采油廠能源管控中心的構建與應用

史晶瑩（大慶油田設計院有限公司）

全面開展節能減排，建設綠色低碳高效企業實現高質量發展是我國現階段發展的一項重要任務。節能減排的主體責任在企業，開展節能減排，優化用能管理是企業自身發展的必然要求。作為油田開發企業開展節能減排和用能分析，加強用能管控是一項十分重要的工作。一方面，國家“十三五”節能規劃及中國石化集團公司“能效倍增”計劃都明確要求重點用能企業建立能源管控中心，加強節能管理，實施綠色低碳發展戰略。另一方面，隨著油田“四化”建設的深入推進，開發區塊信息化和智能化程度不斷提高，生產現場生產參數自動化采集、傳輸、處理和集中數據分析能力得到不斷提升，為油田能源管控中心的構建與應用提供了良好的技術基礎。為此，提出開展《采油廠能源管控中心構建與應用》這一攻關課題，并取得了良好的技術攻關和現場應用效果。

1 能源管控中心的體系架構

企業能源管控中心是指采用自動化、信息化技術建立的一體化能源集中管控系統。在節能目標管理、能源計量統計、節能潛力識別、能效分析優化的同時，有效支撐企業實施節能技術改造、促進企業用能水平不斷提升。

1.1 功能定位

為充分發揮能源管理信息化對油田公司體制機制建設的支撐作用，經過深入研究，廣泛論證，確定了能源管控系統三級架構，實現三級聯動、上下貫通、層層穿透。油田分公司級主要抓好整體能效考核、采油廠級抓好能效監控、采油管理區主要抓好能效優化。

1.2 功能模塊

能源管控中心功能模塊主要包括能效監控、報警預警、能效評價、能效優化和統計分析5大功能模塊，23個子模塊，128項業務功能。系統功能模塊見圖1。

1.2.1 能效監測

以GIS為基礎，以PCS單井、單設備實時數據與源頭數據為支撐，整合集成供電系統實時數據（電量、電壓、電流、有功、無功、功率因數）、增加后勤輔助、轉供用電數據采集，實現區域內電網運行質量、能耗情況實時監控、實時預警，達到“能流可視化”的目的[1-3]。在四化單點設備數據采集的基礎上，將供電系統與GIS結合，將提升、注水集輸和生活用電，以線路為單位，進行了一個整體的展示，包括線路用電負荷情況，以及線路異常報警，供電線路基礎電器接線圖，從而實現整體到部分的能流可視化。點擊任意一條有網線路，可以穿透至線路實時監測情況[4-6]。

圖1 系統功能模塊

以采油管理區某供電線路為例：以供電線路為載體，以電力能源閉環管理為主線，以能流可視化方式，實時展現供電線路上變電站供電數據、生產用電數據、辦公用電數據以及民用電數據，結合數據視圖，實現層層穿透，實時查詢，并對線路失電進行精準扣產計算。

1.2.2 能效報警預警

能效報警模塊主要包括采油報警預警、注水報警預警、集輸報警預警和電網報警預警等四個子模塊。采油報警預警包括停機報警、管網壓力報警、機采系統效率過低報警、空抽報警等；注水報警預警包括停機報警、壓力高低報警、溫度過高報警以及注水系統效率低報警等；集輸系統報警預警包括停機報警、壓力高低報警、溫度過高報警、硫化氫和可然氣體濃度超標報警以及集輸系統效率低報警等；電網報警預警就是通過對監控系統供電變化情況進行實時監測、電網負荷變化大預警、電網功率因數低報警以及電網損耗大預警。以電網報警預警子模塊為例：某供電線路2018年4月18日，線路供電負荷發生波動，并推送預警信息。

1.2.3 能效評價

依據5類標準和文件要求，建立采油、注水、集輸、供配電四大系統的指標評價體系，12類指標[7-9]。為基層的節能監測、三基驗收以及績效考核，提供管理平臺，減少工作量。

針對評價體系中不同指標，應用“兩線三區”分類法，實現分單位、分油藏類型、分舉升方式，自動對標追標，促進基層能源管控水平不斷提升。

1.2.4 能效優化

主要包括模型構建、方案推送、優化實施、效果跟蹤4個子模塊25項業務功能，依托專業知識體系和信息技術，建立能效優化模型，自動推送優化方案，自動跟蹤優化過程，自動分析優化效果，實現了“在線可優化”，為節能管理工作提供強有力的抓手。通過實時的感知、實時的分析，促進實時的決策，由原來“人工判斷、聽人指揮”向“模型判斷、聽數字指揮”轉變，輔助基層管理人員素質提升，推動生產組織方式轉變。

從源頭數據庫、生產指揮數據庫獲取油井實時、日度數據，應用統計法，聚類方法，關聯規則發掘方法，神經網絡方法等算法對所有數據進行計算、預處理，然后進行對標評價，篩選低效不達標對象形成主題數據，利用各類優化模型進行優化，形成最終的數據挖掘成果[10]。通過大數據分析，利用多種算法建立目標值與影響參數間的數據模型，根據相關性大小篩選最優模型，產液量穩定的情況下，能耗最低。在進行參數優化時，以調整幅度最小化，安全性最大化，避免影響生產為原則，以標桿對照法獲取參數作為參考邊界條件，將理論計算法和神經網絡法計算結果有條件性取交集，結合優化對象本身參數邊界條件，形成最終能效優化方案。

1.2.5 統計分析

主要包括設備臺賬、能耗報表、文檔管理、能效報告4個子模塊31項業務功能，實現能耗數據不同維度、不同層級的報表自動統計、分析，將能耗數據管理由月度管理轉變為日度管理，同時減少大量人工抄表工作，提升工作效率，滿足管理區日常管理分析需求。

2 應用及效果

該能源管控中心于2018年在勝利油田某采油廠投入現場應用。該采油廠管理區2017年操作成本10877萬元，其中人工、作業、電費占比86.5%，不考慮人工因素，電力成本占比39.6%，考慮人工因素占比26.5%。在系統背景部分增加項目覆蓋的范圍：業務系統（采油、注水、集輸、辦公后勤、轉供農用）；能耗節點（抽油機、計量間、注水站、接轉站、供電線路、變電站）；能源類別（電、天然氣、伴生氣）等內容。

應用效果主要體現在以下幾方面：

1）實現能流可視化、在線可優化、能效最大化。以供電系統為載體，深入挖掘數據價值，基于“四化”實時數據，實現能效數據實時跟蹤監測，實現能流可視化。通過供電線路負荷波動檢測和失電報警功能，可以實時掌控分線路負載變化及電網運行質量，提升管理效率，降低了因線路失電或負荷波動對生產造成的影響。運行一年推送線路波動報警信息132次，推送大線故障停電信息14條次。能源管控中心上線運行后，系統推出優化方案97項，實施46項，實現年節電83290kWh，平衡度調整21井次，作業設計優化32井次，實現年節電342412kWh，日均節電951kWh。系統累計運行12個月，提升單耗平均下降16%，注水單耗平均下降6%，用電量降低230.5×104kWh，實現年創經濟效益173萬元。能源管控中心建設投入456.1萬元，其中軟件研發359.1萬元，硬件配套投入97.1萬元，投資回收期約為2.63a。

2）厘清能源管理數據基礎，實現能源管理明日帳。設備及站庫能耗數據實現自動采集、實時計算、實時分析，能源分析數據實現月度匯總分析轉變為日度精準分析。

3）促進了采油管理區能源管理模式轉變。能管中心建設較好的契合了新型管理區經營決策優化機制，改變傳統的條塊分割、分散、粗放式能源管理模式，實現以遠程綜合監控為基礎的扁平化、集中化、精細化、科學化的高效能源管控模式。

4）實現了能源“管”與“控”的互聯網+跨越式發展。項目著力探索石油行業能源管控中心建設的實現方法和路徑，以提質增效為目標，以能源精細化、科學化、集中化管理為主線，深化信息技術應用，完善體系標準，形成成熟的技術路線，推動石油行業與互聯網深度融合創新，實現“能流可視化”、“在線可優化”、“能效最大化”，促進能源“管”與“控”的互聯網+跨越式發展。

5）實現了油藏經營價值最大化。能耗管理方面實時監控生產全過程各節點耗電情況，向注水、采油、集輸等專業共享節點監控結果，與各專業協同優化，對生產過程進行宏觀管理、宏觀優化、宏觀分析和宏觀考核，實現油藏經營價值最大化。

6）實現了油田開發數據資源共享。圍繞電網、管網、井網開展需求分析和基于油藏、單元、井組的油藏工程、注采輸工程間的協同分析，堅持橫向到邊，縱向到底，充分利用共享資源，堅持價值引領、閉環控制、數據驅動、協同推進，發揮油氣生產大數據對于促進油田提質增效、轉型發展的支撐作用，實現了開發數據資源共享。

3 結束語

實踐證明，開展能源管控中心建設是企業加強能源管理工作一種創新管理模式，具有良好的節能減排效果。該中心能效監控、報警預警、能效評價、能效優化和統計分析5大功能模塊，23個子模塊，128項業務功能完全能滿足油田能源管控工作需要。它的應用實現能流可視化、在線可優化、能效最大化，厘清能源管理數據基礎，實現能源管理明日帳，促進了采油管理區能源管理模式轉變，實現了能源“管”與“控”的互聯網+跨越式發展，實現了油田開發數據資源共享，實現了油藏經營價值最大化，具有良好的推廣應用價值。