歐陽東旭，左曉明，殷建鵬(中國石油工程建設有限公司華北分公司，河北 任丘 062550)

1 引言

1.1 研究的目的及意義

隨著全球性的資源緊張時代的來臨，國內對企業(yè)的用能行為進行規(guī)范和重視的程度也在日益加深，企業(yè)的節(jié)能工作正逐步向制度化方向轉化。由于集輸系統(tǒng)專業(yè)銜接多，系統(tǒng)相對復雜，以及受各種條件的限制，各油田在油氣集輸系統(tǒng)效率的測試工作方面開展的深度和范圍都還十分有限[1]。因此，目前開展集輸系統(tǒng)能源利用率關鍵影響因素研究，符合國家的產業(yè)政策和發(fā)展方向。

1.2 國內研究現狀

近年來，中國老油田含水量越來越高，油氣產量越來越低，隨著三次采油技術的大量應用，油氣處理難度大大提高，尤其是聯合站脫水難度的提高使得能耗也大大提高[2]。油田站場的油氣處理、集輸系統(tǒng)處理能力不強，主要存在能耗高、效率低、檢測數據缺失等問題[3]?，F階段提高效率的方法也有很多行而有效的方法，例如更換陳舊的用能設備，改進處理工藝等。但大多數情況并不能找出并針對最主要影響因素進行改進。因此將灰色關聯應用在油田站場中可大大提高解決問題的能力。

1.3 本文研究內容

(1)調研華北油田集輸系統(tǒng)現狀、加熱爐，并現場測試各路進站介質出站介質溫度壓力等參數；測量用能設備運行參數。

(2)使用灰色關聯技術計算影響系統(tǒng)效率的各個因子的關聯度，從而找出用能薄弱環(huán)節(jié)和最主要影響因素。

(3)針對用能薄弱環(huán)節(jié)提出合理的節(jié)能方向。

2 油田集輸系統(tǒng)現狀

2.1 工藝簡述

古一站所屬計量站單井目前全部采用單管不加熱集油工藝，站內來油主要包括計量站、接轉站和卸油點來油三部分，原油處理工藝主要采用一級熱化學沉降和二級電脫(測試期間未通電)，輸送至聯合站。

3 灰色關聯技術研究

3.1 灰色關聯理論簡介

將部分信息已知，但部分信息未知的系統(tǒng)稱之為灰色系統(tǒng)，這是著名學者鄧聚龍教授首創(chuàng)的一種系統(tǒng)科學理論[4]?；疑到y(tǒng)理論包括灰色評價、灰色關聯分析等。其中的灰色關聯分析是根據各因素變化曲線幾何形狀的相似程度，來判斷因素之間關聯程度的方法。

灰色關聯分析的具體計算步驟如下：

(1)確定分析數列

首先確定參考數列，即反映系統(tǒng)特征的數據序列；然后確定比較數列，即影響系統(tǒng)的各個因素所組成的數據序列

設參考數列(又稱母序列)為Y={Y(k) | k = 1，2，Λ，n}；

比較數列(又稱子序列)Xi={Xi(k) | k = 1，2，Λ，n}， i = 1，2，Λ，m。

(2)變量無量綱化

因為整個系統(tǒng)中影響因素繁多，各因素列中的數據量綱也不盡相同，這就造成了在比較過程中由于單位及物理意義不同造成對比困難。據此原因在進行灰色關聯度的分析時，需要消除各因素的物理意義，也就是進行無量綱化處理。將矩陣中的每一個數均除以矩陣中的第一個數，便得到了一個新矩陣即進行初值化處理；對矩陣中所有元素進行平均值計算，將原矩陣中的所有數據均除以此平均值，便得到新矩陣即進行均值化處理。

(3)計算關聯系數

X0(k)與Xi(k)的關聯系數：

記△i(k)=∣y(k)-xi(k)∣，則

式中：ρ為分辨系數，ρ的范圍較大，但ρ越小表示分辨力越大。通常取ρ = 0.5，是因為當ρ≤0.546時，分辨力最好，具體取值可根據實際情況具體分析，選擇適宜的當ρ值。

(4)計算關聯度

各參考數列在曲線中的各點也就是不同時間段中的關聯程度，是用關聯系數來比較。由于信息較為分散且數量眾多，一般不便于進行整體性比較。所以在計算過程中對曲線中的各點也就是各信息的關聯系數進行平均值計算非常必要，將平均值作為比較各數列之間關聯程度的具體表示。關聯度ri公式如下：

(5)關聯度排序

對上一步計算得出關聯度進行比較，并按數值大小進行排序，可以得到各影響因子對系統(tǒng)整體的影響，從而可以得到最主要的影響因子。

3.2 關聯度計算方法

總結了灰色關聯的計算方法和應用范圍，按照計算方法對加熱爐效率以及系統(tǒng)站能源效率進行綜合分析與計算，得到了相應的關聯度，確定了對相應效率影響最大的因子。下面對關聯度計算情況進行介紹。

(1)輸入原始數據

①其中第一列數據是最終判斷受影響的參數，其余數據為對應的影響因子，如此得到一個1*n的矩陣(行*列，下同)；②根據灰色關聯計算要求，至少需要4組原始數據在計算后的關聯度才具有參考價值與現實意義，因此，對每一個變量單獨進行5%(5%為按照實際情況波動而確定，因此不能增幅過多)的增幅，得到一個m*n的矩陣。

(2)計算得到所有數據中每一列的平均數，得到一個1*n的矩陣。

(3)無量綱處理：用所有數據與相應列的平均數進行相除，以此對數據進行無量綱處理，得到一個m*n的矩陣。

(4)計算△i(k)，即△i(k)=∣y(k)-xi(k)∣，用第一列的無量綱數據，減去對應每一行其余無量綱數據，得到一個m*(n-1)的矩陣。

(6)計算關聯系數：對矩陣(4)中每一個數據，引用公式(4)，如此得到一個m*(n-1)的矩陣。

(7)計算關聯度：對矩陣(6)中每一列數據引用公式(5)進行計算，得到一個1*(n-1)的矩陣。

(8)對關聯度矩陣中數據進行排列，其中數據最大的值對應的因子，就是最重要的影響因子。

3.3 灰色關聯計算結果

3.3.1 站能源效率灰色關聯

通過計算，古一站能源效率灰色關聯影響因子從大到小排列為：各路進站介質的溫度、壓力、流量、含水率；各路出站介質的溫度、壓力、流量、含水率；站燃氣消耗量；站耗電量。

3.3.2 加熱爐效灰色關聯

通過計算，加熱爐灰色關聯影響因子從大到小排列為：介質進口溫度、介質出口溫度、被加熱介質流量、燃氣消耗量、入爐冷空氣溫度、排煙溫度、燃氣消耗量等。

4 結語

關聯度的大小直接表明此因素對于結果的影響程度大小。關聯度越大，影響效果越明顯。通過數據的分析比較得出以下結論：對于站能源效率來說，關聯度較高的是去水區(qū)的溫度流量以及外輸油的溫度流量，即對站能源效率影響較大。提升站能源效率可在去水區(qū)的溫度流量或及外輸油的溫度流量方面做調整，根據水力及熱力條件降低外輸溫度，并加裝熱泵回收含油污水余熱。對于加熱爐通過灰色關聯發(fā)現，被加熱介質的出口溫度以及流量關聯度大，可從加熱爐維護方面減少熱能浪費，合理降低介質出口溫度從而提高效率。在實際的現場數據獲取過程中還存在缺乏計量工具和運行工況有調整的問題，若要全面提高效率需要同步提升計量手段，找到系統(tǒng)的薄弱部分進行針對性改進，降低維護成本，進而更好地促進油田穩(wěn)定發(fā)展。