氣田地面集輸管網(wǎng)運行優(yōu)化及其應(yīng)用研究

韓斌

摘 要：我國很多氣田地面集輸管網(wǎng)已經(jīng)應(yīng)用了很久，在承受能力方面有所下降，對集輸管網(wǎng)的正常運行造成了很大的影響。所以人們應(yīng)該重視氣田地面集輸管網(wǎng)運行的優(yōu)化，找出需要維修或者維護的地方，進行相應(yīng)的處理，這樣才能夠減少氣田地面集輸管網(wǎng)的安全隱患，更好的為人們服務(wù)。我國對于集輸管網(wǎng)的研究還處于初級階段，相對于一些發(fā)達國家來說還有很多的不足之處，人們應(yīng)該對氣田地面集輸管網(wǎng)的重要性有一個清楚的認識，確保集輸管網(wǎng)安全有效的運行。本文主要闡述了氣田地面集輸管網(wǎng)運行優(yōu)化及其應(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞：氣田地面;集輸管網(wǎng);運行優(yōu)化;應(yīng)用研究

在對氣田地面集輸管網(wǎng)的運行研究中，初步探索了一種頁巖氣井場布站過程中集輸參數(shù)的確定，建立了基于二維平面的星枝狀管網(wǎng)分級優(yōu)化模型，采用K-medoids中心點聚類法進行井組劃分，完成集氣站位置優(yōu)化。根據(jù)研究表明，集輸管網(wǎng)的運行優(yōu)化模型以及采用的優(yōu)化算法在現(xiàn)實中集輸管網(wǎng)的運行中是可行的。這種集輸管網(wǎng)的優(yōu)化方案可以用于日常運營，還可以為集輸管網(wǎng)未來的發(fā)展提供一個可靠的發(fā)展方向。

1 氣田集輸管網(wǎng)工業(yè)及其特點

通過多年來的不斷摸索研究，我國已經(jīng)形成了一套較成熟的適合自身實際情況的集輸工藝技術(shù)。我國的技術(shù)工藝流程相對來說比較復(fù)雜，就目前南川頁巖氣田來說，井口套管產(chǎn)出頁巖氣經(jīng)過油嘴節(jié)流后會進入各對應(yīng)集氣場站進行脫水分離、增壓等初步處理，然后通過一定的壓力將其輸送到脫水站進行集中脫水、調(diào)壓，最后通過外輸管線將其運送到中央處理廠站進行集中處理后外輸。頁巖氣往往分布在盆地內(nèi)厚度較大、分布廣的頁巖烴源巖地層中。較常規(guī)天然氣相比，頁巖氣開發(fā)具有開采壽命長和生產(chǎn)周期長的優(yōu)點，大部分產(chǎn)氣頁巖分布范圍廣、厚度大，且普遍含氣，這使得頁巖氣井能夠長期地以穩(wěn)定的速率產(chǎn)氣。在此背景下，氣田集輸管網(wǎng)建設(shè)工作顯得尤為重要，需要投入的人力資源和物力資源都非常大，承擔的風險也很高，所以人們需要對這方面的工作充分重視起來。

2 集輸管網(wǎng)適應(yīng)性分析

氣田集輸管網(wǎng)的布局系統(tǒng)相對于其他系統(tǒng)來說是十分復(fù)雜的，在布置位置和布置方式方面都有很多的要求。氣田集輸管網(wǎng)的運行收到了很多因素的影響，一些小的因素都可能會影響氣田集輸管網(wǎng)的正常運行。在實際工作中，氣田集輸管網(wǎng)的類型有很多種，針對于不同的的環(huán)境，氣田集輸管網(wǎng)需要應(yīng)用不同的類型，但是所有的氣田集輸管網(wǎng)都有共同點，都是由兩個或者兩個以上的管網(wǎng)形式組合在一起的。主要有環(huán)形管網(wǎng)和枝狀管網(wǎng)兩種形式。

環(huán)形管網(wǎng)指的是環(huán)形的集氣干線，將采集干線裝入到集氣干線中來，然后尋找合適的位置引出集氣干線，將集氣干線與外輸線連接。這樣一來，環(huán)形集氣干線的壓力比較小，氣壓的調(diào)節(jié)相對來說比較方便，運行會更好，不容易出現(xiàn)問題，所以環(huán)形管網(wǎng)是人們應(yīng)用很多的一種方式。其次是枝狀干線，在集氣干線中貫穿，分布在集氣干線兩側(cè)，然后利用集氣干線輸送到處理站。這種環(huán)形管網(wǎng)減少了很多人力資源和經(jīng)濟資源的消耗，所以這種方法在日后的生產(chǎn)中被逐漸推廣開來。在未來，這種方法也會得到廣泛的應(yīng)用，會為我國的集氣管網(wǎng)運輸做出很大的貢獻。

3 集氣管網(wǎng)優(yōu)化的具體方法

在我國現(xiàn)階段來說，集氣管網(wǎng)必須要得到優(yōu)化，只有優(yōu)化集氣管網(wǎng)，我國的集氣管網(wǎng)才能夠在未來發(fā)展的越來越好。優(yōu)化集氣管網(wǎng)的目標就是將費用達到最優(yōu)化，將人力資源做到最節(jié)省，這樣我國的集氣管網(wǎng)才能夠?qū)崿F(xiàn)真正的意義。其次，我國的集氣管網(wǎng)在現(xiàn)階段還存在著一些的問題，這些問題被相關(guān)部門的有關(guān)人員忽視了，這是我國集氣管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化的瓶頸，只有解決這些問題，我國的集氣管網(wǎng)才能夠做到真正的優(yōu)化，所以相關(guān)部門的有關(guān)人員必須要重視起來。

3.1 參數(shù)優(yōu)化

參數(shù)優(yōu)化有兩種方法，包括壓力等級優(yōu)化和采技術(shù)管道管徑優(yōu)化，第一種方法指的是在增壓線、中央處理廠等方面進行優(yōu)化和升級，因為這些地方的優(yōu)化和升級能夠?qū)⒓瘹夤芫W(wǎng)帶上一個臺階，人們在現(xiàn)實生活中也將重心放在了這個方面，在目前為止已經(jīng)取得了很好的成績，還需要更多的人加入到壓力等級優(yōu)化系統(tǒng)中來，人們才能夠?qū)⒐ぷ髯龅母?。第二種是集氣管道管徑優(yōu)化，集氣管道的類型是非常多的，每個管道系統(tǒng)中的集氣管道類型都有或多或少的差別，人們應(yīng)該對這些差別重視起來，針對每一種不同的管道類別采用不同的優(yōu)化方式，在實際生活中應(yīng)該用平衡法對集氣管網(wǎng)進行優(yōu)化和升級。

3.2 布局優(yōu)化

圖1? ?星-枝狀拓撲結(jié)構(gòu)

布局優(yōu)化是集氣管網(wǎng)優(yōu)化的重中之重。布局優(yōu)化指的是對壓差進行有效的利用，對管網(wǎng)布局進行有效的確定，增加集氣管道的有效半徑，這樣我國的集氣管網(wǎng)運輸能夠大幅度提高運輸效率，而且集氣管網(wǎng)運輸?shù)倪^程中不容易出現(xiàn)問題。人們應(yīng)該將重心放在集氣管網(wǎng)的布局優(yōu)化中來。

3.2.1 集氣站數(shù)確定

集氣站數(shù)N的確定由給定的集氣半徑約束R和區(qū)塊的面積S和建井規(guī)模n來確定，確定方法如下式：

3.2.2 井組劃分

利用聚類分析中的K-medoids中心點聚類法進行聚類。

計算流程：①總體n個樣本點中任意選取K個點作為中心點;②按與中心點最近的原則，將剩余n-K個點分配到當前最佳的中心點代表的類中;③對于第i個類中除對應(yīng)中心點外的所有其他點，按順序計算當其為新的中心點時，代價函數(shù)的值，遍歷所有可能，選取代價函數(shù)最小時對應(yīng)的點作為新的中心點;④重復(fù)②-③的過程，直到所有的中心點不再發(fā)生變化或已達到設(shè)定的最大迭代次數(shù);⑤產(chǎn)出最終確定的K個類。

3.2.3 集氣站站址優(yōu)化

井組劃分后完成后，需要優(yōu)化每個井組內(nèi)集氣站的位置，集氣站位置優(yōu)化以管道造價費用最小為目標函數(shù)，求解方法采用單純形法。

集輸管網(wǎng)設(shè)計采用二級布站的方式，即：井場--集氣站--聯(lián)合站，井組內(nèi)井場與對應(yīng)的集氣站相連接，采用放射狀管網(wǎng)的形式。以井組內(nèi)所有井場到集氣站的加權(quán)距離之和最小為優(yōu)化目標，建立數(shù)學(xué)模型如下：

4 總結(jié)

我國參與氣田集氣管網(wǎng)優(yōu)化系統(tǒng)的工作人員還是非常少，需要更多的人加入到研究中來。氣田地面集輸管網(wǎng)的優(yōu)化已經(jīng)迫在眉睫，人們應(yīng)該充分意識到集氣管網(wǎng)優(yōu)化的重要性，從多個方面對我國的集氣管網(wǎng)進行全方面的優(yōu)化，這樣才能夠提升我國集氣管網(wǎng)的運輸效率，從而更好的為人們服務(wù)。

參考文獻：

[1]楊毅，李長俊.天然氣管網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行優(yōu)化研究[J].石油天然氣學(xué)報，2015，27（2）：278-280.

[2]陳立周.機械優(yōu)化設(shè)計方案[M].北京：石油工業(yè)出版社， 2017.

[3]李長俊，楊毅，朱勇，等.輸氣管道優(yōu)化運行技術(shù)[J].天然氣工業(yè)，2015，25（10）：106-109.

[4]馬國光.天然氣集輸工程[M].北京：石油工業(yè)出版社，2014.

[5]白旭，靳志軍.K-中心點聚類算法優(yōu)化模型的仿真研究[J].計算機仿真，2011，28（1）.