大慶油田集輸系統能量優化技術探索研究與應用分析

黃振昊

大慶油田有限責任公司

大慶油田開發規模不斷擴大、生產耗能逐年增長，其中，原油集輸過程中消耗了大量能量[1]。隨著油氣田節能工作的不斷深入，結構節能和管理節能挖潛難度越來越大[2]，通過設備、工藝實現的節能空間越來越小，技術改造效益逐步收窄，“十三五”期間萬元投資節能量對比“十一五”期間下降56%。大慶油田生產系統年能源消耗總量位居中國石油首位，單位液量生產綜合能耗位居中國石油最低，能耗管控難度大、任務艱巨，需要研究一套不改造工藝只優化參數的方式，在運行管理上下功夫，對集輸生產過程進行合理優化，助力油田提質增效。

1 技術研發概況

1.1 集輸系統用能評價方法

中國石油要求企業“建立能效對標指標體系，積極開展能效對標分析工作”[3]，但油田生產用能分析和評價長期以來一直是油田生產用能管理的難題。由于油田生產系統龐大復雜，用能種類多，耗能環節多，分布零散，用能分析評價復雜；且油田所轄區塊地質條件、油氣物性、含水率、系統布局規模等不盡相同[4]，能耗有較大差異。即使采用自身與自身對比的方法，也存在比較基準值確定難度大、歷史最低能耗不一定是能效最佳水平的問題，因此科學的分析評價各生產系統能效水平存在較大難度。

結合油田集輸系統能量優化技術在現場試驗應用，提出“基于流程模擬的油田生產能效組合量化綜合評價方法”,利用仿真計算的方式，指導油田不同生產過程包括機采系統、集油系統、脫水處理系統、污水處理系統、注水系統在內的多系統能耗管理水平的綜合評價，避免了當前影響油田生產的因素較多、系統單耗指標橫向可比性較差的問題。組合量化體現在滿足油田生產各個管理層級的用能評價（廠級、作業區級、站場）以及多個同類站場組成的系統（集油系統、脫水系統等）。綜合評價體現在各個層級具有綜合評價指標，例如廠級、作業區級有全廠或全作業區各系統的綜合評價指標。三級評價指標值為實際單耗值與基于流程模擬得出的基準值（理想值）的對比分值，即可滿足單站、全礦、全廠范圍的評價需求，又可以反映不同時期的能效管理水平變化。

1.2 集輸系統能量優化方法

基于仿真和數據挖掘相結合的集輸系統能耗全流程優化方法，涉及了一種能夠基于工藝仿真和數據挖掘相結合的集輸系統全流程能耗優化方法，即將常規的油田地面系統，包括機采系統、集油系統、脫水系統進行整體優化，通過各個子系統的工藝仿真結合運行工藝的數據挖掘，得到各個子系統中運行能耗與運行工藝參數以及進出口物料之間的關系，以全流程能耗最低為目標函數，以各個子系統工藝運行參數邊界和能力為約束條件，基于模型求解得到全流程最優的工藝運行參數。該方法將工藝模擬和數據挖掘進行結合，解決了部分工藝及設備仿真困難的難題，同時工藝仿真也解決了現場數據長期恒定對數據挖掘帶來的限制。將機采系統與后續的地面集輸系統進行了整體優化，實現綜合能耗最低[5]，對于油田地面運行具有非常好的指導意義。

1.3 集輸系統能量優化軟件

油氣集輸處理系統能量優化軟件融合了100多個包括物性、熱力、水力、評價及優化等方面的數學模型，軟件具有構建工藝模型、水力熱力計算、水力熱力校核、用能評價及用能優化等功能[6]，可實現從現有數據庫中直接導入數據，各類圖標符合業內相關標準或使用習慣，界面友好，操作性強。

通過研究篩選適用于油田多相流的熱力、水力計算模型，構建并修正了包括熱力、水力計算模型、物性計算模型（基于黑油、組分模型）和站內工藝流程模型在內的數學模型。并根據試驗現場具體情況進行校核修正，嵌入大慶油田井口溫度經驗公式。物性計算結果介于Hysys和PVTsim之間，三個模型的氣體密度結果相近，計算結果的誤差在5%以內，具有較高的精度。集油系統水力計算現場數據相比，誤差均在6%以內。綜上所述，該軟件建立的模型是可行的。

2 技術推廣及應用

2.1 采出液物性研究

油田各區域開采對象、層位、驅油方式不盡相同，集輸工藝、物性條件存在差異，結合生產實際，共取樣249個，覆蓋站場57座。采出液物性研究包括：①測定原油凝固點、蠟含量、膠質含量、瀝青質含量、析蠟點及比熱容，為確定集油臨界溫度提供數據支撐；②測定含水原油流變性、黏溫特性，保障軟件模擬計算精度；③明確轉油站采出液沉降分離特性、原油乳狀液穩定性等，為確定進聯合站一段脫水最低溫度提供依據。轉油站乳化油黏溫曲線情況如圖1所示。

圖1 轉油站乳化油黏溫曲線Fig.1 Viscosity-temperature curve of emulsified oil at the oil transfer station

2.2 完善優化軟件功能

為滿足規模化推廣需求，結合應用過程中出現的建模工作量大、軟件培訓時間長等問題，對軟件進行完善升級：①研發快速建模模塊，簡化命名規則，識別不同油田油井、計量間名稱。簡化建模源文件，由原來6 張excel 表格簡化為1 張excel 表格，提高建模效率。優化建模邏輯，增加引導式模塊，根據集輸類型和掛接關系，引導用戶構建模型，降低建模難度。②完善不同集油工藝算法，結合現場集輸關系復雜，掛接、環狀、平臺井多種類型并存的情況，升級完善軟件算法，滿足了不同集油工藝流程計算需求。③建立原油物性數據庫，完善了物性修改功能，各轉油站可選取自己的物性方程進行計算，提高計算精度。④完善摻水優化控制參數，以原油凝固點作為回油溫度控制界限，對于部分轉油站不能實現單井摻水計量的，控制回油溫度和轉油站總摻水量實現優化。

2.3 建立能量優化示范區

組織編制集輸系統能量優化方法培訓教材，分3個輪次，對其他10個采油廠的技術人員進行線上培訓及交流，完成210座中轉站集輸系統能量優化模型建立，覆蓋井數26 838 口。成立專項組織機構，建立月報機制，明確保障措施，實現了技術與管理上下一體、協調配合，保障集輸系統能量優化工作順利執行。按照油公司改革模式，基層隊技術職能上移，工藝研究所技術人員負責應用軟件編制優化方案，發揮技術指導作用；基層班組負責結合方案抓實現場執行，通過摸索運行規律，分析油氣生產特性[7]，及時調整油井摻水量、轉油站加熱爐運行溫度及設備啟停方式，做到了精細化運行管理，實現了個性化能源管控。轉油站能耗最低運行方案選取情況如圖2所示。

圖2 轉油站能耗最低運行方案選取示意圖Fig.2 Schematic diagram of selecting the lowest energy consumption operation scheme for the oil transfer station

以外圍某轉油站為例，選取5個溫度下的摻水方案，方案四能耗最低，即日摻水量826 m3/d，摻水溫度62 ℃為該站能耗最低運行工況。

示范區210座中轉站，日均摻水量39.18×104m3，摻水溫度52.1 ℃，外輸溫度38.2 ℃，與去年同期對比每天少摻水2.26×104m3，摻水溫度下降2.3 ℃，外輸油溫度下降0.5 ℃，同比日節電3.52×104kWh，節氣7.04×104m3。

3 結束語

集輸系統是油氣生產、處理及外輸最重要的環節[8]，集輸系統能量優化由原來的單純降溫轉變為根據末端需求，推導前端供給[9]，實現了全局優化。通過推行“一井一參數，一站一方案”的集輸系統能量優化辦法，增加了基層站精細化管理水平，提升了員工降本增效的管理意識，能耗指標持續向好[10]。該方法不改變現有工藝及設備，不增加額外工作量，優化方法更科學，推行方法更簡便，更易于大面積推廣應用，節能效果較為明顯，對其他油田集輸系統節能降耗工作也具有一定的借鑒和參考意義。