本发明涉及石油勘探领域，更具体的，是涉及一种用于油田集输系统的能耗分析方法与系统。
背景技术：
：油田集输系统一般由井口、计量间、接转站、集输管网及油气处理站等构成，油田集输系统的工艺流程主要是包括对油田各油井生产的原油和油田气进行收集、处理，并分别输送至矿场油库或外输站和压气站的全过程。目前，我国多数油田生产三高原油，即含蜡量高、凝固点高、粘度高。为确保安全输送，需要使上述集输过程中的原油、气、水不凝固，因此需要降低原油的粘度，所以在油田的集输过程中一般采用燃油、燃气、电加热等加热输送的工艺。加热输送的能源消耗主要包括燃料、电能和化学药剂的消耗，在处理量一定的情况下，药剂性能、加热炉效率、电潜泵等设备的运行效率以及整个集输系统的管理水平，都直接或间接影响能源消耗的总量。上述过程中会产生巨大的能源浪费。同时，加热输送还会产生大量的烟气、粉尘与燃烧废弃物，对油田以及周边环境造成影响。综上，亟需一种对油田集输系统进行规划的方法以使集输过程中的用能更加合理。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种对油田集输系统进行规划的方法。为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种用于油田集输系统的能耗分析方法，包括采集油田集输系统的运行数据，并对所述运行数据进行预处理以得到协调数据；根据油田集输系统的工艺流程，建立油田集输系统的质量 平衡模型及热力学模型；利用所述质量平衡模型、所述热力学模型及所述协调数据为油田集输系统的每个工艺设备建立多个能耗评价指标，并根据所述多个能耗评价指标确定主要耗能设备；基于所述主要耗能设备识别油田集输系统中的用能薄弱环节。优选地，所述油田集输系统的运行数据包括集输系统处理的采出液量、温度、压力以及含水率。优选地，根据以下表达式对所述运行数据进行预处理以得到协调数据：式中，x表示集输过程中的各运行数据所组成的向量，表示采集到的各运行数据的样本值所组成的向量；Q表示测量误差的方差协方差矩阵；F(x,U)表示依据集输过程的物料平衡和能量平衡建立的约束条件，U为约束条件方程中的参数；min为取最小值的运算。优选地，所述多个能耗评价指标包括所述油田集输系统的总的用能效率与总的有效能效率以及各工艺设备的用能效率与有效能效率。优选地，采用有效能分析方法、相关性分析方法和/或多维分析方法分析所述多个能耗评价指标以确定主要耗能设备。优选地，在分析所述多个能耗评价指标以确定主要耗能设备的步骤中包括：利用所述油田集输系统的总的用能效率及各工艺设备的用能效率得到分别对应于各工艺设备的能耗相关系数；当所述能耗相关系数的绝对值大于预设值时，将与该能耗相关系数对应的工艺设备确定为主要耗能设备。优选地，根据如下表达式得到分别对应于各工艺设备的能耗相关系数：式中，Ri为油田集输系统内第i个工艺设备的能耗相关系数，η为油田集输系统的总的用能效率，ηi为第i个工艺设备的用能效率，n为油田集输系统内工艺设备的总数。优选地，在基于所述主要耗能设备识别油田集输系统中的用能薄弱环节的步骤中包括：分别计算所述主要耗能设备的能量品味，并根据所述能量品味的数值与对应的能量变化量的数值绘制能量释放曲线与能量吸收曲线；比较所述能量释放曲线与能量吸收曲线所围成的区域的面积，将与面积较大的区域相对应的主要 耗能设备确定为油田集输系统中的用能薄弱环节。优选地，根据如下表达式计算所述主要耗能设备的能量品味A：A＝ΔEx/ΔH式中，ΔEx为有效能的变化量，ΔH为能量的变化量。本申请的实施例还提供了一种用于油田集输系统的能耗分析系统，包括：数据采集模块，其采集油田集输系统的运行数据，并对所述运行数据进行预处理以得到协调数据；模型建立模块，其根据油田集输系统的工艺流程，建立油田集输系统的质量平衡模型及热力学模型；指标分析模块，其利用所述质量平衡模型、所述热力学模型及所述协调数据为油田集输系统的每个工艺设备建立多个能耗评价指标，并根据所述多个能耗评价指标确定主要耗能设备；能耗分析模块，其基于所述主要耗能设备识别油田集输系统中的用能薄弱环节。与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：通过提取油田集输系统的各工艺设备的能耗评价指标，实现了对原油集输过程的用能监测和评价，确定原油集输过程的能耗分布规律及薄弱环节，使集输过程的用能更加合理优化，减少不必要的和异常的能源消耗，以达到节能和减少污染的目的。本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。图1为本申请实施例的用于油田集输系统的能耗分析方法的流程示意图；图2为根据本申请实施例的油田集输系统的有效能损失分布示意图；图3为本申请实施例的用于油田集输系统的能耗分析系统的结构示意图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。图1为本申请实施例的用于油田集输系统的能耗分析方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：步骤S110、采集油田集输系统的运行数据，并对所述运行数据进行预处理以得到协调数据。步骤S120、根据油田集输系统的工艺流程，建立油田集输系统的质量平衡模型及热力学模型。步骤S130、利用所述质量平衡模型、所述热力学模型及所述协调数据为油田集输系统的每个工艺设备建立多个能耗评价指标，并根据所述多个能耗评价指标确定主要耗能设备。步骤S140、基于所述主要耗能设备识别油田集输系统中的用能薄弱环节。具体的，油田集输系统的运行数据包括集输系统中各组成部分的实际运行时的工艺参数和能源消耗数据，具体可以为集输系统处理的采出液量以及各组成部分的温度、压力、含水率等。各组成部分的工艺参数的运行数据可以采用布置在集输系统中的传感器进行采集。例如通过温度传感器采集原油的温度，通过压力传感器采集原油的压力、通过流量传感器采集原油的流量。含水率的在线测量有多种方法，常用的方法包括密度计法、电容法、射频法以及微波法等。举例而言，采用密度计法测量含水率，可以先通过密度计采集原油的密度，再根据密度与含水率的关系来得到原油的含水率。需要注意的是，在本申请的实施例中，不只针对站外的集输管网处或井口处的原油进行检测，还要对包括计量间、接转站以及油气处理站等站内数据进行采集。采集到的数据通常为模拟数据，经过A/D转化后进行临时存储。临时存储的采集数据中有可能包含错误的数据，因此还需要对临时存储的数据进行一定的预处理。预处理具体包括对数据进行偏差及一致性的检查，还包括剔除数据中的冗余信息以及误差，以提高后续操作的精度。举例而言，对数据进行偏差检查时，可以通过计算采集到的数据的均值，并 根据均值判断数据偏差是否过大。对数据进行一致性检查时，可以采用移动窗法以及标准差方法等。在对数据中的冗余信息以及误差进行剔除时，采用数据协调技术对数据进行修正，具体如表达式(1)所示：表达式(1)为数据协调方程，式中，x表示集输过程中需要测量的各运行数据所组成的变量向量，表示采集到的各运行数据的样本值所组成的向量。Q表示测量误差的方差协方差矩阵，其中，Q的对角元素为测量误差的方差的平方，可以通过测量仪表或者测量的样本值进行估计。F(x,U)表示依据集输过程的物料平衡、能量平衡等建立的约束条件，U为约束条件方程中的固定参数；min为取最小值的运算。通过利用数据协调方程对临时存储的数据进行处理，可以得到协调数据。协调数据通过最小二乘法，剔除原始数据样本中的显著误差，能够满足系统的质量守恒和能量守恒。下面根据油田集输系统的工艺流程建立质量平衡模型和热力学模型。油田集输系统的工艺流程主要是指，自油井井口产出的原油经过输送、分离、计量、脱水、稳定、储运以及其它处理等，最终生产出符合要求的石油产品的全部工艺过程。基于油田集输系统的工艺流程建立质量平衡模型及热力学模型包括：根据质量守恒定律建立油田集输系统的质量平衡模型以及根据热力学第一定律和热力学第二定律建立油田集输系统的热力学模型。具体的，质量平衡模型如表达式(2)所示：∑min＝∑mout+Δm(2)式中，∑min表示进入油田集输系统的原油的总的质量，∑mout表示从油田集输系统输出的原油的总的质量，Δm表示在油田集输系统的传输过程中损失的原油的质量。热力学模型包括能量守恒方程和有效能平衡方程，如表达式(3)所示：∑Ein+∑Qheat＝∑Eout+∑Qloss+ΔE，(3)∑Exin+∑ExQ＝∑Exout+ΔEx其中，Ex＝(H-H0)-T0(S-S0),ExQ＝Qheat(T-T0)/T式中，ΣEin表示输入系统的物料所具有的能量；ΣQheat表示对系统进行加热所消耗的能量(热量)；ΣEout表示输出系统的物料所具有的能量；ΣQloss表示系 统在加热过程中散失掉的能量(热量)；ΔE表示能量的变化量，即系统损失的能量；ΣExin表示输入系统的物料所具有的有效能；ΣExQ表示对系统进行加热所消耗的有效能；ΣExout表示输出系统的物料所具有的有效能；ΔEx表示有效能的变化量，即系统损失的有效能。接下来，利用质量平衡模型、热力学模型以及协调数据为油田集输系统的每个工艺设备建立多个能耗评价指标。具体的，能耗评价指标包括油田集输系统的总的用能效率与总的有效能效率以及各工艺设备的用能效率与有效能效率，各能耗评价指标如表达式(4)、(5)、(6)、(7)所示：式中，η为油田集输系统的总的用能效率，Eout表示流出油田集输系统的总能量，Ein表示流入油田集输系统的总能量。ηex为油田集输系统的总的有效能效率，Exout表示流出油田集输系统的总的有效能，Exin表示流入油田集输系统的总的有效能。ηi为油田集输系统内第i个工艺设备的用能效率，Ei,out表示流出油田集输系统内第i个工艺设备的能量，Ei,in表示流入油田集输系统内第i个工艺设备的能量。ηi,ex为油田集输系统内第i个工艺设备的有效能效率，Exi,out表示流出油田集输系统内第i个工艺设备的有效能，Exi,in表示流入油田集输系统内第i个工艺设备的有效能。上述各表达式分别表征系统的整体和局部的用能效率，用于识别主要的用能薄弱环节。其中，表达式(4)表示的是集输系统整体的用能效率；表达式(5)表示的是集输系统整体的有效能效率；表达式(6)表示的是各工艺设备i的用能效率；表达式(7)表示的是各工艺设备i的有效能效率。油田集输与处理过程中的能耗占原油生产总能耗的30％～40％，其中，集输部分的能耗占60％～80％，而上述数据中的90％～97％是热能消耗，其余3％～10％为动力电力消耗。而对于油田集输系统而言，其各工艺设备实际的耗能率并不相同，举例而言，在油田集输系统中，加热炉的能耗占总能耗的70％-80％，机泵的能耗 占15％-20％。因此，为了简化分析过程，需要根据各工艺设备的多个能耗评价指标综合判断以确定对系统的总的能耗起主要作用的工艺设备，即主要耗能设备。包括：利用油田集输系统的总的用能效率及各工艺设备的用能效率得到分别对应于各工艺设备的能耗相关系数，当能耗相关系数的绝对值大于预设值时，将与该能耗相关系数对应的工艺设备确定为主要耗能设备。具体的，在本申请的实施例中，采用相关性分析的方法计算对应于各工艺设备的能耗相关系数，如表达式(8)所示：式中，Ri为油田集输系统内第i个工艺设备的能耗相关系数，η为油田集输系统的总的用能效率，ηi为第i个工艺设备的用能效率，n为油田集输系统内工艺设备的总数。其中，当Ri＞0时，ηi与η为正相关，当Ri＜0时，ηi与η为负相关。当|Ri|≤0.3时，认为ηi与η不存在相关性。当0.3＜|Ri|≤0.5时，ηi与η为低度线性相关，当0.5＜|Ri|≤0.8时，ηi与η为显著线性相关，当|Ri|＞0.8时，ηi与η为高度线性相关。进一步地，根据能耗分析的精度的要求确定系统的主要能耗设备。举例而言，当能耗评价的精度要求较高时，可包括低度线性相关、显著线性相关以及高度线性相关相对应的各工艺设备为主要耗能设备。需要说明的是，在本申请的其他实施例中，还可以采用有效能分析方法、多维分析方法等来计算表征相关性的系数以确定集输过程中的主要的耗能设备。基于筛选确定的各主要耗能设备，可以对油田集输系统中的用能薄弱环节进行识别。具体的，在本申请的一个实施例中，利用有效能图像分析方法对各主要耗能设备的用能情况进行分析，有效能图将热力学第一定律和热力学第二定律相结合，通过图像形象地表达出油田集输系统的能量变化与能量品味变化之间的关系，并清楚地体现油田集输系统的热力学过程。识别时，首先分别计算各主要耗能设备的能量品味，并根据能量品味的数值与对应的能量变化量的数值绘制能量释放曲线与能量吸收曲线，然后比较能量释放曲线与能量吸收曲线所围成的区域的面积，将与面积较大的区域相对应的主要耗能设备确定为油田集输系统中的用能薄弱环节，下面结合图2进行说明。图2为根据本申请实施例的油田集输系统的有效能损失分布示意图。图中纵 坐标A表示能量品位，是一个无量纲参数。能量品味由热力过程中有效能的变化量ΔEx与能量变化量ΔH的比值得到，即A＝ΔEx/ΔH。图中横坐标ΔH为能量的变化量。其中，A＝0时表示环境。图中ΔH表示过程发生的焓值变化，对应于不同的区间的ΔH各组曲线分别针对集输系统的不同的工艺设备，与横坐标ΔH的多个区间相对应的曲线为能量品位A的变化曲线，其中位于上方的为能量释放侧的曲线Aed，位于下方的为能量吸收侧的曲线Aea。物质能量的变化分为能量释放过程和能量吸收过程，两个过程同时进行，成对出现。能量品位A的变化曲线与横坐标ΔH包围的面积反映出能量传递过程的最大可用功，能量释放侧曲线Aed和能量吸收侧曲线Aea之间的区域的面积等于能量传递过程中损失的大小。根据有效能图中的曲线的变化的形状，可以获得系统内部每个能量转化过程的变化，其差值(Aed-Aea)代表驱动过程有效能(ΔEx)的降低。举例而言，假设第3组曲线是表示加热炉对原油外输液的加热过程，在传热过程中加热炉输出有效能，外输液获得有效能，获得的有效能小于加热炉输出的有效能，之间的差值为有效能损失(ΔEx)。本申请实施例的方法，可以确定原油集输系统用能的薄弱环节，减少不必要的和异常的能源消耗，以达到节能和减少污染的目的。下面是利用本申请实施例的能耗分析方法对某油田地面集输过程进行分析的一个示例，分析结果如表1所示：表1油田集输系统能耗分析结果项目集输管网转油站脱水站电能利用率％394038热能利用率％555458有效能利用率％495046该集输系统有83口油井，6座计量间，2座转油站及1座脱水站，平均单井产液量为62t/d，产出液平均含水率为85％，采用树状单管不加热集油工艺流程。脱水站主要负责该地区转油站的脱水、转油、集气任务，并负责该区域的原油外输任务。利用本申请实施例的能耗分析方法，确定集输管网、转油站、脱水站为主要耗能设备，根据表1中的分析结果，可以采取一定的措施提高集输管网和脱 水站的电能利用率。上表主要对集输系统中主要的3个部分(集输管网、转油站和脱水站)各自的能耗效率进行了分析，而他们之间的相对的损失可以通过有效能图像分析方法进一步明确，不再赘述。图3为本申请实施例的用于油田集输系统的能耗分析系统的结构示意图，下面参考图3来说明该系统的各部分组成。具体在图3中，数据采集模块31执行步骤S110的操作，模型建立模块32执行步骤S120的操作，指标分析模块33执行步骤S130的操作，能耗分析模块34执行步骤S140的操作。在此不再详细展开。虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属
技术领域：
内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。当前第1页1 2 3