油气田地面集输管网的优化设计

刘光金 重庆水利电力职业技术学院

油气田地面集输管网的优化设计

刘光金 重庆水利电力职业技术学院

油气田地面集输管网系统的优化是在确定中转站和油井的位置后选择一个最为合理的拓扑结构来规划集输管网。因而在对集输管网进行优化设计时，一定要选择最好的数学模型进行参数模拟，并选择好管网位置和站址，将各个数据进行综合，做一个详尽的系统分析。油气田地面集输管网的设计软件包括系统数据模块和系统模块，而系统模块又可以划分为众多的小模块，这些模块主要功能是收集和处理信息。要根据地面集输管网的需要来决定地面集输管网的路线设计，在确定油气田位置的基础上来选择集输管网的分布路线，其最终目标是降低地面集输管网的长度。

油气田；地面集输管网；优化研究；软件开发

在选择集输管网路线时，必须考虑到所选择的路线能够保证生产的连续和企业系统运行的稳定，这样才能实现企业效益的最大化。因此，原油集输管网系统的规划设计对提高油气田企业的经济效益起着十分重要的作用，它不仅能够有效地控制油气田企业的运输管网路线，同时还能够大幅度地降低原油运输的成本，提高油气田企业的经济效益。

1 集输流程设计原则

油气田集输的流程并不是一成不变的，流程设计的影响因素主要有以下几点：①油气田内蕴含的各种物质的性质差异；②地理条件对其造成的制约；③企业采用的运营方式和经济利用价值[1]。这几个因素对于油气田集输方案有着很大的影响。企业在选择油气田集输流程时，会通过各方面的对比来采用一种相对来说性价比较高的流程。

在集输流程设计中，应尽量保证集输过程的全封闭，这样才能够尽可能地避免损耗。首先，应最大限度的将油气田产出的油气田资源收集完全，并将油气田资源在尽可能减少损耗的情况下转化加工成符合标准的原油、天然气等相关的产品。其次，在进行资源输送时，充分利用油气田矿井中的压力，将之转化成可控制系统内部的运作压力，从而扩大输出半径，并减少中转环节，以减少油气损耗。第三，将系统中的热量合理地利用起来，并将之运用到对整个油气田集输流程的温度控制中，从而做好整体的保温控制，并减少运输过程中的热能损耗。最后，在相同的限制条件下，应该选择最为合适的工艺以及操作简便的系统来进行油气集输，这样才能够最大限度地提高整体输送效率。

2 集输管网优化设计方案

油气田集输管网系统主要由油井、中间站、管道以及各种油库构成，集输管网的设计要参考油气田的生产工艺，以此来决定转油站的规模和数量，因而油气田生产所采用的工艺是否合理、高效十分重要。

油气田地面集输管网优化设计是一项十分复杂的问题，它涉及了众多的领域，需要计算机技术、经济模型和数学理论等众多学科的支持。主要包括以下一些内容[2]：一是要确定油气田地面集输管网的实际拓扑结构，也就是选择树状管网还是选择环状管网；二是要运用合理的数学模型，设置一个合理的约束条件；三是要确定一个合理的目标函数，并确定一个优化设计的具体方案；四是要采用一个最优化的数学模型对其进行求解，并算出最优值，从而确定一个最优化的设计方案；五是要对所解算出来的模型结果进行验证，并根据验证的结果来决定是否改进计算方法和数学模型。

2.1 利用最优化理论规划地面集输管网

油气田地面集输管网系统能够连接油库、功能站和工艺管道，并对伴生气和原油进行运输。在对其进行开发设计时，要确定各个油气田井的气体组成、相应的产量和压力。在进行地面建设规划时，可以做一个综合评定，这个评定应当将油井和油站的连接方式、转油站的大小以及计量站的规模都包括进去，这样可使油气田地面集输管网的整体布局更加合理并趋于规范化。

油气田地面集输管网系统的优化是在确定中转站和油井的位置后选择一个最为合理的拓扑结构来规划集输管网。因而在对集输管网进行优化设计时，一定要选择最好的数学模型进行参数模拟，管网位置和站址选择好，将各个数据进行综合，做一个详尽的系统分析。

2.2 对井组进行优化设计

油气田内部的集输流程是根据油气田的地质和地理条件决定的，不同的开发阶段和不同的区块需要采用不同的集输流程，集输流程又可以分成单井集输流程和多井集输流程。对于那些有着较大面积且有众多油井的油气田，可以将其划分成多组，并将各组油井所产出的原油在相应的集油站进行汇集处理，然后再统一外输。分组的主要依据是油井所处的地理条件和附近的集油站的生产规模，采用最优化的分组方式能够最大限度地节省投资。而目前大部分分组方式均为在集输半径的约束下进行分组，同时也是采取距离之和最短的原则来对井组进行划分，并没有考虑到集油站的规模问题。最优化分组的目的就是为了确定井组合集油站之间的最佳划分关系，从而将油井到集油站之间的费用减少到最小，之间的分布也趋于合理。

2.3 系统布局优化设计

原油集输管网系统布局优化主要是根据到各个作业单位在进行管线布置时所设计的最合理、最优化的路径图，并据此组成一个加权简单图网络模型。然后计算得出最小连接的理论和方法，并为此寻找一个加权简单图的最小树作为原油集输管网路线的基本构架[3]。要确定好各个作业单位的重要等级关系，并根据此关系来确定构架的组成设置，从而得到一个最优化的管线平面布置方案。

通过最优化设计的原油集输管网系统，不仅能够大幅度地降低建设投资，同时还能够降低运输的费用，油气田企业在对原油集输管网进行管理时也更加容易；不管是多么复杂的地形，或者是恶劣的气候条件，最优化设计后的集输管网都能够应对。因此在进行原油网络设计时，这种方法具有普遍应用的意义。

2.4 集中处理站的优化选址设计

集输站是集输管网系统的核心，因此集输站地址的选择就成了原油集输管网的关键。集输站所处的位置应当重点规划，它对原油运输路线的选择和规划有着十分重要的影响，而运输路线的选择和规划也影响着运输成本。在进行集输站的选址时，可以将图论中最短那条路线的矩阵算法应用到石油集输站的选址上，这样能够获得最为合理的集输站地址位置，可使原油的总运输距离大大缩短，从而将原油运输的成本降到最低，大大增加油田企业的利润。

3 集输管网设计软件开发

由于油气田地面集输管网的设计需要计算机技术的支持，因而在现阶段我国的众多专家都在研究相关的软件技术[4]。虽然我国的油气田地面集输管网设计软件的开发起步较晚，但其发展却十分迅速。从20世纪90年代起到现在，油气田地面集输管网的软件设计已经有了一个质的飞跃，通过数学模型和各种理论能够将集输管网全面模拟出来，并在电脑中形成一套最为合理的规划设计方案，从而让设计人员能够方便地选择最适合的方案作为集输管网的最终方案。

集输管网的软件设计主要有以下两个模块：一是系统数据模块。系统数据是整个地面集输管网工程信息的基础，整个系统数据决定了实际的项目建造基础。二是系统模块。而系统模块又可以划分为众多的小模块，这些模块主要功能是收集和处理信息，通过信息的收集和处理能够将地面集输管网的设计趋于合理，使得工作人员在使用软件时更加容易地获取各个方面的信息，从而在对集输管网进行设计时能够有针对性的进行调整。

4 结语

油气田地面集输管网设计是一项繁重、复杂的系统工程，在设计的过程中，要根据地面集输管网的需要来决定地面集输管网的路线设计，在确定油气田位置的基础上来选择集输管网的分布路线，其最终目标是降低地面集输管网的长度。因此在进行分布路线的设计时要注意转油站和各个油井之间的距离，并根据其中的分布特点来合理安排集输管网的路线。

[1]李元鹏，简朝明，宋江卫，等．油田地面集输管网优化计算研究[J]．油气储运，2004（10）：17-19.

[2]张子波．油气田地面集输管网优化设计与软件编制[D]．北京：中国石油大学，2011.

[3]李天祥，罗佳，赵强，等．冀东油田天然气集输管网系统的优化[J]．油气田地面工程，2011，30（5）：46-47.

[4]郭和.长庆油气田采油三厂地面集输管网优化技术研究[D]．北京：中国石油大学，2007.

（栏目主持杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.5.004