机采系统能源管控等级评估方法研究

田春雨（大庆石油管理局技术监督中心）

能源管控是基于互联网和计算机的现代化能源管理数据库，通过能源计量和在线监测，运用对标分析和系统优化的方法，实现能源利用最优化，促进经济效益最大化的活动[1]。建立能源管控系统，对能源消耗进行实时监控、分析诊断和优化指导，是油气田企业强化用能管理的必然趋势[2-3]。能源管控的水平等级分为计量级、监测级、分析级、优化级、智能级共5个等级。计量级是能源管控的最基本等级，也是能源管控开展的基础；监测级主要实现绩效参数在线监测计算及报警等；分析级的主要功能是能源绩效参数纵向分析和横向对标，提出节能增效建议；优化级的主要功能是建立模型计算优化目标值并定期开展优化方案分析；智能级即把能源管控系统加入闭环控制功能，实现全方位闭环管理。“十三五”期间，中国石油集团公司遵循“效益为本，注重实效；分类指导，突出重点；完善机制，创新驱动”的原则，积极推进能源管控建设。随着能源管控工作的深入，对企业实施能源管控的成熟度有相应的等级评估势在必行[4]。评估方法为每一等级设置评估项及相应分值，满分100分，得80 分以上为符合本等级要求，并对下一项进行评估。

1 计量级要求及评定方法

机采系统计量级的主要要求是能源计量器具配备应符合GB/T 20901 和Q/SY 1212 的相关规定。机采系统宜按照抽油机、电潜泵、螺杆泵等不同举升方式单独计量，可按采油队（站或工区）、电力线路、变压器平台或井组划分为不同的计量单元，不同计量单元单独计量能耗；对于有井筒或井口有电伴热的，宜将电伴热耗电一并计入机采系统耗电。机采系统计量级评估方法见表1。

表1 机采系统计量级评估方法

2 监测级要求及评定方法

机采系统监测级应具备选择能源绩效参数及计算数据传输及基准值的设定等功能。机采系统的主要设备为抽油机、螺杆泵、电泵井，系统主要能源绩效参数包括系统效率及采液单耗。机采系统能源绩效参数及其对应的采集变量见表2。

表2 机采系统能源绩效参数及其对应的采集变量

同时，平衡度对游梁式抽油机的能耗影响较大，油压、套压对机采井的精细化管理起重要作用；所以，平衡度、油压、套压也是综合考虑的主要因素。

确定相关测点是进行绩效参数采集计算的基础，只有测点位置及采集参数才能布置相关仪器，完成能源管控监测级的目标。机采系统的测点分布见表3。

表3 机采系统的测点分布

通过对机采设备的电参、平衡度、光杆功率、油压、套压、动液面、产液量等数据的采集，最终可以通过计算得到采液单耗、系统效率。计算方法参照GB/T 33653规定。

数据在线监测需要建立独立的数据库用于数据的储存及计算。同时数据库的接口能与现有的生产管理系统进行通信。由于机采系统的设备多数在野外且分散，数据的传输较为困难，可以采用有线通信（包括工频通信、光纤通信及其他有线通信方式）及无线通信（包括蜂窝通信、WiFi通信及其他无线通信方式）相结合的方式来进行通信。机采系统的能效基准值的设定至少应该包含机采系统综合能耗、采液单耗、系统效率、功率因素、平衡度、动液面、产液量等参数。基准值的选取可以参考近1 年的生产及能耗数据，对于波动较大的基准值可以应用统计学回归分析的方法进行预测及设定。机采系统监测级评估方法见表4。

3 分析级要求及评定方法

机采系统分析级在监测级的基础上加入能源绩效参数纵向对标和横向对标，提出机采系统的节能增效建议。其中，机采系统的能源绩效参数纵向对标：选择主要的能源绩效指标与满足对比条件（机采系统在主要设备不变的情况下指相似的动液面、产液量、含水率及平衡度等）的历史数据进行比对分析。横向对标：应结合不同油藏类型、开采阶段等特征，根据机采系统自身实际情况，定期收集同类企业或相近机采系统的主要能源绩效参数，可与E7 系统先进指标进行对比分析。通过横向对标及纵向对标识别节能增效机会并进行技改措施的实施。机采系统分析级评估方法见表5。

表4 机采系统监测级评估方法

表5 机采系统分析级评估方法

4 优化级要求及评定方法

机采系统优化级要求是在分析级能源管控系统基础上，加入机采系统优化功能模块，可以利用离线模拟模型模拟及计算最优解，通过不断调整关键操作参数如平衡度、冲速等，对绩效参数进行不断校正，使其接近于最优值，最终目的是实现企业效益的最大化[5]。机采系统优化级评估方法见表6。

表6 机采系统优化级评估方法

5 智能级要求及评定方法

机采系统智能级要求是通过能源使用管理与主要生产过程闭环优化等集成，实现对能源管控单元的全方位闭环管理，倒逼企业的组织机构变革，促进其生产全过程的能源使用科学化管理和精细化控制[6]。能源管控单元闭环优化是指在优化级能源管控系统的基础上开发闭环实时优化系统，可通过先进控制系统直接调整操作参数至优化值，实现机采系统的闭环管理，调节的主要参数包括平衡度及冲速等。机采系统智能级评估方法见表7。

6 实证分析

某油田机采系统进行能源管控试点，现有抽油机井418 口，螺杆泵井6 口，通过电流互感器、载荷传感器、角位移传感器、油、套压力传感器等现场数据采集设备，自动采集三项电流、三项电压、载荷、油压、套压等油井数据15 项，计算得到日耗电量、平衡度等数据16 项，实现油井参数自动采集、能耗精确计量至单井。仪表精度满足Q/SY 09004.3 要求。以自动采集、回传的数据为前提，针对抽油机平衡治理、结蜡治理、管杆泵管理等问题，开发了多项抽油机井智能管理应用软件，实现单井电量的准确计量，机采系统的主要绩效参数每天监测；对在线监测数据进行存储分析，设定基准值；利用数字化远程启停，进行自动化间抽管理。

机采系统包括首页、能耗目标监控、能耗报表管理、能耗指标管理、生产能耗优化、系统管理6大功能，20余项子功能。实现了机采系统的自动记录、分析及预警等功能，同时根据不同人群实现分级权限管理。该油田机采系统能源管控评估情况见表8。

表8 机采系统能源管控评估情况

表7 机采系统智能级评估方法

由表8 可知，该油田机采系统已经达到分析级，没有达到优化级所以没有对智能级进行评估。经过评估该油田对自己管控系统现状有了深入了解，同时为下一步进行优化级的建设提供了方向。

7 结论

机采系统能源管控评估方法研究是为了确定能源管控建设的程度，检查是否按照不同等级的要求构建并有效运行的，同时提出下一步建设方向。通过对能源管控不同等级建设要求的分析，结合机采系统生产特点，提出了不同等级的评估方法，并且对打分进行细化。为验证此评估方法的有效性，对某油田的机采系统进行现场实际验证，得出该能源管控处于分析级阶段；同时对于不符合项目提出整改措施，有效地提高了系统的能源管理水平。