油田地面集輸管網(wǎng)優(yōu)化的發(fā)展探討

趙萌(大慶油田第六采油廠(chǎng)第二油礦，黑龍江 大慶 163000)

0 引言

油田地面集輸管網(wǎng)是油田集輸系統(tǒng)的重要組成部分，是油田企業(yè)進(jìn)行原油、天然氣等能源輸送的重要傳輸通道，貫穿著油田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的油氣收集、處理以及存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)我國(guó)的油田開(kāi)發(fā)有著極其重要的影響。同時(shí)油田地面集輸管網(wǎng)在油田企業(yè)建設(shè)中占據(jù)較大的投資比例，按照我國(guó)目前建成的石油企業(yè)，油田地面集輸管網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用約占地面建設(shè)工程費(fèi)用的60%～70%，投資金額巨大。另外我國(guó)目前的油田在經(jīng)過(guò)多年得開(kāi)發(fā)后含水率相對(duì)較高，現(xiàn)有集輸系統(tǒng)也需要進(jìn)行必要的優(yōu)化。因此，對(duì)于油田地面集輸管網(wǎng)的優(yōu)化對(duì)于油田企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益都有著極為重要的實(shí)際意義。

1 油田地面集輸管網(wǎng)概述

油田地面集輸管網(wǎng)是油田集輸系統(tǒng)的重要組成部分，是石油開(kāi)采過(guò)程中原油及天然氣等從礦井到用戶(hù)的主要傳輸通道，并使油田企業(yè)的開(kāi)采油井、油庫(kù)、中間功能站和各類(lèi)工藝管道可以有效結(jié)合。從功能上而言，油田地面集輸管網(wǎng)共有兩部分的主要功能，即原油及天然氣的收集和運(yùn)輸。按照油田集輸管網(wǎng)的密閉程度，油田的地面集輸管網(wǎng)可分為開(kāi)放式集輸管網(wǎng)和密閉式集輸管網(wǎng)；按照集輸管網(wǎng)是否需要加熱又可分為加熱式集輸管網(wǎng)和伴熱式集輸管網(wǎng)；按照連接油井的管路數(shù)量，又可分為單管式集輸管網(wǎng)、雙管式集輸管網(wǎng)和三管式集輸管網(wǎng)；按照地面集輸管網(wǎng)的形態(tài)又可分為樹(shù)枝狀集輸管網(wǎng)、環(huán)裝集輸管網(wǎng)、輻射狀集輸管網(wǎng)及多井串聯(lián)式集輸管網(wǎng)等。油田企業(yè)在建設(shè)地面集輸管網(wǎng)時(shí)，需要根據(jù)油田開(kāi)采規(guī)模、油井?dāng)?shù)量以及中轉(zhuǎn)站和處理系統(tǒng)的設(shè)置狀況統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計(jì)具體的管網(wǎng)形式，在我國(guó)油田的具體建設(shè)中，大多數(shù)都是多種形式進(jìn)行綜合應(yīng)用以滿(mǎn)足實(shí)際運(yùn)行需求。

2 油田地面集輸管網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀分析

我國(guó)的油田行業(yè)經(jīng)過(guò)幾十年的不斷發(fā)展，目前已經(jīng)取得了較好的成就，為推動(dòng)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)，然而我國(guó)的工業(yè)化發(fā)展時(shí)間較短，很多技術(shù)還不是很成熟，在油田行業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，不可避免的存在著較多的問(wèn)題，這也導(dǎo)致目前我國(guó)的油田企業(yè)生產(chǎn)效率不高，對(duì)于目前我國(guó)的油田地面技術(shù)管網(wǎng)系統(tǒng)目前仍然存在著較多的問(wèn)題，這也就需要我國(guó)的油田企業(yè)必須通過(guò)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)不斷優(yōu)化現(xiàn)有的地面管網(wǎng)系統(tǒng)，從而促進(jìn)油田行業(yè)的不斷向前發(fā)展。

2.1 油田地面集輸管網(wǎng)規(guī)劃方案不夠合理

油田地面集輸管網(wǎng)建設(shè)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要經(jīng)過(guò)多方面的理論計(jì)算，并結(jié)合油田企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際情況綜合考慮從而得出最優(yōu)的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案。目前的油田地面集輸管網(wǎng)在整體布局、管路系統(tǒng)方案選擇、材料的管徑以及材質(zhì)選擇等方面都還有較大的缺陷，從而造成目前的地面集輸管網(wǎng)能耗較高，生產(chǎn)效率相對(duì)低下，地面集輸管網(wǎng)的腐蝕現(xiàn)象普遍等多種實(shí)際情況，直接影響著油田企業(yè)的安全生產(chǎn)運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 油田地面集輸管網(wǎng)的布局不合理

油田地面集輸管網(wǎng)是連接油井、中間處理站以及各種油庫(kù)等功能區(qū)域的原油天然氣傳輸通道，因此，油田企業(yè)的生產(chǎn)布局直接決定了油田地面集輸管網(wǎng)的敷設(shè)路徑和管網(wǎng)類(lèi)型，從而影響著整個(gè)油田地面集輸系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)行穩(wěn)定性。我國(guó)的油田企業(yè)建設(shè)初期，相關(guān)的理論技術(shù)和探測(cè)設(shè)備等不夠先進(jìn)，從而導(dǎo)致油田地面集輸管網(wǎng)的布局不很合理，其運(yùn)行效率也相對(duì)低下。

2.3 集中處理站的選址不夠優(yōu)化

油田地面集輸系統(tǒng)中的集中處理站是影響油田地面集輸管網(wǎng)布置的關(guān)鍵組成部分，直接決定著油氣的運(yùn)輸距離。集中處理站選擇的科學(xué)合理，可以有效減少油氣運(yùn)輸距離，不但在油氣集輸管網(wǎng)建設(shè)材料上能夠節(jié)約成本，同時(shí)在后期的生產(chǎn)運(yùn)行中因?yàn)檫\(yùn)輸距離較短，油氣運(yùn)輸所消耗的各種能源也相對(duì)較少，不但可以降低國(guó)家的能源損耗，同時(shí)油田企業(yè)的生產(chǎn)建設(shè)成本也將大幅下降。

3 油田地面集輸管網(wǎng)優(yōu)化的重要意義

石油是是我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)建設(shè)的主要能源，也是衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r的重要指標(biāo)，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展有著極其重要的作用。作為油氣輸送的主要途徑，油田地面集輸管網(wǎng)的正常運(yùn)行是影響整個(gè)油田企業(yè)生產(chǎn)的重要因素，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有集輸管網(wǎng)的優(yōu)化，不但可以有效減少油氣技術(shù)過(guò)程中的能源浪費(fèi)，提高油氣運(yùn)輸?shù)男剩瑥亩档推髽I(yè)的生產(chǎn)成本。同時(shí)，通過(guò)對(duì)油田地面集輸管網(wǎng)的進(jìn)一步優(yōu)化，可以減少集輸管網(wǎng)系統(tǒng)的安全隱患，降低企業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)，從而保障國(guó)家和人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。另外，油田地面集輸管網(wǎng)的建設(shè)成本較高，部分油田企業(yè)對(duì)于地面集輸管網(wǎng)的投資占到油田企業(yè)建設(shè)投資總費(fèi)用的40%，而通過(guò)對(duì)油田地面集輸管網(wǎng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化和合理布局，選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，可以大幅減少生產(chǎn)材料成本和建設(shè)工程成本，提高油田企業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益，從而更好推動(dòng)我國(guó)油田產(chǎn)業(yè)的不斷向前發(fā)展。

4 油田地面集輸管網(wǎng)的優(yōu)化方案及優(yōu)化技術(shù)

4.1 油田地面集輸管網(wǎng)的優(yōu)化方案

從油田地面集輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)情況來(lái)看，系統(tǒng)中的油井、中間處理站以及集輸管道和各類(lèi)油庫(kù)緊密結(jié)合并形成整體的地面集輸系統(tǒng)，在進(jìn)行油田地面集輸管網(wǎng)優(yōu)化的過(guò)程中要結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際情況，根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)能力、油井特點(diǎn)以及自身的設(shè)備設(shè)施狀況、生產(chǎn)流水線(xiàn)布置及生產(chǎn)工藝等綜合考慮轉(zhuǎn)油站的建設(shè)規(guī)模和數(shù)量，同時(shí)優(yōu)化企業(yè)的生產(chǎn)工藝流程，從而使油田地面技術(shù)管網(wǎng)的優(yōu)化可以達(dá)到理想的效果。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，對(duì)油田地面集輸管網(wǎng)的優(yōu)化技術(shù)手段也越來(lái)越豐富，在具體的優(yōu)化過(guò)程中，因?yàn)橛吞锏孛婕夹g(shù)管網(wǎng)涉及范圍較廣，常常會(huì)使用到數(shù)學(xué)計(jì)算理論、建模理論，并使用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，油田地面集輸管網(wǎng)的優(yōu)化主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：一是結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)優(yōu)化油田地面技術(shù)管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，在現(xiàn)代的油田企業(yè)中，常常選用樹(shù)枝狀集輸管網(wǎng)和環(huán)裝集輸管網(wǎng)類(lèi)型，在實(shí)際的優(yōu)化過(guò)程中按照實(shí)際情況綜合考慮并選擇最佳的管網(wǎng)形式；二是設(shè)定合理的約束條件科學(xué)建立合理的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)建立的模型進(jìn)行分析；三是運(yùn)用數(shù)學(xué)理論計(jì)算出合理的目標(biāo)函數(shù)值并以此進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的制定；四是使用最優(yōu)化理論對(duì)建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解得出各項(xiàng)參數(shù)的最優(yōu)值，結(jié)合計(jì)算的最優(yōu)值結(jié)果確定最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案；五是不斷地進(jìn)行最優(yōu)化驗(yàn)證，對(duì)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型結(jié)果驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行分析，根據(jù)實(shí)際情況確定建立的模型和計(jì)算方法等是否需要進(jìn)一步優(yōu)化。

4.2 油田地面集輸管網(wǎng)的優(yōu)化技術(shù)

在油田地面集輸管網(wǎng)的優(yōu)化中，需要運(yùn)用最優(yōu)化理論，在油田井組選擇、系統(tǒng)布局以及集中處理站選址等多個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到油田地面集輸管網(wǎng)的整體優(yōu)化目的。

4.2.1 最優(yōu)化理論運(yùn)用

油田地面集輸網(wǎng)管是油田企業(yè)地面建設(shè)工程的重要組成部分，是連接油井、功能處理站以及各類(lèi)工藝管道和油庫(kù)并進(jìn)行原油和天然氣等能源輸送的通道，在進(jìn)行油田地面集輸管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)，需要進(jìn)行輸送原油及天然氣的組成成份、油田生產(chǎn)產(chǎn)量、傳輸壓力等相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，并作為集輸管網(wǎng)優(yōu)化的主要參考依據(jù)。在進(jìn)行集輸管網(wǎng)的優(yōu)化過(guò)程中，需要綜合性考慮相關(guān)約束條件，科學(xué)合理制定相關(guān)優(yōu)化方案并對(duì)制定的優(yōu)化方案進(jìn)行評(píng)定，根據(jù)評(píng)定的最后結(jié)果進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。對(duì)于優(yōu)化方案中的約束條件，通常需要考慮以下方面：一是油井和油站連接的主要管網(wǎng)方式；二是轉(zhuǎn)油站的數(shù)量規(guī)模；三是計(jì)量站的建設(shè)規(guī)模。通過(guò)對(duì)以上約束條件進(jìn)行綜合性的考慮，確保油田地面集輸管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)更加合理和規(guī)范，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的集輸管網(wǎng)運(yùn)行正常高效。在具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先選擇最佳的中轉(zhuǎn)站和油井位置，中轉(zhuǎn)站和油井位置確定后結(jié)合實(shí)際情況選擇合理的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行油田地面技術(shù)管網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)。

4.2.2 井組優(yōu)化設(shè)計(jì)

在進(jìn)行油田地面集輸管網(wǎng)優(yōu)化的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要綜合考慮油田所在的地理環(huán)境和位置條件，另外油田的開(kāi)發(fā)階段不同、所處的區(qū)塊不用，所選用的集輸流程也會(huì)有所不同。對(duì)于油田的集輸流程主要有單井模式和多井模式兩種，在對(duì)井組優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于面積較大油井較多的大規(guī)模油田，需要依據(jù)油井集中區(qū)域的地理環(huán)境情況和油集站規(guī)模進(jìn)行井組優(yōu)化。采用集中處理的方式將多個(gè)油井產(chǎn)出的原油進(jìn)行集中，從而降低油田企業(yè)的建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)成本，使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益最大化。但目前對(duì)于油田地面集輸管網(wǎng)優(yōu)化過(guò)程中，對(duì)于油井分組主要以集輸半徑為約束條件，簡(jiǎn)單的以距離最短為分組依據(jù)而忽視了集油站規(guī)模對(duì)地面集輸管網(wǎng)的影響。

4.2.3 系統(tǒng)布局優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)于油田地面集輸管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其主要是對(duì)于管網(wǎng)系統(tǒng)中的各作業(yè)單元進(jìn)行管線(xiàn)的合理布局并將各作業(yè)單元與集輸管路形成統(tǒng)一整體建立相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)模型，通過(guò)對(duì)模型中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的計(jì)算得出經(jīng)濟(jì)效益最大的規(guī)劃理論和方法，然后規(guī)劃設(shè)計(jì)油田地面集輸管網(wǎng)的基本設(shè)計(jì)框架?；驹O(shè)計(jì)框架確定根據(jù)不同作業(yè)單元的重要等級(jí)進(jìn)行地面集輸管網(wǎng)的系統(tǒng)布局，從而使整個(gè)集輸系統(tǒng)的布局最優(yōu)。通過(guò)地面集輸管網(wǎng)系統(tǒng)布局的的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，不但大幅減少相關(guān)建設(shè)費(fèi)用，同時(shí)對(duì)于建成后的運(yùn)行也有一定的保障，對(duì)惡劣氣候及復(fù)雜地形的抗性更強(qiáng)，從而保證油田地面集輸系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。

4.2.4 集輸站選址的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在油田地面集輸系統(tǒng)中，集輸站的選址對(duì)于原油傳輸線(xiàn)路方式的選擇和線(xiàn)路規(guī)劃都有極其重要的影響，直接決定著油田地面集輸管網(wǎng)的距離，從而影響整個(gè)建設(shè)工程的建設(shè)成本和后期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。在進(jìn)行集輸站選址的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要充分利用最短線(xiàn)路法、定量選址法進(jìn)行集輸站的選址設(shè)計(jì)，并對(duì)不同的選址進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)比較，同時(shí)在集輸站選址設(shè)計(jì)中，需要結(jié)合油田企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模和油井特點(diǎn)等綜合考慮，從而保證集輸站選址的科學(xué)合理，使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益最大化。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于我國(guó)的油田企業(yè)，通過(guò)對(duì)油田地面集輸管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化可以大幅減少企業(yè)的建設(shè)和生產(chǎn)費(fèi)用，提高油田集輸?shù)倪\(yùn)行效率，從而增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。但我國(guó)的油田集輸管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)仍然不夠先進(jìn)，尚處于發(fā)展階段，需要相關(guān)人員進(jìn)一步探討相關(guān)技術(shù)，加大研發(fā)力度，從而促進(jìn)我國(guó)油田行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。