青海油田采油五厂能源管控系统的研究与应用

魏文勇 邱海涛 王彬 苗苗

（1.青海油田公司采油五厂；2.青海油田公司质量安全环保处）

能源管控是近几年发展起来的一种新型能源管理模式，是针对能源生产、输配和消耗等过程，以自动化、信息化技术为手段，通过能源计量和在线监测，运用对标分析和系统优化的方法，对能源利用实施动态监控和有效管理，促进能源利用最优化和经济效益最大化的活动[1-2]。

青海油田公司将能源管控作为开源节流降本增效、持续提高经济效益的重要抓手，通过部署采油五厂能源管理试点先行，为油田上游业务探索可复制、可移植、可推广的能源管理建设模式。在2020年以前完善能源计量系统，实现能耗分析系统单独计量，重点环节实现数据远传，建立分析级的能源管控信息平台，满足分系统能耗统计和能效分析评价的需要[3-5]。

1 关键技术与成果

1）解决目前能源计量粗放、不完善、不准确、不实时、不稳定等问题，构建基于单井、单泵、单炉等重要耗能设备的独立精细计量、远传、发布、预警系统，实现分析级能源管控模式。

2）攻克电热杆人为调整、过加热耗能、欠加热卡井等突出矛盾，先导性探索研究机采井电加热自我学习、智能管理、高效经济运行模式，实现部分单元能源管控优化升级。

3）突破机采系统、注水系统、集输系统等高能耗、高成本、低效益瓶颈，提高油田经济效益。

4）开发建设能源管控信息平台。

2 实现具体功能成果

根据能源管控规范要求和实际油田能源管控业务流程要求，对实际数据流向、数据处理、设备运行流程、管理流程、考核要求等，进行业务需求分析和软件需求分析，并建设采油五厂能源管控平台系统[6]。系统采用B/S架构，画面监控、报表等也支持C/S架构的客户端程序，系统具有很好的扩展性，开放性，支持人机界面支持多种主流分辨率，Web和客户端程序操作平均响应时间小于3s，复杂的多维度数据挖掘查询时间小于5s，Web页面支持并发访问，最大连接数大于50，系统数据采集、数据存储和数据服务支持分布式部署，支持跨操作系统部署支持主流浏览器。系统主要功能有能源计划与调度管理、能耗监测与预警、能源成本管理、能源绩效与考核管理、计量器具管理、综合统计分析、能源管控综合管理、模拟与优化等功能[7-11]。

通过数据积累，可分析出设备效率最优化的工况条件，在大量历史数据基础上进行建模，推送优化运行策略，是节能优化的途径和方向。

3 创新点

1）基于功图数据的间抽控制及工艺制度优化。在间抽井现场配置间抽控制柜及操作传动机构，在间抽控制柜内配置工控机，部署间抽控制程序。间抽策略通过采集地层供液能力、抽汲工作制度、实时的泵效等多个因素参数，进行历史数据的跟踪，融合专家经验、工况参数，对动液面恢复机制建立数据模型，跟踪预测每一个间抽周期，以确定的泵效范围为主目标，兼顾产液量分目标，利用智能化算法推送间抽控制策略。基于功图数据的充满度计算，比单纯设置停井间隔时间控制间抽的工艺制度，更加能适应井况变化，更加智能化。

2）基于井下光纤测温的油井电加热制度优化。由于采油五厂产液含蜡量较高，现有油井在油管设置了伴热电缆用于防、除蜡，伴热电缆的工作机制是根据人工历史经验配置加热工作时间和停止时间，循环工作。影响结蜡的因素，有油气比，油水比，油套压等因素，加热制度固定的话，不能反映这些因素变化的影响，有过加热和欠加热的情况。采用DTS光纤探测系统，其光纤传感器能抵御强烈电磁干扰、防潮防辐射，以及本质安全等特性，实现了实时数据采集、实时数据显示、定温报警、温升速率报警、历史数据显示、特性曲线显示、远程监控诊断和维修、探测系统实时监测、温度的实时监控等功能，实时显示每隔1m各点的温度变化，基本消除误报，同时可根据现场要求对报警值进行修正。

3）基于抽油机柔性控制的机采系统优化。传统机采系统在运行时随着地下地质情况的变化，供液能力、油密度、结蜡、沉没度等都会动态变化，泵效会逐渐下降，但即使调整好泵效，一段时间后也会随着工况变化而下降，根据监测的历史数据分析可知，这些因素中，对沉没度的控制是关键因素，实现供采平衡，保持高泵效，需要控制合理沉没度下的载荷恒定，同时保持地面机械平衡。传统的抽油机井，在工频运行时，旋转的运动过程以强制性为准正弦速度分布形态。低速区漏失率偏高，高速区流体阻尼偏大。固定的加速过程，使杆柱承受较大的震动和惯性负荷。因此，单纯的闭环控制解决了自动调参问题。但不能满足降低负载，改善工况的需求，为了更高效地解决上述问题，优化系统管理，提升系统性能，采油五厂提出了一种抽油机变速运行智能控制技术，实现抽油机井的远程闭环自动调参和柔性控制变速运行。

现场技术人员依据抽油机井当前的泵效，在智能终端设备上设定目标泵效，智能终端设备依据闭环协调计算公式计算出目标冲次。并将目标冲次以指令的形式发送给闭环控制器，闭环控制器接收到指令之后，控制变频控制器，调整系统运行频率，达到改变冲次的目的，如果经过一次调整并不能达到理想的泵效，可重复上述操作。

4 应用效果分析

通过建设采油五厂能源管控平台系统，并对50口采油井系统改造、9口采油井优化试验，对其进行能源管控综合管理和综合统计分析。

1）经济效益。纳入平台管控机采环节电力单耗为87.17kWh/t，2020年机采环节电力单耗为97.01kWh/t，节电率为10.14%。

2）社会效益。本项目的建设顺应了当前油企的客观发展趋势，实现能源管理手段的转变与创新，有效避免油气生产中能源浪费，最终提升能源管控的精细化、智能化管理水平。通过对各能耗单元的分级主动监测，为能耗分析，精确定位能耗不合理点提供了数据支撑。通过能耗指标异常可以定位采油井、注水井、泵等生产设施的异常情况指导生产。

3）推广应用前景。建成分析级能源管控系统，实现各单元能耗信息及时、准确、完整的统计、分析、发布，实现能耗信息的集成、共享，为能耗运行管理提供决策依据，支撑能源管控精细化管理。实现实时对标，趋势预测，主动预警，帮助企业针对异常情况开展能耗诊断及用能优化，促进生产过程能源利用科学化管理和精细化控制，年可节省电力费用392.7万元。

5 结论

建成采油五厂分析级能源管控系统，实现各单元能耗信息及时、准确、完整的统计、分析、发布，为能耗运行管理提供决策依据，支撑能源管控精细化管理。实现实时对标，趋势预测，主动预警，帮助企业针对异常情况开展能耗诊断及用能优化，促进生产过程能源利用科学化管理和精细化控制。