应用网络层次分析法优选高含硫气田潜能方案

梁 平 胡连兴 陶家明 陈艺为 付显朝 宋冬寒 李梦莹 段枷亦

（1.重庆科技学院石油工程学院，重庆 401331；2.中国石油大学（北京）石油工程学院，北京 102249）

0 引言

近年来，中国石油西南油气田公司（以下简称“公司”）川东老气区随着石炭系等低含硫气田产量进入衰减期，新获高含硫气井增多，高含硫天然气产量比重增加。目前老气区原料气管网和沿线站场出现不适应现状、下游净化厂总硫超标的情况，导致部分高含硫气井关井，下游净化厂无法处理高含硫原料气处于停产状态。针对上述情形，对川东老气区高含硫气田潜在产能发挥方案进行优选，以提高高含硫气田的产量，促进下游净化厂能长期满负荷运行，增加经济效益。

1 高含硫气田潜在产能发挥方案

1.1 运行现状

公司川东老气区某区块高含硫气田未完全发挥潜在产能，预计为125×104m3／d，气藏原料气H2S含量高达93 g／m3、CO2含量达89 g／m3。目前该区块周边有A、B、C、D 4座净化厂，具体运行参数见表1。

该区块集气干线上有A1和A2两座脱水站，主要将该区块的湿原料气脱水后输入集气干线。该区块至A1脱水站之间的集气干线（A线）和A1至A2脱水站之间的集气干线（B线）在2016年经过改造，符合高含硫化氢地面集输系统的相关标准。地面集输系统管网示意图见图1。

表1 各净化厂运行参数表

图1 某区块地面集输系统管网示意图

1.2 高含硫气田潜能发挥方案

依据目前该区块高含硫气田及地面集输系统的运行现状，在保证安全运行的前提下，为了使川东老气区高含硫气田产能得到最大程度发挥，提出3个高含硫气田潜在产能发挥方案。

1）方案一：A净化厂改扩建方案。A净化厂位于该区块附近且主要处理高含硫原料气，因此提出依托A净化厂原有厂址，改扩建原有的脱硫、硫磺回收装置，将其处理量增至300×104m3／d，并增设尾气处理装置，通过改造使其处理该区块的高含硫原料气。

2）方案二：井口撬装装置脱硫方案。在高含硫气井井口采用撬装化装置，选用醇胺脱硫+LO-CAT技术对高含硫原料气进行处理，实现脱硫、尾气处理一体化，在很大程度上减少了征地面积并缩短了建造时间，根据开发时间实现滚动开发，撬装设备方便搬运及安装，目前一套井口脱硫撬装装置最大可实现的处理量为36×104m3／d。

3）方案三：依托A2脱水站新建脱硫装置。根据集输管网分布以及输送情况，现有净化厂中只有B、C、D净化厂可依托发挥高含硫气田的潜在产能。A线和B线集气干线按照高含硫气田地面集输系统相关标准于2016年进行了改线，因此提出在不改变现有集输管网的情况下依托A2脱水站新建一套脱硫净化装置，将高含硫原料气处理成中低含硫原料气后输送至B、C、D净化厂处理，在减轻管道输送酸气负荷的同时又发挥了部分高含硫气田的潜能。

2 网络层次分析法方案优选

层次分析法（AHP）将复杂系统的决策思维进行层次化，再将优选过程中的定量和定性因素综合起来分析，处理问题简单有效，能快速求解；适用于处理同一层次中任意两个元素之间不存在从属和支配的关系，且层次内部独立；不相邻的两个层次中的任意两个元素也不存在支配关系的问题。但在大多数实际问题中，决策问题的元素集之间相互影响，存在内部和外部依赖性。对于这类问题，应用ANP更符合工程实际情况。ANP是新的科学决策方法，主要针对影响元素之间具有依赖性和反馈性的决策问题［1］，但ANP计算过程非常繁琐且计算量大。随着美国Expert Choice公司开发出超级决策软件Super Decisions（SD），大大简化了矩阵求解过程。利用ANP对高含硫气田潜能发挥方案进行优选，从而使得川东老气区高含硫气田潜在产能得到最大程度发挥。

ANP先将组内和组与组之间元素进行两两比较并建立判断矩阵，计算判断矩阵的权重；再按顺序构造出初始超矩阵［2］，具体计算流程见图2。

图2 ANP计算流程图

2.1 构建潜能发挥方案优选模型

影响高含硫气田潜能发挥方案优选的因素众多，而且在其之间还有相互影响的关系。ANP较AHP更符合实际工程情况，更具灵活性且更为合理，故采用ANP。ANP的网络结构中控制层有3个元素：方案效益B、方案成本C及其他因素R，其中每个控制层元素下对应3个元素集。除了首个元素集下有两个元素，其余两个元素集都包含3个元素。ANP评价体系结构见图3。

图3 ANP评价体系结构图

2.2 建立各因素下的方案判断矩阵并计算权重

骆正清等学者在早期研究标度法，认为三标度法和九标度法两个方法均能保序，但后者精度更高［3］，故采用美国匹茨堡大学萨蒂教授推荐的九标度法［4］。在3个控制系统中，每次只对各元素集中两个因素进行两两比较，建立判断矩阵，再根据特征根法求得排序向量且检验一致性（CR＜0.1，即满足一致性检验），最终得到各因素下在3个高含硫气田潜能发挥方案的权重。

超级决策软件SD大大简化了矩阵求解过程，方案优选中所有计算过程均由SD来完成，首先按照图3建立该方案ANP评价体系结构图，具体见图4。

图4 SD软件搭建ANP评价体系结构图

2.3 计算极限超矩阵

超矩阵的建立原理是将所有元素集的组内和组与组之间的元素两两依次进行比较，得到各元素互相影响的排序向量所构成的未加权超矩阵（表2）［5］。为了简化计算，将超矩阵的每一列归一化得到加权矩阵，加权矩阵和未加权超矩阵的乘积即为加权超矩阵（表3），最后计算得出极限超矩阵［6］（表4）。

2.4 合成排序结果

3个方案运用ANP进行优选，由SD软件运行结果可知，方案三优于方案一，方案一优于方案二，即方案三（依托A2脱水站新建脱硫装置）为最优方案，计算结果与现场实际推荐方案完全一致。

表2 未加权超矩阵表

表3 加权超矩阵表

表4 极限超矩阵表

3 结论

1）基于ANP构建高含硫气田潜能发挥方案优选模型，综合考虑8个评价指标，对3个方案进行综合优选。由于方案三（依托A2脱水站新建脱硫装置）综合权重为0.381，所占权重最大，故为最优方案。

2）通过对川东老气区高含硫气田潜能发挥方案的优选，针对评价指标相互影响的情况，表明ANP是切实可行的。

3）在建立判断矩阵上，ANP的研究不及AHP成熟，为提高ANP的科学性，建议ANP可参考AHP相关方法，形成合理的建立判断矩阵的方法。