氣田地面集輸管網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化設計

吳春霞 代立勝

1.山東勝睿工程技術咨詢有限公司 山東東營 257000

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氣田地面集輸管網(wǎng)系統(tǒng)實際運行中可能遇到各種干擾性因素，從而導致其運行過程中出現(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)定運行，對此必須要對氣田地面集輸管網(wǎng)運行的參數(shù)設計優(yōu)化，而且要確保其能安全地應用[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)郊瘹饪傉尽－h(huán)狀的組合形式便是對集氣干線進行環(huán)狀布置，以承接集氣站來氣。集氣環(huán)網(wǎng)上設定一個恰當?shù)奈恢脤⒐芫€向集氣總站引出。枝狀管網(wǎng)會設計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)絡從組成上來看包括節(jié)點和弧，各個節(jié)點之間成立毗連干系，將這類干系確定下來，對拓撲布局問題予以解決，這是應重點解決的課題。如果天然氣集輸網(wǎng)絡是有向網(wǎng)絡，還需要對弧的方向加以確定。網(wǎng)絡優(yōu)化的問題就是將與網(wǎng)絡有關的組合根據(jù)運行需要進行優(yōu)化，將合適的子網(wǎng)絡找到之后，讓它的權為最大或者是最小。拓撲布局的最優(yōu)題目中，依照最優(yōu)化的準則進行，也得滿足約束條件。通過將最優(yōu)化準則制定出來之后，確保利潤的最大化，降低使用成本，總體的費用也會有所降低。此外，還可以將經(jīng)濟最優(yōu)化準則制定出來，作為系統(tǒng)功能選擇的對策，使系統(tǒng)運行滿足目標要求。

2 氣田地面集輸管網(wǎng)運行的安全應用

將監(jiān)測設備裝配于集氣站內(nèi)，用來監(jiān)測氣體濃度，并將安全監(jiān)測系統(tǒng)建設于氣體采輸現(xiàn)場，以此來維護系統(tǒng)的高效運行，為了防止氣體發(fā)生泄漏，預防火災事故，則應及時將現(xiàn)場的相關系統(tǒng)切斷，也就是如果發(fā)生氣體泄漏則可以將井口自動關閉。要想確保基層采輸氣站以及管理站等的安全，并保證信息、數(shù)據(jù)等的平穩(wěn)傳輸，則應該選擇通訊企業(yè)的無線通訊網(wǎng)絡，讓有線系統(tǒng)和無線系統(tǒng)二者有效配合起來，從而達到對生產(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信號以后，則可以讓信號通過無線網(wǎng)絡，將信息傳輸至采輸位置的信息管控平臺，進而打造出一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。在此基礎上有必要創(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安全信息儲存在計算機數(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，這樣就能提前預測泄漏故障，進而采取措施加以預防[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)運行中，集輸?shù)牧鞒桃紤]到氣田所在地區(qū)的地質狀況、地域前提、氣田的各個開發(fā)階段所存在的差異，就能夠將集輸?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聯(lián)性。劃分井組的過程當中要到達最優(yōu)狀態(tài)，就要在一定井式和集輸半徑束縛下進行，按照間隔和最短的原則，確定氣井與集氣站間之間的關系，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，使各集氣站達到均衡的集氣量。

3.2 集氣站管網(wǎng)的布局結構進行優(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)絡連接形式的優(yōu)化；第二個問題是對中心集氣站的地址進行選擇。對于樹枝管網(wǎng)的連接進行優(yōu)化，可以使用加權處理的方式，對頂點加權處理，經(jīng)過計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，對于接入點要根據(jù)需要做好調整。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到最小的值[3]。

4 結語

氣田地面集輸管網(wǎng)的運行優(yōu)化應該從管網(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的優(yōu)化方法，例如：神經(jīng)網(wǎng)絡優(yōu)化法、主分支網(wǎng)絡優(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)化管道的運行參數(shù)，也能有效優(yōu)化其中的設備，為管網(wǎng)的深入拓建與改造提供依據(jù)。