油气集输系统能量优化软件在油田的应用

高鑫宇

（大庆油田有限责任公司第四采油厂）

0 引言

随着数字化油田建设进程的不断推进，油田生产系统自控水平及智能化程度不断提高。近年来，Shell（壳牌）、AGIP（意大利石油总公司）等国际大石油公司均实施了流程模拟、先进控制与过程优化项目，通过优化生产运行参数，实现降耗增效的目的。基于此背景，开发了油气集输系统能量优化软件，为生产管理技术人员提供了优化集油系统运行参数、降低集油系统生产能耗的技术及工具。

1 转油站建设及运行情况

某采油厂3号转油站始建于1986年，截至2018年底，共建成油井 215口，辖计量间 8座。除 53口井采用挂接集油流程外，其余油井均采用双管掺水集油流程。转油站站内采用分离、沉降、缓冲“三合一”流程，站内主要耗能设备有掺水炉、热洗炉、掺水泵、外输泵及热洗泵。站内自控仪表系统相对完善，各类机泵耗电量、自耗气、外输湿气、返输干气均可单独计量。

该区块单井产液量相差较大，单井产液量最大为81.3 t/d，最小为4.2 t/d；综合含水率最高为95%，最低为80%，综合含水率高于90%的油井有140口；井口出油温度最高为 36.8 ℃，其中 30 ℃以上的油井有53口。2017年，该转油站耗气量为411×104m3，耗电量为111×104kW·h，总能耗为5 610 tce，其中掺水系统能耗占转油站总能耗的99.2%。

对于已建掺水集油工艺流程的生产系统，影响能耗的主要因素除单井产液量、综合含水率外，还有就是环境温度。因此，随着环境温度的变化，需要不断优化掺水温度与掺水量等运行参数，确保系统高效低耗运行。

2 能量优化软件功能及应用

油气集输系统能量优化软件为多相流模拟计算及优化软件，具有构建工艺模型、水力热力计算、水力热力校核、用能评价及用能优化等功能。

以3号转油站系统为例，油气集输系统应用该软件优化运行，需遵循以下操作流程，即构建工艺模型、水力热力校核、优化运行参数。

2.1 构建工艺模型

根据数据模板完成数据源文件的建立，即在后台Excel（电子表格）文件中完成油井、计量间、转油站及所有管道相关建设信息及运行信息的输入，而后通过软件导入数据源文件。通过此方式构建了3号转油站系统8座计量间215口油井的集油工艺模型，见图1所示。

模型建成后，可按照现场实际运行情况，实现冬季双管掺水流程运行、夏季单管出油流程运行的模拟计算。计算结果可选择性输出，可获得每条管道的压降、温降及每个节点的运行情况。转油站系统管道参数计算结果截图见图2。

图1 转油站集油系统工艺模型图

通过分析管道及节点的运行参数，可查找站外集油系统的热力薄弱环节及压降过高管段。

2.2 水力热力校核

1）水力校核

以运行管道实际压降为基数，对运行多年、已结垢结蜡严重的管道内径进行校核。转油站系统水力校核计算结果截图见图3。

2）热力校核

以转油站实际掺水及回油温度、各计量间掺水及回油温度、各油井井口出油温度为基数，反算系统内各条管道的总传热系数。转油站系统热力校核计算结果截图见图4。

图3 转油站系统水力校核计算结果截图

图4 转油站系统热力校核计算结果截图

2.3 优化运行参数

采用校核后各条管道的总传热系数，代替模型中预设的总传热系数。经过水力热力校核后的工艺模型，与现场实际运行情况相符，模拟计算精度得到了保证。在此基础上，优化掺水系统运行参数，即采用软件计算不同掺水温度对应的单井掺水量。

当环境温度大于 0 ℃时，软件可根据井口出油温度判定部分高产液量井无需掺水；当环境温度小于0 ℃时，为了防止管道冻堵，软件将计算所有油井对应的掺水量。

通过计算求得不同的掺水温度对应的总掺水量、综合能耗及能耗费用，管理者可以能耗最低或能耗费用最低选择优化运行方案。掺水系统优化运行计算结果截图见图5。

图5 掺水系统优化运行计算结果截图

3 优化运行方案实施效果

利用该软件，根据环境温度变化情况，可编制转油站系统每个月的优化运行方案。一般情况下，在月底根据实际生产情况完成水力热力校核，而后更新单井产液量、综合含水率及井口出油温度等参数，利用校核后的模型编制下月的优化运行方案。

2018年，应用该软件编制了3号转油站各月优化运行方案并实施。与 2017年相比，2018年在产液量增加8×104t的情况下，节气20×104m3，节电13×104kW·h，节能288 tce。3号转油站能量系统优化运行节能情况见表1。

表1 3号转油站能量系统优化运行节能情况

2018年，该软件在某采油厂3个采油矿25座转油站进行了推广应用，年节能9 038 tce，取得了良好的节能效果。

4 结束语

油气集输系统能量优化软件为掺水集油工艺优化掺水系统运行参数、调控掺水温度及掺水量、发现站外系统热力薄弱环节及压降过高管段提供了依据。应用该软件持续优化，在很大程度上促进了油田高效低耗生产，达到了降本增效的目的。

应用油气集输系统能量优化软件为油田过程化、精细化管理提供了技术支撑及应用工具，可促进油田生产管理实现真正的能源管与控。