張 莉

（中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院，東營(yíng)，257000）

0 引言

隨著油田開(kāi)發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)和產(chǎn)量的自然遞減，地面油氣生產(chǎn)流程與配套設(shè)施需要不斷變化以配合正常生產(chǎn)，由于缺乏對(duì)集輸與注水系統(tǒng)進(jìn)行全面管理的有效方法和手段，一些導(dǎo)致耗能高、污染大的矛盾長(zhǎng)期不能解決，制約了精細(xì)化管理水平的提高。以HYSIS技術(shù)與優(yōu)化軟件為手段，建立集輸與注水系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)模型，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行綜合分析研究，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗、成本控制，提高了集輸與注水生產(chǎn)系統(tǒng)精細(xì)化管理水平。

1 應(yīng)用HYSIS技術(shù)對(duì)地面生產(chǎn)流程模塊化設(shè)計(jì)

集輸與注水系統(tǒng)的管理涉及因素多、部門(mén)廣，管理難度大，工藝流程與物流狀況復(fù)雜，傳統(tǒng)的粗放型管理模式已不能適應(yīng)新形勢(shì)的要求。同時(shí)由于產(chǎn)量的遞減，目前實(shí)際運(yùn)行能力與最初的設(shè)計(jì)能力存在較大偏差，需要進(jìn)行生產(chǎn)模擬，優(yōu)化目前運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)一步提高集輸與注水系統(tǒng)運(yùn)行水平。因此，要徹底改變目前在集輸與注水系統(tǒng)管理方面的不利局面，真正實(shí)現(xiàn)集輸與注水系統(tǒng)的精細(xì)化管理，必須利用先進(jìn)的工藝流程模擬技術(shù)，建立起采油廠(chǎng)集輸與注水系統(tǒng)生產(chǎn)優(yōu)化模型，以模擬優(yōu)化為手段帶動(dòng)整個(gè)集輸與注水系統(tǒng)管理模式的創(chuàng)新。

1.1 設(shè)計(jì)思路

首先，建立并完善源頭數(shù)據(jù)采集和地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息化；然后利用Aspen HYSYS工藝流程模擬軟件，建立集輸及注水工藝流程穩(wěn)態(tài)模型并校準(zhǔn)，從源頭數(shù)據(jù)庫(kù)和地理信息系統(tǒng)導(dǎo)入實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備參數(shù)進(jìn)行模擬計(jì)算，找到能耗大的節(jié)點(diǎn)并提出優(yōu)化方案。最后，在優(yōu)化工作進(jìn)入日?；院螅贫ú?shí)施優(yōu)化運(yùn)行維護(hù)管理辦法，對(duì)管理機(jī)構(gòu)、管理模式、運(yùn)行方式、崗位職責(zé)、考核內(nèi)容進(jìn)行規(guī)范，以確保采油廠(chǎng)集輸與注水系統(tǒng)生產(chǎn)優(yōu)化的順利實(shí)施，保障節(jié)能減排效果的長(zhǎng)效運(yùn)行，提高各崗位的精細(xì)化管理和優(yōu)化過(guò)程監(jiān)管的水平。

1.2 主要內(nèi)容

首先，在已經(jīng)建設(shè)完成的能覆蓋所有基層生產(chǎn)單位的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，所有的集輸、注水、采油等四級(jí)單位推廣應(yīng)用源頭數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，同時(shí)在全廠(chǎng)應(yīng)用GPS精確定位和WEBGIS網(wǎng)絡(luò)發(fā)布技術(shù)建設(shè)地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集輸與注水生產(chǎn)系統(tǒng)信息化。

其次，在全廠(chǎng)范圍內(nèi)開(kāi)展集輸與注水全流程現(xiàn)狀調(diào)研和數(shù)據(jù)收集，收集的數(shù)據(jù)包括生產(chǎn)動(dòng)態(tài)參數(shù)、設(shè)備靜態(tài)參數(shù)、原油物性參數(shù)以及流程圖等，在占有詳盡完備的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上利用Aspen HYSYS工藝流程模擬軟件，搭建集輸及注水模型，展開(kāi)全流程節(jié)能優(yōu)化分析，詳查細(xì)找節(jié)能潛力點(diǎn)，制定優(yōu)化方案，并選取典型區(qū)塊進(jìn)行上線(xiàn)測(cè)試，評(píng)估優(yōu)化效果。

第三，在集輸與注水優(yōu)化模型在全廠(chǎng)上線(xiàn)運(yùn)行之初，建立由主要負(fù)責(zé)人牽頭、分管領(lǐng)導(dǎo)參與、集輸與注水技術(shù)人員參加強(qiáng)有力的組織運(yùn)行體系，負(fù)責(zé)日常運(yùn)行，同時(shí)，制定嚴(yán)格的日常運(yùn)行維護(hù)管理辦法，加強(qiáng)各層次有針對(duì)性的培訓(xùn)，大力推行全過(guò)程、全員、全流程的精細(xì)管理，構(gòu)建一個(gè)由模型維護(hù)、管理組織、考核體系和管理方法等內(nèi)容組成的精細(xì)管理體系，提高各崗位的工作效率和精細(xì)化管理水平，提高過(guò)程監(jiān)管水平。

2 HYSIS技術(shù)在地面生產(chǎn)流程模塊化應(yīng)用中的實(shí)現(xiàn)

2.1 信息化平臺(tái)搭建

隨著生產(chǎn)開(kāi)發(fā)，經(jīng)營(yíng)管理信息化的不斷深入開(kāi)展，特別是數(shù)字油田這一目標(biāo)的提出，大大加快了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，目前采油廠(chǎng)信息網(wǎng)已覆蓋了30多個(gè)三級(jí)單位，100多個(gè)基層單位，聯(lián)網(wǎng)面積超過(guò)了200平方公里，聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)總數(shù)達(dá)到了1800多臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了中心交換機(jī)與邊緣交換機(jī)的千兆互連，百兆到桌面的聯(lián)網(wǎng)速度。

應(yīng)用GPS精確定位和WEBGIS網(wǎng)絡(luò)發(fā)布技術(shù)，創(chuàng)建了采油廠(chǎng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)，建成了地理信息系統(tǒng)，解決了井位、管網(wǎng)、電網(wǎng)等地面工程對(duì)象的檢測(cè)和精確定位問(wèn)題，用戶(hù)可以快捷地查詢(xún)地面設(shè)施的參數(shù)，如管線(xiàn)的長(zhǎng)度、材質(zhì)、埋深、走向等。

采油廠(chǎng)已經(jīng)建成了油田生產(chǎn)開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)，完成了靜態(tài)數(shù)據(jù)的補(bǔ)錄和各類(lèi)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的日常采集，實(shí)現(xiàn)了采油廠(chǎng)主要生產(chǎn)、管理信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理與網(wǎng)絡(luò)共享，為進(jìn)一步提升生產(chǎn)業(yè)務(wù)信息化水平奠定了良好的基礎(chǔ)。但是，集輸與注水系統(tǒng)生產(chǎn)優(yōu)化模型所需數(shù)據(jù)非常多，包括設(shè)備靜態(tài)參數(shù)、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)參數(shù)、所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)的流程圖等，這些數(shù)據(jù)分散在不同的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)（包括源頭數(shù)據(jù)庫(kù)和地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)），分散在104張數(shù)據(jù)表內(nèi)，而且HYSYS軟件不能提供接口程序，這些數(shù)據(jù)無(wú)法在模型中直接應(yīng)用。對(duì)模型所需數(shù)據(jù)的內(nèi)容、格式、數(shù)據(jù)單位、建模方法、建模結(jié)構(gòu)、模型圖例符號(hào)、原油及天然氣的組分、熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算方法進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定，并對(duì)采油廠(chǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)特性進(jìn)行認(rèn)真研究，對(duì)模型需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)梳理，在源頭數(shù)據(jù)庫(kù)和地面信息系統(tǒng)仔細(xì)查找和統(tǒng)計(jì)，開(kāi)發(fā)了與已有數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)接的數(shù)據(jù)接口程序，建立起模型應(yīng)用庫(kù)，使應(yīng)用庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù)可以直接導(dǎo)入模型進(jìn)行計(jì)算，并可以在需要時(shí)迅速更新。

2.2 創(chuàng)建集輸與注水系統(tǒng)生產(chǎn)優(yōu)化模型

2.2.1 搭建模型，在虛擬系統(tǒng)中再現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)流程

針對(duì)采油廠(chǎng)的實(shí)際情況，制定了詳細(xì)的實(shí)施方案和工作流程，采集所需相關(guān)數(shù)據(jù)98460組，利用HYSYS工藝流程模擬軟件搭建工藝流程模型，建模范圍為全廠(chǎng)集輸與注水生產(chǎn)系統(tǒng)。集輸系統(tǒng)模型沿原油輸送過(guò)程依次為：油氣井口計(jì)量間中轉(zhuǎn)站聯(lián)合站油氣計(jì)量隊(duì)原油庫(kù)入口；注水生產(chǎn)系統(tǒng)模型沿回注水流向依次為：污水站出口注水站配水間注水井井口。

模型建立后，在生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)完善了儀器儀表和對(duì)油品精確化驗(yàn)的基礎(chǔ)上，倒入生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，如若達(dá)到能量平衡并與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)一致，證明建立的模型就是現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)反映。

2.2.2 優(yōu)化分析，詳查細(xì)找節(jié)能潛力點(diǎn)

優(yōu)化模型建成和校核后，進(jìn)行了全面的優(yōu)化分析工作。對(duì)于集輸系統(tǒng)，針對(duì)集輸生產(chǎn)條件的現(xiàn)狀，在不對(duì)現(xiàn)有工藝生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行改造的前提下，分析集輸系統(tǒng)中的升溫、加壓、摻水等過(guò)程，找出降低能耗的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。同時(shí)利用模型進(jìn)行定期的模擬和優(yōu)化，找出原油消耗、天然氣消耗、輕質(zhì)油產(chǎn)量與集輸處理過(guò)程中的溫度、壓力以及設(shè)備效率之間的關(guān)系，得出產(chǎn)量與能耗成本最優(yōu)結(jié)合點(diǎn)；對(duì)于注水系統(tǒng)，利用穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行模擬計(jì)算，對(duì)注水管網(wǎng)的磨阻損失、壓力損失、管網(wǎng)效率進(jìn)行評(píng)估，通過(guò)調(diào)節(jié)干線(xiàn)壓力大小與井口增壓泵數(shù)，找出最優(yōu)的改造方案。主要在以下環(huán)節(jié)見(jiàn)到了成效：

一是調(diào)整輸油生產(chǎn)流程。采油隊(duì)L1油井與L2油井的原有流程是L1油井采出液輸至L2油井井口與之混合后經(jīng)井口加熱爐升溫，輸至計(jì)量站，然后由計(jì)量站輸至聯(lián)合站，井口電加熱爐額定功率30kw，出口溫度60℃。

通過(guò)模型計(jì)算發(fā)現(xiàn)，兩口井混合后的溫度為46度，已經(jīng)高出凝固點(diǎn)近20度，從兩井匯合處到聯(lián)合站總長(zhǎng)度為3500m，溫降約為6.39℃，并且含水在80%以上，不用加熱就可以滿(mǎn)足集輸分離要求。上線(xiàn)測(cè)試時(shí)停用了井口電加熱爐，結(jié)果與模擬計(jì)算一致，穩(wěn)定后發(fā)現(xiàn)井口回壓沒(méi)有上升，液體可以安全通過(guò)管道進(jìn)入計(jì)量間，沒(méi)有影響生產(chǎn)，該優(yōu)化操作可行，每天可節(jié)約用電量504kW.h。

二是調(diào)整聯(lián)合站生產(chǎn)參數(shù)。在實(shí)際工作中，根據(jù)需要及時(shí)調(diào)整聯(lián)合站生產(chǎn)參數(shù)，使各個(gè)點(diǎn)始終處于運(yùn)行的最佳狀態(tài)，最大限度地實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。

3 小結(jié)

應(yīng)用HYSIS技術(shù)的生產(chǎn)優(yōu)化模型的建立，可以找到集輸和注水系統(tǒng)中能耗大的設(shè)備，通過(guò)溫度、壓力等操作參數(shù)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)能耗的降低，最終實(shí)現(xiàn)油氣集輸耗燃油量、耗電量，注水耗電量降低，對(duì)每個(gè)單體設(shè)備提供了定量分析的手段，促進(jìn)了生產(chǎn)管理精細(xì)化水平的提高，為生產(chǎn)安全、高效、平穩(wěn)運(yùn)行提供了支持。

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