[發明專利]一種集輸管網設計方法及裝置

有效

• 申請號: 201811452489.0
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109344555B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 李曉平;洪炳沅;狄國佳;宮敬;陳仕林
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京);中聯煤層氣有限責任公司
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F30/18;G06F113/14
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 李輝

本發明提供一種集輸管網設計方法及裝置，包括：接收設計參數，所述設計參數包括：地形參數、經濟參數和技術參數；根據所述設計參數生成雙層不均勻網格，所述雙層不均勻網格能夠表征確定集輸管網的拓撲和節點之間的路徑；根據預設規則和所述雙層不均勻網格判斷是否可實現集輸管網設計結果；以所述設計參數為約束條件，以最小總施工成本為目標函數，建立MILP模型；根據所述雙層不均勻網格，對所述MILP模型求解，得到集輸管網設計結果。上述方法及裝置考慮了水力計算和經濟流速，更能夠反映實際的集輸系統實際的情況，通過地形參數、經濟參數和技術參數就能得到最優的集輸管網設計方案，能夠指導油氣田的工程建設，減本增效。

技術領域

本發明涉及地質勘探領域，特別涉及一種集輸管網設計方法及裝置。

背景技術

石油和天然氣作為重要能源在現代全球經濟發展中起著至關重要的作用。近年來，石油和天然氣需求不斷增加，因此越來越多的油氣田被規劃和建設以確保供應。地面集輸管網用于油氣田生產過程中的油氣輸送，由井場，管道，壓力設備和中央處理設施組成，其具有管網連接結構龐大而復雜的特點，這使得其建設成本占整個油氣田投資的很大比例。成本的高比例凸顯了優化集輸拓撲結構和工藝參數的重要性，這將極大地影響油氣田生產的效率和利潤。以往集輸管網的設計往往依賴于經驗豐富的設計師，費時又費力，且不一定具有優化效果，因而大量學者開展了集輸管網優化設計研究，其目的在于尋找一個具有安全的拓撲結構、最高的傳輸效率和最低的建設成本的集輸管網。然而已有的文獻常常采用分級優化策略，并不能保證得到全局最優解；此外，忽略了優化設計過程中的水力計算，僅僅考慮距離最短或者集輸半徑，往往造成所設計的管網與實際嚴重不符，甚至原油和天然氣無法順利從井口流動到中央處理站。

集輸管網設計的問題復雜性，使得很多研究者試圖運用分級優化的策略對油氣田集輸管網優化設計進行研究。其主要核心思想是將問題分解成多個子問題分階段求解。連續空間中的星枝狀管網優化設計分為了井組劃分、閥組最優位置確定、樹枝形管網布局優化、集氣站最優位置確定和管徑優化五個子問題，前四個為布局設計子問題；離散空間中的星枝狀管網布局設計分解為離散空間井組劃分、樹枝形管網布局優化和集氣站最優位置確定三個子問題；枝枝狀管網布局設計分解為網絡空間井組劃分、樹枝形管網布局優化和集氣站最優位置確定三個子問題。三類管網布局設計的后兩個子問題完全相同，可采用基礎形態管網的布局設計方法進行求解。

采用分級優化設計策略，將離散空間星枝狀管網和網絡空間枝枝狀管網優化設計分解為多個子問題，分階段的實現管網優化設計，首先確定閥組數量、閥組位置以及井閥間連接關系(階段1)，然后確定閥組間連接關系和集氣站位置(階段2)，最后確定管徑等參數(階段3)，然而，前階段的優化質量直接影響后階段的優化結果。因此，分級優化可以得到較優的可行設計方案，但無法獲得系統最優解，在未來的研究中，應該可以考慮不同階段的多參數聯合求解，開展多級管網的多參數整體優化設計研究工作。

現有技術中，運用圖論算法來開展油氣田集輸管網優化設計研究，優化模型構建上主要包含以下內容：1)目標函數為建設費用最低；2)井式約束：每口氣井僅能隸屬于一個閥組，閥組的轄井個數存在上限；3)距離約束：氣井到閥組間的距離不能大于集輸半徑；4)閥組集氣量約束：連接到閥組的氣量存在上限；5)其他約束：決策變量的取值約束，閥組可設定的可行區域約束。