油田能源管控建設實踐

蔣維東 （大慶油田慶新油田開發有限責任公司）

油田開發工藝中，采出液舉升，流體增壓、升溫，采出液分離處理，以及生產、生活、辦公照明、采暖、通風等，均需要消耗大量能源，能源消耗品類主要有：電力、天然氣、原煤。出于安全、平穩生產的需要，按照常規節能管理模式，節能挖潛難度較大。A 油田根據地面建設及生產經營現狀，引入能源管控先進管理理念，發揮數字油田、智能油田優勢，配套組織機構變革，達到了“優化級”能源管控水平，并在部分生產系統逐步推向“智能級”[1-2]。

1 現狀及存在的問題

1.1 現狀

以A 油田為例，該油田為大慶外圍中-低滲透油田，油層發育較差，單井日產液較低，油井井距250 m 左右。原油集輸采用單管環狀摻水集油工藝，注水采用分散注水工藝，采油工藝主要為抽油機舉升，在生產過程中存在能耗設備功率小、數量多，用能節點多、分布散，氣候環境惡劣等特點。

1.2 存在的問題

長期以來，A 油田受地層發育以及地理環境的限制，加之該油田用工規模小等原因，員工勞動強度大，生產精細化管理水平難以提高，能耗增長也很難得到有效控制，單位液量生產綜合能耗居高不下。

由于國際油價長期低迷、震蕩，生產經營形勢不容樂觀，加之國家“雙碳”戰略的提出，亟需依靠技術、管理創新，深入挖掘節能潛力，控制生產經營成本、以及減少碳排放量，達到節能減排降本增效的目的。

2 能源管控建設的主要做法

A 油田按照能源管控企業標準《Q/SY 09004.1—2018 能源管控第1 部分：管理指南》《Q/SY 09004.1—2019 能源管控第2 部分：評估指南》要求，在整裝數字化油田的基礎上，研發了能源管控平臺，配套以組織機構變革，實現了能源高效、專業化的管理，取得了良好的節能效果及管理效益[3-4]。

2.1 依托整裝數字油田

A 油田經過十余年探索實踐，歷經數字化建設和智能化提升兩個階段，信息流、數據流得到有效整合和挖掘，實現了人機交互管理向智能輔助決策指揮的轉變，初步形成了智能油田管理模式，搭建了涵蓋數據采集、數據管理、數據應用的完整架構，為能源管控的實現奠定了基礎。

在數據采集方面，依托完整的物聯網建設、穩定的通信傳輸及高效的采集驅動技術，95%以上的生產數據實現了自動化采集；同時對未實現自動化采集的數據，系統自動生成數據采集指令，一次錄入，全員共享。

在數據管理方面，A 油田分別建立了實時數據庫以及應用數據庫，其中實時數據庫用于管理井、間、站等生產單元自動采集的海量實時數據，應用數據庫用以管理統建庫回遷數據、各應用系統二次計算以及人工錄入產生的各類數據，并研發了數據質量管理系統，制定了數據質檢流程，用于數據集中管理，實現了數據標準統一、存儲統一，達到互聯共享[5-7]。

在數據應用方面，A 油田開發了大量的應用管理系統。在采油井管理方面，通過單井運行管理系統以及機采措施智能管理系統，可以實現對油井電參、力參的實時監控，自動推送油井停井、皮帶斷等多類故障報警信息，并通過手機APP 完成指令下達、落實反饋、追蹤維護全流程業務；通過實時監測功圖、電參、力參等數據，實現了工況、結蠟、平衡預警，方案推送。利用遠程啟停模塊，結合井場視頻監控，設定間抽啟停機制度，實現自動間抽。在集輸管理方面，可以通過各站管理系統及集油間監控系統，對井、間、站集輸管線運行狀態及站控關鍵節點的智能監控及自動操作，實現故障隱患報警，摻水流量、外輸流量、反洗流量、回收流量、環摻水量、加熱爐進氣量關鍵節點的遠程控制及聯鎖控制，確保了站間集輸管理的安全高效運行。在注水管理方面，可以通過來水壓力、油壓、泵壓、水量異常報警，實現對注配間及注水泵實時監控、單井注水量遠程智能調控等。

2.2 開發能源管控平臺

A 油田為實現能耗專業化管理，對智能化油田多個應用系統能耗控制相關功能進行了資源整合，開發具備能耗指標管理、能耗目標監控等功能，集機采、集輸、注水系統能耗優化功能于一體的能源管控平臺，形成了從“能耗預警、自動分析、措施推送、效果評價”的閉環管理模式。能源管控平臺功能結構見圖1。

圖1 能源管控平臺功能結構Fig.1 Functional structure of energy control platform

2.2.1 能耗指標管理

1）在指標制定方面，能源管控平臺可以依據歷史數據，結合當年開發計劃、“雙控”指標，制定當年年度能耗考核及獎勵指標，再劈分至各用能部門，分解至各月度，最終實現將年度能耗考核指標分解為各部門月度能耗考核指標，實現指標精細化管理。

2）在指標運行方面，平臺以數字化油田完善的數據采集及管理系統為依托，月度自動生成各部門月度能耗指標完成情況，依據公司節能相關管理制度，自動生產指標考核審批單，實現節能指標考核一鍵完成。

3）在對標分析方面，系統按管理層級，可對公司指標、采油區指標、集油配注間指標進行對比分析；在生產系統上，可對機采系統、集輸系統、注水系統指標進行對比分析；按時間跨度，可對年度指標、季度指標、月度指標進行對比分析，指標涵蓋能耗總量、用能單耗、生產情況，能耗總量指標如能源消耗總量、耗電量、耗氣量等；同時系統預留有數據接口，支持其他部署該管理平臺的采油廠，共享能耗數據，進行橫向對比。解決了傳統年度對標、半年對標周期長、實時性差等問題，通過高效對標為進一步挖掘潛力、精準施策提供了數據支持[8-10]。

2.2.2 能耗目標監控

以能耗為切入點，通過對相關數據的實時采集、遠程傳輸、數據計算、多樣化展示，形成了立體化、多維度的能耗監控。按管理職能，可針對生產管理、能源管理以及用能單位，形成針對不同部門的管理監控功能；按生產系統，可針對機采管理、集輸管理以及注水管理，形成不同子系統的監控功能；按時間維度，可形成年度、月度、日數據統計報表、圖表展示；按能耗情況，可形成能耗總量、系統單耗、效率統計等不同角度的監控頁面。能耗監控及數據統計由原來現場抄錄、人工統計，轉變為目前自動計量、系統計算，大幅提高員工的工作效率，極大地方便了各層級管理技術人員對能耗數據的掌握及分析。

2.2.3 生產能耗優化

能源管控平臺通過對能耗數據、生產數據統計分析，自動對不同用能系統、用能單元進行能耗評價、異常報警、歸因分析、方案推送、措施執行、效果評價，實現機采、注水、集輸系統能耗優化的全流程閉環管理。

1） 在能耗評價方面。系統分別制定了機采井、注配間、集油環能耗評價圖版，分別采用機采系統效率、單位壓力注水用電單耗、平均單井瞬時摻水量作為評價指標，評價其用能水平，根據評價結果劃分為高效區、合理區、潛力區、低效區、待落實區，通過效率評價，輔助技術管理人員宏觀掌控機采、注水、集輸系統各單元用能效率，為下步治理措施提供方向。

2）在能耗預警方面。平臺針對機采、注水系統分別制訂了預警規則，采取閾值超限報警。其中機采系統共設置預警參數三個：系統效率、采油用電單耗、日耗電，注水系統采用單位壓力注水用電單耗，多個預警參數之間的邏輯關系可自由設定，不同機采井、注配間的預警閾值可以個性化設定，從而可以有效的提升預警準確率，并根據生產單位實際的預警處理能力，控制預警數量，確保預警的有效性。

3）在歸因分析方面。平臺通過整合其他智能軟件分析模型，補充研發部分分析模型的思路，構建出了涵蓋機采、注水、集輸三大系統的歸因分析模型。其中機采歸因分析模型，單井日耗電量、采油用電單耗、系統效率實時監測，對能耗異常井自動預警，系統根據數字化自動采集的各項電參、力參以及其他數據，自動從設計因素、設備因素、生產因素和現場因素共4 類因素進行歸因分析，發現異常原因，并推送處置方案。 注水系統通過對單位壓力注水用電單耗進行監測預警，系統根據注水量、啟泵組合、地層壓力以及現場因素共4 類因素進行分析，繼而推送優化處置方案。集輸系統有別于其他兩個系統，集輸系統通過建立知識圖譜，將不同數據源中的結構化、半結構化、非結構化數據，通過實體識別、屬性、關系進行知識抽取，然后把這些抽取的知識構建關聯進行融合，再通過知識推理，模擬人的思維過程，從一個或多個現有判斷中推斷出新判斷，基于知識圖譜，對集輸系統實時運行狀況進行分析、診斷，主動推送優化方案，知識圖譜技術路線見圖2。

圖2 知識圖譜技術路線Fig.2 Technical route of knowledge map

4）在措施執行方面。平臺推送的優化方案主要有兩條實施路徑：一是通過平臺下達處置指令至手機APP，現場操作人員按照下達的指令，執行處置措施并反饋處置結果；二是平臺直接與現場自控設備關聯控制，現場自控設備通過通信接口，按照推送方案給定的參數，自動調節。目前可以實現自動控制的有注水量自動調節、摻水量自動調節、抽油機沖次自動調節、間抽自動實施，正在推進實現的有平衡自動調節、機采井藥劑自動投放，從而實現了部分領域的能耗智能化管控。

5） 在效果評價方面。平臺根據措施執行反饋，自動對比措施前后的能耗數據、生產參數變化，自動對措施油井、集油環進行效果統計，并形成日度、月度、年度評價分析報表，為技術分析人員、現場操作人員提供效果數據，方便管理人員及時總結措施經驗，同時也可及時發現無效措施，促進節能措施處理形成高效、實用的良性循環，推動系統模型進一步升級。

2.3 優化組織管理結構

A 油田的能源管控建設是數字化油田、智能化油田建設的重要組成部分，因此為打通生產能耗優化流程以及油田其他生產優化流程，A 油田對組織機構進行了較為徹底的改革。按照“主營業務歸核化、關聯業務一體化、綜合業務共享化、管控模式信息化”思路，優化調整組織結構。按照新型采油氣管理區建設模式，實施采油廠、班組的兩級管控，充分利用智能化油田的技術優勢，實施扁平化管理，直接向專業化班組下達相關指令，指揮開發和生產，確保了各項節能措施的高效執行。

3 應用效果

通過依托數字化、智能化油田優勢，實施能源管控，A 油田噸液綜合能耗下降6.6 kgce/t，下降19.1%，綜合單井用人下降0.26 人，下降37.7%，取得了良好的節能降耗以及經營管理，能源管控應用效果對比見表1。

表1 能源管控應用效果對比Tab.1 Comparison of application effects of energy control

4 結論和建議

通過實踐證明，利用數字化、智能化油田技術，實施能源管控，可以大幅提升節能精細管理水平，擴大節能挖掘潛力，尤其是“智能級”能源管控，為油田降本增效、節能降碳、集約管理提供了一種更加高效的技術手段，將是今后節能管理重要的發展方向。同時也應該看到，節能管理涉及到油藏開發、生產管理、企業經營的方方面面，是一項系統工程，要做好能源管控建設，必須從各油田的實際情況出發，不可生搬硬套。基于A 油田能源管控建設實踐，有以下三點建議：一是完備且可靠的計量、采集、傳輸、儲存以及操控設備是“智能級”能源管控建設重要前提，必須加大投入力度；二是能源管控軟件系統必須清晰功能定位，才能避免和其他生產管理應用軟件發生功能重疊乃至沖突；三是節能組織管理體系必須與能源管控建設同步優化，確保相互協調適應。