油田區塊綜合節能效果測試方法標準研究

王建松（大慶油田技術監督中心）

油田區塊綜合節能效果測試方法標準研究

王建松（大慶油田技術監督中心）

隨著我國油氣田生產企業標準化工作的不斷提升和節能技術的不斷進步，油氣田企業的節能潛力被不斷壓縮，目前節能工作已經由管理節能及單體設備的技措節能逐步轉變為區塊整體節能改造的方式。通過區塊采油、集輸等各系統的整體優化，轉換生產方式，從而實現節能降耗。但通過這些節能措施節能量的測試和計算上有一定的系統性和復雜性，沒有現行的測試標準指導節能測試與評價工作。通過對節能量計算基礎理論研究，以油田區塊節能改造為例，采用系統平衡的方法，推導系統能量單耗、系統效率、節能率及節能量的計算公式，制定《油田區塊綜合節能效果測試方法》的標準，方便了現場管理人員的統計和計算工作，同時也適用于其他類型的整體改造項目的節能指標測試與計算。通過某稀油區塊的現場測試驗證，綜合節能率為69.01%。

測試方法；節能效果；用能單耗；標準

隨著油氣田管理的不斷提升和節能技術的不斷進步，油氣田企業的節能潛力被不斷壓縮，目前的節能工作已經由管理節能及單體設備的技措節能逐步轉變為區塊整體節能改造的方式。通過區塊采油、集輸等各系統的整體優化，轉變生產方式，實現節能降耗。這種節能措施的實施，主要涉及機采系統、注水系統、集輸系統、加熱系統等；尤其對于老油田，廣泛實施了區塊整體改造類項目，而且效果非常明顯。但區塊整體改造類項目在節能效果的測試和評價上沒有現行的測試標準，節能效果測試和節能量計算的方法也沒有統一的要求，在節能量的測試和計算上有一定的系統性和復雜性[1-2]。為規范油田區塊整體改造類項目節能效果測試與評價，方便現場管理人員的統計和計算工作，研究制定了《油田區塊綜合節能效果測試方法》的標準。

1 涉及的主要標準

目前，區塊改造類項目節能量測試和計算方法主要依據現行的國家標準、石油天然氣行業標準及中國石油天然氣集團公司企業標準等，主要包括[3]：GB/T 2587—2009《用能設備能量平衡通則》；GB/T 3216—2005《回轉動力泵水力性能驗收試驗1級和2級》；GB/T 3484—2009《企業能量平衡通則》；GB/T 6422—2009《用能設備能量測試導則》；GB/T 13234—2009《企業節能量計算方法》；GB/T 16666—2012《泵類及液體輸送系統節能監測方法》；GB/T 28750—2012《節能量測量和驗證技術通則》；GB/T 31453—2015《油田生產系統節能監測規范》；SY/T 5264—2012《油田生產系統能耗測試和計算方法》；SY/T 6381—2016《加熱爐熱工測定》；SY/T 6422—2016《石油企業節能產品節能效果測定》；SY/T 6838—2011《油氣田企業節能量與節水量計算方法》；Q/SY 61—2011《節能節水統計指標及計算方法》。

這些標準主要規定了單體設備和單一系統的測試方法，以及節能效果統計和計算的原則等，并未針對油田區塊整體改造類項目節能效果測試方法和節能量的計算提出相關的具體方法、步驟和要求。

2 計算及評價原則

根據模糊理論，采用區塊整體能量平衡的方法（圖1），通過計算區塊改造前、后的有效輸送能量單耗來計算整體的節能效果[4]。

區塊的帶入能量：區塊流體本身具有的能量，包括機械能和熱能。

區塊的供入能量：變電所提供的電能、天然氣燃燒提供的熱量、原油摻水帶入能量。

區塊的有效帶出能量：計量站產生的液體向聯合站輸送所具有的機械能及熱能。

圖1 能量平衡方法

3 計算及評價方法

3.1 區塊的供入能量

區塊的供入能量為

式中：Q0——區塊整體的供入能量，MJ；

Q1——泵系統提供的電能，MJ；

Q2——天然氣燃燒提供的熱能，MJ；

Q3——原油摻液帶來的熱能，MJ；

Q4——原油摻液帶來的機械能，MJ。

其中

式中：Qnet，v，ar——燃料收到基低位發熱量，kJ/kg或kJ/m3；

Qrx——燃料物理熱，kJ/kg或kJ/m3；

B——燃料消耗量，kg/h或m3/h。

D——原油摻水量，kg/h；

C——水的比熱容，kJ/（kg·℃）；

t——水溫，℃。

D1——輸送介質量，m3/h；

ρ1——介質的密度，kg/m3；

g——重力加速度，m/s2；

H——測點截面處的總水頭，m。

其中

式中：Z——測點處相對基準面的高度，m；

p——測點截面處的壓力，Pa：

U——測點截面處介質的流速，m/s。

3.2 區塊的帶出能量

區塊的帶出能量為

式中：Q——區塊的有效帶出能量，MJ；

Q5——輸送介質帶出的有效機械能（計算方法同Q4），MJ；

Q6——輸送介質帶出的有效熱量，MJ。

式中：C1——介質的比熱容，kJ/（kg·℃）；

t1——介質溫度，℃。

3.3 區塊的帶入能量

區塊的帶入能量為

式中：Q′——區塊的帶入能量，MJ；

Q′5——輸送介質帶入的有效機械能（計算方法同Q4），MJ；

Q′6——輸送介質帶入的有效熱量（計算方法同Q6），MJ。

3.4 區塊綜合節能指標

3.4.1 能量單耗

區塊的綜合能量單耗為

式中：E——區塊綜合能量單耗，MJ/MJ。

3.4.2 系統效率

區塊的系統效率為

式中：η——區塊系統效率。

3.4.3 綜合節能率

區塊的綜合節能率為

式中：ξ——區塊綜合節能率，%；

E1——改造前區塊能量單耗，MJ/MJ；

E2——改造后區塊能量單耗，MJ/MJ。

3.4.4 節能量計算

節能量的計算可依據單耗降低法、效率提升法和節能率法計算[5]。

4 現場應用實例

4.1 區塊改造

某區塊三管伴熱集輸工藝改造工程，共包括9座計量站，目前該區塊油氣集輸系統采用二級布站形式，單井來液進計量站計量、加熱后，外輸至聯合站集中處理。聯合站來污水在計量站加熱后，分配至井口摻水。現有循環水加熱爐9臺，外輸加熱爐9臺，循環水泵9臺，外輸泵9臺，改造后為3臺外輸加熱爐，1臺循環水加熱爐，4臺外輸泵，1臺循環水泵[6]（表1）。

表1 工藝實施設備明細

4.2 現場測試

將該區塊三管伴熱集輸工藝作為一個整體評價單元進行測試，依據GB/T 3484—2009《企業能量平衡通則》中的要求，確定綜合改造項目的節能率。通過對改造前后節能效果的對比測試和計算，該區塊改造工程綜合節能率為69.01%（表2）；通過實施區塊改造，年實現節約天然氣432.8×104m3（0℃，101.325 kPa），節電197.8×104kWh。

5 結論

1）針對目前采油區塊改造類節能項目節能指標測試和計算的難題，以采油區塊節能改造為例，采用系統能量平衡的方法，測試和計算改造項目節能效果，對其他類型的整體改造項目的節能指標測試和計算具有一定的借鑒意義。

表2 測試數據計算

2）利用模糊理論，采用系統能量平衡的方法，通過繪制能量平衡框圖，計算區塊原、節態的有效輸送能量單耗來計算整體的節能效果。

3）研究制定《油田區塊綜合節能效果測試方法》的標準，明確了區塊類改造項目的節能測試方法，提出了區塊改造類項目相關節能指標的計算方法，推導了理論計算公式，為節能統計及項目節能量測試工作提供了理論依據。

[1]馬強．我國節能標準體系建設綜述[J]．能源研究與利用，2016（5）：34-36．

[2]馬強．基于節能率的節能量計算方法研究[J]．石油石化節能，2015，5（3）：50-51．

[3]武俊憲，馬強，關天勢．基于測試數據的節能量計算方法[J]．石油石化節能，2013，3（8）：56-58．

[4]周少祥，宋之平，胡三高，等．單耗分析理論與能源利用的效率問題[J]．中國能源，2008，30（2），42-43．

[5]石油工業節能節水標準化技術委員會．油氣田企業節能量與節水量計算方法：SY/T 6838—2011[S]．北京：石油工業出版社，2011：1-6．

[6]馬強，王立軍，任學東．環狀摻水集油工藝在高凝油油田的應用[J]．石油石化綠色低碳，2016，1（6）：46-49．

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.06.005

2017-03-02

（編輯 張興平）

王建松，1997年畢業于哈爾濱理工大學，從事標準化工作，E-mail：1018672622@qq.com，地址：黑龍江省大慶市大慶油田技術監督中心，163453。