青海油田采油五廠能源管控系統的研究與應用

魏文勇 邱海濤 王彬 苗苗

（1.青海油田公司采油五廠；2.青海油田公司質量安全環保處）

能源管控是近幾年發展起來的一種新型能源管理模式，是針對能源生產、輸配和消耗等過程，以自動化、信息化技術為手段，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，對能源利用實施動態監控和有效管理，促進能源利用最優化和經濟效益最大化的活動[1-2]。

青海油田公司將能源管控作為開源節流降本增效、持續提高經濟效益的重要抓手，通過部署采油五廠能源管理試點先行，為油田上游業務探索可復制、可移植、可推廣的能源管理建設模式。在2020年以前完善能源計量系統，實現能耗分析系統單獨計量，重點環節實現數據遠傳，建立分析級的能源管控信息平臺，滿足分系統能耗統計和能效分析評價的需要[3-5]。

1 關鍵技術與成果

1）解決目前能源計量粗放、不完善、不準確、不實時、不穩定等問題，構建基于單井、單泵、單爐等重要耗能設備的獨立精細計量、遠傳、發布、預警系統，實現分析級能源管控模式。

2）攻克電熱桿人為調整、過加熱耗能、欠加熱卡井等突出矛盾，先導性探索研究機采井電加熱自我學習、智能管理、高效經濟運行模式，實現部分單元能源管控優化升級。

3）突破機采系統、注水系統、集輸系統等高能耗、高成本、低效益瓶頸，提高油田經濟效益。

4）開發建設能源管控信息平臺。

2 實現具體功能成果

根據能源管控規范要求和實際油田能源管控業務流程要求，對實際數據流向、數據處理、設備運行流程、管理流程、考核要求等，進行業務需求分析和軟件需求分析，并建設采油五廠能源管控平臺系統[6]。系統采用B/S架構，畫面監控、報表等也支持C/S架構的客戶端程序，系統具有很好的擴展性，開放性，支持人機界面支持多種主流分辨率，Web和客戶端程序操作平均響應時間小于3s，復雜的多維度數據挖掘查詢時間小于5s，Web頁面支持并發訪問，最大連接數大于50，系統數據采集、數據存儲和數據服務支持分布式部署，支持跨操作系統部署支持主流瀏覽器。系統主要功能有能源計劃與調度管理、能耗監測與預警、能源成本管理、能源績效與考核管理、計量器具管理、綜合統計分析、能源管控綜合管理、模擬與優化等功能[7-11]。

通過數據積累，可分析出設備效率最優化的工況條件，在大量歷史數據基礎上進行建模，推送優化運行策略，是節能優化的途徑和方向。

3 創新點

1）基于功圖數據的間抽控制及工藝制度優化。在間抽井現場配置間抽控制柜及操作傳動機構，在間抽控制柜內配置工控機，部署間抽控制程序。間抽策略通過采集地層供液能力、抽汲工作制度、實時的泵效等多個因素參數，進行歷史數據的跟蹤，融合專家經驗、工況參數，對動液面恢復機制建立數據模型，跟蹤預測每一個間抽周期，以確定的泵效范圍為主目標，兼顧產液量分目標，利用智能化算法推送間抽控制策略。基于功圖數據的充滿度計算，比單純設置停井間隔時間控制間抽的工藝制度，更加能適應井況變化，更加智能化。

2）基于井下光纖測溫的油井電加熱制度優化。由于采油五廠產液含蠟量較高，現有油井在油管設置了伴熱電纜用于防、除蠟，伴熱電纜的工作機制是根據人工歷史經驗配置加熱工作時間和停止時間，循環工作。影響結蠟的因素，有油氣比，油水比，油套壓等因素，加熱制度固定的話，不能反映這些因素變化的影響，有過加熱和欠加熱的情況。采用DTS光纖探測系統，其光纖傳感器能抵御強烈電磁干擾、防潮防輻射，以及本質安全等特性，實現了實時數據采集、實時數據顯示、定溫報警、溫升速率報警、歷史數據顯示、特性曲線顯示、遠程監控診斷和維修、探測系統實時監測、溫度的實時監控等功能，實時顯示每隔1m各點的溫度變化，基本消除誤報，同時可根據現場要求對報警值進行修正。

3）基于抽油機柔性控制的機采系統優化。傳統機采系統在運行時隨著地下地質情況的變化，供液能力、油密度、結蠟、沉沒度等都會動態變化，泵效會逐漸下降，但即使調整好泵效，一段時間后也會隨著工況變化而下降，根據監測的歷史數據分析可知，這些因素中，對沉沒度的控制是關鍵因素，實現供采平衡，保持高泵效，需要控制合理沉沒度下的載荷恒定，同時保持地面機械平衡。傳統的抽油機井，在工頻運行時，旋轉的運動過程以強制性為準正弦速度分布形態。低速區漏失率偏高，高速區流體阻尼偏大。固定的加速過程，使桿柱承受較大的震動和慣性負荷。因此，單純的閉環控制解決了自動調參問題。但不能滿足降低負載，改善工況的需求，為了更高效地解決上述問題，優化系統管理，提升系統性能，采油五廠提出了一種抽油機變速運行智能控制技術，實現抽油機井的遠程閉環自動調參和柔性控制變速運行。

現場技術人員依據抽油機井當前的泵效，在智能終端設備上設定目標泵效，智能終端設備依據閉環協調計算公式計算出目標沖次。并將目標沖次以指令的形式發送給閉環控制器，閉環控制器接收到指令之后，控制變頻控制器，調整系統運行頻率，達到改變沖次的目的，如果經過一次調整并不能達到理想的泵效，可重復上述操作。

4 應用效果分析

通過建設采油五廠能源管控平臺系統，并對50口采油井系統改造、9口采油井優化試驗，對其進行能源管控綜合管理和綜合統計分析。

1）經濟效益。納入平臺管控機采環節電力單耗為87.17kWh/t，2020年機采環節電力單耗為97.01kWh/t，節電率為10.14%。

2）社會效益。本項目的建設順應了當前油企的客觀發展趨勢，實現能源管理手段的轉變與創新，有效避免油氣生產中能源浪費，最終提升能源管控的精細化、智能化管理水平。通過對各能耗單元的分級主動監測，為能耗分析，精確定位能耗不合理點提供了數據支撐。通過能耗指標異常可以定位采油井、注水井、泵等生產設施的異常情況指導生產。

3）推廣應用前景。建成分析級能源管控系統，實現各單元能耗信息及時、準確、完整的統計、分析、發布，實現能耗信息的集成、共享，為能耗運行管理提供決策依據，支撐能源管控精細化管理。實現實時對標，趨勢預測，主動預警，幫助企業針對異常情況開展能耗診斷及用能優化，促進生產過程能源利用科學化管理和精細化控制，年可節省電力費用392.7萬元。

5 結論

建成采油五廠分析級能源管控系統，實現各單元能耗信息及時、準確、完整的統計、分析、發布，為能耗運行管理提供決策依據，支撐能源管控精細化管理。實現實時對標，趨勢預測，主動預警，幫助企業針對異常情況開展能耗診斷及用能優化，促進生產過程能源利用科學化管理和精細化控制。