“互联网+”条件下的油气田能耗管理探讨

2019-02-13张倩唐宏晏耿成石磊

石油石化节能 2019年10期

张倩唐宏晏耿成石磊

（1.中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室；3.中国石油长庆油田分公司第六采气厂）

1 油气田发展面临的形势

1.1 外部环境

我国已成为世界第一大能源消费国，而人均能源消费刚刚接近世界平均水平。能源已成为国际政治、经济、外交、国防、气候变化博弈的焦点，地缘政治、过度投机、热钱炒作和垄断经营深刻影响着国际能源市场的稳定。促进世界能源供求平衡、维护能源安全，成为各国共同面临的一项紧迫任务。能源紧缺与环境恶化已经成为全球面临的最大问题。

1.2 内部环境

2015 年以来，国家油价经历断崖式下跌和持续低位震荡，国内油气需求增速放缓，进入能源供需宽松新常态，油气行业经营效益急剧下滑，油田盈利微薄，不得不消减各项生产成本，而降低能耗也是有效降低成本的途径之一。

2015 年7 月4 日，国务院印发了《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》，明确未来3 年及10 年的发展目标，提出要通过加快互联网与传统行业的深度融合，实现产业结构和行业发展的转型升级。

1.3 “互联网+”提出

互联网已经渗透到各个行业， “互联网+”这个概念于2012 年在业界首次提出，与2007 年出现的“互联网化”概念一脉相承，强调互联网与各传统产业进行跨界深度融合。“互联网+”是我国工业和信息化深度融合的成果与标志，也是工业发展的一个方向。

2 油气田生产及能耗管理

2.1 生产状况

以长庆油田为例，机采系统共有抽油机5 万余台，总装机功率超过60×104kW。

注水系统共有注水站600 多座，供水站100 多座。注水井开井1 万多口，日注水量超过30×104m3；注水泵1 000 余台，水源井电潜泵2 000 余台，供水泵200 多台。

集输系统共有联合站80 余座，增压点/接转站1 200 多座，伴生气利用率超过75%。主要耗能设备有锅炉、加热炉、输油泵和井口加热装置，总装机功率为200×104kW。

油田耗能设备种类繁多，规格多样，分布分散，在快速上产阶段，一直实施比较粗放的管理模式。

2.2 能耗现状

长庆油田主要生产系统年耗能200×104t 左右标煤。考虑到伴生气，机采系统占8%，注水系统占8%，集输系统（输油泵）占3%，集输系统（加热）占81%。与中石油行业内部油气田相比，整体处于能耗较高状态。

机采井日耗电量超过300×104kWh，平均系统效率达21.5%，平均单井日耗电量为71.1 kWh。

注水系统日耗电量超过300×104kWh，注水泵耗电量占总耗电量的76.3%，水源井电潜泵耗电量占总耗电量的15.5%。

集输系统日耗电量超过160×104kWh，日耗气量超过250×104m3，日耗煤量为300 t 左右，日耗油量为600 t 以上。测试数据表明，锅炉平均热效率、加热炉平均热效率、输油泵平均机组效率均未达到节能限定值。

油田耗能设备不仅种类繁多、标准不一，而且分布分散。依靠传统的电表测量读数工作量大，人为因素也较大。即便数字化在油田应用，由于缺乏相应的模块，加之油田一直实施粗放管理模式，没有录取计量单台设备的能耗数据[1]。因此，上报的能耗数据误差较大，不能实时显示单台设备能耗情况，做到精细管理还有一定的差距。各个生产系统能耗与石油行业内部相比，均处于下游水平；所以，作为耗能大户的油气田，加强能耗管理尤为必要。

2.3 能耗管理

油气田节能工作的运行协调机制，按照“谁主管谁负责，管业务必须管节能”的原则，明确各部门的责任和分工，搭建沟通平台，逐步建立起“统一协调、综合归口、分工负责、相互配合” 的节能运行机制[2]。

油气田能源管控是近2 年来发展起来的一种新型能源管理模式。它是企业在能源利用全过程中，以基于互联网和计算机的现代化能源管理数据库为基础，以专业软件、控制技术等为核心，通过能源计量和在线实时监测，结合生产运行，运用能耗对标分析和系统优化等方法，强化能源利用的有效管理与控制并持续改进，进而实现能源资源利用最优化，促进经济效益最大化[3]。

目前开始在中石油一些油气田试运行，笔者认为这是基于互联网条件下的油气田能耗管理的一种初步模式，真正要实现数字化的能耗管理，还需要借助互联网行业先进的技术，结合油气田生产与能耗现状，进行深度推进和改革。

3 互联网技术在油田节能降耗的应用

“互联网+工业”即传统制造业企业采用移动互联网、云计算、大数据、物联网等信息通信技术，改变原有产品及研发生产方式，与“工业互联网”、“工业4.0”的内涵一致。

“互联网+工业”案例的应用，为“互联网+”条件下的油气田能耗管理提供了经验，硬件和软件方面已经具备了实施条件。云计算和物联网技术的应用必将为传统工业发展提供强大的技术支撑。

结合油气田能耗管理现状，依托物联网、大数据、云计算技术的发展，能耗管理可以实现真正意义上的智能控制。每一个设备的耗能历史数据、实时数据均通过互联网传输到数字化平台，通过大数据的处理与云计算，实时给出油田单台设备的能耗优化措施，借助先进的节能技术，实现整个油田生产系统的优化与控制。

3.1 依托物联网技术的发展

通过物联网技术的大规模应用，油气田每个耗能设备均安装智能硬件，借助物联网实现能耗数据的实时读取，不受时间、空间的限制对耗能设备进行数据监测和处理；并完全实现实时自动调控，确保生产系统能耗最优，达到节约大量的人力、物力及能耗的目的。这对区域面积较大的油气田企业尤为重要。

3.2 借助云计算强大的数据处理能力

云计算是互联网大脑的中枢神经系统。在互联网虚拟大脑的架构中，互联网虚拟大脑的中枢神经系统是将互联网的核心硬件层、核心软件层和互联网信息层统一起来，为互联网各虚拟神经系统提供支持和服务。

系统的数据采集指标包括：产值能耗，采集各单位耗电总量、工业总产值、能源成本比重，产值综合能耗指标，以及这些指标的同比变动情况等；能源消费结构，采集企业月度煤、原油、天然气、电力的消费量；节能量完成情况，采集油田各单位年度节能量、产值节能量，企业节能目标完成及其考核；节能技改项目和设备情况，采集油田各单位节能技改项目规划、实施、完成情况，以及重点用能设备的淘汰更新、利用状况等信息；水资源及污染物排放，采集油田各单位水资源消耗情况和主要污染物排放、处置情况。

各种生产设备的历史数据和实时数据累积起来，成千上万，依靠现有的网络无法实时快速计算与处理。此时可借助云计算来处理油气田能耗数据，并根据大数据处理结果，即时给出优化与控制建议，实现生产系统能耗的实时优化，且及时显示给每一级节能管理人员，更好地实施油气田能耗管理[4]。

目前已在生产管理系统部分实现了能耗实时监测与优化，由于场地及投资的限制，还没有真正实现“互联网+”的能耗管理。

4 “互联网+”条件下油气田能耗管理模式

4.1 专业人员队伍建设

研究“互联网+”条件下的能耗管理工作新机制，促进能耗管控技术人员专业化发展。通过建立能耗管控示范区培养一批懂工艺、懂生产、懂分析、懂优化的复合型能源管理人才；在总结示范经验的基础上研究能源管控政策机制，探索能源管控机构建设问题，并在各业务推广过程中不断加强人员建设，提高能耗管理水平；要掌握互联网先进技术，或者引进相关专业人员，能耗专业技术和互联网技术充分融合，并应用在油田能耗管理工作中。

4.2 应用3D 打印技术智能定制节能设备

坚持开发和应用先进节能技术，支持企业能效持续优化改进。继续加强节能关键技术攻关与创新，确保应用的是最新的国内外行业先进节能技术；可根据物联网能耗优化数据结果分析，应用3D 打印技术，研制开发相对应节能设备或者降低对应工艺能耗的节能技术。将最新最先进的节能技术应用在油田上，使生产系统能耗定期优化，降低能耗。

4.3 实施节能设备诊断评估

在应用大数据进行能耗管理的同时，需要开发应用先进适宜的节能诊断评估工具，研究建立实施诊断评估的工作流程和方法；依靠专业化技术机构，对重点企业及重点管控单元开展能耗诊断及节能优化，深入挖掘节能降耗增效潜力，推进能源管控工作有效开展，为“互联网+工业”模式的发展提供前期贮备[5]。

4.4 探索新的管理机制

根据国家“十三五”节能工作新形势、新任务，完善基层单位节能考核办法；并根据“互联网+”条件下的油田设备能耗数据处理结果，实现能耗实时在线监测，进一步细化节能考核指标体系及相关考核奖惩办法。建立能源管控中心等相应的组织机构负责项目等事宜的全方位、全过程的节能管理工作，给油气田企业带来理念、技术、标准等方面的新思路；同时，引进专业化云计算服务行业协助其完成组织架构及数据处理，并在应用实践中不断总结经验，改进完善，形成科学合理的油气田能耗管理机制。