機采系統能源管控等級評估方法研究

田春雨（大慶石油管理局技術監督中心）

能源管控是基于互聯網和計算機的現代化能源管理數據庫，通過能源計量和在線監測，運用對標分析和系統優化的方法，實現能源利用最優化，促進經濟效益最大化的活動[1]。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]。能源管控的水平等級分為計量級、監測級、分析級、優化級、智能級共5個等級。計量級是能源管控的最基本等級，也是能源管控開展的基礎；監測級主要實現績效參數在線監測計算及報警等；分析級的主要功能是能源績效參數縱向分析和橫向對標，提出節能增效建議；優化級的主要功能是建立模型計算優化目標值并定期開展優化方案分析；智能級即把能源管控系統加入閉環控制功能，實現全方位閉環管理。“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。隨著能源管控工作的深入，對企業實施能源管控的成熟度有相應的等級評估勢在必行[4]。評估方法為每一等級設置評估項及相應分值，滿分100分，得80 分以上為符合本等級要求，并對下一項進行評估。

1 計量級要求及評定方法

機采系統計量級的主要要求是能源計量器具配備應符合GB/T 20901 和Q/SY 1212 的相關規定。機采系統宜按照抽油機、電潛泵、螺桿泵等不同舉升方式單獨計量，可按采油隊（站或工區）、電力線路、變壓器平臺或井組劃分為不同的計量單元，不同計量單元單獨計量能耗；對于有井筒或井口有電伴熱的，宜將電伴熱耗電一并計入機采系統耗電。機采系統計量級評估方法見表1。

表1 機采系統計量級評估方法

2 監測級要求及評定方法

機采系統監測級應具備選擇能源績效參數及計算數據傳輸及基準值的設定等功能。機采系統的主要設備為抽油機、螺桿泵、電泵井，系統主要能源績效參數包括系統效率及采液單耗。機采系統能源績效參數及其對應的采集變量見表2。

表2 機采系統能源績效參數及其對應的采集變量

同時，平衡度對游梁式抽油機的能耗影響較大，油壓、套壓對機采井的精細化管理起重要作用；所以，平衡度、油壓、套壓也是綜合考慮的主要因素。

確定相關測點是進行績效參數采集計算的基礎，只有測點位置及采集參數才能布置相關儀器，完成能源管控監測級的目標。機采系統的測點分布見表3。

表3 機采系統的測點分布

通過對機采設備的電參、平衡度、光桿功率、油壓、套壓、動液面、產液量等數據的采集，最終可以通過計算得到采液單耗、系統效率。計算方法參照GB/T 33653規定。

數據在線監測需要建立獨立的數據庫用于數據的儲存及計算。同時數據庫的接口能與現有的生產管理系統進行通信。由于機采系統的設備多數在野外且分散，數據的傳輸較為困難，可以采用有線通信（包括工頻通信、光纖通信及其他有線通信方式）及無線通信（包括蜂窩通信、WiFi通信及其他無線通信方式）相結合的方式來進行通信。機采系統的能效基準值的設定至少應該包含機采系統綜合能耗、采液單耗、系統效率、功率因素、平衡度、動液面、產液量等參數。基準值的選取可以參考近1 年的生產及能耗數據，對于波動較大的基準值可以應用統計學回歸分析的方法進行預測及設定。機采系統監測級評估方法見表4。

3 分析級要求及評定方法

機采系統分析級在監測級的基礎上加入能源績效參數縱向對標和橫向對標，提出機采系統的節能增效建議。其中，機采系統的能源績效參數縱向對標：選擇主要的能源績效指標與滿足對比條件（機采系統在主要設備不變的情況下指相似的動液面、產液量、含水率及平衡度等）的歷史數據進行比對分析。橫向對標：應結合不同油藏類型、開采階段等特征，根據機采系統自身實際情況，定期收集同類企業或相近機采系統的主要能源績效參數，可與E7 系統先進指標進行對比分析。通過橫向對標及縱向對標識別節能增效機會并進行技改措施的實施。機采系統分析級評估方法見表5。

表4 機采系統監測級評估方法

表5 機采系統分析級評估方法

4 優化級要求及評定方法

機采系統優化級要求是在分析級能源管控系統基礎上，加入機采系統優化功能模塊，可以利用離線模擬模型模擬及計算最優解，通過不斷調整關鍵操作參數如平衡度、沖速等，對績效參數進行不斷校正，使其接近于最優值，最終目的是實現企業效益的最大化[5]。機采系統優化級評估方法見表6。

表6 機采系統優化級評估方法

5 智能級要求及評定方法

機采系統智能級要求是通過能源使用管理與主要生產過程閉環優化等集成，實現對能源管控單元的全方位閉環管理，倒逼企業的組織機構變革，促進其生產全過程的能源使用科學化管理和精細化控制[6]。能源管控單元閉環優化是指在優化級能源管控系統的基礎上開發閉環實時優化系統，可通過先進控制系統直接調整操作參數至優化值，實現機采系統的閉環管理，調節的主要參數包括平衡度及沖速等。機采系統智能級評估方法見表7。

6 實證分析

某油田機采系統進行能源管控試點，現有抽油機井418 口，螺桿泵井6 口，通過電流互感器、載荷傳感器、角位移傳感器、油、套壓力傳感器等現場數據采集設備，自動采集三項電流、三項電壓、載荷、油壓、套壓等油井數據15 項，計算得到日耗電量、平衡度等數據16 項，實現油井參數自動采集、能耗精確計量至單井。儀表精度滿足Q/SY 09004.3 要求。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、管桿泵管理等問題，開發了多項抽油機井智能管理應用軟件，實現單井電量的準確計量，機采系統的主要績效參數每天監測；對在線監測數據進行存儲分析，設定基準值；利用數字化遠程啟停，進行自動化間抽管理。

機采系統包括首頁、能耗目標監控、能耗報表管理、能耗指標管理、生產能耗優化、系統管理6大功能，20余項子功能。實現了機采系統的自動記錄、分析及預警等功能，同時根據不同人群實現分級權限管理。該油田機采系統能源管控評估情況見表8。

表8 機采系統能源管控評估情況

表7 機采系統智能級評估方法

由表8 可知，該油田機采系統已經達到分析級，沒有達到優化級所以沒有對智能級進行評估。經過評估該油田對自己管控系統現狀有了深入了解，同時為下一步進行優化級的建設提供了方向。

7 結論

機采系統能源管控評估方法研究是為了確定能源管控建設的程度，檢查是否按照不同等級的要求構建并有效運行的，同時提出下一步建設方向。通過對能源管控不同等級建設要求的分析，結合機采系統生產特點，提出了不同等級的評估方法，并且對打分進行細化。為驗證此評估方法的有效性，對某油田的機采系統進行現場實際驗證，得出該能源管控處于分析級階段；同時對于不符合項目提出整改措施，有效地提高了系統的能源管理水平。