Энергетические нагрузки объектов нефтедобычи
Энергетические нагрузки объектов нефтедобычи формируются при подъёме скважинной жидкости, её подогреве, подготовке нефти, транспортировке продукции и работе вспомогательных систем нефтепромысла. Соотношение этих нагрузок зависит от дебитов скважин, способа механизированной добычи, обводнённости продукции, характеристик оборудования и фактических режимов эксплуатации.
Для определения структуры энергопотребления недостаточно установить общий расход электроэнергии по нефтепромыслу или сравнить показания отдельных скважин. Одинаковое электрическое потребление может соответствовать разным объёмам поднятой жидкости и различному количеству полученной нефти. При увеличении обводнённости энергетические затраты на единицу полезной продукции способны возрастать даже без ухудшения технического состояния насосного оборудования.
Основная задача анализа — разделить энергозатраты насосного подъёма, подогрева, подготовки, транспорта и вспомогательных систем, связать их с фактическими технологическими потоками и определить измерительные границы, необходимые для проверки энергетической эффективности.
Как формируется энергопотребление нефтедобывающего объекта
Энергетическую структуру нефтепромысла необходимо рассматривать по последовательности движения продукции от скважины до соответствующих участков подготовки и транспортировки.
На стадии добычи энергия расходуется на работу оборудования, обеспечивающего подъём скважинной жидкости. Последующее перемещение продукции, её подогрев и подготовка формируют дополнительные энергетические нагрузки.
Вспомогательные системы обеспечивают функционирование технологической инфраструктуры и также участвуют в общем потреблении энергоресурсов.
При этом каждая стадия имеет собственные условия формирования нагрузки. Для подъёмного оборудования важны дебит и фактический насосный режим. Для подогрева — характеристики технологического потока и предусмотренный температурный режим. Для транспорта — параметры перемещения продукции и работа соответствующего оборудования.
Поэтому общий энергетический показатель нефтепромысла необходимо разделять по технологическим стадиям, сохраняя связь каждого расхода с фактическим объёмом выполняемой работы.
Нельзя автоматически устанавливать универсальные доли насосного подъёма, подготовки или транспорта. Они зависят от технологии конкретного месторождения и состава используемого оборудования.
Какие исходные данные необходимы для расчёта
Основу анализа составляют дебиты скважин, характеристики подъёмного оборудования, обводнённость продукции, насосные режимы и сведения инфраструктурного энергетического учёта.
Дебит скважины — количество продукции, поступающей из скважины за единицу времени. Для энергетического анализа необходимо различать дебит всей добываемой жидкости и количество нефти в её составе.
Характеристики подъёмного оборудования позволяют установить технические условия работы механизированной добычи. Необходимо определить тип оборудования, его фактическую нагрузку и параметры эксплуатации.
Обводнённость продукции характеризует содержание воды в добываемой жидкости. При использовании объёмной доли воды она показывает, какая часть общего объёма жидкости приходится на водную составляющую.
Насосные режимы отражают фактическую работу подъёмного оборудования: производительность, электрическую нагрузку и продолжительность эксплуатации.
Инфраструктурный учёт необходим для определения энергетических затрат на последующие технологические операции — подогрев, подготовку, транспортировку и работу вспомогательных систем.
Все показатели должны относиться к согласованным периодам. Если энергопотребление определено за календарный месяц, а дебит характеризует отдельный кратковременный режим, непосредственный расчёт удельных затрат может оказаться недостоверным.
Также необходимо установить, какие потребители входят в каждый измеренный показатель. Если один счётчик охватывает несколько технологических операций, его показания нельзя без дополнительного обоснования полностью относить к одной стадии.
Как разделить энергозатраты по технологическим стадиям
Первый этап — определить границы энергетического потребления для насосного подъёма, подогрева, подготовки, транспорта и вспомогательной инфраструктуры.
Для каждой стадии устанавливают используемые энергоресурсы, состав оборудования, фактические режимы и доступные измерения.
Если энергопотребление участка измеряется самостоятельно, его включают в соответствующую составляющую баланса.
Если общий прибор охватывает несколько систем, необходимо установить возможность их обоснованного разделения. Распределение затрат только пропорционально паспортной мощности оборудования не учитывает фактическую загрузку и продолжительность работы.
При сведении результатов важно исключить двойной учёт. Например, если электрическая энергия транспортных насосов уже включена в общий расход производственного участка, её выделение в самостоятельную статью должно быть детализацией существующего показателя, а не дополнительным потреблением сверх него.
Таким образом формируется энергетическая структура, в которой каждое значение связано с определённой технологической операцией и измерительной границей.
Как оценить энергопотребление насосного подъёма
Насосный подъём является одной из технологических стадий, для которых необходимо сопоставлять электрическую энергию с фактическим количеством поднятой жидкости.
Энергопотребление определяется режимом подъёмного оборудования, продолжительностью его работы и условиями перемещения жидкости.
Для оценки устанавливают фактический расход электроэнергии за выбранный период, объём добытой жидкости и характеристики работы оборудования.
Если электрическая мощность меняется в течение эксплуатации, потребление рассчитывают с учётом соответствующих временных интервалов:
E = Σ(Pi × ti),
где E — электрическая энергия за рассматриваемый период, Pi — средняя активная мощность оборудования в режиме i, ti — продолжительность этого режима.
При мощности в киловаттах и времени в часах энергия выражается в кВт·ч.
Такой расчёт применим, если установлены фактические рабочие режимы. Умножение паспортной мощности двигателя на все часы календарного периода не заменяет измеренное энергопотребление.
После определения расхода энергии его сопоставляют с объёмом поднятой жидкости. Однако для оценки энергетических затрат на получение нефти необходимо дополнительно учитывать обводнённость продукции.
Чем отличаются режимы электроцентробежных насосов и механизированного привода
Различные способы механизированной добычи имеют неодинаковые режимы работы, поэтому их энергетические показатели нельзя сопоставлять только по установленной мощности электродвигателя.
Электроцентробежный насос обеспечивает подъём жидкости посредством насосного оборудования, работа которого характеризуется соответствующими гидравлическими и электрическими параметрами.
Для анализа необходимо установить фактическую производительность, электрическую мощность и продолжительность эксплуатации.
Если оборудование работает в различных режимах, необходимо учитывать изменение энергетической нагрузки во времени.
Механизированный привод другой конструкции может иметь отличающийся характер изменения мощности в течение рабочего цикла.
Например, для установки с циклическим движением рабочих элементов электрическая нагрузка не обязательно остаётся постоянной на протяжении цикла.
Поэтому разовое измерение мощности может не характеризовать среднее энергопотребление такого оборудования за продолжительный период.
Для корректного сопоставления необходимо определить фактически потреблённую электрическую энергию за согласованный интервал и соответствующий объём поднятой жидкости.
Если электроцентробежное оборудование и установка с механизированным приводом имеют разные графики работы, необходимо учитывать эти различия при выборе периода измерения и расчётной модели.
Главное различие: энергетическая оценка должна соответствовать фактическому характеру работы подъёмного оборудования. Одинаковые паспортные мощности или мгновенные показания не означают одинаковые затраты энергии на подъём жидкости.
Почему увеличение электропотребления скважины не всегда означает снижение КПД
Если после изменения режима работы скважины электрическое потребление увеличилось, первоначально необходимо установить, изменился ли объём поднимаемой жидкости.
При увеличении дебита насосное оборудование может выполнять больший объём работы. В такой ситуации суммарное потребление электроэнергии способно увеличиться без ухудшения его энергетических характеристик.
Следовательно, абсолютный расход энергии на скважину и эффективность подъёма жидкости — разные показатели.
Для предварительного сопоставления можно определить удельное электрическое потребление:
eж = Eподъём / Vж,
где eж — расход электроэнергии на единицу поднятой жидкости, Eподъём — потребление подъёмного оборудования, Vж — объём поднятой жидкости за тот же период.
Этот показатель позволяет учесть изменение объёма технологического потока.
Однако даже удельное потребление на единицу жидкости не является самостоятельным измерением КПД насоса. Для вывода о технической эффективности дополнительно необходимы параметры фактического режима и условия подъёма.
Если после изменения эксплуатации увеличились и расход энергии, и дебит, необходимо проверить их соотношение, а не автоматически считать рост электрической нагрузки признаком неисправности.
Если дебит не изменился, но потребление существенно возросло, появляется основание для дополнительной проверки насосного режима. Однако и в этом случае причина не устанавливается только по двум показаниям счётчика.
Как обводнённость влияет на энергетические затраты добычи
Обводнённость необходимо учитывать, поскольку подъёмное оборудование перемещает скважинную жидкость, которая может содержать как нефть, так и воду.
При увеличении доли воды количество жидкости, приходящееся на единицу добытой нефти, может возрастать.
Поэтому необходимо различать два энергетических показателя: расход энергии на общий объём поднятой жидкости и расход энергии на объём полученной нефти.
Если обводнённость определена как объёмная доля воды w в согласованных условиях измерения, объём нефти в упрощённой расчётной модели можно представить как:
Vн = Vж × (1 − w),
где Vн — объём нефти, Vж — общий объём жидкости, w — объёмная доля воды от 0 до 1.
Соответственно, предварительный удельный расход электроэнергии на объём нефти определяется как:
eн = Eподъём / Vн.
Эта зависимость применима при согласованных объёмных условиях и подтверждённом составе продукции.
Если доля воды увеличивается, но общий объём поднятой жидкости и энергопотребление остаются прежними, количество нефти в таком потоке уменьшается. В результате энергетические затраты на единицу нефти возрастают.
Это не означает автоматически, что насос стал работать с меньшим КПД.
Причина увеличения удельного расхода может заключаться в изменении состава добываемой продукции.
Поэтому при анализе необходимо одновременно рассматривать энергопотребление подъёмного оборудования, общий дебит жидкости и обводнённость.
Почему нельзя сравнивать скважины только по расходу энергии на тонну нефти
Удельное энергопотребление на единицу нефти полезно для оценки производственных затрат, но может зависеть от условий работы скважины, не связанных непосредственно с техническим состоянием оборудования.
При различной обводнённости на получение одинакового объёма нефти может приходиться неодинаковое количество поднимаемой жидкости.
Кроме того, скважины могут различаться по режимам эксплуатации и характеристикам подъёмного оборудования.
Поэтому более высокий расход электроэнергии на единицу нефти нельзя автоматически интерпретировать как меньшую эффективность насоса.
Для технического сравнения необходимо установить общий дебит жидкости, обводнённость, фактическую энергетическую нагрузку и параметры подъёмного оборудования.
Затем определяют, какие различия обусловлены количеством перемещаемой жидкости, какие — её составом и какие требуют проверки фактического режима установки.
Если сведения о дебите и обводнённости отсутствуют, сравнение только по абсолютному расходу электроэнергии или количеству нефти не позволяет обоснованно определить причину отличий.
Как учитывать энергозатраты на подогрев продукции
После подъёма скважинная продукция может проходить технологический подогрев, если он предусмотрен принятой схемой нефтепромысла.
Для энергетического анализа необходимо установить фактический поток, его температурные условия и расход энергоресурса на соответствующей стадии.
Если подогревается поток, содержащий нефть и воду, энергетическая нагрузка связана с характеристиками всего обрабатываемого потока, а не только полезной нефтяной составляющей.
Поэтому изменение обводнённости может влиять на соотношение энергетических затрат и количества получаемой нефти.
Однако величину такого влияния нельзя определить исключительно по проценту воды. Необходимы сведения о фактическом технологическом режиме и параметрах подогрева.
Если тепловая энергия измеряется общим прибором для нескольких операций, необходимо определить границы учёта и возможность выделения подогрева продукции.
При отсутствии самостоятельных данных соответствующие энергозатраты показывают как предварительно оценённые либо оставляют в общей измеренной составляющей до получения достаточных сведений.
Для итогового баланса важно не смешивать электрическое потребление подъёмного оборудования с тепловыми затратами подготовки продукции без определения используемых энергетических единиц и границ расчёта.
Как распределить энергопотребление подготовки нефти
Энергетические затраты подготовки необходимо связывать с фактической технологической схемой обработки добываемой продукции.
Состав оборудования и энергетических потоков определяется тем, какие операции предусмотрены на рассматриваемом объекте.
Поэтому сначала устанавливают границу участка подготовки, поступающий технологический поток и расход энергоресурсов соответствующего оборудования.
Затем определяют, какой объём продукции проходит через участок за выбранный период.
Если подготовка включает несколько стадий с общим энергетическим учётом, необходимо проверить, возможно ли их достоверное разделение.
Если часть энергозатрат относится к подогреву, а другая — к работе электрического оборудования, соответствующие показатели первоначально рассматривают по видам энергоресурсов.
Нельзя автоматически относить все затраты подготовки к насосному подъёму только потому, что они связаны с продукцией одних и тех же скважин.
Аналогично затраты на подготовку нельзя включать повторно в общий баланс, если они уже учтены в соответствующем технологическом участке.
Результатом становится самостоятельная составляющая энергетической карты нефтепромысла, связанная с фактическим потоком продукции и действующей технологией.
Как учитывать транспортировку продукции
После добычи и подготовки нефтяная продукция перемещается по предусмотренной транспортной схеме.
Энергетическая нагрузка этой стадии зависит от объёма транспортируемого потока, условий его перемещения и режима соответствующего оборудования.
Для анализа необходимо установить границу транспортировки, фактические объёмы продукции, расход энергии и продолжительность работы оборудования.
Если транспортные насосы работают с изменяющейся нагрузкой, нельзя рассчитывать их потребление только по установленной мощности.
Если транспортная система объединяет продукцию нескольких скважин или участков, её общий расход энергии не следует без основания относить к одной скважине.
В таком случае сначала определяют самостоятельные затраты транспортного контура, а затем проверяют, имеются ли подтверждённые данные для распределения этих затрат между технологическими потоками.
Обводнённость также имеет значение при интерпретации транспортного энергопотребления, поскольку общий перемещаемый поток и объём содержащейся в нём нефти не всегда совпадают по динамике изменения.
Однако конкретное влияние состава жидкости на затраты транспортировки необходимо определять по фактическим параметрам системы.
Как учитывать вспомогательные системы нефтепромысла
Вспомогательные системы формируют энергетические затраты, необходимые для функционирования технологической инфраструктуры нефтедобычи.
При анализе важно установить их фактический состав и определить, какие технологические стадии они обеспечивают.
Если вспомогательное оборудование обслуживает несколько участков, его энергопотребление нельзя автоматически полностью относить к одному из них.
Сначала устанавливают измеренный расход соответствующей системы. Затем проверяют, можно ли распределить его между технологическими потребителями на основании подтверждённых данных.
Если таких данных недостаточно, вспомогательную нагрузку целесообразно показывать отдельно.
Это позволяет сохранить согласованность энергетического баланса и не создавать необоснованное впечатление, что конкретная стадия добычи потребляет больше энергии только вследствие принятого способа распределения общих затрат.
При последующем уточнении карты нагрузок необходимо обеспечивать соответствие суммы составляющих общему измеренному энергопотреблению в выбранной границе.
Как нормировать энергопотребление по фактическому технологическому потоку
Нормирование по технологическому потоку — сопоставление расхода энергоресурса с количеством продукции или жидкости, непосредственно связанным с рассматриваемой технологической операцией.
Для насосного подъёма исходным физическим показателем может быть объём поднятой жидкости.
Для подготовки и транспорта необходимо использовать тот поток, который фактически проходит через соответствующий участок.
Если требуется оценить энергетические затраты на получение нефти, дополнительно определяют количество нефти в составе продукции.
Поэтому для одной системы могут использоваться два разных показателя:
eпоток = E / Vпоток,
eнефть = E / Vнефть,
где E — потребление энергоресурса в установленной границе, Vпоток — объём фактического технологического потока, Vнефть — объём нефти за тот же период.
Первый показатель характеризует энергетические затраты на обработку или перемещение соответствующей жидкости. Второй — затраты в расчёте на полезную нефтяную продукцию.
Они отвечают на разные технические вопросы и не должны подменять друг друга.
Также необходимо учитывать единицы измерения. Если одни данные представлены в объёмных, а другие в массовых величинах, переход между ними требует соответствующих подтверждённых характеристик продукции.
Использование одинаковых единиц в сравниваемых периодах обязательно для корректной интерпретации результата.
Как отличить рост технологической нагрузки от ухудшения эффективности
При увеличении электрического потребления нефтепромысла необходимо определить, какие факторы изменились одновременно с энергетическим показателем.
Если вырос общий дебит скважин, увеличение затрат на подъём может соответствовать большему объёму перемещаемой жидкости.
Если увеличилась обводнённость, количество нефти в общем потоке может уменьшиться относительно объёма поднимаемой жидкости.
Если изменился график эксплуатации подъёмного оборудования, суммарное потребление энергии может измениться вследствие другой продолжительности работы.
Поэтому анализ выполняют последовательно: устанавливают фактический расход энергии, сопоставляют его с общим объёмом жидкости, проверяют состав продукции и затем рассматривают технические параметры оборудования.
Если удельное потребление на жидкость сохраняется, но энергозатраты на единицу нефти увеличиваются, необходимо проверить изменение обводнённости.
Если энергозатраты на единицу жидкости также выросли, предметом дальнейшей проверки становятся насосные режимы и условия перемещения продукции.
При этом ни один удельный показатель сам по себе не устанавливает причину изменения КПД оборудования.
Для технического вывода необходимо связать энергетические данные с фактическими рабочими характеристиками установки.
Как выбрать границы технического учёта
Для построения карты нагрузок необходимо определить, какие стадии уже охвачены измерениями и где общие показатели объединяют несколько потребителей.
В первую очередь устанавливают доступность данных об энергопотреблении подъёмного оборудования и соответствующих дебитах скважин.
Затем проверяют учёт подогрева, подготовки, транспортировки и вспомогательных систем.
Если один счётчик охватывает несколько технологических стадий, необходимо определить, позволяет ли существующая информация разделить их энергетические затраты.
Если прямое разделение невозможно, допустима предварительная расчётная оценка при наличии технически обоснованных параметров. Однако её необходимо отличать от фактического измерения.
Если расчётная база недостаточна, соответствующую составляющую следует оставить нераспределённой до получения необходимых данных.
Выбор дополнительных точек учёта должен быть связан с конкретным вопросом: какой энергетический поток необходимо выделить и какое техническое решение будет приниматься по результатам измерения.
Таким образом, технический учёт строят от задач разделения технологических нагрузок, а не от формального количества устанавливаемых приборов.
Как оформить карту энергетических нагрузок нефтепромысла
Результатом анализа является карта нагрузок нефтепромысла с нормированием энергопотребления по фактическому технологическому потоку.
Она должна отражать основные стадии нефтедобычи, используемые энергоресурсы, измеренные энергетические показатели и соответствующие объёмы продукции.
| Технологическая стадия | Проверяемые данные | Основа нормирования |
|---|---|---|
| Насосный подъём | Электрическое потребление, дебит, обводнённость, характеристики и режим подъёмного оборудования. | Объём поднятой жидкости и, при соответствующей задаче, объём полученной нефти. |
| Подогрев продукции | Расход энергоресурса, технологический поток и температурный режим. | Количество продукции, проходящей через соответствующую стадию. |
| Подготовка нефти | Состав технологического оборудования, энергетические потоки и объём обрабатываемой продукции. | Фактический поток в согласованной границе подготовки. |
| Транспортировка | Энергопотребление оборудования, характеристики и объём перемещаемого потока. | Количество транспортируемой продукции в рассматриваемой границе. |
| Вспомогательные системы | Состав потребителей, измеренный расход и связь с обслуживаемыми участками. | Подтверждённая технологическая основа распределения либо отдельная статья энергобаланса. |
Для каждого показателя необходимо указать период измерения, границу учёта и источник данных.
Если сведения о дебите и обводнённости относятся к разным временным интервалам, это ограничение следует устранить до расчёта удельных значений.
Если энергопотребление стадии получено расчётным распределением, необходимо обозначить метод и исходные параметры.
В итоговой карте также фиксируют участки, для которых существующего технического учёта недостаточно.
При необходимости данные подтверждают производственными журналами, показаниями приборов, актами или протоколами измерений. Эти документы должны позволять восстановить фактические условия работы соответствующей системы.
Когда результаты анализа нельзя считать подтверждёнными
Если отсутствуют достоверные дебиты скважин, невозможно корректно связать энергетические затраты подъёма с количеством перемещаемой жидкости.
Если неизвестна обводнённость продукции, удельное потребление на общий поток не позволяет установить затраты энергии на фактически получаемую нефть.
Если отсутствуют сведения о типе и режиме подъёмного оборудования, нельзя обоснованно сопоставлять электрические показатели скважин с различными способами механизированной добычи.
Если инфраструктурный учёт объединяет подогрев, подготовку и транспортировку, но отсутствуют основания для разделения потоков, точные доли соответствующих стадий остаются неизвестными.
В таких условиях допускается предварительное описание энергетической структуры, но не утверждение фактического распределения затрат.
Особенно важно не переносить типовые процентные значения между месторождениями. Различия в дебитах, обводнённости и технологии способны существенно изменять структуру энергопотребления.
Главное ограничение: без подтверждённых дебитов и сведений о технологии нельзя устанавливать стандартные доли энергопотребления или утверждать конкретный режим работы нефтепромысла.
Результат анализа и его практическое применение
Карта энергетических нагрузок позволяет установить, какая часть потребления приходится на подъём скважинной жидкости, подогрев, подготовку, транспортировку и вспомогательную инфраструктуру.
Нормирование по фактическим технологическим потокам помогает правильно интерпретировать изменение расхода энергоресурсов.
Если растёт электрическое потребление скважины, необходимо проверить изменение объёма поднимаемой жидкости. Если увеличиваются затраты энергии на единицу нефти, дополнительно анализируют обводнённость.
При сравнении электроцентробежных насосов и оборудования с другим механизированным приводом учитывают различия рабочих графиков и фактических режимов.
Если данные технического учёта недостаточны, карта показывает, какие энергетические потоки необходимо измерить или уточнить перед следующим расчётом.
Для нефтедобычи принципиально важны именно жидкостные технологические потоки, подъём скважинной продукции и её последующая подготовка. Поэтому структура энергетического анализа отличается от задач, связанных с добычей газа.
Практический вывод: сначала устанавливают фактические дебиты, обводнённость и характеристики подъёмного оборудования, затем разделяют энергетические затраты по технологическим стадиям, сопоставляют их с соответствующими потоками продукции и проверяют достаточность измерений.
Такой порядок позволяет получить обоснованную карту нагрузок нефтепромысла, не принимая увеличение добычи жидкости за ухудшение эффективности насосов и не приписывая отдельным стадиям неподтверждённые доли энергопотребления.
Связанные направления: материалы по энергоэффективности, объекты нефтедобычи и энергоаудит предприятия.