[發明專利]基于智能算法的氣田布局優化系統及其優化方法

無效

• 申請號: 201110445394.8
• 申請日: 2011-11-29
• 公開（公告）號: CN103136592A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 張智靈
• 申請（專利權）人: 張智靈
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于智能算法的氣田布局優化系統及其優化方法。

背景技術

目前，天然氣管道日趨朝著長距離、大口徑、高壓力、多用戶、大網絡和向極地(海上)延伸的方向發展，再加上開采氣井的日漸復雜化，傳統的管道優化技術已滿足不了目前管道發展的需要，這使得整個管網系統的布局優化設計變得更加困難。此外，集輸管網拓撲優化問題是包含大量離散變量的復雜組合優化問題，從優化的角度來看，該優化問題涉及離散優化、非線性優化等多方面的優化理論，從計算復雜性的角度來看，它又屬于NP-hard問題，許多學者從分級優化的角度出發，將整個管網系統的布局優化分若干個階段進行，且均在一定程度上做了簡化，在求解算法選取上主要偏重于傳統優化方法，將混合啟發式算法應用到集輸管網布局優化中的例子還比較少。同時，世界尚未出現十分完善的規劃設計軟件，這也有待于工程技術人員和科研工作者進一步開拓。當今優化決策方法正朝著集成化、大系統、最優化、電算化方向發展，但大型復雜系統的優化方法還處在起步階段，現有的成型算法只適用于特定形態的模型。隨著遺傳算法、粒子群算法和模擬退火算法的興起，這些現代優化算法正成為解決組合優化問題的一種有力工具，它們在求解多目標組合優化難題上體現了很大的優勢，因而將智能優化方法應用到油氣集輸系統，建立油氣集輸系統中組合優化的求解理論及優化方法，從而指導規劃設計和生產運行，這也正是今后組合優化發展的一個方向。

天然氣集輸系統是一個密閉的、非常復雜的多級網絡系統，同時又是一個巨大的能量耗散系統，它作為氣田地面生產系統的核心和主體部分，其投資占整個氣田地面工程的60％～70％以上。因而，對集輸管網進行優化設計顯得尤為重要。一般來說，天然氣集輸管網系統的優化設計分兩個方面：布局優化和參數優化。其中布局優化是集輸管網系統優化的首要任務和關鍵階段，布局優化合理與否，不僅關系到整個油氣田地面工程的投資費用，而且也關系到管網系統后續參數優化的進一步開展。在此，布局優化將是本文討論的核心。

目前，氣田集輸系統所采用的管網布局方式主要是星式網絡和環型網絡。一般說來，環狀管網的可靠性好，但投資大；樹狀管網的投資小，但可靠性較差，應從可靠性和投資兩方面來考慮。由于集輸管網布局優化問題是一個多學科互相交叉運用的問題，涉及到最優化方面的數學理論、技術經濟評價以及如何通過計算機實現優化的問題，因而最優化理論與技術、計算機技術、數值計算方法的發展和廣泛應用，可為管網布局優化研究提供必要的理論基礎和實現手段。長期以來，針對氣田集輸管網布局優化問題，國內外學者做了大量的研究工作。

在20世紀60年代，哈克斯首先將優化方法引入到管道系統設計上來，他利用庫恩-塔克定理確定管道系統的最優條件，但該方法較簡單，在實際應用時受到限制。

1979年，Bharkaran等人研究了天然氣集輸管網的優化設計，他們將該系統的設計問題區分為系統布局子問題、節點位置子問題和直徑分派子問題。但是只解決了以管網總費用最小為目標函數，不考慮壓縮機站的位置，用線性規劃的方法解決了直徑分派子問題。

1987年，Soliman?F.I.and?Nurtagh，B.A.對大型輸氣管網系統進行了優化設計，建立了以管網造價最低為目標函數的數學模型，并采用傳統線性化方法對模型進行了求解，獲得了較好的優化結果。Tatsuo?Oyama對最優站址問題進行了研究，建立了以路徑最短為目標函數的數學模型，并采用傳統優化算法進行了求解。

2000年，Eusuff和Lansey首次提出采用新興的智能算法——蛙跳算法來解決組合優化問題。2003年，Muzaffar和Kevin利用蛙跳算法求解組合優化問題的優越性，將其應用到給水管網的參數優化這類組合優化問題中，并取得了較好的參數優化效果。

2005年，A.de?Sa?Neto?and?V.J.M.F.Filho等人首次將仿真優化方法成功地應用于虛擬輸氣管道的經濟費用模型求解中，虛擬輸氣管道主要是將CNG或LNG從儲罐輸送到偏遠地區。實例計算表明該法在優化成本效益上具有較大的優越性，對尋找輸氣管道優化問題的求解方法具有一定的借鑒作用。