油田站場能耗控制及數(shù)字化建設(shè)在提質(zhì)增效方面的應(yīng)用研究

王鑫 費宇軒 郭嘉駿 曾黎

大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠

某油田開發(fā)建設(shè)60 余年，現(xiàn)進入開發(fā)中后期，由于其開發(fā)對于地面系統(tǒng)依懶性高，同時面臨著運行能耗高的壓力，因此地面工程系統(tǒng)從節(jié)能降耗的現(xiàn)狀出發(fā)，提出了提質(zhì)增效的改進措施。

1 地面系統(tǒng)能耗形勢分析

S 采油廠2017—2021 年集輸系統(tǒng)耗電平均為1.539 4×108kWh，注水系統(tǒng)耗電平均為4.850 5×108kWh，注聚系統(tǒng)耗電平均為6 674×104kWh，其中注水系統(tǒng)占地面系統(tǒng)總耗電的68.7%，如圖1所示。

圖1 S采油廠2017—2021年地面系統(tǒng)耗電及占比Fig.1 Surface system power consumption and proportion of S Oil Production Plant from 2017 to 2021

2017—2021年S采油廠年產(chǎn)油量不斷遞減，遞減率為3.3%，耗氣量為1.02×108～1.07×108m3/a；噸液耗氣量在1.45～1.51 m3/t 之間，平均噸液耗氣量為1.47 m3/t，低于大慶油田平均值2.52 m3/t；噸油耗氣量在29.09～30.6 m3/t 之間，平均噸油耗氣量為29.75 m3/t，如圖2所示。

圖2 2017—2021年噸液、噸油耗氣量統(tǒng)計Fig.2 Statistics of gas consumption per ton of liquid and oil from 2017 to 2021

2 站場用工形勢分析

截至2022 年12 月，S 采油廠站場員工總數(shù)為1 386 人，預(yù)計未來5 年，站場員工總數(shù)精簡為808 人，根據(jù)“十四五”產(chǎn)能安排，未來3 年將新增油水井259口，可見人員供需矛盾日益嚴(yán)重，單井綜合用工比例不斷增加。

3 站場能耗控制措施

3.1 應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，控制用電消耗

（1）注水泵涂膜現(xiàn)場應(yīng)用（圖3）。對S采油廠內(nèi)7 座注水站的8 臺注水泵實施涂膜改造，涂膜后的注水泵平均單耗下降0.14 kWh/m3，泵效提高2.85%，年實現(xiàn)節(jié)電規(guī)模107.4×104kWh[1]。

圖3 涂膜技術(shù)Fig.3 Coating technology

（2）有源濾波裝置應(yīng)用。對S 采油廠內(nèi)5 座站所安裝有源濾波裝置共5套，該裝置可減少配電系統(tǒng)的諧波含量，降低系統(tǒng)總電流，同時提高配電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，實現(xiàn)效率優(yōu)化和電能節(jié)約，實施后年節(jié)電45.6×104kWh。

（3）注水泵高壓變頻應(yīng)用。S采油廠共計安裝注水泵高壓變頻設(shè)備7臺，通過節(jié)能監(jiān)測，變頻運行的注水泵單臺平均節(jié)電能力約為1.3×104kWh/d，注水單耗下降0.15 kWh/m3，單座注水站按運行D400 注水泵實際水量計算，單座注水站年節(jié)約電量153×104kWh[2]。

（4）斬波內(nèi)饋調(diào)速應(yīng)用。目前在北八、北三二注水站共建有2臺斬波內(nèi)饋調(diào)速裝置，適用于管網(wǎng)完善、水量平穩(wěn)的中心位置注水站，通過中心注水站的壓力和注水量調(diào)整，調(diào)控區(qū)塊內(nèi)的整體注水管網(wǎng)壓力以此來達到節(jié)能目的，每年可節(jié)電146×104kWh。

3.2 實施多措并舉，控制用氣消耗

（1）系統(tǒng)優(yōu)化簡化，源頭控制用氣消耗。通過區(qū)塊優(yōu)化將S采油廠負(fù)荷率低、能耗高的站場進行優(yōu)化整合[3]，取消25#轉(zhuǎn)油放水站，優(yōu)化整合至北三某轉(zhuǎn)油放水站；取消51#水驅(qū)轉(zhuǎn)油站，優(yōu)化整合至51#轉(zhuǎn)油放水站[4]。實施簡化后優(yōu)化了機泵、加熱爐裝機數(shù)量，降低了運行能耗，核減裝機數(shù)量38 臺，年節(jié)約用電672.05×104kWh，年節(jié)約用氣162.09×104m3，優(yōu)化崗位員工11 名，共降低運行及人工成本640.46萬元[5]。

（2）優(yōu)化產(chǎn)能設(shè)計參數(shù)，降低供熱負(fù)荷。2021年對S采油廠某區(qū)域進行二類油層二次上返聚驅(qū)產(chǎn)能開發(fā)建設(shè)，規(guī)劃設(shè)計過程中在滿足集油系統(tǒng)進站溫度及井口回壓的要求下[6]，根據(jù)集輸半徑的不同，優(yōu)化單井摻水量，同時取消計量間采暖摻水量，降低轉(zhuǎn)油站摻水加熱爐負(fù)荷[7]（圖4、圖5），控制用氣消耗，每年節(jié)省天然氣141×104m3。

圖4 摻水加熱爐功率調(diào)整Fig.4 Power adjustment of water blending heating furnace

圖5 單井摻水量調(diào)整Fig.5 Adjustment of single well water blending amount

（3）工程設(shè)計優(yōu)化，減少生產(chǎn)用氣環(huán)節(jié)。針對部分小隊供熱系統(tǒng)腐蝕老化問題，逐步利用聚能加熱裝置（耗電）替代常規(guī)采暖爐供熱，降低天然氣的用氣量，每年節(jié)省天然氣131×104m3；隨著數(shù)字化建設(shè)的推進，小型站場實施無人值守[8]，逐步取消采暖系統(tǒng)，減少加熱爐耗氣量，每年預(yù)計可節(jié)省天然氣350×104m3。

（4）開展節(jié)氣技術(shù)應(yīng)用，提高天然氣利用效率。在油氣集輸系統(tǒng)中通過應(yīng)用加熱爐節(jié)能涂料、更換高效燃燒器、實施爐況優(yōu)化等節(jié)能技術(shù)，節(jié)約加熱爐天然氣使用量。截至2021 年年底，共計實施節(jié)能措施202臺次，每年可節(jié)省耗氣635×104m3，油氣集輸系統(tǒng)節(jié)能技改項目應(yīng)用情況見表1。

表1 油氣集輸系統(tǒng)節(jié)能技改項目應(yīng)用情況統(tǒng)計Tab.1 Statistics on the application of energy-saving technical transformation projects in oil and gas gathering and transportation system

（5）持續(xù)加強常溫集輸管理[9]，降低天然氣消耗。S采油廠于每年4～10月執(zhí)行常溫集輸運行，通過提前組織摻水檢查，掌握基層站隊摻水用量的實際性和合理性，要求常溫集輸期間水驅(qū)、聚驅(qū)井全部停止摻水，降低二合一加熱爐天然氣使用量，同時在該期間禁止對集油管道進行沖洗，減少天然氣的浪費，通過執(zhí)行常溫集輸措施年節(jié)省耗氣95×104m3。常溫集輸技術(shù)見表2。

表2 常溫集輸技術(shù)Tab.2 Normal temperature gathering and transportation technology

4 數(shù)字化建設(shè)措施

采取多崗合一、集中監(jiān)控、崗位無人值守的建設(shè)模式。截至2021 年年底完成全區(qū)23 座大型站場集中監(jiān)控改造。站場集中監(jiān)控在提升了站場自動控制水平的同時，有效地緩解了一線人員用工緊張的問題，員工數(shù)量由1 036 人減少至777 人，優(yōu)化比例為25%。

對轉(zhuǎn)油站進行“無人值守”建設(shè)探索、研究。對2022年投產(chǎn)集控建設(shè)較為完善的52#、53#轉(zhuǎn)油站無人值守進行探索，通過駐站寫實，充分掌握頻繁操作點、風(fēng)險控制點、自控儀表及網(wǎng)絡(luò)情況，將轉(zhuǎn)油站劃分為集輸、天然氣、摻水、熱洗、輔助系統(tǒng)，通過實際生產(chǎn)操作、異常工況處理寫實分析，梳理各流程節(jié)點，確定站場無人值守最優(yōu)控制工藝，并總結(jié)制約轉(zhuǎn)油站無人值守數(shù)字化建設(shè)關(guān)鍵節(jié)點[10-11]（表3）。

表3 轉(zhuǎn)油站工藝單元劃分及制約無人值守主要關(guān)鍵節(jié)點Tab.3 Division of process units in oil transfer stations and the main key nodes restricting unattended operation

5 結(jié)束語

地面工程是油田開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，也是控投降本的重要源頭，面對低碳發(fā)展新形勢、安全環(huán)保新要求、數(shù)智共享新機遇，要認(rèn)真踐行油田戰(zhàn)略部署。地面系統(tǒng)所消耗的電能和熱能（天然氣）是油田節(jié)能的重點對象，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，通過節(jié)能技術(shù)、區(qū)塊優(yōu)化、工程設(shè)計優(yōu)化等應(yīng)用措施，降低系統(tǒng)能耗，提高系統(tǒng)運行效率。同時面對人員供需矛盾日益嚴(yán)重，推進油田數(shù)字化建設(shè)至關(guān)重要，積極研究數(shù)字化背景下油田建設(shè)與發(fā)展的新機制，將數(shù)字化技術(shù)充分地與崗位工作進行有機地結(jié)合，降低員工勞動強度的同時，達到控制用工總量的目的。節(jié)能降耗工作和數(shù)字化油田建設(shè)是一個不斷探索、不斷完善的過程，需要攻堅克難、開拓創(chuàng)新、多措并舉，結(jié)合不同方式明確地面技術(shù)對策，努力提升地面工程技術(shù)水平。