杏北油田生产系统节能管理与绩效评价平台的开发与应用

王青春

大庆油田有限责任公司第四采油厂

油田进入高含水开发后期，三次加密、三元复合驱油等新技术相继投入，但油价下跌，物价及人工成本提升，原油生产能耗、工耗的成本在逐年增加，严重影响到企业利润。探索新的高效节能管理模式、降低生产能耗、控制生产成本成为亟需解决的问题。目前采油企业节能管理存在的问题，主要是生产过程较复杂，传统的节能监测往往是针对单站单设备单个能耗指标的分析，缺乏合理规范的评价机制，因此，建立一个符合基层生产实际的节能管理与绩效评价平台十分必要[1]。

该平台是基于油田主要生产系统能量平衡分析模型及节能管理综合绩效评价指标体系开发的一个节能管理平台。

1 评价方法的选择和确立

1.1 能量平衡模型

能量平衡方法是油田节能测试的基本方法，即通过测试分析被测系统输入、输出能量在数量上的平衡关系，将生产过程具体划分为机采、油气集输、采出液处理、注水注入、供配电等主要系统[2]。系统能量平衡模型见图1。

图1 能量平衡模型Fig.1 Energy balance model

下面主要以注水系统为评价对象说明。根据注水工艺流程，建立注水系统、注水站及注水管网的能量平衡分析模型。其中，整个注水系统的能量平衡模型如图2所示，总能量平衡方程为

式中： Ed为系统输入能量； Ebw为介质带入能量；Eu为介质带出能量；Esw为输出至其他注水系统能量，输入时该值为负；Eds为电动机损耗；Ebs为泵损耗；Egs为管网损耗，包括管线和注水阀组损耗。

图2 注水系统能量平衡模型Fig.2 Energy balance model of water injection system

1.2 建立评价指标体系

依靠现场调研资料，利用专家评价、系统分析、数据网络分析、回归分析等方法建立各系统绩效评价指标体系[3-5]。整个体系构成见图3。

图3 节能绩效评价体系结构Fig.3 Structure of energy-saving performance evaluation system

例如，注水系统能耗评价与分析指标主要包括电动机输入功率、注水泵输出功率、泵机组效率、泵机组单耗、注水站效率、注水阀组损失率（节流损失率）、管网损失率、注水系统效率、注水系统单耗等[6-7]。

利用“聚类分析”法，对以上多个评价指标进行分类，分成技术指标、经济指标和管理指标。分析生产过程耗能影响因素对实现节能降耗目标的作用大小，综合确定绩效评价指标权重。同时考虑到各评价对象基础条件不同，如辖区地质状况、能耗设备状态等，在评价指标中加入了“管理难易程度”。建立评价对象的相对、纵向和综合绩效评价指标体系，相对绩效是同类评价对象之间的对比；纵向绩效是同一评价对象在某时间段内的纵向对比。

为了确定各评价指标在整个评价系统中的权重，根据目前油田生产实际情况，需要对指标权重实行动态管理。各评价指标对能耗的影响程度存在差异，根据实际能耗情况，确定影响能耗的主要因素。具体实施时，对于同类可比的评价指标或设备，以其处理量占比设定权重，如同一注水站各注水泵机组，可按其日注水量确定其能耗权重占比；对于非同类指标、设备等评价对象，按该评价对象以往能耗对于总能耗的贡献率设定权重。例如，联合站内同时存在注水站和污水处理站，注水站占该联合站总能耗的90%，污水处理站占总能耗的10%，在对该联合站进行评价时，注水和污水两部分权重可分别设定为0.9和0.1。

经过以上对指标的选择、分析、分类，最终确定系统的指标体系构成。注水系统绩效评价指标体系如表1所示。

表1 注水系统绩效评价指标体系Tab.1 Performance evaluation index system of water injection system

由于生产单位隶属关系不同，同时要进行管理单位（采油厂、作业区、采油队等）各级指标体系的构建。表2是联合站（小队级）指标体系构成。

表2 联合站绩效评价指标体系Tab.2 Performance evaluation index system of multi-purpose station

2 软件评价平台的开发

2.1 建立节能管理数据库

主要依据相关石油石化行业信息标准规范建立节能管理数据库。创建数据库的目的是为了存储石油生产过程中各个系统及设备的数据，它们是彼此独立的；因此，可以对原油集输系统、注水系统、机采系统等单独建库、单独调用、单独操作[8]。例如，加热炉、锅炉或者泵机组、注水站这样的数据集合则可以分别建立不同名称的表来实现对数据的存储和操作，并尽可能与企业现有数据库进行接口。其数据库结构见图4。

图4 数据库结构Fig.4 Database structure

2.2 构建软件平台

基于以上理论分析、现场调研、指标体系确立和数据库的搭建，开发油田生产系统节能管理与绩效评价平台。采用浏览器（Browser）、Web服务器、数据库系统（Dbms）构成的BWD体系结构，是一个多层的客户/服务器模式[9]。系统逻辑构架见图5，主要功能模块见图6。

图6 软件功能组成Fig.6 Software function

3 平台应用及节能评价效果

3.1 指标数据操作

软件平台对于各类各级节能数据和评价指标，均能实现显示、分类、查询、统计、分析等功能。2018年4月该采油厂部分注水评价指标如表3所示。

表3 2018年4月部分注水评价指标Tab.3 Partial water injection evaluation index in April 2018

3.2 绩效评价排名

绩效评价结果排名通过表格、图表等形式展现出来，用户可以直观地从相对、纵向和综合绩效评价指标排名等多方面查看评价对象的能耗情况，评价对象可以是能耗指标、能耗设备、所属单位等。表4是2018年4月该采油厂注水站绩效评价排名。

3.3 评价结果分析

针对以上评价结果平台给出了多种分析方式，如表4所示，杏二十三注水站评价排名较低。用户可以通过表3查找该站具体能耗指标数值，发现该站当月仅有1#注水泵1台设备运行，且各项指标均较低，该泵成为影响该站综合评价的决定性因素。对于这种情况，可以通过平台跟踪该设备近期运行数据，现场勘查设备运行状况，调查该区域日常注水参数，来确定该注水泵能耗高的具体原因，并通过及时调整注水方案等措施加以改善。利用此类方法，2018年1月—10月，该厂及时优化注水泵运行6台次，节电约122.4×104kWh。

表4 2018年4月部分注水泵运行效率绩效评价结果Tab.4 Performance evaluation results of partial water injection pump operation efficiency in April 2018

平台还提供了“重点能耗设备控制图”等功能，方便用户分析能耗状况，对低效高耗区设备及时查找原因，及时进行调整。抽油机设备能耗分区控制见图7。

图7 抽油机设备能耗分区控制Fig.7 Zone control of pumping unit equipment energy consumption

4 结束语

油田企业为了持续稳定发展，长期面临着能耗持续上升、管理成本不断提高的压力，如何开展节能绩效对标管理提升能效水平，是当前一个崭新课题。节能管理与绩效评价平台是对标管理应用于油气田生产系统节能的一次初探[10]。平台不仅将单设备、单流程、单部门的节能评价融合在一起，而且通过绩效评价排名的形式予以展现，杜绝基层单位模糊责任、随意执行。同时，通过查找、跟踪耗能点分析能耗状况的方式，给各级节能管理者提供了一种新的管理手段和管理模式，并有利于节能策略的及时调整，有助于提高节能工作效率，给企业带来可观的经济效益。