塔里木油田重點用能系統能效分析與評價

孟波 曹瑩 馬海波 葛永廣 李泓霏

1塔里木油田公司油氣工程研究院

2東北石油大學機械科學與工程學院

3新疆油田公司西北油田節能監測中心

塔里木油田位于我國最大的含油氣盆地——塔里木盆地，油氣資源量達178×108t，目前累計發現和探明31 個油氣田，探明油氣儲量當量26.2×108t，生產油氣產量當量超3.6×108t，已建成2 600×104t 級大油氣田，是我國陸上第三大油氣田和西氣東輸主力氣源地。2017 年，國家發改委制定發布“重點用能單位百千萬行動”工作方案，提出實行能源消耗總量和強度的“雙控”目標及考核要求。塔里木油田公司作為“萬家”企業之一，為有效貫徹落實國家要求及“雙控”目標的實現，需要對其重點用能系統開展能耗及能效水平分析，發現目前存在的問題，并提出有效的改進措施和方案。

1 重點用能系統能耗構成分析

塔里木油田重點用能系統主要包括機械采油、注水、原油集輸以及天然氣集輸與處理，各用能系統的工藝及耗能設備、能耗種類等見表1[1-3]。

由表1可知，塔里木油田重點用能系統的能耗主要為電力、天然氣，其中天然氣消耗最大，其次為電力。在塔里木油田實際生產過程中，還會涉及到其他能源消耗，如原油、熱力等，但整體能耗占比很小。

2 重點用能系統能效指標體系

2.1 能效指標體系構架

根據塔里木油田的實際生產特點，將能效指標體系分為三個層級構建。

（1）第一層級，宏觀綜合指標。反映公司整體能源利用水平，主要以最終產品（或工作量）的單位能耗來表示。

（2）第二層級，生產系統指標。反映公司內部各用能生產系統（環節/工藝）的能效水平，主要以系統效率或單耗來表示。

（3）第三層級，終端設備指標。反映耗能設備的能效水平，主要以設備效率來表示。

塔里木油田公司能效指標體系框架見圖1[4]。

圖1 塔里木油田公司能效指標體系框架Fig.1 Framework of the energy efficiency index system of Tarim Oilfield Company

2.2 能效指標體系建立

根據圖1所示的體系框架，結合塔里木油田公司的實際生產工藝及用能特點，建立了塔里木油田公司能效指標體系（圖2），該指標體系共包含三個層級16項指標。

圖2 塔里木油田公司能效指標體系Fig.2 Energy efficiency index system of Tarim Oilfield Company

2.2.1 宏觀綜合指標

宏觀綜合指標為油氣田生產綜合能耗，具體可分為以下2項指標：

（1）對于油田而言，即單位油（氣）生產綜合能耗，反映油田每產出1 t 原油（原油當量）時能源的消耗量，是統計期內油田生產能源消耗總量與油氣當量的比值。

表1 塔里木油田重點用能系統工藝及能耗組成特點Tab.1 Process and energy consumption characteristics of key energy consumption system in Tarim Oilfield

（2）對于氣田而言，即單位天然氣生產綜合能耗，反映氣田產出1×104t 商品天然氣時能源的總消耗量，是統計期內氣田生產能源消耗量與天然氣產量的比值。

2.2.2 生產系統及終端設備指標

生產系統及終端設備指標包括4大類生產系統及其設備的能效指標14 項，具體的指標測試和計算方法見表2。

噸液百米耗電更注重反映系統的耗電情況，是直觀的量化指標，較符合現場人員的理解和認知。

注水系統效率是從系統整體能耗情況入手，著重系統的能效；單位壓力注水量電耗是從系統的單耗情況入手，著重系統的耗電情況，是直觀的量化指標，更符合現場人員的理解和認知習慣。雖然這兩項指標都不能完全合理反映注水系統的能效水平，在油田企業間的橫向對比分析中表征性較差，但對于企業內部的縱向對比分析具有重要的參考價值。

3 能效評價方法

現場調研表明，塔里木油田下屬各油氣開發部及其所轄區塊的地質條件、油氣物性、含水率、系統布局規模等不盡相同，故導致能效指標體系中的5 項指標（2 項宏觀綜合指標；3 項生產系統指標：單位液量集輸綜合能耗、單位氣田集輸綜合能耗、單位天然氣處理綜合能耗）的橫向可比性較差，且這些指標實質上在相應的生產系統和終端設備指標中均有體現。因此，在對塔里木油田用能系統進行能效分析與評價時，暫不考慮這5項指標，而主要從生產系統、終端設備兩個層級進行能效分析與評價。

表2 生產系統及終端設備指標匯總及執行方法Tab.2 Method for summarizing and executing indexes of production system and terminal equipment

在具體開展相應的能效評價工作時，通過對能耗數據進行現場測試或在線監測，計算得到各項能效指標數值，結合各生產系統實際情況，采用標準對照、加權綜合評價方法進行指標及系統能效的分析與評價。

3.1 生產系統評價

生產系統評價主要采用標準對照、加權綜合評價相結合的方式進行。

機采、注水系統的能效評價采用標準對照法，原油集輸和天然氣集輸與處理系統采用加權綜合評價法進行評價，具體見表3。

表3 生產系統能效評價方法Tab.3 Energy efficiency evaluation method of production system

3.2 終端設備評價

終端設備評價采用標準對照法，其評價指標及依據見表4。

表4 終端設備評價方法Tab.4 Evaluation method of terminal equipment

3.3 加權綜合評價方法

3.3.1 加權綜合評價函數計算

在進行加權綜合評價函數之前，首先對權重矩陣與各分項計算矩陣分別進行計算。

權重矩陣A表達式為

式中：A為權重矩陣；m為各類系統對應的設備種類數目，如原油集輸系統主要包括泵和加熱爐，則m=2；i為某系統內對應設備種類的變量，i=1，2，…，m；Pi為某系統內第i類設備的額定功率之和，kW；PΣ為某系統內所有設備的額定功率之和，kW。

各分項計算矩陣B表達式為

式中：bi為第i類設備的能效加權值；Pij為第i類設備中第j臺的額定功率，kW；n為各系統中某類設備的臺數，如原油集輸系統共有5 臺泵，則n=5；j為對應的某類設備臺數的變量，j=1，2，…，n；ηij為第i類設備中第j臺的實際運行效率，%，如第j臺設備為輸油泵機組，實際運行效率為45%，即ηij=45%；ηi0j為第i類設備中第j臺的效率合格值，%，如第j臺設備對應標準中該型號設備的機組效率合格值為55%，即ηi0j=55%；B為各分項計算矩陣。

表5 各廠站的主要耗能設備情況Tab.5 Main energy-consuming equipment of each plant and station

某生產系統的能效加權綜合評價函數C表達式為

3.3.2 能效加權綜合評價方法

能效綜合評價的具體步驟如下：

（1）對各類系統單獨分析。根據前文的計算方法，分別計算得到各類生產系統的加權綜合評價函數C1，C2，…，Ck。

（2）排序。將需評價的k個系統（如機采、注水等）的所有C值按由高到低進行排序。

（3）指標限值確定。根據C值排序后，限值的確定方法分為兩種情況：①若測試數據量大，具有統計規律，則取排序前30%的數值作為優良值，取前60%的數值作為合格值，低于該值即為不合格；②若測試數據不足，則只對加權綜合評價函數C1，C2，…，Ck按由高到低進行排序，不進行優良、合格、不合格限值的選取與確定。

（4）評價結果。根據步驟（3）的結果，最終評價結果也分為兩種情況：①若測試數據量大，則根據（3）中確定的限值即可判定相應的能效水平為優良、合格或不合格；②若測試數據不充足，則通過C1，C2，…，Ck的排序情況，可初步分析判斷各生產系統的能效水平高低及系統間的差異情況，為后續有針對性開展系統的改進措施提供方向。

4 實例應用

以塔里木油田下屬6個廠站的主要耗能設備為例，根據SY/T 7319—2016《氣田生產系統節能監測規范》的指標限值要求，采用上述加權綜合評價方法，將主要耗能設備分為泵、壓縮機、加熱爐三類（即i=3），對6 個廠站的能效水平進行分析與評價。

4.1 計算結果

各廠站主要耗能設備分析的基本情況見表5。

對上述6個廠站的能效加權綜合評價函數值分別進行計算，計算結果見表6。

表6 能效加權綜合評價方法計算結果Tab.6 Calculation results of weighted comprehensive evaluation method

4.2 結果分析

通過對表5 中6 個廠站主要耗能設備情況進行分析，得到表7。

表7 各廠站耗能設備運行結果分析Tab.7 Operation result analysis of energy-consuming equipment at each plant station

由表7中數據分析可知：

（1）2#、3#、6#廠站耗能設備的效率合格率為100%，而2#廠站設備總功率較小，但設備的實際運行效率值遠遠高于合格值，差值為15.33%，其能效水平在6 個廠站中最高；6#廠站設備總功率較大，但實際運行效率值與限定值差值較小（6.75%），能效水平僅次于2#廠站；3#廠站設備實際運行效率值與限定值差值為7.03%，略高于6#廠站，但設備總功率遠小于6#廠站。3 個廠站能效排序為2#、6#、3#，與能效加權綜合評價函數C的排序相同。

（2）1#、4#、5#廠站均存在不合格的耗能設備，合格率分別為0、77.78%、66.67%，能效排序為4#、5#、1#，與能效加權綜合評價函數C的排序相同。

由表6 數據分析可知，6 個廠站的能效加權綜合評價函數值C由大到小排序依次為：2#、6#、3#、4#、5#、1#。

5 結論

（1）設備合格率直接影響系統的能效水平，設備合格率越高，則系統能效越高。

（2）在設備合格率相同的情況下，系統能效與某類設備的功率、限定值差值的幅值大小有關，功率大、與限定值差值幅值大，則能效水平更高。

（3）能效加權綜合評價函數C值越大，廠站（系統）的總體能效水平越高。同時證明了提出的能效加權綜合評價方法具有一定的合理性與科學性。

此外，結合評價結果，可判斷6個廠站的設備能效情況，進而明確影響系統能效水平的關鍵設備，在開展相應節能挖潛等工作時，可以對評價結果為不合格的設備有針對性地采取節能改造措施，以提升系統的能效水平，促使“雙控”目標的實現。