王建松（大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心）

油田區(qū)塊綜合節(jié)能效果測試方法標(biāo)準(zhǔn)研究

王建松（大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心）

隨著我國油氣田生產(chǎn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作的不斷提升和節(jié)能技術(shù)的不斷進步，油氣田企業(yè)的節(jié)能潛力被不斷壓縮，目前節(jié)能工作已經(jīng)由管理節(jié)能及單體設(shè)備的技措節(jié)能逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)塊整體節(jié)能改造的方式。通過區(qū)塊采油、集輸?shù)雀飨到y(tǒng)的整體優(yōu)化，轉(zhuǎn)換生產(chǎn)方式，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗。但通過這些節(jié)能措施節(jié)能量的測試和計算上有一定的系統(tǒng)性和復(fù)雜性，沒有現(xiàn)行的測試標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)節(jié)能測試與評價工作。通過對節(jié)能量計算基礎(chǔ)理論研究，以油田區(qū)塊節(jié)能改造為例，采用系統(tǒng)平衡的方法，推導(dǎo)系統(tǒng)能量單耗、系統(tǒng)效率、節(jié)能率及節(jié)能量的計算公式，制定《油田區(qū)塊綜合節(jié)能效果測試方法》的標(biāo)準(zhǔn)，方便了現(xiàn)場管理人員的統(tǒng)計和計算工作，同時也適用于其他類型的整體改造項目的節(jié)能指標(biāo)測試與計算。通過某稀油區(qū)塊的現(xiàn)場測試驗證，綜合節(jié)能率為69.01%。

測試方法；節(jié)能效果；用能單耗；標(biāo)準(zhǔn)

隨著油氣田管理的不斷提升和節(jié)能技術(shù)的不斷進步，油氣田企業(yè)的節(jié)能潛力被不斷壓縮，目前的節(jié)能工作已經(jīng)由管理節(jié)能及單體設(shè)備的技措節(jié)能逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)塊整體節(jié)能改造的方式。通過區(qū)塊采油、集輸?shù)雀飨到y(tǒng)的整體優(yōu)化，轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式，實現(xiàn)節(jié)能降耗。這種節(jié)能措施的實施，主要涉及機采系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、集輸系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)等；尤其對于老油田，廣泛實施了區(qū)塊整體改造類項目，而且效果非常明顯。但區(qū)塊整體改造類項目在節(jié)能效果的測試和評價上沒有現(xiàn)行的測試標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)能效果測試和節(jié)能量計算的方法也沒有統(tǒng)一的要求，在節(jié)能量的測試和計算上有一定的系統(tǒng)性和復(fù)雜性[1-2]。為規(guī)范油田區(qū)塊整體改造類項目節(jié)能效果測試與評價，方便現(xiàn)場管理人員的統(tǒng)計和計算工作，研究制定了《油田區(qū)塊綜合節(jié)能效果測試方法》的標(biāo)準(zhǔn)。

1 涉及的主要標(biāo)準(zhǔn)

目前，區(qū)塊改造類項目節(jié)能量測試和計算方法主要依據(jù)現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)、石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及中國石油天然氣集團公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，主要包括[3]：GB/T 2587—2009《用能設(shè)備能量平衡通則》；GB/T 3216—2005《回轉(zhuǎn)動力泵水力性能驗收試驗1級和2級》；GB/T 3484—2009《企業(yè)能量平衡通則》；GB/T 6422—2009《用能設(shè)備能量測試導(dǎo)則》；GB/T 13234—2009《企業(yè)節(jié)能量計算方法》；GB/T 16666—2012《泵類及液體輸送系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測方法》；GB/T 28750—2012《節(jié)能量測量和驗證技術(shù)通則》；GB/T 31453—2015《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測規(guī)范》；SY/T 5264—2012《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測試和計算方法》；SY/T 6381—2016《加熱爐熱工測定》；SY/T 6422—2016《石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定》；SY/T 6838—2011《油氣田企業(yè)節(jié)能量與節(jié)水量計算方法》；Q/SY 61—2011《節(jié)能節(jié)水統(tǒng)計指標(biāo)及計算方法》。

這些標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了單體設(shè)備和單一系統(tǒng)的測試方法，以及節(jié)能效果統(tǒng)計和計算的原則等，并未針對油田區(qū)塊整體改造類項目節(jié)能效果測試方法和節(jié)能量的計算提出相關(guān)的具體方法、步驟和要求。

2 計算及評價原則

根據(jù)模糊理論，采用區(qū)塊整體能量平衡的方法（圖1），通過計算區(qū)塊改造前、后的有效輸送能量單耗來計算整體的節(jié)能效果[4]。

區(qū)塊的帶入能量：區(qū)塊流體本身具有的能量，包括機械能和熱能。

區(qū)塊的供入能量：變電所提供的電能、天然氣燃燒提供的熱量、原油摻水帶入能量。

區(qū)塊的有效帶出能量：計量站產(chǎn)生的液體向聯(lián)合站輸送所具有的機械能及熱能。

圖1 能量平衡方法

3 計算及評價方法

3.1 區(qū)塊的供入能量

區(qū)塊的供入能量為

式中：Q0——區(qū)塊整體的供入能量，MJ；

Q1——泵系統(tǒng)提供的電能，MJ；

Q2——天然氣燃燒提供的熱能，MJ；

Q3——原油摻液帶來的熱能，MJ；

Q4——原油摻液帶來的機械能，MJ。

其中

式中：Qnet，v，ar——燃料收到基低位發(fā)熱量，kJ/kg或kJ/m3；

Qrx——燃料物理熱，kJ/kg或kJ/m3；

B——燃料消耗量，kg/h或m3/h。

D——原油摻水量，kg/h；

C——水的比熱容，kJ/（kg·℃）；

t——水溫，℃。

D1——輸送介質(zhì)量，m3/h；

ρ1——介質(zhì)的密度，kg/m3；

g——重力加速度，m/s2；

H——測點截面處的總水頭，m。

其中

式中：Z——測點處相對基準(zhǔn)面的高度，m；

p——測點截面處的壓力，Pa：

U——測點截面處介質(zhì)的流速，m/s。

3.2 區(qū)塊的帶出能量

區(qū)塊的帶出能量為

式中：Q——區(qū)塊的有效帶出能量，MJ；

Q5——輸送介質(zhì)帶出的有效機械能（計算方法同Q4），MJ；

Q6——輸送介質(zhì)帶出的有效熱量，MJ。

式中：C1——介質(zhì)的比熱容，kJ/（kg·℃）；

t1——介質(zhì)溫度，℃。

3.3 區(qū)塊的帶入能量

區(qū)塊的帶入能量為

式中：Q′——區(qū)塊的帶入能量，MJ；

Q′5——輸送介質(zhì)帶入的有效機械能（計算方法同Q4），MJ；

Q′6——輸送介質(zhì)帶入的有效熱量（計算方法同Q6），MJ。

3.4 區(qū)塊綜合節(jié)能指標(biāo)

3.4.1 能量單耗

區(qū)塊的綜合能量單耗為

式中：E——區(qū)塊綜合能量單耗，MJ/MJ。

3.4.2 系統(tǒng)效率

區(qū)塊的系統(tǒng)效率為

式中：η——區(qū)塊系統(tǒng)效率。

3.4.3 綜合節(jié)能率

區(qū)塊的綜合節(jié)能率為

式中：ξ——區(qū)塊綜合節(jié)能率，%；

E1——改造前區(qū)塊能量單耗，MJ/MJ；

E2——改造后區(qū)塊能量單耗，MJ/MJ。

3.4.4 節(jié)能量計算

節(jié)能量的計算可依據(jù)單耗降低法、效率提升法和節(jié)能率法計算[5]。

4 現(xiàn)場應(yīng)用實例

4.1 區(qū)塊改造

某區(qū)塊三管伴熱集輸工藝改造工程，共包括9座計量站，目前該區(qū)塊油氣集輸系統(tǒng)采用二級布站形式，單井來液進計量站計量、加熱后，外輸至聯(lián)合站集中處理。聯(lián)合站來污水在計量站加熱后，分配至井口摻水?，F(xiàn)有循環(huán)水加熱爐9臺，外輸加熱爐9臺，循環(huán)水泵9臺，外輸泵9臺，改造后為3臺外輸加熱爐，1臺循環(huán)水加熱爐，4臺外輸泵，1臺循環(huán)水泵[6]（表1）。

表1 工藝實施設(shè)備明細

4.2 現(xiàn)場測試

將該區(qū)塊三管伴熱集輸工藝作為一個整體評價單元進行測試，依據(jù)GB/T 3484—2009《企業(yè)能量平衡通則》中的要求，確定綜合改造項目的節(jié)能率。通過對改造前后節(jié)能效果的對比測試和計算，該區(qū)塊改造工程綜合節(jié)能率為69.01%（表2）；通過實施區(qū)塊改造，年實現(xiàn)節(jié)約天然氣432.8×104m3（0℃，101.325 kPa），節(jié)電197.8×104kWh。

5 結(jié)論

1）針對目前采油區(qū)塊改造類節(jié)能項目節(jié)能指標(biāo)測試和計算的難題，以采油區(qū)塊節(jié)能改造為例，采用系統(tǒng)能量平衡的方法，測試和計算改造項目節(jié)能效果，對其他類型的整體改造項目的節(jié)能指標(biāo)測試和計算具有一定的借鑒意義。

表2 測試數(shù)據(jù)計算

2）利用模糊理論，采用系統(tǒng)能量平衡的方法，通過繪制能量平衡框圖，計算區(qū)塊原、節(jié)態(tài)的有效輸送能量單耗來計算整體的節(jié)能效果。

3）研究制定《油田區(qū)塊綜合節(jié)能效果測試方法》的標(biāo)準(zhǔn)，明確了區(qū)塊類改造項目的節(jié)能測試方法，提出了區(qū)塊改造類項目相關(guān)節(jié)能指標(biāo)的計算方法，推導(dǎo)了理論計算公式，為節(jié)能統(tǒng)計及項目節(jié)能量測試工作提供了理論依據(jù)。

[1]馬強．我國節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)綜述[J]．能源研究與利用，2016（5）：34-36．

[2]馬強．基于節(jié)能率的節(jié)能量計算方法研究[J]．石油石化節(jié)能，2015，5（3）：50-51．

[3]武俊憲，馬強，關(guān)天勢．基于測試數(shù)據(jù)的節(jié)能量計算方法[J]．石油石化節(jié)能，2013，3（8）：56-58．

[4]周少祥，宋之平，胡三高，等．單耗分析理論與能源利用的效率問題[J]．中國能源，2008，30（2），42-43．

[5]石油工業(yè)節(jié)能節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會．油氣田企業(yè)節(jié)能量與節(jié)水量計算方法：SY/T 6838—2011[S]．北京：石油工業(yè)出版社，2011：1-6．

[6]馬強，王立軍，任學(xué)東．環(huán)狀摻水集油工藝在高凝油油田的應(yīng)用[J]．石油石化綠色低碳，2016，1（6）：46-49．

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.06.005

2017-03-02

（編輯 張興平）

王建松，1997年畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)，從事標(biāo)準(zhǔn)化工作，E-mail：1018672622@qq.com，地址：黑龍江省大慶市大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心，163453。