HYSIS技术在地面生产流程应用中的探究

张 莉

（中国石油大学胜利学院，东营，257000）

0 引言

随着油田开发时间的延长和产量的自然递减，地面油气生产流程与配套设施需要不断变化以配合正常生产，由于缺乏对集输与注水系统进行全面管理的有效方法和手段，一些导致耗能高、污染大的矛盾长期不能解决，制约了精细化管理水平的提高。以HYSIS技术与优化软件为手段，建立集输与注水系统稳态生产模型，对生产过程进行综合分析研究，实现了节能降耗、成本控制，提高了集输与注水生产系统精细化管理水平。

1 应用HYSIS技术对地面生产流程模块化设计

集输与注水系统的管理涉及因素多、部门广，管理难度大，工艺流程与物流状况复杂，传统的粗放型管理模式已不能适应新形势的要求。同时由于产量的递减，目前实际运行能力与最初的设计能力存在较大偏差，需要进行生产模拟，优化目前运行参数，进一步提高集输与注水系统运行水平。因此，要彻底改变目前在集输与注水系统管理方面的不利局面，真正实现集输与注水系统的精细化管理，必须利用先进的工艺流程模拟技术，建立起采油厂集输与注水系统生产优化模型，以模拟优化为手段带动整个集输与注水系统管理模式的创新。

1.1 设计思路

首先，建立并完善源头数据采集和地理信息系统，实现各生产环节的信息化；然后利用Aspen HYSYS工艺流程模拟软件，建立集输及注水工艺流程稳态模型并校准，从源头数据库和地理信息系统导入实际生产数据和设备参数进行模拟计算，找到能耗大的节点并提出优化方案。最后，在优化工作进入日常化以后，制定并实施优化运行维护管理办法，对管理机构、管理模式、运行方式、岗位职责、考核内容进行规范，以确保采油厂集输与注水系统生产优化的顺利实施，保障节能减排效果的长效运行，提高各岗位的精细化管理和优化过程监管的水平。

1.2 主要内容

首先，在已经建设完成的能覆盖所有基层生产单位的网络基础上，所有的集输、注水、采油等四级单位推广应用源头数据采集系统，同时在全厂应用GPS精确定位和WEBGIS网络发布技术建设地理信息系统，实现集输与注水生产系统信息化。

其次，在全厂范围内开展集输与注水全流程现状调研和数据收集，收集的数据包括生产动态参数、设备静态参数、原油物性参数以及流程图等，在占有详尽完备的数据的基础上利用Aspen HYSYS工艺流程模拟软件，搭建集输及注水模型，展开全流程节能优化分析，详查细找节能潜力点，制定优化方案，并选取典型区块进行上线测试，评估优化效果。

第三，在集输与注水优化模型在全厂上线运行之初，建立由主要负责人牵头、分管领导参与、集输与注水技术人员参加强有力的组织运行体系，负责日常运行，同时，制定严格的日常运行维护管理办法，加强各层次有针对性的培训，大力推行全过程、全员、全流程的精细管理，构建一个由模型维护、管理组织、考核体系和管理方法等内容组成的精细管理体系，提高各岗位的工作效率和精细化管理水平，提高过程监管水平。

2 HYSIS技术在地面生产流程模块化应用中的实现

2.1 信息化平台搭建

随着生产开发，经营管理信息化的不断深入开展，特别是数字油田这一目标的提出，大大加快了网络基础设施的建设，目前采油厂信息网已覆盖了30多个三级单位，100多个基层单位，联网面积超过了200平方公里，联网计算机总数达到了1800多台，实现了中心交换机与边缘交换机的千兆互连，百兆到桌面的联网速度。

应用GPS精确定位和WEBGIS网络发布技术，创建了采油厂空间数据库，建成了地理信息系统，解决了井位、管网、电网等地面工程对象的检测和精确定位问题，用户可以快捷地查询地面设施的参数，如管线的长度、材质、埋深、走向等。

采油厂已经建成了油田生产开发数据库，完成了静态数据的补录和各类动态数据的日常采集，实现了采油厂主要生产、管理信息数据的统一管理与网络共享，为进一步提升生产业务信息化水平奠定了良好的基础。但是，集输与注水系统生产优化模型所需数据非常多，包括设备静态参数、生产动态参数、所有生产环节的流程图等，这些数据分散在不同的数据库内（包括源头数据库和地理信息系统数据库），分散在104张数据表内，而且HYSYS软件不能提供接口程序，这些数据无法在模型中直接应用。对模型所需数据的内容、格式、数据单位、建模方法、建模结构、模型图例符号、原油及天然气的组分、热力学性质计算方法进行统一规定，并对采油厂相关数据库特性进行认真研究，对模型需要的数据进行详细梳理，在源头数据库和地面信息系统仔细查找和统计，开发了与已有数据库对接的数据接口程序，建立起模型应用库，使应用库内的数据可以直接导入模型进行计算，并可以在需要时迅速更新。

2.2 创建集输与注水系统生产优化模型

2.2.1 搭建模型，在虚拟系统中再现实际生产流程

针对采油厂的实际情况，制定了详细的实施方案和工作流程，采集所需相关数据98460组，利用HYSYS工艺流程模拟软件搭建工艺流程模型，建模范围为全厂集输与注水生产系统。集输系统模型沿原油输送过程依次为：油气井口计量间中转站联合站油气计量队原油库入口；注水生产系统模型沿回注水流向依次为：污水站出口注水站配水间注水井井口。

模型建立后，在生产关键环节完善了仪器仪表和对油品精确化验的基础上，倒入生产数据进行校核，如若达到能量平衡并与现场数据一致，证明建立的模型就是现场的真实反映。

2.2.2 优化分析，详查细找节能潜力点

优化模型建成和校核后，进行了全面的优化分析工作。对于集输系统，针对集输生产条件的现状，在不对现有工艺生产系统进行改造的前提下，分析集输系统中的升温、加压、掺水等过程，找出降低能耗的关键节点。同时利用模型进行定期的模拟和优化，找出原油消耗、天然气消耗、轻质油产量与集输处理过程中的温度、压力以及设备效率之间的关系，得出产量与能耗成本最优结合点；对于注水系统，利用稳态模型进行模拟计算，对注水管网的磨阻损失、压力损失、管网效率进行评估，通过调节干线压力大小与井口增压泵数，找出最优的改造方案。主要在以下环节见到了成效：

一是调整输油生产流程。采油队L1油井与L2油井的原有流程是L1油井采出液输至L2油井井口与之混合后经井口加热炉升温，输至计量站，然后由计量站输至联合站，井口电加热炉额定功率30kw，出口温度60℃。

通过模型计算发现，两口井混合后的温度为46度，已经高出凝固点近20度，从两井汇合处到联合站总长度为3500m，温降约为6.39℃，并且含水在80%以上，不用加热就可以满足集输分离要求。上线测试时停用了井口电加热炉，结果与模拟计算一致，稳定后发现井口回压没有上升，液体可以安全通过管道进入计量间，没有影响生产，该优化操作可行，每天可节约用电量504kW.h。

二是调整联合站生产参数。在实际工作中，根据需要及时调整联合站生产参数，使各个点始终处于运行的最佳状态，最大限度地实现了节能降耗。

3 小结

应用HYSIS技术的生产优化模型的建立，可以找到集输和注水系统中能耗大的设备，通过温度、压力等操作参数的调整，实现能耗的降低，最终实现油气集输耗燃油量、耗电量，注水耗电量降低，对每个单体设备提供了定量分析的手段，促进了生产管理精细化水平的提高，为生产安全、高效、平稳运行提供了支持。

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