氣田地面集輸管網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

吳春霞 代立勝

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氣田地面集輸管網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中可能遇到各種干擾性因素，從而導(dǎo)致其運(yùn)行過程中出現(xiàn)多種故障和問題，影響氣田地面集輸管網(wǎng)系統(tǒng)的輸送效率，甚至威脅到整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對此必須要對氣田地面集輸管網(wǎng)運(yùn)行的參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化，而且要確保其能安全地應(yīng)用[1]。

1 氣田集輸管網(wǎng)的概述

中國今天的氣田集輸管網(wǎng)所采取的運(yùn)行流程是多級集輸?shù)捏w系，組合的形式主要包括三種，第一種為放射狀的組合形式、第二種為環(huán)狀的組合形式、第三種為枝狀的組合形式。其中，放射狀的組合形式便是將多個氣井分別到一組中，設(shè)置閥組、采氣管線、集氣管線、集氣站，將氣井天然氣輸送到放射狀管網(wǎng)中。之后，經(jīng)過集氣站和集氣支線以及干線傳輸?shù)郊瘹饪傉?。環(huán)狀的組合形式便是對集氣干線進(jìn)行環(huán)狀布置，以承接集氣站來氣。集氣環(huán)網(wǎng)上設(shè)定一個恰當(dāng)?shù)奈恢脤⒐芫€向集氣總站引出。枝狀管網(wǎng)會設(shè)計(jì)一個主干線貫穿到氣田中，經(jīng)由干線向集氣總站集輸。天然氣集輸網(wǎng)絡(luò)從組成上來看包括節(jié)點(diǎn)和弧，各個節(jié)點(diǎn)之間成立毗連干系，將這類干系確定下來，對拓?fù)洳季謫栴}予以解決，這是應(yīng)重點(diǎn)解決的課題。如果天然氣集輸網(wǎng)絡(luò)是有向網(wǎng)絡(luò)，還需要對弧的方向加以確定。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的問題就是將與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的組合根據(jù)運(yùn)行需要進(jìn)行優(yōu)化，將合適的子網(wǎng)絡(luò)找到之后，讓它的權(quán)為最大或者是最小。拓?fù)洳季值淖顑?yōu)題目中，依照最優(yōu)化的準(zhǔn)則進(jìn)行，也得滿足約束條件。通過將最優(yōu)化準(zhǔn)則制定出來之后，確保利潤的最大化，降低使用成本，總體的費(fèi)用也會有所降低。此外，還可以將經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化準(zhǔn)則制定出來，作為系統(tǒng)功能選擇的對策，使系統(tǒng)運(yùn)行滿足目標(biāo)要求。

2 氣田地面集輸管網(wǎng)運(yùn)行的安全應(yīng)用

將監(jiān)測設(shè)備裝配于集氣站內(nèi)，用來監(jiān)測氣體濃度，并將安全監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)于氣體采輸現(xiàn)場，以此來維護(hù)系統(tǒng)的高效運(yùn)行，為了防止氣體發(fā)生泄漏，預(yù)防火災(zāi)事故，則應(yīng)及時將現(xiàn)場的相關(guān)系統(tǒng)切斷，也就是如果發(fā)生氣體泄漏則可以將井口自動關(guān)閉。要想確?；鶎硬奢敋庹疽约肮芾碚镜鹊陌踩?，并保證信息、數(shù)據(jù)等的平穩(wěn)傳輸，則應(yīng)該選擇通訊企業(yè)的無線通訊網(wǎng)絡(luò)，讓有線系統(tǒng)和無線系統(tǒng)二者有效配合起來，從而達(dá)到對生產(chǎn)現(xiàn)場的全方位監(jiān)督與控制。同時，還要創(chuàng)建一個信息數(shù)據(jù)庫，專門用來監(jiān)測氣體的泄漏等數(shù)據(jù)，得到閥門切斷的相關(guān)信號以后，則可以讓信號通過無線網(wǎng)絡(luò)，將信息傳輸至采輸位置的信息管控平臺，進(jìn)而打造出一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上有必要創(chuàng)建一個安全信息管控平臺，可以通過人工模式，將與采輸位置的相關(guān)安全信息儲存在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，同時，此安全信息管理平臺同樣憑借動態(tài)數(shù)據(jù)庫來得到相關(guān)信息，而且能夠深人剖析這些信息，并編制成表格與曲線，從中能夠分析出油氣的泄漏情況，這樣就能提前預(yù)測泄漏故障，進(jìn)而采取措施加以預(yù)防[2]。

3 氣田集輸管網(wǎng)的優(yōu)化

3.1 對井組的優(yōu)化

氣田集輸管網(wǎng)運(yùn)行中，集輸?shù)牧鞒桃紤]到氣田所在地區(qū)的地質(zhì)狀況、地域前提、氣田的各個開發(fā)階段所存在的差異，就能夠?qū)⒓數(shù)牧鞒虅澐譃閮煞N流程，即單井集輸流程、多井集輸流程。如果氣田的面積較大，井的數(shù)量較多，就需要從生產(chǎn)的角度和管理的角度出發(fā)，將氣井劃分多個組。集氣站對各自氣井的天然氣進(jìn)行匯集處理之后，就可以向下游輸送。氣井的數(shù)量與生產(chǎn)的規(guī)模存在著必然聯(lián)系，這些都與地理環(huán)境條件、氣井以及集氣站存在著必然聯(lián)系，井位的分布也存在關(guān)聯(lián)性。劃分井組的過程當(dāng)中要到達(dá)最優(yōu)狀態(tài)，就要在一定井式和集輸半徑束縛下進(jìn)行，按照間隔和最短的原則，確定氣井與集氣站間之間的關(guān)系，將各氣井劃分到所屬集氣站的井組中，同時還斟酌集氣站的集氣規(guī)模，使各集氣站達(dá)到均衡的集氣量。

3.2 集氣站管網(wǎng)的布局結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化

集氣站鏈接到集氣總站上，就可以形成氣田集輸系統(tǒng)，但采用哪一種連接方式則是需要研究的重點(diǎn)問題。依據(jù)圖論原理分解問題，主要包括兩個子問題：第一個問題是對枝狀網(wǎng)絡(luò)連接形式的優(yōu)化；第二個問題是對中心集氣站的地址進(jìn)行選擇。對于樹枝管網(wǎng)的連接進(jìn)行優(yōu)化，可以使用加權(quán)處理的方式，對頂點(diǎn)加權(quán)處理，經(jīng)過計(jì)算之后就可以獲得流量長度和的最小值，之后獲得最小生成數(shù)。然而，流量長度和的最小值與集氣干線各管段的最小流量長度和的最小值之間不一定是不異的。雖然在中心集氣站的地址選擇上要對流量的分配問題加以考慮，可以有效地避免管段出現(xiàn)流量非常集中的問題，導(dǎo)致管徑過大，投入的資金量就會有所增加。對中心集氣站的位置進(jìn)行選擇，將問題加入到第一個問題中，發(fā)生最小的生成數(shù)的時候，采出氣向中心集氣站傳輸?shù)倪^程中，就需要經(jīng)由長距離的管線，各個管段的流量長度往往并不會到達(dá)最小值。所以，就需要將集氣站中的氣體輸送到集氣干線，對于接入點(diǎn)要根據(jù)需要做好調(diào)整。由此可以使得集氣干線的流量長度滿足最小管網(wǎng)布局的需要。集氣總站的選址問題是非常重要的，在給定的集氣站中將—個集氣站選定之后，將其作為集氣總站，讓集氣站與集氣總站之間的的最大距離達(dá)到最小的值[3]。

4 結(jié)語

氣田地面集輸管網(wǎng)的運(yùn)行優(yōu)化應(yīng)該從管網(wǎng)系統(tǒng)的承壓能力，集輸站的壓力與流量等為參照創(chuàng)建一個最大流量目標(biāo)函數(shù)，創(chuàng)建一個集輸管網(wǎng)的優(yōu)化模型，而且要采用多種科學(xué)的優(yōu)化方法，例如：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化法、主分支網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化法等，氣田地面集輸管網(wǎng)的優(yōu)化模型不僅能夠優(yōu)化管道的運(yùn)行參數(shù)，也能有效優(yōu)化其中的設(shè)備，為管網(wǎng)的深入拓建與改造提供依據(jù)。