油田地面集输管网优化设计及软件开发

摘要：油田系统建设过程中，地面工程的建设成本是整个系统工程成本中最重要的部分，也是占有最大比重的部分，在系统设计阶段实现油田地面集输管网的优化设计能够有效降低工程成本，提高工程建设的经济效益。油田地面集输管网的设计开发是在地下工程的建设方案已经选定的基础上进行的，并且要以地下系统工程的建设为基础。本文就针对油田地面集输管网的优化设计方法和软件开发方案进行了分析，并提出了相应的解决措施。

关键词：油田地面集输管网；优化设计；软件开发

中图分类号：TP311.52文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2012) 05-0000-02

油田地面集输管网是油田系统工程中作为重要的一项组成部分，油田地面集输管网建设工程主要涉及管―站系统工程的建设，这一工程在油田地面建设过程中发挥着十分重要的作用，通常包括地面工程的实际运行成本、中间站的建设成本和管网的建设成本等几方面。通常情况下，因为油田地面集输管网建设的成本较高，所使用的转油站和管材所需的投资也较高，所以，解决油田地面集输管网建设问题，实现油田地面集输管网的优化建设是一项亟待处理的问题，该问题的解决能够大大提高油田建设的经济效益。

一、油田地面集输管网优化理论

油田地面集输管网系统是连接油库、功能站以及工艺管道，对伴生气和原油进行运输的系统。在其开发设计阶段，各个油气井的气体组成、产量和压力等都已经完全确定。油田的地面建设工程规划要根据油井与油站的连接方式、转油站的大小和计量站的规模等进行综合评定，也就是通常所说的油田地面集输管网的整体布局。在整体布局得以确定后，则需要尽可能地降低建设费用和投资规模，并在此基础上设计出保证管网日常运行的计量站所能承受的工作压力和经济管径。

油田地面集输管网系统通常需要较大的建设成本，占到油田地面建设整体成本的70%左右，所以，必须使用优化理论来设计油田地面集输管网系统，从而降低总体的建设成本。油田地面集输管网系统的设计是一项综合性极强的工作，要实现计算机技术、数学原理与工程理论的有机结合。集输管网系统设计就是要在地下情况、地面情况与油品性质相结合的情况下，使用合适的方法来尽量满足油田开发和运行的实际需要。而油田地面集输管网系统的优化设计是指在中转站和油井位置都完全确定的基础上，来合理规划网络拓扑的最优结构，可以选择把集输管网的优化设计划分为运行参数的优化选择、管网位置的优化布局、站址的优化设计和井群的优化划分等问题进行综合研究和分析。首先对各个部分分别建立相应的数学模型，然后再对数学模型进行求解操作，最终得到整体油田地面集输管网系统的最优化求解。

二、油田地面集输管网优化设计

油田集输管网系统主要由油井、中间站、管道以及各种油库所共同组成，集输管网的设计要参考油田所使用的生产工艺，从而确定各个转油站的建设规模和计量，同时确定各个中转站与油井之间连接管网的具体方法。油田地面集输管网系统通常需要较大的前期投资，也是整个油田系统中所需成本最高的部分，所以，如何实现油田地面集输管网建设成本的降低，也成为了油田地面集输管网优化设计的主要内容，使用优化理论能够较为恰当地解决这一成本问题。

油田地面集输管网优化知识在计量和油井之间的相对位置已经明确规定的基础上，计算出集输管网系统最为合理的拓扑网络系统。随着近年来计算机技术的快速发展和广泛应用，油田地面集输管网的优化设计也有了越来越多的方法，油田地面集输管网的设计是一项学科交叉且十分复杂的问题，需要综合应用计算机技术、经济模型和数学理论等多学科的协同工作，通常包括以下几点程序：第一，先要确定油田地面集输管网的实际拓扑结构，也就是环状管网还是树状管网的选择问题；第二，运用优化的数学模型，设置合理的约束条件；第三，对目标函数进行合理分析，确定优化设计的具体方案；第四，使用最优方法对数学模型求解，从而得出最优值；第五，对模型进行结果检验，改进计算方法和数学模型。

三、油田地面集输管网的设计软件开发

油田地面集输管网的设计需要使用相关的计算机软件，现阶段我国很多研究者和计算机技术研究者都在相关软件的开发上做了大量的工作，并开发出了一些较为实用的油田地面集输管网设计的应用软件。虽然我国在油田地面集输管网设计软件的开发较晚，但是发展的速度却很快。1990年起我国就有了关于油田地面集输管网设计的软件开发，并提出了集输管网的优化设计问题，即在中转站、计量站和油井系统中的从属关系已经明确的基础上，找到集数管网终端与各个油井之间的最佳位置。1992年，相关研究者在以往技术的基础上，提出了关于环形集输管网的优化设计问题。1993年，研究者开始利用数学模型的方法对油田地面集输管网的优化设计问题进行研究，并直接讨论了解答数学模型的复杂性，提出了相应的解决方法和策略，将整体设计问题划分为了参数优化选择问题、位置的优化选择问题和布局的优化选择问题三个方面，将各个部分有机统一起来，以求得整体目标函数的最大值。1994年，研究者对原油集输系统的设计问题进行了优化研究，在考虑层次优化模型和构造成分的基础上，将原油集输划分为了三个基本层次：一是系统的优化，即以最大程度降低总体成本为优化目标的数学函数，从而实现各个级站规模的最优设计；二是布局的优化，即在规模一定的基础之上，以最大程度降低建设管线的总长度为基本目标，实现各个级站从属关系和设计位置的最优设计；三是工艺的优化，即在明确规定布局和建设规模的基础上，以最大程度降低管线的运营和投资成本为基本目标，实现生产方法参数、各个级站设备和各类管线规格的优化设计。

为方便该系统的二次开发和日后维护，油田地面集输管网设计通常选择GIS软件，该软件具有较强的输出能力和图像处理能力，能够生成出各种不同比例的较为完整的土建，也能够输出各种统计图和统计表格，从而为不同层级的使用者提供形象、直观的双向联动数据。另一方面，该软件还具有较高的模块化程度，用户可以基于此功能进行软件的二次开发。

油田地面集输管网的设计软件系统主要包括以下几个模块：第一，系统数据设计。数据设计是油田地面集输管网工程信息系统的基础，会对项目建设和系统实际应用能否满足需求以及效能的发挥造成直接影响。数据组成主要包括：基础地理数据，即各种比例尺的地形图，数据格式可以是AU-TOCAD，ARC／INFO等，并完成相应的数据转换、校正、整饰、建库等工作；管网数据，即分布在厂区地上、地下的各类管网数据。数据输入以后，和地形图数据进行套合，形成完整的管网数据。由于地面工程信息系统中数据存储量比较大，对数据库的要求比较高，故本系统采用ORACLE 9i作为系统数据库，可以较好地满足西北油田分公司及下属单位的应用需要。第二，系统模块。从软件实现角度，本系统的模块划分策略为在最上层分为地图功能和查询控制模块。地图功能由结果查询、鹰眼、距离测算、前一视图、拉框放大、直接缩小、打印地图、面积测算、后一视图、地图漫游、全屏显示和直接放大等模块组成；查询控制由点选查询、图层控制、系统设置、分类汇总、选择地图、打印地图、名称查询、日期查询和拉框查询等模块组成。根据系统功能要求可系统划分为8个模块：管网Web子系统，管线规划子系统，管网维护子系统，管网辅助设计子系统，管网事故处理功能，管网管理子系统，管网输入编辑子系统以及地形图库管理子系统。

四、总结

综上所述，油田地面集输管网设计施工是一项较大的系统性工程，由于其自身具有多元性和复杂性的特点，因而实现优化设计的工作任务也十分繁重。在设计过程中，要根据地面集输管网的作业需要，以降低地面集输管网的长度为基本目标，在油田位置确定的基础上，实现转油站进口与所辖油井井口之间地面集输管网的优化设计时油田设计是油田建设中的重点项目。到目前为止，我国尚未出现有关于油田地面集输管网优化建设的专业设计软件，这就为油田的设计者和软件工作者提出了更大的挑战和更新的问题。

参考文献：

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