油田地面系統(tǒng)能效對標實踐

張校千（大慶油田有限責任公司第三采油廠）

1 能效對標指標體系

通過綜合考慮各油田原油物性、油層發(fā)育、開發(fā)方式等諸多因素，選擇客觀油藏開發(fā)基礎條件相近的區(qū)塊進行對比。結(jié)合本單位現(xiàn)階段生產(chǎn)開發(fā)實際及能耗現(xiàn)狀，標桿值的確定采取就高不就低原則，既要縱向分析本單位歷史能耗指標變化趨勢，又要兼顧各油田之間指標的橫向比較，緊密結(jié)合油田生產(chǎn)實際制訂合理的目標值，實現(xiàn)對標過程的科學性和可操作性[1]。以過程指標為主，終端指標為輔的原則，選擇影響力最大、代表性最強、生產(chǎn)最直接、錄取最頻繁的數(shù)據(jù)作為各系統(tǒng)對標的基本指標系列[2]。

1.1 對標指標

1）加熱爐效率表示向爐子提供的能量被有效利用的程度，一般以單臺加熱爐為1個計量單位。體現(xiàn)加熱過程中的能效利用水平，影響因素包括加熱爐爐型、負荷、運行時間、加熱爐結(jié)垢程度以及燃燒器空燃比設定等。

2）注水泵單耗。注水泵每泵出1 m3水的耗電量。注水泵機組耗電量為油田1個生產(chǎn)周期注水機組用電量的總和，注水泵輸出水量為油田1個生產(chǎn)周期內(nèi)泵出水量的總和。影響因素主要包括注水泵及注水電動機設備狀況、注水管網(wǎng)、注水井開發(fā)方案等。

3）注水泵效率。注水泵外輸水的功率和與軸功率之比，用百分數(shù)表示。同一時間點的注水泵進出口壓力、進出口溫度、流量、注水電動機電流，以及注水泵及注水電動機的各項額定參數(shù)。影響因素包括注水泵及注水電動機設備狀況及能效利用水平、注水泵進出口溫度及壓力、注水泵單位時間泵出水量、注水管網(wǎng)壓力等[3]。

1.2 對標標桿值選定

地面系統(tǒng)在對標標桿選擇上，綜合對比各采油廠近3年最優(yōu)指標，確定最好值為標桿值，從指標數(shù)據(jù)上看，大港五廠加熱爐爐效最高，注水泵單耗指標最優(yōu)，大慶六廠注水泵效率指標最優(yōu)。因此，將2個指標作為標桿值進行對標（表1）。

表1 能效對標標桿體系

2 因素分析

2.1 加熱爐對比分析

1）加熱爐監(jiān)測數(shù)據(jù)。排煙溫度平均值大慶三廠真空爐數(shù)據(jù)比大港一廠數(shù)據(jù)高6℃，水套爐低2℃，火筒爐比熱煤爐低69%；空氣系數(shù)平均值大慶三廠真空爐數(shù)據(jù)比大港一廠數(shù)據(jù)高0.63，水套爐低0.9，火筒爐比熱煤爐高0.2；爐效平均值大慶三廠真空爐數(shù)據(jù)比大港一廠數(shù)據(jù)高8.07%，水套爐低4.83%，火筒爐比熱煤爐低1.1%。

2）加熱爐運行年限。大慶三廠運行年限在11年及以上的加熱爐占57.69%，大港五廠只占10.71%；大慶油田采油三廠運行年限在16年及以上的加熱爐占42.31%，而大港三廠只占9.09%。加熱爐運行年限長，加熱爐腐蝕老化嚴重，加熱爐保溫效果差，造成加熱爐爐效偏低[4]。

3）加熱爐爐效。排煙溫度與大港一廠持平或略好；空氣系數(shù)真空爐與火筒爐效果略差，水套爐較大港一廠合理?？諝庀禂?shù)高說明加熱爐空燃比較高，而排煙溫度基本持平或略好，加熱爐爐效較大港一廠低，說明排煙損失較高，經(jīng)分析，大慶三廠夏季實施常溫集輸，加熱爐停運，因而爐效檢測基本都在冬季，室內(nèi)外溫差大，導致加熱爐排煙損失較大。

2.2 注水系統(tǒng)對比分析

2.2.1 泵水單耗

大慶三廠泵水單耗為5.88 kWh/m3，較大慶六廠和大港一廠能耗低，而較大港五廠能耗高，其原因如下：

1）注水泵出口壓力不同。由于各開發(fā)區(qū)塊地質(zhì)構(gòu)造及油層深度不同，注水站提供的高壓水的注入壓力也不同，大慶三廠水驅(qū)和聚驅(qū)的各注水站運行的注水泵理論揚程為16.5MPa的有24臺、15MPa的有4臺，而大港五廠除周一注水站運行的1臺柱塞注水泵泵出口壓力達到15 MPa以外，其余注水泵（含離心泵和柱塞泵）泵出口壓力約13 MPa，較大慶三廠低約3 MPa，因此大港五廠的泵水能耗更低。大港一廠則因為注水泵出口的泵壓高，使得該廠平均泵水單耗達到6.05 kWh/m3。大慶三廠與大慶六廠開發(fā)區(qū)塊總的地質(zhì)構(gòu)造相似，注水系統(tǒng)均采用高壓離心泵供高壓水，泵水壓力基本相同，所以2個采油廠的泵水單耗相近。

2）注水泵形式不同。大慶三廠、六廠采用的都是離心式高壓注水泵，而大港油田采用的注水泵既有離心式注水泵又有柱塞式注水泵，由于增壓方式不同，離心式注水泵的泵效較柱塞式注水泵低約10%。雖然大慶三廠、六廠日注水量在22×104m3以上，大的注水量更有利于降低泵水單耗，但由于泵效較大港油田使用的柱塞式注水泵泵效低，未出現(xiàn)大慶三廠、六廠泵水單耗明顯低于大港油田的情況。

2.2.2 泵效

大慶三廠注水泵泵效74.84%，較大慶六廠和大港一廠低，較大港五廠高，其原因如下：

1）升壓方式不同。大慶三廠采用離心泵升壓，運行28臺，而大港一廠運行16臺柱塞泵（泵效79.97%）和2臺離心泵（泵效72.5%），由于柱塞泵能夠獲得更好的泵效，因此平均泵效較大慶三廠高。大港五廠注水系統(tǒng)運行的離心泵與柱塞泵數(shù)量基本各占一半，但由于該廠運行的離心泵均為180m3/h以下的小排量泵，而小排量離心泵泵效較低，因此該廠注水泵的平均泵效較低。

2）站外系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行。大慶三廠注水系統(tǒng)分為水驅(qū)普通水、深度水、聚驅(qū)及三元驅(qū)，各類管網(wǎng)獨立運行，特別是聚驅(qū)及三元驅(qū)，9座聚驅(qū)注水站均獨立運行，易出現(xiàn)注水站供水量與所轄系統(tǒng)需水量不匹配情況，而大慶六廠3套系統(tǒng)4套管網(wǎng)有多處連通，更有利于管網(wǎng)壓力平衡，提高注水泵泵效。

3）注入水質(zhì)。大慶三廠北過聚驅(qū)注水站在進入注聚開發(fā)階段后，注入水質(zhì)采用的4座注水站投產(chǎn)運行注入清水。目前大慶三廠注水站計算泵效時，采用溫差法計算，由于清水溫度很低（2～4℃），計算出的泵效在70%左右，較同排量的注入污水的注水泵低約9%，拉低了全廠平均泵效[5]。

3 技改措施

3.1 加熱爐提效

1）加熱爐涂刷高效防護涂層。大慶三廠通過采用高效防護涂層對加熱爐煙、火管外壁進行保護，利用防護涂層的化學惰性和抗結(jié)垢性能，使含油污水中的結(jié)垢物不易粘附在涂層表面，同時涂層也起到高效防腐蝕作用。通過對加熱爐內(nèi)壁涂刷遠紅外涂料，該涂料能發(fā)射熱射線，將熱能轉(zhuǎn)換成遠輻射能，直接輻射到被加熱物體上，引起被輻射物質(zhì)分子的激烈運動，迅速升溫，從而達到提高加熱速度，降低加熱爐的排煙溫度，節(jié)約能源消耗，降低加熱爐的損壞率的目的。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)，實施42臺加熱爐，涂刷工程前后，加熱爐熱效率平均增幅達2.87%，平均節(jié)氣率達6.22%。

2）安裝節(jié)氣裝置。大慶六廠在40臺加熱爐安裝負壓測試裝置和擋板調(diào)節(jié)裝置，預計實現(xiàn)節(jié)氣102×104m3；計劃在20臺加熱爐涂刷新型節(jié)能涂料，預計實現(xiàn)節(jié)氣30×104m3；5臺加熱爐安裝物理除防垢裝置，預計實現(xiàn)節(jié)氣30×104m3。

3.2 注水泵提效

1）低效泵改造。大慶三廠于2011年在轉(zhuǎn)油站試驗應用了旋轉(zhuǎn)式活塞泵。該泵軸密封好，泵軸運轉(zhuǎn)時不漏液，從結(jié)構(gòu)上看該泵比目前運行容積泵便于管理。在近似相同排量的條件下，旋轉(zhuǎn)式活塞泵運行電流由21 A下降至15 A，每天耗電量經(jīng)計算由282 kWh下降至201 kWh，節(jié)約電量81 kWh，節(jié)電率28%。

表2 措施效果對比

2）節(jié)能技術措施。對泵效低、泵況差的注水泵進行涂膜改造以提升注水泵效能。根據(jù)目前大慶三廠已實施的注水泵涂膜情況和生產(chǎn)實際狀況，實施10臺注水泵的涂膜，涂膜后注水泵的泵效預計可提高2%～3%，單耗下降0.2～0.3 kWh/m3。

3）工藝流程優(yōu)化措施。大慶三廠對系統(tǒng)能耗高、注水站供水量與外網(wǎng)需水量匹配性差的聚北十九注水站和聚北六注水站之間建設高壓聯(lián)絡線，將目前運行的D300和D155各1臺注水泵停運D155注水泵。

4 指標評價

大慶三廠、六廠在注水泵單耗、加熱爐效率的指標控制上結(jié)合管理提升和技術應用后，相比措施前的2016年均有所提升（表2）。

4.1 注水單耗

注水單耗是反映和控制注水能耗的重要指標。大慶三廠已建普通水、深度水、聚驅(qū)等3套注水管網(wǎng)，由于系統(tǒng)工藝不同，各系統(tǒng)的注水泵機組單耗也不相同，因此需分別進行水量、電量、單耗的統(tǒng)計分析。

大慶三廠、六廠注水泵泵效雖然超過《油田注水系統(tǒng)經(jīng)濟運行》SY/T—6569規(guī)定推薦值（73.9%），但是在注水單耗指標上兩采油廠離目標值仍然有一定差距。2018年大慶三廠、六廠注水單耗對標目標值應調(diào)至5.4 kWh/m3。下一步通過合理控制泵管壓差，有效保障注水泵泵況良好，控制注水系統(tǒng)的各個注水站均衡生產(chǎn)。實施節(jié)能注水泵涂膜、注水泵減級、前置泵調(diào)參等技術改造，促進指標的完成。

4.2 加熱爐效率

在加熱爐效率上，大慶六廠明顯好于大慶三廠，主要由于大慶三廠加熱爐老化，設備負荷等諸多因素影響，同時近年來三元驅(qū)見效后加熱爐結(jié)垢現(xiàn)象加劇，導致平均排煙溫度過高、受熱不均等問題頻出。大慶三廠下一步將通過精細化日常管理，及時根據(jù)負荷合理調(diào)節(jié)配風量，調(diào)節(jié)空燃比，降低排煙溫度，減少排煙熱量損失較大，降低加熱爐過?？諝庀禂?shù)。同時應調(diào)整運行工藝，在滿足生產(chǎn)的情況下，盡量減少開爐臺數(shù)，提高負荷，提高加熱爐效率。

5 認識及建議

將節(jié)能目標和對標指標貫穿于油田生產(chǎn)經(jīng)營的始終，實現(xiàn)由粗放型經(jīng)營方式向節(jié)約型經(jīng)營方式的轉(zhuǎn)變，由依靠增加產(chǎn)量解決成本問題向更加重視節(jié)約、向管理要效益的轉(zhuǎn)變，由注重生產(chǎn)過程中被動節(jié)能向精細節(jié)能的轉(zhuǎn)變。

1）能耗對標與節(jié)能計劃（規(guī)劃）結(jié)合。以標桿指標體系為依托，節(jié)能部門通過能耗對標，查找差距、制定措施，對在未來發(fā)展中影響油田生產(chǎn)的主要耗能環(huán)節(jié)優(yōu)先規(guī)劃，對在現(xiàn)場實際中取得突出作用的節(jié)能項目、技術、設備、成果優(yōu)先安排，對節(jié)能重點攻關項目優(yōu)先扶持。

2）能耗對標與“節(jié)能專項投資項目”結(jié)合。以標桿指標體系為依托，找準推進節(jié)能目標的落腳點，統(tǒng)籌部署，優(yōu)先安排，避免與其它項目的運行發(fā)生沖突。同時，強化節(jié)能專項投資項目運行管理，做到“節(jié)能項目清，節(jié)能措施清，節(jié)能效果清”[6]。