塔河油田六区集输系统优化布站.研究

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1、第一章绪论弟一草绪论1．1课题研究的目的和意义油田地面管网系统是由油气集输、注水、供水和采出水处理等管网分系统组成的一个十分复杂的多级流体网络系统，肩负着油井产出液的收集、处理、储存、转运、采出水处理和向油层注入介质(Tg、聚合物等)的艰巨任务，对于保证油田正常开发生产起着重要的作用。目前，该管网系统的规划方案主要是由人工凭经验进行，设计质量的好坏直接受设计者经验和工作状态的影响，根本无法得到严格意义上的最优设计。油田地面大型管网系统优化设计是一类复杂的大型混合优化问题，涉及离散拓扑优化、非线性参数优化、选址优化、

2、动态优化、多目标优化等。从计算复杂性角度分析，有些子问题属于NP类难题。目前对于这类问题的研究，大多数是对一个确定的网络提出各种优化方法。但由于问题的复杂性和难度，以往的研究只局限于单一系统，所采用的优化算法也只是近似解法，因此很容易形成设计和决策在局部是合理的，而在整体上没有达到最优，甚至出现不协调，致使油田正式投入开发后被迫进行不断地调整改造，这不仅影响油田的正常开发生产，同时也造成了人、财、物的巨大浪费。对于油田地面管网这样一个大系统，传统的优化理论与方法存在建模难、优化模型求解难或无法满足实际要求等问题。而

3、以模拟退火、人工神经元网络和进化算法为主的智能计算由于具有高度并行性、鲁棒性好、自适应自学习能力强等优点，在解决这类问题方面越来越发挥更重要的作用。近年来智能计算在构造大系统整体递阶优化模型【1】和解决油田多级站定位优化[2,3]I'1a-j题方面取得了一些研究成果，但由于该系统网络结构规模大，涉及的关系复杂，网络动态变化等特点，这些成果还很难应用于油田实际，有必要做进一步的研究。因此，根据实际问题需求建立数学模型，通过设计适当的算法实现油田地面管网系统的优化设计和动态设计，对于推动最优化技术在油田地面工程建设中的

4、应用，提高油田开发建设的经济效益具有重要的意义。1．2油(气)田地面管网综合优化技术研究概述以优化设计为代表的CAD技术，在我国油田建设设计中应用研究的迅猛发展是具有中国特色的研究成果。油田地面管网系统高度分散，管网基本上埋地敷设，系统工艺流程多变，造成难以研制出在国际上具有广泛适应能力的通用优化设计软件，市场狭窄，国外公司研制积极性不高。而在国内，由于系统工艺流程相对一致，设计程序、设计采用的规范和技术相同，因而研究成果具有较强的推广应用前景。近几十年来，随着计算机技术的不断发展，国内多所高等院校、研究机构与石油

5、企业合作，针对油田地面工程中的管网系统规划设计方案优化开展了大量研究，初步编制了一些油气集输网络优化设计【4】、天然气长输管道设计【5。、注水管网规划【6】等方面的优化设计软件。油田地面管网实质上是一个由点集和边集构成的网络系统【7】。对油气集输管网而言，点集主要包括油井、计量站、接转站、集中处理站等；边集是连接节点之间的集油管线和热水管线等。注水管网的点集包括注水井、配水间、注水站等；边集指的是连接注水节点之间的注水管线。西安石油大学硕士学位论文对地面管网进行规划设计的目的主要是确定点集中的某些节点(如计量站、接

6、转站、集中处理站、注水站等)的位置、各节点之间的连接关系以及连接弧的属性(如管径、壁厚等)，以实现油气集输、采出水处理和向油层注入介质的功能。规划设计的准则可以采用经济最优化准则，如最大利润、最小总费用、最低成本等，也可以采用技术最优化准则，如最大可靠性等。由此可见，油田地面管网的规划设计问题可以看作是求解满足某种特定功能的网络最优化问题。网络优化问题是一类广泛的实际优化问题，其涉及的范围很广，提法很多：目前对于该问题的研究大致可以分成两大类：一类是对于一个确定的网络提出各种优化问题，如最短路径问题、最短旅行商问题

7、、最优生成树问题、网络最大流问题、最小费用流问题等；另一类是求满足某种要求的最优网络，如城市供水管网和排水管网的优化设计、油气集输管网、注水管网、天然气管网系统的优化设计等。对于第二类问题，目前常用的策略是采用分级优化方法，根据设计阶段不同将问题划分为几个子问题分别进行求解。文献[8-10】以油田地面建设投资和生产运营费用之和最小为目标进行原油集输系统的规划设计，根据设计阶段不同将优化过程划分为三个层次：(1)系统优化，主要是确定各级站的规模和站数；(2)布局优化，以管线长度最小为目标优选井站之间的隶属关系和站址；

8、(3)工艺优化，优选各类管线规格和生产工艺参数。文献【ll】将原油集输管网的优化设计分解成井号集合最优划分、计量站站址优化、集输管网布局优化和参数优化四个子问题分别进行分析和研究。文献【12】研究了海底油气集输管网的优化设计问题，以管网投资最小为目标函数，管网可靠度指标等为约束条件建立了海底油气集输管网的0．1规划数学模型，运用图论和网络理论，将该优化问题转