油氣田地面集輸管網的優化設計

劉光金 重慶水利電力職業技術學院

油氣田地面集輸管網的優化設計

劉光金 重慶水利電力職業技術學院

油氣田地面集輸管網系統的優化是在確定中轉站和油井的位置后選擇一個最為合理的拓撲結構來規劃集輸管網。因而在對集輸管網進行優化設計時，一定要選擇最好的數學模型進行參數模擬，并選擇好管網位置和站址，將各個數據進行綜合，做一個詳盡的系統分析。油氣田地面集輸管網的設計軟件包括系統數據模塊和系統模塊，而系統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。要根據地面集輸管網的需要來決定地面集輸管網的路線設計，在確定油氣田位置的基礎上來選擇集輸管網的分布路線，其最終目標是降低地面集輸管網的長度。

油氣田；地面集輸管網；優化研究；軟件開發

在選擇集輸管網路線時，必須考慮到所選擇的路線能夠保證生產的連續和企業系統運行的穩定，這樣才能實現企業效益的最大化。因此，原油集輸管網系統的規劃設計對提高油氣田企業的經濟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的運輸管網路線，同時還能夠大幅度地降低原油運輸的成本，提高油氣田企業的經濟效益。

1 集輸流程設計原則

油氣田集輸的流程并不是一成不變的，流程設計的影響因素主要有以下幾點：①油氣田內蘊含的各種物質的性質差異；②地理條件對其造成的制約；③企業采用的運營方式和經濟利用價值[1]。這幾個因素對于油氣田集輸方案有著很大的影響。企業在選擇油氣田集輸流程時，會通過各方面的對比來采用一種相對來說性價比較高的流程。

在集輸流程設計中，應盡量保證集輸過程的全封閉，這樣才能夠盡可能地避免損耗。首先，應最大限度的將油氣田產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化加工成符合標準的原油、天然氣等相關的產品。其次，在進行資源輸送時，充分利用油氣田礦井中的壓力，將之轉化成可控制系統內部的運作壓力，從而擴大輸出半徑，并減少中轉環節，以減少油氣損耗。第三，將系統中的熱量合理地利用起來，并將之運用到對整個油氣田集輸流程的溫度控制中，從而做好整體的保溫控制，并減少運輸過程中的熱能損耗。最后，在相同的限制條件下，應該選擇最為合適的工藝以及操作簡便的系統來進行油氣集輸，這樣才能夠最大限度地提高整體輸送效率。

2 集輸管網優化設計方案

油氣田集輸管網系統主要由油井、中間站、管道以及各種油庫構成，集輸管網的設計要參考油氣田的生產工藝，以此來決定轉油站的規模和數量，因而油氣田生產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優化設計是一項十分復雜的問題，它涉及了眾多的領域，需要計算機技術、經濟模型和數學理論等眾多學科的支持。主要包括以下一些內容[2]：一是要確定油氣田地面集輸管網的實際拓撲結構，也就是選擇樹狀管網還是選擇環狀管網；二是要運用合理的數學模型，設置一個合理的約束條件；三是要確定一個合理的目標函數，并確定一個優化設計的具體方案；四是要采用一個最優化的數學模型對其進行求解，并算出最優值，從而確定一個最優化的設計方案；五是要對所解算出來的模型結果進行驗證，并根據驗證的結果來決定是否改進計算方法和數學模型。

2.1 利用最優化理論規劃地面集輸管網

油氣田地面集輸管網系統能夠連接油庫、功能站和工藝管道，并對伴生氣和原油進行運輸。在對其進行開發設計時，要確定各個油氣田井的氣體組成、相應的產量和壓力。在進行地面建設規劃時，可以做一個綜合評定，這個評定應當將油井和油站的連接方式、轉油站的大小以及計量站的規模都包括進去，這樣可使油氣田地面集輸管網的整體布局更加合理并趨于規范化。

油氣田地面集輸管網系統的優化是在確定中轉站和油井的位置后選擇一個最為合理的拓撲結構來規劃集輸管網。因而在對集輸管網進行優化設計時，一定要選擇最好的數學模型進行參數模擬，管網位置和站址選擇好，將各個數據進行綜合，做一個詳盡的系統分析。

2.2 對井組進行優化設計

油氣田內部的集輸流程是根據油氣田的地質和地理條件決定的，不同的開發階段和不同的區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，并將各組油井所產出的原油在相應的集油站進行匯集處理，然后再統一外輸。分組的主要依據是油井所處的地理條件和附近的集油站的生產規模，采用最優化的分組方式能夠最大限度地節省投資。而目前大部分分組方式均為在集輸半徑的約束下進行分組，同時也是采取距離之和最短的原則來對井組進行劃分，并沒有考慮到集油站的規模問題。最優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系，從而將油井到集油站之間的費用減少到最小，之間的分布也趨于合理。

2.3 系統布局優化設計

原油集輸管網系統布局優化主要是根據到各個作業單位在進行管線布置時所設計的最合理、最優化的路徑圖，并據此組成一個加權簡單圖網絡模型。然后計算得出最小連接的理論和方法，并為此尋找一個加權簡單圖的最小樹作為原油集輸管網路線的基本構架[3]。要確定好各個作業單位的重要等級關系，并根據此關系來確定構架的組成設置，從而得到一個最優化的管線平面布置方案。

通過最優化設計的原油集輸管網系統，不僅能夠大幅度地降低建設投資，同時還能夠降低運輸的費用，油氣田企業在對原油集輸管網進行管理時也更加容易；不管是多么復雜的地形，或者是惡劣的氣候條件，最優化設計后的集輸管網都能夠應對。因此在進行原油網絡設計時，這種方法具有普遍應用的意義。

2.4 集中處理站的優化選址設計

集輸站是集輸管網系統的核心，因此集輸站地址的選擇就成了原油集輸管網的關鍵。集輸站所處的位置應當重點規劃，它對原油運輸路線的選擇和規劃有著十分重要的影響，而運輸路線的選擇和規劃也影響著運輸成本。在進行集輸站的選址時，可以將圖論中最短那條路線的矩陣算法應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，可使原油的總運輸距離大大縮短，從而將原油運輸的成本降到最低，大大增加油田企業的利潤。

3 集輸管網設計軟件開發

由于油氣田地面集輸管網的設計需要計算機技術的支持，因而在現階段我國的眾多專家都在研究相關的軟件技術[4]。雖然我國的油氣田地面集輸管網設計軟件的開發起步較晚，但其發展卻十分迅速。從20世紀90年代起到現在，油氣田地面集輸管網的軟件設計已經有了一個質的飛躍，通過數學模型和各種理論能夠將集輸管網全面模擬出來，并在電腦中形成一套最為合理的規劃設計方案，從而讓設計人員能夠方便地選擇最適合的方案作為集輸管網的最終方案。

集輸管網的軟件設計主要有以下兩個模塊：一是系統數據模塊。系統數據是整個地面集輸管網工程信息的基礎，整個系統數據決定了實際的項目建造基礎。二是系統模塊。而系統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，通過信息的收集和處理能夠將地面集輸管網的設計趨于合理，使得工作人員在使用軟件時更加容易地獲取各個方面的信息，從而在對集輸管網進行設計時能夠有針對性的進行調整。

4 結語

油氣田地面集輸管網設計是一項繁重、復雜的系統工程，在設計的過程中，要根據地面集輸管網的需要來決定地面集輸管網的路線設計，在確定油氣田位置的基礎上來選擇集輸管網的分布路線，其最終目標是降低地面集輸管網的長度。因此在進行分布路線的設計時要注意轉油站和各個油井之間的距離，并根據其中的分布特點來合理安排集輸管網的路線。

[1]李元鵬，簡朝明，宋江衛，等．油田地面集輸管網優化計算研究[J]．油氣儲運，2004（10）：17-19.

[2]張子波．油氣田地面集輸管網優化設計與軟件編制[D]．北京：中國石油大學，2011.

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

[4]郭和.長慶油氣田采油三廠地面集輸管網優化技術研究[D]．北京：中國石油大學，2007.

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.5.004