以“四化”立體式管理降低機采井能耗的應用實踐

谷瑀 （大慶油田有限責任公司第四采油廠）

隨著油田進入開發中后期，原油開采成本不斷上升，開展深入挖潛、降本提效是油田可持續發展的重要途徑。雖然目前機采井各項節能技術都趨于成熟，但在生產過程中仍缺乏精準化的管理機制，質量管理體系不健全。為了提升機采系統效率、節能降耗，實現碳減排，某廠機采井節能工作以“低能耗、新技術、強管理”為主旨適應企業發展新模式，通過提高能源利用率和創新清潔能源結構，實現節能技術創新、制度創新及企業生存發展觀念的轉變。秉承“高標準嚴管理、高效益低消耗”的工作思路[1]，應用“目標智能化、分析系統化、措施個性化、制度規范化”的“四化”立體式管理體系，精準實現“管控高能耗區域、剖析高能耗原因、制定個性化措施、效果最大化保障”的目標，讓技術優勢轉變為生產力，達到節能效果最優，實現碳減排，持續增創效益。

1 “四化”立體式管理的研究與建立

企業高質量發展的關鍵是“體系-制度”創新，某廠通過技術發展、能源結構優化、技術創新力增強，實現節能降耗，進而加快轉型進程。

1.1 目標智能化管理體系

為了解決機采井節能潛力分析界限模糊、治理針對性不強等問題，開展抽油機能耗分區智能可視化的研究工作，按能耗潛力進行區域劃分，可直觀的體現出抽油機井的能耗水平，結合電參轉示功圖調控技術，進一步提高機采井節能工作效率和節能措施效果，實現機采井能耗管理目標智能化。

1.1.1 能耗區域模型式管理

通過建立抽油機井能耗和系統效率的仿真模型，實現不同參數組合的能耗與系統效率仿真。對多組生產數據進行仿真模擬試驗，確定抽油機井能耗水平影響較大的動態參數。基于模擬試驗，確定抽油機井能耗水平的理論邊界線，與生產實際結合，繪制能耗邊界曲線。最終直觀的體現出抽油機井能耗水平，進而及時有效地制定節能措施，充分發揮節能潛力，提高節能管理工作效率。

綜合考慮抽油機井的油藏參數、井筒參數、抽油設備組合與抽汲參數，以懸點示功圖的計算機仿真為基礎，采用目前最先進的抽油機井動態仿真技術建立系統效率仿真模型[2]。最終實現了理論研究與數學建模，抽油機井能耗仿真模型示意見圖1，主要包括：抽油機運動規律仿真模型；抽油機井井筒節點壓力仿真模型；抽油桿柱縱向振動與示功圖仿真模型。

圖1 抽油機井能耗仿真模型示意圖Fig.1 Schematic diagram of energy consumption simulation model for pumping wells

1.1.2 能耗區域可視化管理平臺

目前各采油廠機采井井數逐年增加、能耗控制難度加大，節能工作的大部分時間都集中在數據的搜集和分析上。提高節能工作效率，研發機采井能耗分區控制軟件管理平臺，實現統計分析可視化。根據計算流壓與油井實測系統效率，在抽油機井能耗分區控制模板上繪出“流壓、系統效率”的散點圖，繪制出指定范圍內油井的能耗控制圖。分別繪制出廠、作業區與采油班組抽油機井能耗的可視化宏觀控制平臺，實現統計分析可視化，確保基礎數據的準確性、真實性和有效性[3]。

1.1.3 數字智能化管理

通過可視化平臺對全廠高耗能采油班組普查，開展電參轉示功圖技術應用試驗，搭建物聯網和綜合管理平臺，建設“智能”數字化采油班組。2022年某選取北六隊等5 個試點班組，開展電參數字化單軌運行試驗，借助先進信息技術和專業技術，全面感知機采井動態，自動操控機采井。

基于電參的數字化建設模式，可直接采集4項參數，間接計算4 項參數，可實現定充滿度等4種優化運行模式，配套的綜合管理平臺可實現動態數據監測、參數自動優化、工況診斷推送、指標宏觀控制、報表自動生成、設備故障預警等6 項配套輔助功能[4-5]，取替了計量間式人工量油、人工計量電流，在實際生產運行中依靠技術整合與創新共減員41 人。

1.2 分析系統化管理體系

機采井普遍存在系統效率偏低、能耗高的問題，通過智能大數據可視化平臺精密剖析，找出問題原因，對地面設備和井下工藝兩方面進行管控分析。某廠提出機采井能耗“地上+地下”整體化分析工作法，實現精密分析管理模式，達到節能降耗，精準分析影響機采系統能耗因素的目的。

1.2.1 地面設備管控分析

機采系統主要有抽油機、螺桿泵、電泵井三種采油方式，其中使用最多的是抽油機。在生產過程中，為準確計算不同開發階段游梁式抽油機載荷和扭矩的數值，建立了杏北開發區抽油機設計模板，實現了舉升系統的低能耗，并達到了提高系統效率的目的[6]。

1.2.2 井下工藝管控分析

為了降低井下功率損失，通過結合機采井生產實際情況，編制《采油工程油井工藝設計輔助指導手冊》，創建實用好用的油井工藝設計模板。抽油機井按照“大泵徑、長沖程、低沖次”、螺桿泵井按照“大泵徑、低轉速”的基本設計原則。動態管理人員采取分區制——“管理橫向對標，指標縱向提升”的新模式，“找空間、挖潛力”，通過及時跟蹤、分析油井生產運行參數變化，制定科學合理的調整方案。合理的設置泵掛深度既能保護油層，還能將油井產能最大化，使全廠機采井系統效率得到提高，推動了全廠節能管理水平的持續提升。

1.2.3 整體工藝管控分析

運用可視化平臺，基于大數據分析的抽油機井組智能優化控制技術和能耗控制平臺技術研究，實現油水井地面和井下一體智能化優化調控，將油水井區塊開發效益最大化。一是實現區塊內井組產量合理預測模型；二是實現大數據采油井組最優化調控；三是實現目標區塊（井組）整體進行分析，指導單井調控；四是實現優化調控后抽油機井參數自動匹配；五是實現智能注采區塊的大數據分析，抽油機井組智能優化控制技術[7]。大數據井組優化分析流程圖見圖2。

圖2 大數據井組優化分析流程圖Fig.2 Flow chart of optimization analysis for big data well group

1.3 措施個性化管理體系

機采井系統效率是衡量抽油機井性能的綜合指標，為降低機采井能耗、提高系統運行效率，通過建立“地上+地下”立體化措施工作法和精準、高效的“軟、硬”件治理措施，實現機采井節能降耗。同時，技術研發與整合在管理“維度”上實現立體化管理，其模式基礎在全油田高效生產中具有重要的指導意義[8]。

1.3.1 軟、硬件措施個性化治理

1）為了形成軟件措施分系統、分類別精細管理，通過查找問題、系統分析原因等環節，確定造成機采系統能耗偏高的原因，進而制定措施、組織實施、跟蹤檢查、總結效果，逐漸推進管理升級，2022 年軟件措施治理完成4 954 井次，實施后節能效果顯著。

2）加大硬件措施的技術攻關，近幾年擴大成熟型節能設備的應用規模，從單一型向多樣型轉變。2022 年以現有條件優化硬件措施結構提高節能設備“完好率”“覆蓋率”“利用率”，共應用硬件14 751 臺(套)，取得了顯著的節能效果。

1.3.2 “立體式”個性化措施治理

應用以產量為目標、以能耗最低為準則的機采系統設計新方法，該方法在對不同泵徑、管徑、桿柱鋼級、沖程、沖次進行組合的基礎上，還對桿柱組合和泵掛深度按步長計算能耗，形成“立體式”個性優化設計，實現了機采系統能耗最低。2022年，對74 口井開展了低能耗優化試驗，平均系統效率提高13.55 個百分點，節電率達31.2%，平均消耗功率由8.21 kW 降至6.53 kW，節能效果顯著[9]。

1.4 制度規范化管理體系

機采井降耗保障管理綜合影響因素多、涉及部門多、配套技術廣，實現機采井系統降本增效是一項復雜而艱巨的工程。通過轉變以往“部門各自為陣，節點單獨運行”的模式，整和組織機構，集中優勢資源，充分發揮技術、人才和管理潛力，秉承“立體融合，優勢互補，目標統一，步調一致”的理念，實現技術、管理、保障相互融合，全生命周期管控貫穿始末，機采井節能降耗得到大幅度地提升[10]。

1.4.1 歸口化管理機制

為了節能措施效果目標的實現，各機構嚴格規范歸口多個管理環節，主要包括選井、定措施、定進度、協調執行、跟蹤監督、統計效果等，實現多個部門聯動有序運行機制的構建，主要包括歸口管理單位和制度執行單位，實現跨部門、跨領域的信息有效傳達、反饋，建立完善統一歸口管理機制，同時對審核制度進行構建，歸口化分解流程見圖3。

圖3 歸口化分解流程圖Fig.3 Flow chart of normalization decomposition

1.4.2 一體化管理制度

一體化“監督、檢查”。在制度上，通過對不同體系的類似管理過程進行整合優化以及相互補充完善，給節能管理帶來了積極成效，提高了節能效果：一是量化調參、調平衡、節能設備實施等25項軟、硬件節能重點工作標準及監督要點，讓注采班組工作流程及作業區監督檢查實現“有據可依”，由“能監督”向“會監督”轉變；二是嚴抓現場施工監督，以“施工前現場確認、施工中過程監督、施工后質量驗收”的方式進行全程監督，工作日監督率達到80%以上。

1.4.3 專項化培訓機制

開展“1643”業務提升專項培訓。“1”是圍繞一個中心，即以提升節能作業系統人員專業素質為中心；“6”是制定節能作業系統人員實施以“六定”為主線的專項培訓課程，六定即定目標、定對象、定計劃、定范圍、定內容、定階段；“4”是指四類群體，即將節能系統分為工藝研究所、作業區、注采班組及廠內節能廠家施工隊伍等四類群體人員開展針對性培訓；“3”是指三種培訓形式，即舉辦線下培訓班、開辦線上培訓課堂及施工現場技術交流三種培訓形式，從日常業務基礎、技術指導、技術交流等多方面開展針對性、全方位、立體式培訓。通過深入開展“1643”業務提升專項培訓，進一步提升節能系統整體素質，實現以素質提升促進人才質量提升，推動企業綠色發展。

2 實施效果

通過實施“四化”立體式管理體系，把最新的科技成果轉化為生產力，實現節能降耗，進而加快低碳化進程，取得了良好的經濟效益、環境效益和社會效益。

2.1 指標情況

2022 年系統效率32.9%，噸液耗電6.42 kWh，與2021 年同期對比系統效率上升1.8%，噸液耗電下降1.29 kWh，在老區采油廠中某廠機采井系統效率排名由第三名上升至第二名。

2.2 智能數字化轉型

通過對數字化時代管理的解讀，某廠激發創造力重新構建發揮“技術和組織”價值的效能，創造價值共生組織形態的模式，促使完成數字化過程中的新功能、新結構、新能力、新目標的轉變，實現了數字化采油班組生產所需的基礎能力，在全油田企業的發展中堅實樹立了“數字轉型”發展觀，引領了企業的發展方向。

2.3 軟、硬件措施治理效果顯著

1） 軟件措施治理4 954 井次，年節電量為3 104.77×104kWh，折合標煤為1.037×104t，CO2減排量為3 095.46×104kg， 年節電效益達到2 192.28 萬元，2022 年軟件措施節能收益效果統計見表1。

表1 2022 年軟件措施節能收益效果統計Tab.1 Statistics of benefit effect of energy conservation for software measures in 2022

2） 硬件措施應用14 751 臺(套)，年節電量為9 589.8×104kWh，折合標煤為3.203×104t，CO2減排量為9 561.06× 104kg， 年節電效益達到6 771.38 萬元，2022 年硬件措施收益效果統計見表2。

表2 2022 年硬件措施收益效果統計Tab.2 Statistics of benefit effect for hardware measures in 2022

2022 年共計年節電量為12 694.60×104kWh，折合標煤為 4.24×104t， 實現 CO2減排量1.265 7×108kg，總經濟效益8963.66 萬元。

3 結論

1）通過機采井能耗“四化”立體式管理，實現節能技術和目標任務貫穿于每一項工作的每一個環節，由傳統經驗管理向科學化管理的轉變，降低了機采井的能耗指標，優化了組織結構，適應油田管理創新發展的需要，以服務油田精準開發為目標，形成了可復制、可推廣的機采井能耗管理方法。

2）“四化”立體式管理體系的應用實踐，全維度整合了廠內機采節能技術資源，以企業為主體，以可控成本為抓手，以低成本、高效益為目標，建立了科學的工作程序，把最新的科技成果轉化為生產力，把創新管理貫穿機采系統能耗管理全過程，形成了一套高效的管理模式，實現了綠色低碳可持續發展企業，推動油田企業高質量發展，進一步提高企業競爭力。