節能監測在油房莊節能示范區的實踐與探討

雷 鈞 ，王 勇 ，梁海峰，周學軍 ，王海軍

1.中國石油長慶油田分公司技術監測中心 （陜西 西安 710018）

2.中國石油長慶油田分公司中部氣田指揮部 （甘肅 慶陽 745000）

3.中國石油長慶油田分公司質量管理與節能處 （陜西 西安 710018）

油房莊油田于1987年投入規模開發，主要開采層位為三疊系延長組和侏羅系延安組。節能改造前，油井開井483口，平均單井日產液7.44m3，泵掛1965m，沖程 2.8m，沖次 3.8min-1，泵徑 36.8mm。

注水系統管轄水源井27口，注水站5座，穩流配水閥組（配水間）56座，注水井開井147口，聯合站脫出水全部有效回注。集輸系統主要包括聯合站2座，計量接轉站6座，計量站1座，增壓點7個，各類集輸管線共計83km。熱力系統為蒸汽鍋爐2臺，真空加熱爐8臺，水套加熱爐53臺。電力系統為110kV變電站1座，35kV變電站2座，10kV架空線路6條，共317.4km，配電變壓器255臺。

節能示范工程要求對注水、集輸系統進行優化、簡化，配套增注泵、數字化增壓橇，推廣叢式井組集中控制節能裝置、太陽能輔助原油加熱裝置、電力高壓無功補償等技術，實現年節能8 278t(標煤)。2013年10月，各項配套改造項目順利完工，考核指標達到相關要求，經油田公司節能項目驗收組驗收合格。

1 測試和計算方法

機采系統、注水系統和集輸系統采用SY/T 5264-2012《油田生產系統能耗測試和計算方法》標準進行能耗測試和計算。

1.1 機械采油井的系統效率

式中：η5為機械采油井的系統效率,%；N5.1為輸入功率,kW；N5.2為有效功率,kW。

機采系統輸入功率現場測試錄取。

1.2 注水系統效率計算公式

式中：η7,J為注水系統效率，%；p7,Vout為注水井井口閥閥后壓力，MPa；p0為基準壓力 (絕對壓力)p。：0.1MPa；G7,w為注水井井口流量，m3·h-1； p7,Pin為注水泵入口壓力，MPa；G7,p為注水泵流量，m3·h-1； N7,si為電動機輸入功率，kW；j為系統內注水井數量，口；i為系統內注水泵數量，臺。

1.3 輸油泵機組效率

式中：η為輸油泵機組效率，%；Pu為輸油泵輸出功率，kW；pgr為輸油泵電機輸入功率，kW；

輸油泵電機輸入功率現場測試錄取。

1.4 輸油泵輸出功率計算公式

式中：Pu為輸油泵輸出功率，kW；ρ為液體密度，kg/m3；Q 為輸油泵流量，m3/s；g 為重力加速度，g=9.81m/s2；H 為輸油泵揚程，m。

2 節能改造前現狀測試

對油房莊油田機采系統、注水系統和集輸系統能耗進行了普測，掌握了油田生產能源消耗總量和各系統的用能數據。

2.1 機采系統

對247口油井進行了監測，電機負載率27.3%，功率因數0.53，日耗電116.6kW·h，平均系統效率21.9%，系統效率小于20%的井數91口，占監測總數的36.8%，機采系統效率統計見表1。

表1 油房莊油田機采系統效率分布表

2.2 注水系統

對12臺注水泵進行監測，依據SY/T 6275-2007《油田生產系統節能監測規范》標準對監測結果進行節能評價。注水泵輸入功率平均值73.15kW，功率因數平均值0.78，功率因數節能指標限定值為≥0.84，合格率為58.3%；機組效率平均值53.85%，機組效率節能指標限定值為≥72%，合格率為41.7%；注水系統效率39.9%，低于注水系統效率節能指標限定值49%。

2.3 集輸系統

對15個站點27臺輸油泵進行現場測試，輸入功率平均值為22.1kW，功率因數平均值為0.71，機組效率平均值為32.1%，節流損失率達到13.82%，集輸系統監測情況見表2。

2.4 加熱系統

對9臺加熱爐進行了監測，依據SY/T 6275-2007《油田生產系統節能監測規范》標準對監測結果進行節能評價。加熱爐排煙溫度平均值為267.3℃，合格率33.3%；空氣系數平均值為2.6，合格率66.7%；熱效率平均值為76.1%，合格率22.2%，綜合評價合格數量僅1臺，加熱系統監測數據見表3。

表2 集輸系統設備能耗監測情況表

表3 2011年油房莊油田加熱爐監測數據統計表

2.5 電力系統

油房莊油田電力系統用電負荷9 000kW，平均功率因數 0.61，年用電量 5 800×104kW·h。

3 系統能耗節點分析

對油房莊油田各系統能源測試結果進行分析，找出重點耗能設備的用能薄弱環節，從而為節能方案的制定和評價提供技術依據。

機采系統主要影響因素[1]為：一是抽油機及電機負載率低，對127口油井統計，平均負載率53%，功率利用率14.4%；二是抽汲參數大、泵效低，系統效率低，其中，產液量大于4m3/d油井的平均泵效33.8%，系統效率21.4%；產液量小于4m3/d油井的平均泵效26.7%，平均系統效率18.1%。

注水系統主要影響因素為：一是局部區塊注水壓力高，有3口注水井井口油壓在16MPa以上，比該區大部分注水井壓力高2.5MPa左右；二是注水干線壓損嚴重，某注水干線出站壓力為17.5MPa，配注量600m3/d，其末端配水間壓力僅為12.5MPa，管線壓損達5.0MPa；三是注水管線、設備腐蝕結垢嚴重，管線破漏頻繁，造成注水量地面損耗大。

集輸系統因多層系開發，聯合站采用沉降罐脫水，乳化油處理困難，耗能高[2]；部分站點原油流向不合理，重復集輸、處理；因下游原因有近100m3/d液量依靠罐車拉運，運行成本高。

加熱爐排煙溫度平均值為267.3℃，部分熱量直接排空放掉，熱損失較大，主要原因為油田多層系開發，產出液中礦化度高、水型復雜，配伍性差，導致加熱盤管結垢嚴重影響傳熱換熱[3]。

電力系統負荷以電動機為主，平均功率因數僅0.61，導致線路損耗大。

4 節能改造后節能監測

4.1 系統測試，提升監測數據質量

結合現場生產實際，重點開展了機采、集輸、注水系統的系統監測。在機采系統監測過程中，要求在工況運行穩定的情況下進行測試，對于配套了高效多功率節能電機、井組無功補償等多項技術的單井，采用單井綜合節能量計算，不進行單個技術節能量累加，達到客觀評價整體節能效果的目的。集輸系統采用單位液量處理綜合能耗指標，評價聯合站處理工藝優化的節能效果。注水系統通過注水單耗和注水系統效率評價注水系統優化效果。從表4可看出，通過配套改造，油房莊油田各系統運行指標均有較大提高，為節能量核定提供了詳實的數據。

4.2 創新實踐，探索節能評價方法

在油房莊節能示范區塊建設中，引進了部分新工藝、新技術，其工作原理、運行參數與改造前設備有較大差別，節能監測無相關行業標準，給節能監測評價帶來一定困難。如智能提撈式抽油機把油管作為泵筒，采用柔性連續抽油桿，并在其下部配重，通過電機的正轉、反轉實現提撈采油過程，改變傳統抽油方式；為此，采用單位液量耗電量指標進行節能評價，液量單耗從45.6kW·h/m3下降為20.4kW·h/m3。依托數字化監控平臺，部分轉油站配套數字化增壓橇加熱、輸油，站點實現無人值守；為此，采用綜合統計轉油站月度、季度用電、用熱數據，與數字化增壓橇單位液量集輸綜合能耗進行分析對比，單位液量集輸綜合能耗（標煤）從0.95kg/t下降為0.68kg/t，并實現了密閉集輸,密閉集輸率從98.1%上升為99.6%。

4.3 現場督查，促進項目高效實施

依據相關節能法律法規和標準，對油房莊油田主要耗能設備的能源利用狀況進行監督、檢查。節能項目改造過程中，淘汰國家明令禁止使用的Y系列低壓三相異步電機156臺；按照能源計量器具配備要求，配套原油流量計8臺，電度表53塊，注水干式水表31塊、壓力表29塊、溫度計18支，確保能源消耗計量清楚、明晰。對于未達到節能指標的5臺高效稀土永磁同步電機、6套井口電磁防蠟器提出整改要求，對項目承包商下發整改通知單，通過調整安裝地點整改后再進行復測，確保各項技術完成節能量。

另外，按照能耗最低機采系統優化技術做好低產低效井的參數優化，督促生產單位抓好落實工作，通過實施10型抽油機降為8型抽油機20臺、降桿徑50口、降泵徑117口，抽油機的平均電機負載率從27.3%提高至34.9%，平均系統效率 23.8%，實現油井節能降耗。

表4 油房莊油田各系統改造前后監測指標對比表

4.4 節能審核，推進項目規范運行

探索實踐了節能項目節能量審核工作，依據相關國家、行業節能標準和設備標準等，在節能項目組織驗收前，對油房莊油田節能項目實施前后的能源利用、計量檢測、運行等情況進行審核，客觀公正地對各技改項目的預期/實際產生的節能效果進行核查，核定出項目的節能量[4]。對未達到節能量的遠程測控裝置進行通報，并提出整改意見。通過項目實施的過程控制，規范了節能項目節能量的審核方法、審核程序和審核行為[5]，確保節能項目節能量的準確核算，各節能技改項目節能量見表5。該節能項目實施后，監測數據表明，示范區全年節電1 536.9×104kW·h，節煤 3 900t，節油 270t，折合 8 305t(標煤)。

表5 油房莊節能示范區建設節能指標完成情況

5 結論及建議

通過對油房莊油田節能檢查、監督測試、評價分析和節能審核，得出了以下結論及建議。

1）油房莊油田通過配套改造，該油田各系統效率均有所提高，其中，機采系統效率由21.9%提高到23.8%；注水系統效率由39.9%提高到53.2%；集輸系統機組效率由32.1%提高到52.2%；熱力系統加熱爐熱效率由76.1%提高到83.9%；電力系統10KV供電線路功率因數由0.61提高到0.90。

2）在改造項目驗收前引入節能項目節能量審核，達到了客觀公正評價節能效果和推進節能項目規范運行的目的，為其它固定資產投資項目實施積累了經驗。

3）節能項目的前期立項、組織實施、評價驗收，以節能監測數據為依據，準確詳實的提高了節能節水項目建設質量。

4）通過節能監測管理工作，科學有效的判斷節能產品的節能量，實現了主動預測評價產品與工藝效果，起到了指導節能技措項目投入的重要作用。

5）節能監測工作要向節能技術研究和工藝節能的需求延伸，為油田發展提供技術保障。

[1]王衛忠，賀海洲，劉春林，等.長慶油房莊延長檢泵周期的技術措施[J].石油和化工設備，2010,13（8）:40-41.

[2]王順華,劉波,周彩霞,等.原油集輸脫水處理工藝的優化[J].油氣田地面工程，2007,26（11）:19-20.

[3]吳則中.油田加熱爐節能運行的綜合評價[D].大慶：東北石油大學，2011.

[4]陳鵬.節能監測與企業能源利用真實狀況評估[J].節能技術，2009,27（3）:255-256,271.

[5]王錄軍,周學軍,雷鈞,等.長慶油田加熱爐提效途徑探討[J].石油工業技術監督，2014,30（8）：4-6.