油田區(qū)塊節(jié)能技術(shù)措施節(jié)能量核算方法研究

（中國石油天然氣集團(tuán)公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測評價中心）

節(jié)能量的審核是節(jié)能技改投資經(jīng)濟(jì)可行性分析和評價的關(guān)鍵；也是合同能源管理中節(jié)能效益分享的依據(jù)[1-2]；也是重點(diǎn)用能企業(yè)節(jié)能考核，實(shí)行獎懲措施的基礎(chǔ)，所以國家及相關(guān)行業(yè)積極制定節(jié)能量測量與驗(yàn)證方法。在油田企業(yè)降本增效的背景下，推進(jìn)合同能源管理不僅能降低開采成本，也能使多方共贏，目前油田企業(yè)出具了一系列的核算方法，但都只是針對單一的節(jié)能技術(shù)措施，針對區(qū)域性的多種節(jié)能措施的節(jié)能量核算并沒有一定的方法，故文中開展區(qū)塊多種技能措施的節(jié)能量核算方法研究，更好為企業(yè)節(jié)能技措節(jié)能量核算提供指導(dǎo)依據(jù)。

1 油田區(qū)塊節(jié)能量

為了降低某區(qū)塊的生產(chǎn)綜合能耗，往往對區(qū)塊的各系統(tǒng)采取節(jié)能技術(shù)措施，以便達(dá)到整體能耗的降低，當(dāng)對采取的節(jié)能技術(shù)措施進(jìn)行節(jié)能量核算時，由于系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，核算節(jié)能量時相互影響較大無法單獨(dú)評價某一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)措施的效果，故把該區(qū)塊作為一個整體進(jìn)行節(jié)能量核算。

節(jié)能量是指滿足同等需求或達(dá)到相同目的的條件下，能源消費(fèi)減少的數(shù)量，滿足同等需要是指在生產(chǎn)的產(chǎn)品是合格產(chǎn)品的前提下，所生產(chǎn)的產(chǎn)品、產(chǎn)量相同，或所需的工作量、服務(wù)相同[3]。產(chǎn)品節(jié)能量是用統(tǒng)計(jì)報(bào)告期產(chǎn)品的單耗與基準(zhǔn)期產(chǎn)品的單耗的差值，參照統(tǒng)計(jì)報(bào)告期產(chǎn)品產(chǎn)量來計(jì)算節(jié)能量。當(dāng)項(xiàng)目的生產(chǎn)能力擴(kuò)大、產(chǎn)量增幅較大時，為了避免由于產(chǎn)量規(guī)模擴(kuò)大引起的產(chǎn)品單耗降低，采用的是統(tǒng)計(jì)報(bào)告期產(chǎn)品單耗與基準(zhǔn)期產(chǎn)品單耗的差值，參照基準(zhǔn)期產(chǎn)量來計(jì)算節(jié)能量[4]。產(chǎn)值節(jié)能量是用統(tǒng)計(jì)報(bào)告期單位產(chǎn)值能源消耗量與基準(zhǔn)期單位產(chǎn)值能源消耗量的差值，參照統(tǒng)計(jì)報(bào)告期的產(chǎn)值來計(jì)算的節(jié)能量。當(dāng)項(xiàng)目的生產(chǎn)能力擴(kuò)大、產(chǎn)值增幅較大時，為了避免由于經(jīng)營規(guī)模化、產(chǎn)值增大引起的產(chǎn)值單耗降低，應(yīng)采用統(tǒng)計(jì)報(bào)告期單位產(chǎn)值能源消耗量與基準(zhǔn)期單位產(chǎn)值能源消耗量的差值，參照基準(zhǔn)期的產(chǎn)值來計(jì)算節(jié)能量[5-6]。

2 節(jié)能量測量計(jì)算方法

節(jié)能量測量是指采用測量的方法，準(zhǔn)確地測定出節(jié)能改造創(chuàng)造的節(jié)能量的過程。主要是對項(xiàng)目改造前后的能源消耗進(jìn)行測量與驗(yàn)證。根據(jù)用能單位、設(shè)備、系統(tǒng)的具體特點(diǎn)，在正常運(yùn)行條件選用各典型工況，對整體或局部進(jìn)行對比測量，從而得到正確的能源消耗量。節(jié)能量測量常采用直接對比測試法。通常在統(tǒng)計(jì)報(bào)告期，當(dāng)節(jié)能措施可以關(guān)閉且不影響項(xiàng)目運(yùn)行時，進(jìn)行基準(zhǔn)期參數(shù)測量，為了對比節(jié)能效果，當(dāng)節(jié)能措施開啟時，再次測量同種工況下，項(xiàng)目邊界內(nèi)的統(tǒng)計(jì)報(bào)告期能源消耗量[7-9]。節(jié)能量測量步驟見圖1。

圖1 節(jié)能量測量步驟示意圖Fig.1 Schematic diagram of energy measurement steps

節(jié)能量(Es)、基期能耗(Eb)、統(tǒng)計(jì)報(bào)告期能耗(Er)和校準(zhǔn)能耗(Ea)的關(guān)系如圖2所示。

圖2 節(jié)能量與基期能耗和報(bào)告期能耗、校準(zhǔn)能耗關(guān)系示意圖Fig.2 Schematic diagram of the relationship between energy and energy consumption in base period，energy consumption in reporting period and energy consumption in calibration

報(bào)告期內(nèi)的節(jié)能量(Es)由式（1）計(jì)算：

式中：Es為節(jié)能量，tce；Er為統(tǒng)計(jì)報(bào)告期能耗，tce；Ea為校準(zhǔn)能耗，tce。

1）油田生產(chǎn)產(chǎn)品節(jié)能量。用統(tǒng)計(jì)報(bào)告期油田單位產(chǎn)品產(chǎn)量能源消耗量與基期油田單位產(chǎn)品產(chǎn)量能源消耗量的修正值的差值和報(bào)告期油田產(chǎn)品產(chǎn)量計(jì)算的節(jié)能量[10]。油田生產(chǎn)產(chǎn)品節(jié)能量按式（2）計(jì)算：

式中：ΔEe為油田生產(chǎn)產(chǎn)品節(jié)能量，tce；ebc為統(tǒng)計(jì)報(bào)告期單位油田油氣綜合能耗，tce/t；k為油田開發(fā)影響修正系數(shù)，k值若超過1.36，則按1.36計(jì)算；σ為基期油田綜合含水率，%；δ為統(tǒng)計(jì)報(bào)告期油田自然遞減率，%；ejc為基期單位油田油氣生產(chǎn)綜合能耗，tce/t；Mb為統(tǒng)計(jì)報(bào)告期油田油氣當(dāng)量產(chǎn)量，t。

2）油田生產(chǎn)產(chǎn)值節(jié)能量。用統(tǒng)計(jì)報(bào)告期油田單位產(chǎn)值能源消耗量與基期油田單位產(chǎn)值能源消耗量的修正值的差值和報(bào)告期油田產(chǎn)值計(jì)算的節(jié)能量。油田生產(chǎn)產(chǎn)值節(jié)能量按式（3）計(jì)算：

式中：ΔEz為油田生產(chǎn)產(chǎn)值節(jié)能量，tce；ebz為統(tǒng)計(jì)報(bào)告期單位工業(yè)產(chǎn)值綜合能耗，tce/萬元；ejz為基期單位工業(yè)產(chǎn)值綜合能耗，tce/萬元；Gbz為統(tǒng)計(jì)報(bào)告期工業(yè)總產(chǎn)值（可比價），萬元。

3）技術(shù)措施節(jié)能量。以單耗變化為依據(jù)的技術(shù)措施節(jié)能量按式（4）計(jì)算：

式中：ΔEcs為技術(shù)措施節(jié)能量，tce；ehcs為技術(shù)措施實(shí)施后單位產(chǎn)品（或工作量）綜合能耗，噸標(biāo)準(zhǔn)煤每單位產(chǎn)品（工作量）；eqcs為技術(shù)措施實(shí)施前單位產(chǎn)品（或工作量）綜合能耗，噸標(biāo)準(zhǔn)煤每單位產(chǎn)品（工作量）；Mhcs為技術(shù)措施實(shí)施后單位產(chǎn)品（或工作量）的產(chǎn)量（或數(shù)量）。

各種節(jié)能量計(jì)算方法的推薦程度見表1，一般油田區(qū)塊節(jié)能量核算采用技術(shù)措施節(jié)能量方法，而產(chǎn)品和產(chǎn)值節(jié)能量主要用于管理和結(jié)構(gòu)性調(diào)整的技術(shù)措施的節(jié)能量核算。

表1 節(jié)能量計(jì)算方法的推薦程度Tab.1 Recommended degree of energy calculation method

3 現(xiàn)場應(yīng)用

某油田區(qū)塊生產(chǎn)工藝為排水采氣工藝，共有15座井場的68口排采井，前期均采用燃?xì)獍l(fā)電機(jī)為井場供電，由于發(fā)電機(jī)效率較低，為了降低能耗，合理優(yōu)化動力結(jié)構(gòu)，降低成本支出，對60座井場實(shí)施了燃?xì)獍l(fā)電機(jī)發(fā)電改造為網(wǎng)電變壓器直接供電的節(jié)能改造，新建10 kV架空線路，負(fù)荷中心至末端最遠(yuǎn)線路長約6 km。項(xiàng)目完成后對該區(qū)塊進(jìn)行節(jié)能量核算。

3.1 項(xiàng)目邊界

該項(xiàng)目改造前耗氣邊界為15座井場燃?xì)獍l(fā)電機(jī)燃料氣（煤層氣）供入端，單座井場改造后的供電邊界自變壓器高壓端，總體邊界在線路T接出口電度表處。輸出端邊界在井場煤層氣輸出端流量計(jì)處，單井場供電系統(tǒng)改造項(xiàng)目邊界示意圖見圖3。

圖3 單井場供電系統(tǒng)改造項(xiàng)目邊界示意圖Fig.3 Schematic diagram of single well power supply system renovation project boundary

3.2 能量計(jì)算方法和校核

3.2.1 項(xiàng)目節(jié)能量計(jì)算

單井的計(jì)算方法采用公式4中的以單耗降低為依據(jù)的技術(shù)措施節(jié)能量計(jì)算，并對基期的能耗進(jìn)行校準(zhǔn)。項(xiàng)目總體的能耗，按照《用能單位節(jié)能量》（GB/T 13234—2018）給出的公式計(jì)算。

式中：排Es采井井場系統(tǒng)節(jié)能量，tce；Eb,i第i號排采井井場基期校準(zhǔn)能耗，tce；

式中：Ea,i第i號排采井井場基期能耗，tce；Ma,i第i號排采井井場基期產(chǎn)品量，104m3；Mb,i第i號排采井井場報(bào)告期產(chǎn)品量，104m3；Er,i第i號排采井井場統(tǒng)計(jì)報(bào)告期能耗，tce；Esa1排采井間接能耗效應(yīng)修正量，tce；Esa2采井重復(fù)計(jì)算修正量，tce。

在該項(xiàng)目中排采井間接能耗效應(yīng)修正量為新建10 kV的14 km架空線路的線路損耗。

由于該項(xiàng)目排采井的每一座井場都是單獨(dú)的，15座井場在用能上都沒有相互的內(nèi)在的聯(lián)系，在節(jié)能量上無重復(fù)的計(jì)算，所以取排采井重復(fù)計(jì)算修正量Esa2=0。

3.2.2 數(shù)據(jù)獲取方法和來源

1）采用現(xiàn)場采氣隊(duì)安裝的計(jì)量儀表（氣體流量計(jì)、液體流量計(jì)、電度表）計(jì)量統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，主要包括：改造前后（基期、統(tǒng)計(jì)期）15座井場所有排采井（68口排采井）的產(chǎn)氣量；改造前（基期）15座井場燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的燃?xì)饬浚桓脑旌螅ńy(tǒng)計(jì)期）15座井場總的耗電量及每座站場的耗電量；改造前后（基期、統(tǒng)計(jì)期）15座井場所有排采井（68口排采井）的產(chǎn)水量。

2）現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)：基期15座井場每臺發(fā)電機(jī)的發(fā)電量單耗測試；統(tǒng)計(jì)報(bào)告期電力接線出處電能測試；統(tǒng)計(jì)期15座井場變壓器電參數(shù)測試，單耗測試；線路損耗現(xiàn)場測試。

3.2.3 結(jié)果數(shù)據(jù)

根據(jù)區(qū)塊生產(chǎn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場15座井場的能耗測試數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算項(xiàng)目改造完成，區(qū)塊報(bào)告期能耗為228.574 tce，基期校準(zhǔn)后能耗量為1 765.820 tce，線路變壓器新增能耗量為4.93 tce，故項(xiàng)目節(jié)約能源為1 532.316 tce，報(bào)告期井場生產(chǎn)和耗能數(shù)據(jù)表見表2、基期井場耗能數(shù)據(jù)校準(zhǔn)情況見表3。

表2 報(bào)告期井場生產(chǎn)和耗能數(shù)據(jù)Tab.2 Well site production and energy consumption data during the reporting period

表3 基期井場耗能數(shù)據(jù)校準(zhǔn)情況Tab.3 Calibration table of wellsite energy consumption data in base period

對結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行不確定度分析：

1）基期的能耗數(shù)據(jù)主要為發(fā)電機(jī)消耗的煤層氣，每座井場均有流量計(jì)計(jì)量，計(jì)量儀表均在檢定周期內(nèi)，沒有不確定的數(shù)據(jù)。

2）基期的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為井口氣產(chǎn)量和井口產(chǎn)水量，數(shù)據(jù)均來自生產(chǎn)報(bào)表，每個數(shù)據(jù)點(diǎn)均有儀表計(jì)量，計(jì)量儀表均在檢定周期內(nèi)，沒有不確定的數(shù)據(jù)。

3）報(bào)告期的能耗數(shù)據(jù)主要為井場電力消耗，每座井場均有電能計(jì)量儀表，計(jì)量儀表均在檢定周期內(nèi)，沒有不確定的數(shù)據(jù)；15座井場變壓器的電力消耗，均為測試數(shù)據(jù)，測量儀表均在檢定周期內(nèi)，沒有不確定的數(shù)據(jù)。

4）報(bào)告期的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為井口氣產(chǎn)量和井口產(chǎn)水量，數(shù)據(jù)均來自生產(chǎn)報(bào)表，每個數(shù)據(jù)點(diǎn)均有儀表計(jì)量，計(jì)量儀表均在檢定周期內(nèi)，沒有不確定的數(shù)據(jù)。

該區(qū)塊15座井場的68口排采井實(shí)施燃?xì)獍l(fā)電機(jī)發(fā)電改造為電網(wǎng)變壓器直接供電的節(jié)能改造后，優(yōu)化了開采工藝，節(jié)約了能源。優(yōu)化后具有以下效果：

1）項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了煤層氣井連續(xù)穩(wěn)定排采的生產(chǎn)制度，根據(jù)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)與網(wǎng)電井場運(yùn)行記錄進(jìn)行分別等量抽樣分析。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)井場供電可靠率99.42%，網(wǎng)電井場供電可靠率99.63%，網(wǎng)電的供電可靠率稍高于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)。

2）網(wǎng)電改造后提高了能源利用率，優(yōu)化了用能結(jié)構(gòu)。網(wǎng)電改造后可減少污染物排放。

3）網(wǎng)電改造后減少自用氣量209.77×104m3/a，年提高商品率0.36%。

4）網(wǎng)電改造后可節(jié)約發(fā)電機(jī)維保費(fèi)用約105.4萬元/a。按照燃?xì)怃N售單價1.36元/m3（不含稅）、電價按0.61元/kWh計(jì)算，可節(jié)約能源費(fèi)用123.12萬元。

5）降低員工勞動強(qiáng)度的必要性，根據(jù)分析燃?xì)獍l(fā)電機(jī)供電巡檢平均耗時110.98 min/井。網(wǎng)電供電巡檢平均耗時99.38 min/井，比燃?xì)獍l(fā)電機(jī)供電巡檢耗時減少11.6 min，降低了10.45%，員工勞動強(qiáng)度下降。經(jīng)計(jì)算分析網(wǎng)點(diǎn)改造后，年可節(jié)約標(biāo)煤為1 532.316 tce。

4 結(jié)論

1）節(jié)能量是合同能源管理的重要依據(jù)，是各方利益分成的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)也是項(xiàng)目實(shí)施后節(jié)能效果的具體體現(xiàn)，正確選擇節(jié)能量的核算方法，才能保證核算結(jié)果的正確性。

2）產(chǎn)品和產(chǎn)值節(jié)能量主要用于管理和結(jié)構(gòu)性調(diào)整的技術(shù)措施的節(jié)能量核算，或者企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品較多，工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況。

3）技術(shù)措施節(jié)能量主要適用于項(xiàng)目節(jié)能技術(shù)改造的節(jié)能量核算，大部分節(jié)能技術(shù)措施都可采用該方法進(jìn)行核算。

4）通過對各項(xiàng)因素進(jìn)行不確定度分析，保證核算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

對某油田生產(chǎn)區(qū)塊15座井場68口排采井，前期采用燃?xì)獍l(fā)電機(jī)為井場供電，改造為網(wǎng)電變壓器直接供電的節(jié)能改造項(xiàng)目進(jìn)行節(jié)能量計(jì)算，經(jīng)計(jì)算項(xiàng)目投產(chǎn)運(yùn)行后，年節(jié)約能耗1 532.316 tce，經(jīng)濟(jì)效益較好。