韓斌

摘 要：我國(guó)很多氣田地面集輸管網(wǎng)已經(jīng)應(yīng)用了很久，在承受能力方面有所下降，對(duì)集輸管網(wǎng)的正常運(yùn)行造成了很大的影響。所以人們應(yīng)該重視氣田地面集輸管網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)化，找出需要維修或者維護(hù)的地方，進(jìn)行相應(yīng)的處理，這樣才能夠減少氣田地面集輸管網(wǎng)的安全隱患，更好的為人們服務(wù)。我國(guó)對(duì)于集輸管網(wǎng)的研究還處于初級(jí)階段，相對(duì)于一些發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)還有很多的不足之處，人們應(yīng)該對(duì)氣田地面集輸管網(wǎng)的重要性有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)，確保集輸管網(wǎng)安全有效的運(yùn)行。本文主要闡述了氣田地面集輸管網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化及其應(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞：氣田地面;集輸管網(wǎng);運(yùn)行優(yōu)化;應(yīng)用研究

在對(duì)氣田地面集輸管網(wǎng)的運(yùn)行研究中，初步探索了一種頁(yè)巖氣井場(chǎng)布站過(guò)程中集輸參數(shù)的確定，建立了基于二維平面的星枝狀管網(wǎng)分級(jí)優(yōu)化模型，采用K-medoids中心點(diǎn)聚類(lèi)法進(jìn)行井組劃分，完成集氣站位置優(yōu)化。根據(jù)研究表明，集輸管網(wǎng)的運(yùn)行優(yōu)化模型以及采用的優(yōu)化算法在現(xiàn)實(shí)中集輸管網(wǎng)的運(yùn)行中是可行的。這種集輸管網(wǎng)的優(yōu)化方案可以用于日常運(yùn)營(yíng)，還可以為集輸管網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展提供一個(gè)可靠的發(fā)展方向。

1 氣田集輸管網(wǎng)工業(yè)及其特點(diǎn)

通過(guò)多年來(lái)的不斷摸索研究，我國(guó)已經(jīng)形成了一套較成熟的適合自身實(shí)際情況的集輸工藝技術(shù)。我國(guó)的技術(shù)工藝流程相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，就目前南川頁(yè)巖氣田來(lái)說(shuō)，井口套管產(chǎn)出頁(yè)巖氣經(jīng)過(guò)油嘴節(jié)流后會(huì)進(jìn)入各對(duì)應(yīng)集氣場(chǎng)站進(jìn)行脫水分離、增壓等初步處理，然后通過(guò)一定的壓力將其輸送到脫水站進(jìn)行集中脫水、調(diào)壓，最后通過(guò)外輸管線(xiàn)將其運(yùn)送到中央處理廠(chǎng)站進(jìn)行集中處理后外輸。頁(yè)巖氣往往分布在盆地內(nèi)厚度較大、分布廣的頁(yè)巖烴源巖地層中。較常規(guī)天然氣相比，頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)具有開(kāi)采壽命長(zhǎng)和生產(chǎn)周期長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，大部分產(chǎn)氣頁(yè)巖分布范圍廣、厚度大，且普遍含氣，這使得頁(yè)巖氣井能夠長(zhǎng)期地以穩(wěn)定的速率產(chǎn)氣。在此背景下，氣田集輸管網(wǎng)建設(shè)工作顯得尤為重要，需要投入的人力資源和物力資源都非常大，承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)也很高，所以人們需要對(duì)這方面的工作充分重視起來(lái)。

2 集輸管網(wǎng)適應(yīng)性分析

氣田集輸管網(wǎng)的布局系統(tǒng)相對(duì)于其他系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是十分復(fù)雜的，在布置位置和布置方式方面都有很多的要求。氣田集輸管網(wǎng)的運(yùn)行收到了很多因素的影響，一些小的因素都可能會(huì)影響氣田集輸管網(wǎng)的正常運(yùn)行。在實(shí)際工作中，氣田集輸管網(wǎng)的類(lèi)型有很多種，針對(duì)于不同的的環(huán)境，氣田集輸管網(wǎng)需要應(yīng)用不同的類(lèi)型，但是所有的氣田集輸管網(wǎng)都有共同點(diǎn)，都是由兩個(gè)或者兩個(gè)以上的管網(wǎng)形式組合在一起的。主要有環(huán)形管網(wǎng)和枝狀管網(wǎng)兩種形式。

環(huán)形管網(wǎng)指的是環(huán)形的集氣干線(xiàn)，將采集干線(xiàn)裝入到集氣干線(xiàn)中來(lái)，然后尋找合適的位置引出集氣干線(xiàn)，將集氣干線(xiàn)與外輸線(xiàn)連接。這樣一來(lái)，環(huán)形集氣干線(xiàn)的壓力比較小，氣壓的調(diào)節(jié)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較方便，運(yùn)行會(huì)更好，不容易出現(xiàn)問(wèn)題，所以環(huán)形管網(wǎng)是人們應(yīng)用很多的一種方式。其次是枝狀干線(xiàn)，在集氣干線(xiàn)中貫穿，分布在集氣干線(xiàn)兩側(cè)，然后利用集氣干線(xiàn)輸送到處理站。這種環(huán)形管網(wǎng)減少了很多人力資源和經(jīng)濟(jì)資源的消耗，所以這種方法在日后的生產(chǎn)中被逐漸推廣開(kāi)來(lái)。在未來(lái)，這種方法也會(huì)得到廣泛的應(yīng)用，會(huì)為我國(guó)的集氣管網(wǎng)運(yùn)輸做出很大的貢獻(xiàn)。

3 集氣管網(wǎng)優(yōu)化的具體方法

在我國(guó)現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)，集氣管網(wǎng)必須要得到優(yōu)化，只有優(yōu)化集氣管網(wǎng)，我國(guó)的集氣管網(wǎng)才能夠在未來(lái)發(fā)展的越來(lái)越好。優(yōu)化集氣管網(wǎng)的目標(biāo)就是將費(fèi)用達(dá)到最優(yōu)化，將人力資源做到最節(jié)省，這樣我國(guó)的集氣管網(wǎng)才能夠?qū)崿F(xiàn)真正的意義。其次，我國(guó)的集氣管網(wǎng)在現(xiàn)階段還存在著一些的問(wèn)題，這些問(wèn)題被相關(guān)部門(mén)的有關(guān)人員忽視了，這是我國(guó)集氣管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化的瓶頸，只有解決這些問(wèn)題，我國(guó)的集氣管網(wǎng)才能夠做到真正的優(yōu)化，所以相關(guān)部門(mén)的有關(guān)人員必須要重視起來(lái)。

3.1 參數(shù)優(yōu)化

參數(shù)優(yōu)化有兩種方法，包括壓力等級(jí)優(yōu)化和采技術(shù)管道管徑優(yōu)化，第一種方法指的是在增壓線(xiàn)、中央處理廠(chǎng)等方面進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)，因?yàn)檫@些地方的優(yōu)化和升級(jí)能夠?qū)⒓瘹夤芫W(wǎng)帶上一個(gè)臺(tái)階，人們?cè)诂F(xiàn)實(shí)生活中也將重心放在了這個(gè)方面，在目前為止已經(jīng)取得了很好的成績(jī)，還需要更多的人加入到壓力等級(jí)優(yōu)化系統(tǒng)中來(lái)，人們才能夠?qū)⒐ぷ髯龅母?。第二種是集氣管道管徑優(yōu)化，集氣管道的類(lèi)型是非常多的，每個(gè)管道系統(tǒng)中的集氣管道類(lèi)型都有或多或少的差別，人們應(yīng)該對(duì)這些差別重視起來(lái)，針對(duì)每一種不同的管道類(lèi)別采用不同的優(yōu)化方式，在實(shí)際生活中應(yīng)該用平衡法對(duì)集氣管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)。

3.2 布局優(yōu)化

圖1? ?星-枝狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

布局優(yōu)化是集氣管網(wǎng)優(yōu)化的重中之重。布局優(yōu)化指的是對(duì)壓差進(jìn)行有效的利用，對(duì)管網(wǎng)布局進(jìn)行有效的確定，增加集氣管道的有效半徑，這樣我國(guó)的集氣管網(wǎng)運(yùn)輸能夠大幅度提高運(yùn)輸效率，而且集氣管網(wǎng)運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中不容易出現(xiàn)問(wèn)題。人們應(yīng)該將重心放在集氣管網(wǎng)的布局優(yōu)化中來(lái)。

3.2.1 集氣站數(shù)確定

集氣站數(shù)N的確定由給定的集氣半徑約束R和區(qū)塊的面積S和建井規(guī)模n來(lái)確定，確定方法如下式：

3.2.2 井組劃分

利用聚類(lèi)分析中的K-medoids中心點(diǎn)聚類(lèi)法進(jìn)行聚類(lèi)。

計(jì)算流程：①總體n個(gè)樣本點(diǎn)中任意選取K個(gè)點(diǎn)作為中心點(diǎn);②按與中心點(diǎn)最近的原則，將剩余n-K個(gè)點(diǎn)分配到當(dāng)前最佳的中心點(diǎn)代表的類(lèi)中;③對(duì)于第i個(gè)類(lèi)中除對(duì)應(yīng)中心點(diǎn)外的所有其他點(diǎn)，按順序計(jì)算當(dāng)其為新的中心點(diǎn)時(shí)，代價(jià)函數(shù)的值，遍歷所有可能，選取代價(jià)函數(shù)最小時(shí)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)作為新的中心點(diǎn);④重復(fù)②-③的過(guò)程，直到所有的中心點(diǎn)不再發(fā)生變化或已達(dá)到設(shè)定的最大迭代次數(shù);⑤產(chǎn)出最終確定的K個(gè)類(lèi)。

3.2.3 集氣站站址優(yōu)化

井組劃分后完成后，需要優(yōu)化每個(gè)井組內(nèi)集氣站的位置，集氣站位置優(yōu)化以管道造價(jià)費(fèi)用最小為目標(biāo)函數(shù)，求解方法采用單純形法。

集輸管網(wǎng)設(shè)計(jì)采用二級(jí)布站的方式，即：井場(chǎng)--集氣站--聯(lián)合站，井組內(nèi)井場(chǎng)與對(duì)應(yīng)的集氣站相連接，采用放射狀管網(wǎng)的形式。以井組內(nèi)所有井場(chǎng)到集氣站的加權(quán)距離之和最小為優(yōu)化目標(biāo)，建立數(shù)學(xué)模型如下：

4 總結(jié)

我國(guó)參與氣田集氣管網(wǎng)優(yōu)化系統(tǒng)的工作人員還是非常少，需要更多的人加入到研究中來(lái)。氣田地面集輸管網(wǎng)的優(yōu)化已經(jīng)迫在眉睫，人們應(yīng)該充分意識(shí)到集氣管網(wǎng)優(yōu)化的重要性，從多個(gè)方面對(duì)我國(guó)的集氣管網(wǎng)進(jìn)行全方面的優(yōu)化，這樣才能夠提升我國(guó)集氣管網(wǎng)的運(yùn)輸效率，從而更好的為人們服務(wù)。

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