劉光金 重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院

油氣田地面集輸管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉光金 重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院

油氣田地面集輸管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化是在確定中轉(zhuǎn)站和油井的位置后選擇一個(gè)最為合理的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)規(guī)劃集輸管網(wǎng)。因而在對(duì)集輸管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，一定要選擇最好的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行參數(shù)模擬，并選擇好管網(wǎng)位置和站址，將各個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合，做一個(gè)詳盡的系統(tǒng)分析。油氣田地面集輸管網(wǎng)的設(shè)計(jì)軟件包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)模塊和系統(tǒng)模塊，而系統(tǒng)模塊又可以劃分為眾多的小模塊，這些模塊主要功能是收集和處理信息。要根據(jù)地面集輸管網(wǎng)的需要來(lái)決定地面集輸管網(wǎng)的路線設(shè)計(jì)，在確定油氣田位置的基礎(chǔ)上來(lái)選擇集輸管網(wǎng)的分布路線，其最終目標(biāo)是降低地面集輸管網(wǎng)的長(zhǎng)度。

油氣田；地面集輸管網(wǎng)；優(yōu)化研究；軟件開(kāi)發(fā)

在選擇集輸管網(wǎng)路線時(shí)，必須考慮到所選擇的路線能夠保證生產(chǎn)的連續(xù)和企業(yè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定，這樣才能實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益的最大化。因此，原油集輸管網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)對(duì)提高油氣田企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益起著十分重要的作用，它不僅能夠有效地控制油氣田企業(yè)的運(yùn)輸管網(wǎng)路線，同時(shí)還能夠大幅度地降低原油運(yùn)輸?shù)某杀?，提高油氣田企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 集輸流程設(shè)計(jì)原則

油氣田集輸?shù)牧鞒滩⒉皇且怀刹蛔兊?，流程設(shè)計(jì)的影響因素主要有以下幾點(diǎn)：①油氣田內(nèi)蘊(yùn)含的各種物質(zhì)的性質(zhì)差異；②地理?xiàng)l件對(duì)其造成的制約；③企業(yè)采用的運(yùn)營(yíng)方式和經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值[1]。這幾個(gè)因素對(duì)于油氣田集輸方案有著很大的影響。企業(yè)在選擇油氣田集輸流程時(shí)，會(huì)通過(guò)各方面的對(duì)比來(lái)采用一種相對(duì)來(lái)說(shuō)性價(jià)比較高的流程。

在集輸流程設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量保證集輸過(guò)程的全封閉，這樣才能夠盡可能地避免損耗。首先，應(yīng)最大限度的將油氣田產(chǎn)出的油氣田資源收集完全，并將油氣田資源在盡可能減少損耗的情況下轉(zhuǎn)化加工成符合標(biāo)準(zhǔn)的原油、天然氣等相關(guān)的產(chǎn)品。其次，在進(jìn)行資源輸送時(shí)，充分利用油氣田礦井中的壓力，將之轉(zhuǎn)化成可控制系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)作壓力，從而擴(kuò)大輸出半徑，并減少中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，以減少油氣損耗。第三，將系統(tǒng)中的熱量合理地利用起來(lái)，并將之運(yùn)用到對(duì)整個(gè)油氣田集輸流程的溫度控制中，從而做好整體的保溫控制，并減少運(yùn)輸過(guò)程中的熱能損耗。最后，在相同的限制條件下，應(yīng)該選擇最為合適的工藝以及操作簡(jiǎn)便的系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行油氣集輸，這樣才能夠最大限度地提高整體輸送效率。

2 集輸管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

油氣田集輸管網(wǎng)系統(tǒng)主要由油井、中間站、管道以及各種油庫(kù)構(gòu)成，集輸管網(wǎng)的設(shè)計(jì)要參考油氣田的生產(chǎn)工藝，以此來(lái)決定轉(zhuǎn)油站的規(guī)模和數(shù)量，因而油氣田生產(chǎn)所采用的工藝是否合理、高效十分重要。

油氣田地面集輸管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的問(wèn)題，它涉及了眾多的領(lǐng)域，需要計(jì)算機(jī)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)模型和數(shù)學(xué)理論等眾多學(xué)科的支持。主要包括以下一些內(nèi)容[2]：一是要確定油氣田地面集輸管網(wǎng)的實(shí)際拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也就是選擇樹狀管網(wǎng)還是選擇環(huán)狀管網(wǎng)；二是要運(yùn)用合理的數(shù)學(xué)模型，設(shè)置一個(gè)合理的約束條件；三是要確定一個(gè)合理的目標(biāo)函數(shù)，并確定一個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體方案；四是要采用一個(gè)最優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型對(duì)其進(jìn)行求解，并算出最優(yōu)值，從而確定一個(gè)最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案；五是要對(duì)所解算出來(lái)的模型結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，并根據(jù)驗(yàn)證的結(jié)果來(lái)決定是否改進(jìn)計(jì)算方法和數(shù)學(xué)模型。

2.1 利用最優(yōu)化理論規(guī)劃地面集輸管網(wǎng)

油氣田地面集輸管網(wǎng)系統(tǒng)能夠連接油庫(kù)、功能站和工藝管道，并對(duì)伴生氣和原油進(jìn)行運(yùn)輸。在對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，要確定各個(gè)油氣田井的氣體組成、相應(yīng)的產(chǎn)量和壓力。在進(jìn)行地面建設(shè)規(guī)劃時(shí)，可以做一個(gè)綜合評(píng)定，這個(gè)評(píng)定應(yīng)當(dāng)將油井和油站的連接方式、轉(zhuǎn)油站的大小以及計(jì)量站的規(guī)模都包括進(jìn)去，這樣可使油氣田地面集輸管網(wǎng)的整體布局更加合理并趨于規(guī)范化。

油氣田地面集輸管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化是在確定中轉(zhuǎn)站和油井的位置后選擇一個(gè)最為合理的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)規(guī)劃集輸管網(wǎng)。因而在對(duì)集輸管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，一定要選擇最好的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行參數(shù)模擬，管網(wǎng)位置和站址選擇好，將各個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合，做一個(gè)詳盡的系統(tǒng)分析。

2.2 對(duì)井組進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

油氣田內(nèi)部的集輸流程是根據(jù)油氣田的地質(zhì)和地理?xiàng)l件決定的，不同的開(kāi)發(fā)階段和不同的區(qū)塊需要采用不同的集輸流程，集輸流程又可以分成單井集輸流程和多井集輸流程。對(duì)于那些有著較大面積且有眾多油井的油氣田，可以將其劃分成多組，并將各組油井所產(chǎn)出的原油在相應(yīng)的集油站進(jìn)行匯集處理，然后再統(tǒng)一外輸。分組的主要依據(jù)是油井所處的地理?xiàng)l件和附近的集油站的生產(chǎn)規(guī)模，采用最優(yōu)化的分組方式能夠最大限度地節(jié)省投資。而目前大部分分組方式均為在集輸半徑的約束下進(jìn)行分組，同時(shí)也是采取距離之和最短的原則來(lái)對(duì)井組進(jìn)行劃分，并沒(méi)有考慮到集油站的規(guī)模問(wèn)題。最優(yōu)化分組的目的就是為了確定井組合集油站之間的最佳劃分關(guān)系，從而將油井到集油站之間的費(fèi)用減少到最小，之間的分布也趨于合理。

2.3 系統(tǒng)布局優(yōu)化設(shè)計(jì)

原油集輸管網(wǎng)系統(tǒng)布局優(yōu)化主要是根據(jù)到各個(gè)作業(yè)單位在進(jìn)行管線布置時(shí)所設(shè)計(jì)的最合理、最優(yōu)化的路徑圖，并據(jù)此組成一個(gè)加權(quán)簡(jiǎn)單圖網(wǎng)絡(luò)模型。然后計(jì)算得出最小連接的理論和方法，并為此尋找一個(gè)加權(quán)簡(jiǎn)單圖的最小樹作為原油集輸管網(wǎng)路線的基本構(gòu)架[3]。要確定好各個(gè)作業(yè)單位的重要等級(jí)關(guān)系，并根據(jù)此關(guān)系來(lái)確定構(gòu)架的組成設(shè)置，從而得到一個(gè)最優(yōu)化的管線平面布置方案。

通過(guò)最優(yōu)化設(shè)計(jì)的原油集輸管網(wǎng)系統(tǒng)，不僅能夠大幅度地降低建設(shè)投資，同時(shí)還能夠降低運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用，油氣田企業(yè)在對(duì)原油集輸管網(wǎng)進(jìn)行管理時(shí)也更加容易；不管是多么復(fù)雜的地形，或者是惡劣的氣候條件，最優(yōu)化設(shè)計(jì)后的集輸管網(wǎng)都能夠應(yīng)對(duì)。因此在進(jìn)行原油網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，這種方法具有普遍應(yīng)用的意義。

2.4 集中處理站的優(yōu)化選址設(shè)計(jì)

集輸站是集輸管網(wǎng)系統(tǒng)的核心，因此集輸站地址的選擇就成了原油集輸管網(wǎng)的關(guān)鍵。集輸站所處的位置應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)規(guī)劃，它對(duì)原油運(yùn)輸路線的選擇和規(guī)劃有著十分重要的影響，而運(yùn)輸路線的選擇和規(guī)劃也影響著運(yùn)輸成本。在進(jìn)行集輸站的選址時(shí)，可以將圖論中最短那條路線的矩陣算法應(yīng)用到石油集輸站的選址上，這樣能夠獲得最為合理的集輸站地址位置，可使原油的總運(yùn)輸距離大大縮短，從而將原油運(yùn)輸?shù)某杀窘档阶畹停蟠笤黾佑吞锲髽I(yè)的利潤(rùn)。

3 集輸管網(wǎng)設(shè)計(jì)軟件開(kāi)發(fā)

由于油氣田地面集輸管網(wǎng)的設(shè)計(jì)需要計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持，因而在現(xiàn)階段我國(guó)的眾多專家都在研究相關(guān)的軟件技術(shù)[4]。雖然我國(guó)的油氣田地面集輸管網(wǎng)設(shè)計(jì)軟件的開(kāi)發(fā)起步較晚，但其發(fā)展卻十分迅速。從20世紀(jì)90年代起到現(xiàn)在，油氣田地面集輸管網(wǎng)的軟件設(shè)計(jì)已經(jīng)有了一個(gè)質(zhì)的飛躍，通過(guò)數(shù)學(xué)模型和各種理論能夠?qū)⒓敼芫W(wǎng)全面模擬出來(lái)，并在電腦中形成一套最為合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，從而讓設(shè)計(jì)人員能夠方便地選擇最適合的方案作為集輸管網(wǎng)的最終方案。

集輸管網(wǎng)的軟件設(shè)計(jì)主要有以下兩個(gè)模塊：一是系統(tǒng)數(shù)據(jù)模塊。系統(tǒng)數(shù)據(jù)是整個(gè)地面集輸管網(wǎng)工程信息的基礎(chǔ)，整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)決定了實(shí)際的項(xiàng)目建造基礎(chǔ)。二是系統(tǒng)模塊。而系統(tǒng)模塊又可以劃分為眾多的小模塊，這些模塊主要功能是收集和處理信息，通過(guò)信息的收集和處理能夠?qū)⒌孛婕敼芫W(wǎng)的設(shè)計(jì)趨于合理，使得工作人員在使用軟件時(shí)更加容易地獲取各個(gè)方面的信息，從而在對(duì)集輸管網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)能夠有針對(duì)性的進(jìn)行調(diào)整。

4 結(jié)語(yǔ)

油氣田地面集輸管網(wǎng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)繁重、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要根據(jù)地面集輸管網(wǎng)的需要來(lái)決定地面集輸管網(wǎng)的路線設(shè)計(jì)，在確定油氣田位置的基礎(chǔ)上來(lái)選擇集輸管網(wǎng)的分布路線，其最終目標(biāo)是降低地面集輸管網(wǎng)的長(zhǎng)度。因此在進(jìn)行分布路線的設(shè)計(jì)時(shí)要注意轉(zhuǎn)油站和各個(gè)油井之間的距離，并根據(jù)其中的分布特點(diǎn)來(lái)合理安排集輸管網(wǎng)的路線。

[1]李元鵬，簡(jiǎn)朝明，宋江衛(wèi)，等．油田地面集輸管網(wǎng)優(yōu)化計(jì)算研究[J]．油氣儲(chǔ)運(yùn)，2004（10）：17-19.

[2]張子波．油氣田地面集輸管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與軟件編制[D]．北京：中國(guó)石油大學(xué)，2011.

[3]李天祥，羅佳，趙強(qiáng)，等．冀東油田天然氣集輸管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化[J]．油氣田地面工程，2011，30（5）：46-47.

[4]郭和.長(zhǎng)慶油氣田采油三廠地面集輸管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)研究[D]．北京：中國(guó)石油大學(xué)，2007.

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.5.004