杏北油田生產系統節能管理與績效評價平臺的開發與應用

王青春

大慶油田有限責任公司第四采油廠

油田進入高含水開發后期，三次加密、三元復合驅油等新技術相繼投入，但油價下跌，物價及人工成本提升，原油生產能耗、工耗的成本在逐年增加，嚴重影響到企業利潤。探索新的高效節能管理模式、降低生產能耗、控制生產成本成為亟需解決的問題。目前采油企業節能管理存在的問題，主要是生產過程較復雜，傳統的節能監測往往是針對單站單設備單個能耗指標的分析，缺乏合理規范的評價機制，因此，建立一個符合基層生產實際的節能管理與績效評價平臺十分必要[1]。

該平臺是基于油田主要生產系統能量平衡分析模型及節能管理綜合績效評價指標體系開發的一個節能管理平臺。

1 評價方法的選擇和確立

1.1 能量平衡模型

能量平衡方法是油田節能測試的基本方法，即通過測試分析被測系統輸入、輸出能量在數量上的平衡關系，將生產過程具體劃分為機采、油氣集輸、采出液處理、注水注入、供配電等主要系統[2]。系統能量平衡模型見圖1。

圖1 能量平衡模型Fig.1 Energy balance model

下面主要以注水系統為評價對象說明。根據注水工藝流程，建立注水系統、注水站及注水管網的能量平衡分析模型。其中，整個注水系統的能量平衡模型如圖2所示，總能量平衡方程為

式中： Ed為系統輸入能量； Ebw為介質帶入能量；Eu為介質帶出能量；Esw為輸出至其他注水系統能量，輸入時該值為負；Eds為電動機損耗；Ebs為泵損耗；Egs為管網損耗，包括管線和注水閥組損耗。

圖2 注水系統能量平衡模型Fig.2 Energy balance model of water injection system

1.2 建立評價指標體系

依靠現場調研資料，利用專家評價、系統分析、數據網絡分析、回歸分析等方法建立各系統績效評價指標體系[3-5]。整個體系構成見圖3。

圖3 節能績效評價體系結構Fig.3 Structure of energy-saving performance evaluation system

例如，注水系統能耗評價與分析指標主要包括電動機輸入功率、注水泵輸出功率、泵機組效率、泵機組單耗、注水站效率、注水閥組損失率（節流損失率）、管網損失率、注水系統效率、注水系統單耗等[6-7]。

利用“聚類分析”法，對以上多個評價指標進行分類，分成技術指標、經濟指標和管理指標。分析生產過程耗能影響因素對實現節能降耗目標的作用大小，綜合確定績效評價指標權重。同時考慮到各評價對象基礎條件不同，如轄區地質狀況、能耗設備狀態等，在評價指標中加入了“管理難易程度”。建立評價對象的相對、縱向和綜合績效評價指標體系，相對績效是同類評價對象之間的對比；縱向績效是同一評價對象在某時間段內的縱向對比。

為了確定各評價指標在整個評價系統中的權重，根據目前油田生產實際情況，需要對指標權重實行動態管理。各評價指標對能耗的影響程度存在差異，根據實際能耗情況，確定影響能耗的主要因素。具體實施時，對于同類可比的評價指標或設備，以其處理量占比設定權重，如同一注水站各注水泵機組，可按其日注水量確定其能耗權重占比；對于非同類指標、設備等評價對象，按該評價對象以往能耗對于總能耗的貢獻率設定權重。例如，聯合站內同時存在注水站和污水處理站，注水站占該聯合站總能耗的90%，污水處理站占總能耗的10%，在對該聯合站進行評價時，注水和污水兩部分權重可分別設定為0.9和0.1。

經過以上對指標的選擇、分析、分類，最終確定系統的指標體系構成。注水系統績效評價指標體系如表1所示。

表1 注水系統績效評價指標體系Tab.1 Performance evaluation index system of water injection system

由于生產單位隸屬關系不同，同時要進行管理單位（采油廠、作業區、采油隊等）各級指標體系的構建。表2是聯合站（小隊級）指標體系構成。

表2 聯合站績效評價指標體系Tab.2 Performance evaluation index system of multi-purpose station

2 軟件評價平臺的開發

2.1 建立節能管理數據庫

主要依據相關石油石化行業信息標準規范建立節能管理數據庫。創建數據庫的目的是為了存儲石油生產過程中各個系統及設備的數據，它們是彼此獨立的；因此，可以對原油集輸系統、注水系統、機采系統等單獨建庫、單獨調用、單獨操作[8]。例如，加熱爐、鍋爐或者泵機組、注水站這樣的數據集合則可以分別建立不同名稱的表來實現對數據的存儲和操作，并盡可能與企業現有數據庫進行接口。其數據庫結構見圖4。

圖4 數據庫結構Fig.4 Database structure

2.2 構建軟件平臺

基于以上理論分析、現場調研、指標體系確立和數據庫的搭建，開發油田生產系統節能管理與績效評價平臺。采用瀏覽器（Browser）、Web服務器、數據庫系統（Dbms）構成的BWD體系結構，是一個多層的客戶/服務器模式[9]。系統邏輯構架見圖5，主要功能模塊見圖6。

圖6 軟件功能組成Fig.6 Software function

3 平臺應用及節能評價效果

3.1 指標數據操作

軟件平臺對于各類各級節能數據和評價指標，均能實現顯示、分類、查詢、統計、分析等功能。2018年4月該采油廠部分注水評價指標如表3所示。

表3 2018年4月部分注水評價指標Tab.3 Partial water injection evaluation index in April 2018

3.2 績效評價排名

績效評價結果排名通過表格、圖表等形式展現出來，用戶可以直觀地從相對、縱向和綜合績效評價指標排名等多方面查看評價對象的能耗情況，評價對象可以是能耗指標、能耗設備、所屬單位等。表4是2018年4月該采油廠注水站績效評價排名。

3.3 評價結果分析

針對以上評價結果平臺給出了多種分析方式，如表4所示，杏二十三注水站評價排名較低。用戶可以通過表3查找該站具體能耗指標數值，發現該站當月僅有1#注水泵1臺設備運行，且各項指標均較低，該泵成為影響該站綜合評價的決定性因素。對于這種情況，可以通過平臺跟蹤該設備近期運行數據，現場勘查設備運行狀況，調查該區域日常注水參數，來確定該注水泵能耗高的具體原因，并通過及時調整注水方案等措施加以改善。利用此類方法，2018年1月—10月，該廠及時優化注水泵運行6臺次，節電約122.4×104kWh。

表4 2018年4月部分注水泵運行效率績效評價結果Tab.4 Performance evaluation results of partial water injection pump operation efficiency in April 2018

平臺還提供了“重點能耗設備控制圖”等功能，方便用戶分析能耗狀況，對低效高耗區設備及時查找原因，及時進行調整。抽油機設備能耗分區控制見圖7。

圖7 抽油機設備能耗分區控制Fig.7 Zone control of pumping unit equipment energy consumption

4 結束語

油田企業為了持續穩定發展，長期面臨著能耗持續上升、管理成本不斷提高的壓力，如何開展節能績效對標管理提升能效水平，是當前一個嶄新課題。節能管理與績效評價平臺是對標管理應用于油氣田生產系統節能的一次初探[10]。平臺不僅將單設備、單流程、單部門的節能評價融合在一起，而且通過績效評價排名的形式予以展現，杜絕基層單位模糊責任、隨意執行。同時，通過查找、跟蹤耗能點分析能耗狀況的方式，給各級節能管理者提供了一種新的管理手段和管理模式，并有利于節能策略的及時調整，有助于提高節能工作效率，給企業帶來可觀的經濟效益。