油田原油集输管网设计优化研究分析

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摘要：以投资小为目标函数，油田原油集输管网就需要合理的规划。本文对建设管网系统设计优化而进行分析和研究。

关键词：油田　原油集输管网　规划　优化　多目标

一、原油集输管网系统概论及现状

原油集输就是把油井生产的油气收集、输送和处理成合格原油的过程。这一过程从油井井口开始，将油井生产出来的原油和伴生的天然气产品，在油田上进行集中和必要的处理或初加工。使之成为合格的原油后，再送往长距离输油管线的首站外输，合格的天然气集中到输气管线首站，再送往石油化工厂、液化气厂或其他用户。概括地说油气集输的工作范围是指以油井为起点，矿场原油库或输油、输气管线首站为终点的矿场业务。油井、计量站、集中处理站是收集油气并对油气进行初步加工的主要场所，它们之间由油气收集和输送管线联接。

原油集输工程是由“井一管一集输站”组合成的集输管网系统，它是原油工业的重要组成部分，是油田地面工程中的主体工程，其投资占整个油田地面工程的60%以上，占整个油田工程的30%左右。因此，进行原油集输管网的优化对降低整个集输系统的造价具有十分重要的意义。

我国大部分的原油集输管网系统是在不断发展中形成的，不可避免地出现布局不合理，难以满足不断发展的原油工业生产的需要。因此，对于新建管网系统需要进行最优规划，在满足原油生产的条件下，使管网系统的投资和营运费用最省。在市场经济追求企业效益最大化的目标下，管线平面布置应该寻求能够满足生产需求的最顺畅短捷的树枝状径路，以实现建设投资上的节约，即费用最优目标；与此同时，考虑到确保生产连续以及企业系统运转的安全可靠，即效用最优目标。

因此，怎样对原油集输管网系统就行规划设计，有效的控制运输管网路线，降低原油输送的成本，是提高油田企业经济效益的一个重要途径。

二、原油集输管网系统优化研究

1.利用最优化理论规划管网

原油集输管网系统主要由采油井场、处理站和管线两部分组成，可用一个网络系统来描述，所涉及的采油井、中转站、集中处理站都是网络节点，所有可能铺设的管道构成网络。集中处理站的位置、数量和管网的布置是影响原油集输系统投资费用的最主要因素。因此，需对整个集输网络系统进行优化分析原油集输管网优化，主要是针对原油集输管网布局的优化和集中处理站选址，以合理铺设管道、合理分配管网流量，减少管道的总投资。

1.1　原油集输管网系统布局优化

原油集输管网系统布局优化主要技术路线：运用系统布置设计理论，构造由各个作业单位以及它们之间可行的管线布置径路组成的加权简单图网络模型；应用图论中求解最小连接问题的理论与方法，寻求加权简单图的最小树作为管线平面布置方案的基本构架；在模糊聚类分析的基础上确定各作业单位相对重要度等级关系，并据此对基本构架进行调整与改进，得到优化的管线平面布置方案。

通过综合的井-管-站系统的优化方法，不仅对节约建设投资费用和集输运行费用，还方便运行管理。这种方法将集输管网的加权中心问题和最小生成树结合起来，首先确定出油气集中处理站的最佳位置，然后优化输油管网的布局，是进行原油集输管网优化的一种行之有效的方法，对各种复杂地形，复杂的气候条件下集输管网的设计都适用，因此在原油管网设计中该方法具有普遍意义。

1.2　集中处理站的优化选址

集输站就是一个典型的集输管网系统的中心，集输站的选址问题也就自然而然地成为原油集输网络的关键所在。它涉及到运输路线的选择与规划，而运输线路的长短直接影响着运输成本。在分析石油集输网络的基础上，巧妙地将图论中最短路的矩阵算法应用于石油集输站的选址问题，使原油的总运输距离最短，从而把原油输送的物流成本降到最低。

目前集中处理站的选址方法有很多，特别是近几年计算机的迅猛发展，为各种选址方法的实现提供了强有力的工具。定性的选址方法主要有德尔菲分析法、优缺点比较法，而定量的选址方法则越来越多，常用的有重心选址法、线性规划选址法、图上作业选址法、模拟选址法、运输规划选址法、逐次逼近选址法等，每一种方法都有其侧重点。

2.多目标分析法研究原油管网

原油集输系统除了路线问题外，还要考虑费用、管道承压、风险等问题，管网布局的核心问题是弄清楚管网系统对规划运力的响应，针对关键的工艺参数，选择技术可行、经济合理的满足运行工艺的方案。进行井一站系统的拓扑优化设计过程中是以管网系统的总费用和该系统的相对风险数作为评价指标，因此，首先给出管网系统的总费用和该系统相对风险的数学模型和计算方法，以此作为目标函数，用AHP法确定井站的拓扑优化结构，目的在于满足约束条件，使整个管网系统费用省且风险较小。这种计算方法设计管网系统可分以下步骤：①最短树构成法求出一级集气站和集气总站间管网系统的MT；②用SI算法求出管网系统的SMT；③由前两步确定的若干SMT拓扑结构，由费用最省得出若干个管网布局的单目标优化方案；④用AHP方法优选费用省且风险小的最佳布局方案。

这种算法不仅选择费用少，而且考虑风险小的方案，通过综合考虑产生最优方案。长庆、新疆许多实例分析结果表明，这种方法建立的集输管网运行优化模型和采用的优化算法切实可行，此集输管网优化方案既可用于优化该集输管网的日常运营，又可用于指导集输管网的改造和未来规划。

三、结论

1.原油管网系统规划设计需要考虑环境因素、突发事件、腐蚀性气体，扩建改造以及油藏生产规律等多项因素，需要在生产中发展不断完善，此外，为保证安全连续生产，需要对连接集输系统中重要组成部分的最短径路管线布置方案进行调整，以期形成围绕重要组成部分的管网局部小循环，达到减少费用的目的，才能达到较好的效果。

2.原油管网系统规划设计问题，实际上是对管网系统运行工况进行模拟，找出系统中那些可能严重制约系统运力的因素，经过优化后使管网系统的运行参数达到合理匹配，以满足规划和市场的要求。

3.原油集输系统设计要求应用系统的观点，将油气集输工程放在整个开发建设项目的总环境中统筹考虑，以达到总体优化之目的。

参考文献

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