油田区块综合节能效果测试方法标准研究

王建松（大庆油田技术监督中心）

油田区块综合节能效果测试方法标准研究

王建松（大庆油田技术监督中心）

随着我国油气田生产企业标准化工作的不断提升和节能技术的不断进步，油气田企业的节能潜力被不断压缩，目前节能工作已经由管理节能及单体设备的技措节能逐步转变为区块整体节能改造的方式。通过区块采油、集输等各系统的整体优化，转换生产方式，从而实现节能降耗。但通过这些节能措施节能量的测试和计算上有一定的系统性和复杂性，没有现行的测试标准指导节能测试与评价工作。通过对节能量计算基础理论研究，以油田区块节能改造为例，采用系统平衡的方法，推导系统能量单耗、系统效率、节能率及节能量的计算公式，制定《油田区块综合节能效果测试方法》的标准，方便了现场管理人员的统计和计算工作，同时也适用于其他类型的整体改造项目的节能指标测试与计算。通过某稀油区块的现场测试验证，综合节能率为69.01%。

测试方法；节能效果；用能单耗；标准

随着油气田管理的不断提升和节能技术的不断进步，油气田企业的节能潜力被不断压缩，目前的节能工作已经由管理节能及单体设备的技措节能逐步转变为区块整体节能改造的方式。通过区块采油、集输等各系统的整体优化，转变生产方式，实现节能降耗。这种节能措施的实施，主要涉及机采系统、注水系统、集输系统、加热系统等；尤其对于老油田，广泛实施了区块整体改造类项目，而且效果非常明显。但区块整体改造类项目在节能效果的测试和评价上没有现行的测试标准，节能效果测试和节能量计算的方法也没有统一的要求，在节能量的测试和计算上有一定的系统性和复杂性[1-2]。为规范油田区块整体改造类项目节能效果测试与评价，方便现场管理人员的统计和计算工作，研究制定了《油田区块综合节能效果测试方法》的标准。

1 涉及的主要标准

目前，区块改造类项目节能量测试和计算方法主要依据现行的国家标准、石油天然气行业标准及中国石油天然气集团公司企业标准等，主要包括[3]：GB/T 2587—2009《用能设备能量平衡通则》；GB/T 3216—2005《回转动力泵水力性能验收试验1级和2级》；GB/T 3484—2009《企业能量平衡通则》；GB/T 6422—2009《用能设备能量测试导则》；GB/T 13234—2009《企业节能量计算方法》；GB/T 16666—2012《泵类及液体输送系统节能监测方法》；GB/T 28750—2012《节能量测量和验证技术通则》；GB/T 31453—2015《油田生产系统节能监测规范》；SY/T 5264—2012《油田生产系统能耗测试和计算方法》；SY/T 6381—2016《加热炉热工测定》；SY/T 6422—2016《石油企业节能产品节能效果测定》；SY/T 6838—2011《油气田企业节能量与节水量计算方法》；Q/SY 61—2011《节能节水统计指标及计算方法》。

这些标准主要规定了单体设备和单一系统的测试方法，以及节能效果统计和计算的原则等，并未针对油田区块整体改造类项目节能效果测试方法和节能量的计算提出相关的具体方法、步骤和要求。

2 计算及评价原则

根据模糊理论，采用区块整体能量平衡的方法（图1），通过计算区块改造前、后的有效输送能量单耗来计算整体的节能效果[4]。

区块的带入能量：区块流体本身具有的能量，包括机械能和热能。

区块的供入能量：变电所提供的电能、天然气燃烧提供的热量、原油掺水带入能量。

区块的有效带出能量：计量站产生的液体向联合站输送所具有的机械能及热能。

图1 能量平衡方法

3 计算及评价方法

3.1 区块的供入能量

区块的供入能量为

式中：Q0——区块整体的供入能量，MJ；

Q1——泵系统提供的电能，MJ；

Q2——天然气燃烧提供的热能，MJ；

Q3——原油掺液带来的热能，MJ；

Q4——原油掺液带来的机械能，MJ。

其中

式中：Qnet，v，ar——燃料收到基低位发热量，kJ/kg或kJ/m3；

Qrx——燃料物理热，kJ/kg或kJ/m3；

B——燃料消耗量，kg/h或m3/h。

D——原油掺水量，kg/h；

C——水的比热容，kJ/（kg·℃）；

t——水温，℃。

D1——输送介质量，m3/h；

ρ1——介质的密度，kg/m3；

g——重力加速度，m/s2；

H——测点截面处的总水头，m。

其中

式中：Z——测点处相对基准面的高度，m；

p——测点截面处的压力，Pa：

U——测点截面处介质的流速，m/s。

3.2 区块的带出能量

区块的带出能量为

式中：Q——区块的有效带出能量，MJ；

Q5——输送介质带出的有效机械能（计算方法同Q4），MJ；

Q6——输送介质带出的有效热量，MJ。

式中：C1——介质的比热容，kJ/（kg·℃）；

t1——介质温度，℃。

3.3 区块的带入能量

区块的带入能量为

式中：Q′——区块的带入能量，MJ；

Q′5——输送介质带入的有效机械能（计算方法同Q4），MJ；

Q′6——输送介质带入的有效热量（计算方法同Q6），MJ。

3.4 区块综合节能指标

3.4.1 能量单耗

区块的综合能量单耗为

式中：E——区块综合能量单耗，MJ/MJ。

3.4.2 系统效率

区块的系统效率为

式中：η——区块系统效率。

3.4.3 综合节能率

区块的综合节能率为

式中：ξ——区块综合节能率，%；

E1——改造前区块能量单耗，MJ/MJ；

E2——改造后区块能量单耗，MJ/MJ。

3.4.4 节能量计算

节能量的计算可依据单耗降低法、效率提升法和节能率法计算[5]。

4 现场应用实例

4.1 区块改造

某区块三管伴热集输工艺改造工程，共包括9座计量站，目前该区块油气集输系统采用二级布站形式，单井来液进计量站计量、加热后，外输至联合站集中处理。联合站来污水在计量站加热后，分配至井口掺水。现有循环水加热炉9台，外输加热炉9台，循环水泵9台，外输泵9台，改造后为3台外输加热炉，1台循环水加热炉，4台外输泵，1台循环水泵[6]（表1）。

表1 工艺实施设备明细

4.2 现场测试

将该区块三管伴热集输工艺作为一个整体评价单元进行测试，依据GB/T 3484—2009《企业能量平衡通则》中的要求，确定综合改造项目的节能率。通过对改造前后节能效果的对比测试和计算，该区块改造工程综合节能率为69.01%（表2）；通过实施区块改造，年实现节约天然气432.8×104m3（0℃，101.325 kPa），节电197.8×104kWh。

5 结论

1）针对目前采油区块改造类节能项目节能指标测试和计算的难题，以采油区块节能改造为例，采用系统能量平衡的方法，测试和计算改造项目节能效果，对其他类型的整体改造项目的节能指标测试和计算具有一定的借鉴意义。

表2 测试数据计算

2）利用模糊理论，采用系统能量平衡的方法，通过绘制能量平衡框图，计算区块原、节态的有效输送能量单耗来计算整体的节能效果。

3）研究制定《油田区块综合节能效果测试方法》的标准，明确了区块类改造项目的节能测试方法，提出了区块改造类项目相关节能指标的计算方法，推导了理论计算公式，为节能统计及项目节能量测试工作提供了理论依据。

[1]马强．我国节能标准体系建设综述[J]．能源研究与利用，2016（5）：34-36．

[2]马强．基于节能率的节能量计算方法研究[J]．石油石化节能，2015，5（3）：50-51．

[3]武俊宪，马强，关天势．基于测试数据的节能量计算方法[J]．石油石化节能，2013，3（8）：56-58．

[4]周少祥，宋之平，胡三高，等．单耗分析理论与能源利用的效率问题[J]．中国能源，2008，30（2），42-43．

[5]石油工业节能节水标准化技术委员会．油气田企业节能量与节水量计算方法：SY/T 6838—2011[S]．北京：石油工业出版社，2011：1-6．

[6]马强，王立军，任学东．环状掺水集油工艺在高凝油油田的应用[J]．石油石化绿色低碳，2016，1（6）：46-49．

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.06.005

2017-03-02

（编辑 张兴平）

王建松，1997年毕业于哈尔滨理工大学，从事标准化工作，E-mail：1018672622@qq.com，地址：黑龙江省大庆市大庆油田技术监督中心，163453。