應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層次分析法優(yōu)選高含硫氣田潛能方案

梁 平 胡連興 陶家明 陳藝為 付顯朝 宋冬寒 李夢瑩 段枷亦

（1.重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院，重慶 401331；2.中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院，北京 102249）

0 引言

近年來，中國石油西南油氣田公司（以下簡稱“公司”）川東老氣區(qū)隨著石炭系等低含硫氣田產(chǎn)量進(jìn)入衰減期，新獲高含硫氣井增多，高含硫天然氣產(chǎn)量比重增加。目前老氣區(qū)原料氣管網(wǎng)和沿線站場出現(xiàn)不適應(yīng)現(xiàn)狀、下游凈化廠總硫超標(biāo)的情況，導(dǎo)致部分高含硫氣井關(guān)井，下游凈化廠無法處理高含硫原料氣處于停產(chǎn)狀態(tài)。針對上述情形，對川東老氣區(qū)高含硫氣田潛在產(chǎn)能發(fā)揮方案進(jìn)行優(yōu)選，以提高高含硫氣田的產(chǎn)量，促進(jìn)下游凈化廠能長期滿負(fù)荷運行，增加經(jīng)濟(jì)效益。

1 高含硫氣田潛在產(chǎn)能發(fā)揮方案

1.1 運行現(xiàn)狀

公司川東老氣區(qū)某區(qū)塊高含硫氣田未完全發(fā)揮潛在產(chǎn)能，預(yù)計為125×104m3／d，氣藏原料氣H2S含量高達(dá)93 g／m3、CO2含量達(dá)89 g／m3。目前該區(qū)塊周邊有A、B、C、D 4座凈化廠，具體運行參數(shù)見表1。

該區(qū)塊集氣干線上有A1和A2兩座脫水站，主要將該區(qū)塊的濕原料氣脫水后輸入集氣干線。該區(qū)塊至A1脫水站之間的集氣干線（A線）和A1至A2脫水站之間的集氣干線（B線）在2016年經(jīng)過改造，符合高含硫化氫地面集輸系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。地面集輸系統(tǒng)管網(wǎng)示意圖見圖1。

表1 各凈化廠運行參數(shù)表

圖1 某區(qū)塊地面集輸系統(tǒng)管網(wǎng)示意圖

1.2 高含硫氣田潛能發(fā)揮方案

依據(jù)目前該區(qū)塊高含硫氣田及地面集輸系統(tǒng)的運行現(xiàn)狀，在保證安全運行的前提下，為了使川東老氣區(qū)高含硫氣田產(chǎn)能得到最大程度發(fā)揮，提出3個高含硫氣田潛在產(chǎn)能發(fā)揮方案。

1）方案一：A凈化廠改擴(kuò)建方案。A凈化廠位于該區(qū)塊附近且主要處理高含硫原料氣，因此提出依托A凈化廠原有廠址，改擴(kuò)建原有的脫硫、硫磺回收裝置，將其處理量增至300×104m3／d，并增設(shè)尾氣處理裝置，通過改造使其處理該區(qū)塊的高含硫原料氣。

2）方案二：井口撬裝裝置脫硫方案。在高含硫氣井井口采用撬裝化裝置，選用醇胺脫硫+LO-CAT技術(shù)對高含硫原料氣進(jìn)行處理，實現(xiàn)脫硫、尾氣處理一體化，在很大程度上減少了征地面積并縮短了建造時間，根據(jù)開發(fā)時間實現(xiàn)滾動開發(fā)，撬裝設(shè)備方便搬運及安裝，目前一套井口脫硫撬裝裝置最大可實現(xiàn)的處理量為36×104m3／d。

3）方案三：依托A2脫水站新建脫硫裝置。根據(jù)集輸管網(wǎng)分布以及輸送情況，現(xiàn)有凈化廠中只有B、C、D凈化廠可依托發(fā)揮高含硫氣田的潛在產(chǎn)能。A線和B線集氣干線按照高含硫氣田地面集輸系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)于2016年進(jìn)行了改線，因此提出在不改變現(xiàn)有集輸管網(wǎng)的情況下依托A2脫水站新建一套脫硫凈化裝置，將高含硫原料氣處理成中低含硫原料氣后輸送至B、C、D凈化廠處理，在減輕管道輸送酸氣負(fù)荷的同時又發(fā)揮了部分高含硫氣田的潛能。

2 網(wǎng)絡(luò)層次分析法方案優(yōu)選

層次分析法（AHP）將復(fù)雜系統(tǒng)的決策思維進(jìn)行層次化，再將優(yōu)選過程中的定量和定性因素綜合起來分析，處理問題簡單有效，能快速求解；適用于處理同一層次中任意兩個元素之間不存在從屬和支配的關(guān)系，且層次內(nèi)部獨立；不相鄰的兩個層次中的任意兩個元素也不存在支配關(guān)系的問題。但在大多數(shù)實際問題中，決策問題的元素集之間相互影響，存在內(nèi)部和外部依賴性。對于這類問題，應(yīng)用ANP更符合工程實際情況。ANP是新的科學(xué)決策方法，主要針對影響元素之間具有依賴性和反饋性的決策問題［1］，但ANP計算過程非常繁瑣且計算量大。隨著美國Expert Choice公司開發(fā)出超級決策軟件Super Decisions（SD），大大簡化了矩陣求解過程。利用ANP對高含硫氣田潛能發(fā)揮方案進(jìn)行優(yōu)選，從而使得川東老氣區(qū)高含硫氣田潛在產(chǎn)能得到最大程度發(fā)揮。

ANP先將組內(nèi)和組與組之間元素進(jìn)行兩兩比較并建立判斷矩陣，計算判斷矩陣的權(quán)重；再按順序構(gòu)造出初始超矩陣［2］，具體計算流程見圖2。

圖2 ANP計算流程圖

2.1 構(gòu)建潛能發(fā)揮方案優(yōu)選模型

影響高含硫氣田潛能發(fā)揮方案優(yōu)選的因素眾多，而且在其之間還有相互影響的關(guān)系。ANP較AHP更符合實際工程情況，更具靈活性且更為合理，故采用ANP。ANP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中控制層有3個元素：方案效益B、方案成本C及其他因素R，其中每個控制層元素下對應(yīng)3個元素集。除了首個元素集下有兩個元素，其余兩個元素集都包含3個元素。ANP評價體系結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 ANP評價體系結(jié)構(gòu)圖

2.2 建立各因素下的方案判斷矩陣并計算權(quán)重

駱正清等學(xué)者在早期研究標(biāo)度法，認(rèn)為三標(biāo)度法和九標(biāo)度法兩個方法均能保序，但后者精度更高［3］，故采用美國匹茨堡大學(xué)薩蒂教授推薦的九標(biāo)度法［4］。在3個控制系統(tǒng)中，每次只對各元素集中兩個因素進(jìn)行兩兩比較，建立判斷矩陣，再根據(jù)特征根法求得排序向量且檢驗一致性（CR＜0.1，即滿足一致性檢驗），最終得到各因素下在3個高含硫氣田潛能發(fā)揮方案的權(quán)重。

超級決策軟件SD大大簡化了矩陣求解過程，方案優(yōu)選中所有計算過程均由SD來完成，首先按照圖3建立該方案ANP評價體系結(jié)構(gòu)圖，具體見圖4。

圖4 SD軟件搭建ANP評價體系結(jié)構(gòu)圖

2.3 計算極限超矩陣

超矩陣的建立原理是將所有元素集的組內(nèi)和組與組之間的元素兩兩依次進(jìn)行比較，得到各元素互相影響的排序向量所構(gòu)成的未加權(quán)超矩陣（表2）［5］。為了簡化計算，將超矩陣的每一列歸一化得到加權(quán)矩陣，加權(quán)矩陣和未加權(quán)超矩陣的乘積即為加權(quán)超矩陣（表3），最后計算得出極限超矩陣［6］（表4）。

2.4 合成排序結(jié)果

3個方案運用ANP進(jìn)行優(yōu)選，由SD軟件運行結(jié)果可知，方案三優(yōu)于方案一，方案一優(yōu)于方案二，即方案三（依托A2脫水站新建脫硫裝置）為最優(yōu)方案，計算結(jié)果與現(xiàn)場實際推薦方案完全一致。

表2 未加權(quán)超矩陣表

表3 加權(quán)超矩陣表

表4 極限超矩陣表

3 結(jié)論

1）基于ANP構(gòu)建高含硫氣田潛能發(fā)揮方案優(yōu)選模型，綜合考慮8個評價指標(biāo)，對3個方案進(jìn)行綜合優(yōu)選。由于方案三（依托A2脫水站新建脫硫裝置）綜合權(quán)重為0.381，所占權(quán)重最大，故為最優(yōu)方案。

2）通過對川東老氣區(qū)高含硫氣田潛能發(fā)揮方案的優(yōu)選，針對評價指標(biāo)相互影響的情況，表明ANP是切實可行的。

3）在建立判斷矩陣上，ANP的研究不及AHP成熟，為提高ANP的科學(xué)性，建議ANP可參考AHP相關(guān)方法，形成合理的建立判斷矩陣的方法。