酒東采油廠能源管控中心試點建設

陳勇 張作鵬 侯凡 張俊東

（1.中國石油天然氣股份有限公司玉門油田分公司；2.深圳市中電電力技術股份有限公司）

隨著工業化、城鎮化進程加快和消費結構持續升級，我國能源需求剛性增長，能源資源短缺、能源價格上漲、能效水平偏低等問題仍是制約我國經濟社會發展的瓶頸之一。國家“十三五”節能減排綜合工作方案，明確要求加強重點用能單位節能管理，推進工業企業能源管控中心建設。油氣田企業能源管控工作剛剛起步，玉門油田為實踐能源管控模式，選擇生產工藝簡單、能耗品種不多、通訊信息化基礎好的酒東采油廠進行了能源管控中心試點建設。

1 建設現狀

酒東采油廠擁有油井47口、水井12口，2017年生產原油7.122 8×104t，能源消耗量3316 t(標煤)，主要能耗品種是電能、伴生氣、汽油和柴油，主要耗能設備包括抽油機47臺（37 kW/臺）、注水泵12臺（55kW/臺）、燃氣蒸汽鍋爐2臺（3.6MW）、外輸泵3臺（410 kW）、高壓柱塞泵2臺（110 kW/臺）、制氮壓縮機2臺（55 kW/臺）及其他輔助小型泵類。生產工藝中，機采系統采用游梁式抽油機抽油；注水系統使用“低壓供水，單井升壓”注水模式，“泵對泵”供水；集輸流程采用電磁加熱，各單井產出液直接混輸聯合站；聯合站對產出液集中脫水處理就近輸入西氣東輸原油管線；供電系統設有1座35 kV變電站，2條10 kV配出線路，井場配電變壓器容量80 kVA。信息化方面，已建成230 MHz基站1座，1800 MHz基站3座，實現油區無線數據及視頻傳輸全覆蓋，并建有“油氣水井生產數據管理系統（A2）”、“油氣生產物聯網（A11）”和“節能節水管理系統（E7）”等信息化管理平臺。

目前，酒東采油廠各系統設備能源計量多為就地顯示，統計以月度為主，能耗狀況無法在線采集實時監控，能耗信息傳遞、出現問題響應不及時。機采系統、注水系統、集輸系統及供電系統的能源利用狀況評價、用能診斷及優化運行等仍依靠人工進行。由于分批建設、分批投產等原因，油水井、各系統設備能源計量器具配備也不完善，迫切需要建設一套能源管控系統來提升能源利用效率和管理水平，達到節能降耗、降本增效的目的。

2 建設思路

能源管控中心是指采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業能源生產、輸配和消耗環節實施集中扁平化的動態監控和數字化管理，改進和優化能源平衡，實現系統性節能降耗的管控一體化系統[1]。

通過完善油井、水井、各子系統的能源計量器具，與生產物聯網、生產數據管理系統的數據交互，把自動化與信息化融合，建立集成化的能源管控系統。實現能源數據可視化、能源計劃統計管理、能源績效參數管理、指標預警管理、能效對標、能源平衡分析、系統管理等功能。

2.1 設計原則

通過能源管控中心建設，梳理能耗指標，劃分能耗主體，明確各方責任，建立“二套指標體系”、“三層能耗主體”，實現“三個實時”、“四個清楚”、“分級管控”[2]。

1）二套指標體系指基礎、復合指標。基礎指標是儀表直采數據，包括能耗實物量、生產數據等；復合指標是使用基礎指標計算得到的數據，包括單耗、效率等。

2）三層能耗主體指系統、單元、設備。系統是指機采系統、注水系統、集輸系統、電網系統和其他；單元包括油井、水井、聯合站、生活區；設備主要包括抽油機、變壓器、輸油泵、注水泵、鍋爐等耗能設備。

3）三個實時指能耗數據實時采集、指標偏差實時預警、設備運行狀態實時調整。

4）四個清楚指能耗總量計量清楚、單耗效率指標清楚、重點設備耗能清楚、關鍵控制點清楚。

5）分級管控指班組管控并重，隊站以管為主、控為輔，采油廠實時掌控能耗數據，管理能耗指標。

2.2 技術路線

能源管控中心與現有A2、A11、E7等生產和管理信息系統服務器進行數據提取和對接。

1）系統網絡層面：能源管控系統與A11系統同在生產網內，可經過內層防火墻交互；能源管控系統對辦公網的數據發布，則需要通過網閘向辦公網用戶開放。

服務器層面：A11系統是直接面向生產的，安全性要求高，因此是獨立系統；能源管理系統主要是對動力設備管控的系統，業務相對獨立，需要單獨配置服務器。

2）能源管控軟件：部署在能源管控系統的服務器上，完成能源數據的采集存儲、統計和分析等功能。

3）數據安全：設置操作專用用戶名和密碼，授權進行訪問。

4）時鐘統一性：能源管控系統服務器時鐘標簽以A11系統的時間標簽為準。在斷電情況下，能源管控軟件根據A11系統服務器的時間標簽進行數據補齊。

5）A2系統依托：從A2系統讀取井口部分數據，直接交接給能源管控軟件。

6）抄表系統依托：從抄表系統讀取電量數據，直接交接給能源管控軟件。

7）E7系統對接：從能源管控系統提取廠級的能耗數據，直接交接給E7系統，生成能耗統計日報、月報、季報和年報。

8）預留擴展：對新增油井和水井的計量表計，只需在原有基礎上增加接入節點即可。

3 建設目標

依托A11數字化油田建設基礎，建立酒東采油廠能源管控系統，采用成熟可靠的能耗采集、計量統計、信息傳輸、診斷分析等新技術、新設備，對機采、注水、集輸、處理、外輸和供用電等能源使用情況進行全過程監視、跟蹤、分析和評價，實現能源管理向能源管控轉變，能源管控水平達到中國石油《能源管控第1部分：管理指南》要求的分析級[3-4]，為優化級準備條件（表1）。

表1 油氣田分析級能源管控目標

4 建設內容

4.1 完善能源計量設施

1）計量分級部署。依據能源計量器具配備規范，在用電方面，把目前酒東采油廠35 kV變電所進線作為進出用能單位級計量，對于井場線路、聯合站、外輸系統、生活區作為進出主要次級用能單位級計量，單井（油、水井）供電、外輸泵作為主要用能設備級計量；在用水方面，把新鮮水使用作為進出用能單位級計量，把單個注水井作為進出主要次級用能單位級計量；在用氣方面，只有聯合站鍋爐，為進出主要次級用能單位級計量。酒東采油廠能源計量點如圖1所示。

2）計量采集點布置。按照計量分級部署，酒東采油廠能源計量采集點主要有：47口油井，新增電量采集47處；14口水井，新增電量采集14處；新鮮水消耗監測，3口水井新增水量采集3處；新增單井變壓器電量采集點37處；油區其他單位、生活點電量采集7處；低壓進線2處及低壓配電室機泵電量采集15處。

4.2 建立能源管控系統

1）系統組網。計量點采集數據通過已有4G無線終端、新增LORA無線采集器和智能數據采集控制器實現，連同原有系統采集的壓力、流量等參數，接入能源管控系統，實現分系統計量，重點耗能設備單獨計量。酒東采油廠能源管控系統組網如圖2所示。

圖1 酒東采油廠計量點布點示意圖

圖2 酒東采油廠能源管控系統組網示意圖

2）軟件開發與部署。開發能源管控數據庫，對計量表計數據、人工錄入數據、生產系統數據，進行采集、分類、存儲等；開發能源管控監測子系統，實現能源數據可視化、能源計劃統計、能源績效參數、指標預警管理等功能；開發能效分析管理子系統，包括能效對標、能量平衡分析、系統管理等。酒東采油廠能源管控軟件系統如圖3所示。

4.3 與生產系統對接

1）與集抄系統對接。把35 kV變電所內進出用能單位計量、主要次級用能單位原有集抄計量接入能源管控系統；對機采系統、集輸系統、污水處理、加熱爐電能、燃氣計量，在控制柜內增加無線遠傳表直接上傳到能源管控系統中。

2）與A11系統對接。把A11系統采集的機采系統、集輸系統、污水處理、加熱爐壓力、溫度和其他數據接入能源管控系統。

3）與A2系統對接。把A2系統中油氣產量、注水、污水處理數據等接入能源管控系統。

4）與E7系統對接。把能源管控系統中能耗、能效、單耗等數據上傳至E7系統，生成能源消耗統計報表。

酒東采油廠能源管控系統結構如圖4所示。

4.4 實現主要功能

1）能耗監測。實時展現酒東采油廠各類能源各個節點的能耗、能效狀態。全面監測供電電網、供水管網，實時監測每個井口變壓器、抽油機的電壓、電流、功率、功率因素，監測供電線路損耗以及供水水壓、流量等。酒東采油廠是新開油田，后續新增油井供電方案，可參考當前系統提供的末端電壓、線損數據規劃供電線路，比理論計算更有效。

圖3 酒東采油廠能源管控軟件系統示意圖

圖4 酒東采油廠能源管控系統結構圖

2）能效報警。根據采集的數據，建立機采、注水、集輸、供電四大系統的評價指標，對正常范圍之內的參數，繼續實施監控；對于異常的指標，系統自動提示報警，通知隊站、班組解決；對具體的指標參數能夠實現人機界面的設置，實時調整指標。

3）能效對標。以組織機構、設施設備為主體，選取對標指標體系，根據能耗展示數據進行對標評價，橫向比先進，縱向比進步。在組織機構維度，選取、設計對標指標，實時展示采油廠、隊站、班組的日、月能耗水平排隊，以及能耗水平的歷史波動趨勢。通過能耗水平的縱橫向對比，落實能耗管理責任。在設施設備維度，抓住關鍵少數的高耗能設施設備，按照設備類型，選取、設計對標指標，實時展示重點設施設備的能耗水平排隊，以及能耗水平的歷史波動趨勢。通過設施設備能耗的縱橫向對比，在同型設備的對比中尋找先進規律，發現、復制、推廣先進經驗。

4）統計查詢。根據耗能種類統計：電、天然氣、新鮮水；根據設備類型統計：抽油機、外輸泵、加熱爐、三相分離器、注水泵等；根據組織機構進行能耗統計：酒東采油廠、采油工區、聯合站、生活區等。

4.5 實施步驟

2017年11月，玉門油田正式啟動酒東采油廠能源管控中心試點建設。截至目前，已完成軟硬件施工，進入到與A2、A11生產數據系統對接聯調階段。主要實施步驟是：確定計量點數量、表計選型、通信路由及整體組網方案；能源消耗基礎數據采集和設備運行狀態監測；保證正常生產的條件下，更換表計和通信調試；系統聯調，數據驗證；系統投運，實施在線監測；系統運維，能效分析，節能診斷。

5 預期效果

1）能源管控中心運行后，所有在線采集數據、匯總、考核數據可即時呈現、查詢，統計報表自動輸出。酒東采油廠將可做到能耗“三個實時”、“四個清楚”和“分級管控”管理，改變了以往條塊分割、分散粗放的管理模式。

2）通過“班組—隊站—采油廠”三級管控體系對各系統、單元和設備運行基礎、復合指標實現在線監控，可及時發現異常，及時優化調整，減少巡井工作量，節約勞動成本。

3）對酒東采油廠主要產用能環節建立能效對標子系統，可開展內部能效水平對標，與國標、行標、企標和考核標準多層次對標分析評價，為定期研究和實施系統性節能增效措施提供準確依據。

4）能源管控系統建成后，可有效提高設備的生產時率、運行效率，延長其使用壽命[5]。預計每年可節約電費70萬元，占酒東采油廠2017年度電費的10%左右，占項目投資的25%。

5）通過酒東采油廠能源管控中心試點建設，為玉門油田能源管控推進工作探索了經驗，必將促進其他單位積極學習借鑒，推動油田能源管理水平邁上一個新臺階。