畢業(yè)論文--天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　天然氣氣田地面集輸管網(wǎng)工程是氣田的主要工程，也是一項投資比較大、內容復雜的體系。天然氣集輸管網(wǎng)的優(yōu)化需要進行研究，即集輸流程的井組劃分、管網(wǎng)布局與集輸場站布局和選址要求相一致、干支管網(wǎng)布局優(yōu)化等等內容。本文就在查閱大量文章和資料的基礎上，對這些優(yōu)化內容進行了研究，希望本文討論的內容，可以對集輸管網(wǎng)優(yōu)化的軟件開發(fā)有點建議，

2、可以同樣可以對實際操作過程時存在重要的知道意義。</p><p>　　關鍵詞：天然氣，集輸管網(wǎng)，優(yōu)化設計，研究</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 前言1</b></p><p>　　第2章 天然氣管網(wǎng)優(yōu)化設計概述2</p><

3、;p>　　2.1天然氣管網(wǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2</p><p>　　2.1.1 天然氣管網(wǎng)建設現(xiàn)狀2</p><p>　　2.1.2 天然氣管網(wǎng)的發(fā)展趨勢2</p><p>　　2.2天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設計概述2</p><p>　　第3章天然氣集輸管網(wǎng)布局優(yōu)化3</p><p>　　3.1集輸流程的井組劃

4、分3</p><p>　　3.2管網(wǎng)布局與集輸場站布局和選址要求相一致4</p><p>　　3.3干支管網(wǎng)布局優(yōu)化4</p><p><b>　　第4章 結論4</b></p><p><b>　　參考文獻6</b></p><p><b>　　致

5、 謝7</b></p><p><b>　　第1章 前言</b></p><p>　　隨著社會的快速發(fā)展和人們生活水平的迅速提高，研究以及開發(fā)新能源成為人們面臨的重要挑戰(zhàn)之一。這就要求在滿足人類與大自然協(xié)調發(fā)展的基礎上，技術和儲藏上也需要滿足人類日益增長的需求。天然氣是一種比較寶貴的資源，可以在工業(yè)和城市中作為優(yōu)質燃料或原料使用，而且，相比較與其他能源，

6、天然氣還有易清潔、高效、環(huán)保的明顯優(yōu)勢[1]。國際原子能機構完成的關于21世紀世界能源的研究報告，彼得· 奧德爾(Peter Ordell)教授曾經(jīng)指出，大約在21世紀40年時，世界的天然氣供應量將會超過目前比較常用的石油和煤炭，躍居世界首位。有相關專家也預測，2040年世界油氣總供應量將會達到128.5億噸油當量,其中天然氣所占比重將會比石油需求還要高出4.4%，高達51.1%[2]。隨著中東地區(qū)的行業(yè)發(fā)展，天然氣將會逐步發(fā)

7、展成為一個重要的作用。隨著我國“西氣東輸”工程的建設，我國將拉開了新世紀天然氣發(fā)展的序幕，于此相關的天然氣的開發(fā)、開采以及于此相關的一些輸氣管網(wǎng)的建設也得到了加強。</p><p>　　隨著全國各地區(qū)氣田開發(fā)力度的加大以及開采程度的加深，目前擁有的地面集輸配系統(tǒng)不能滿足需求，其運行的效率也開始逐漸降低，部分集輸配系統(tǒng)建設時不夠完善的缺點也日益表露出來。如何合理、有效地分配集輸壓力和流量以及如何確保各地氣井正常生產(chǎn)

8、是各氣田需要解決的問題之一。</p><p>　　鑒于以上種種原因，本文在調研了國內外有關管網(wǎng)優(yōu)化技術相關的大量的中外文獻和報道，開展了天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化布局相關方面的研究。以期，本文的研究可以對氣田集輸管網(wǎng)的建設和管理有一定的借鑒作用。</p><p>　　第2章 天然氣管網(wǎng)優(yōu)化設計概述</p><p>　　2.1天然氣管網(wǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p>&

9、lt;p>　　2.1.1 天然氣管網(wǎng)建設現(xiàn)狀</p><p>　　自從60年代以來，全世界中已經(jīng)形成了很多各大洲、各國家之間、以及全國性和地區(qū)性不等的天然輸氣管網(wǎng)。早在1998年時，世界天然氣輸配氣管網(wǎng)長度約為519.7萬 km，其中北美地區(qū)約占一半。亞太地區(qū)的天然氣開發(fā)比較晚，但有些國家仍然擁有覆蓋面甚廣的天然氣管網(wǎng)，馬來西亞正在建設的半島天然氣將會利用管網(wǎng)為國內的天然氣消費奠定基礎。</p>

10、<p>　　我國也存在一批區(qū)域性的管網(wǎng)建設，這為市場開拓奠定了堅實的基礎。尤其是在“西氣東輸”工程建設前,我國石油天然氣集團公司的輸氣管線總長度約為9,972km,初步建成了三類區(qū)域性管線:川渝地區(qū)的環(huán)形管網(wǎng)；陜甘寧氣區(qū)的放射形管網(wǎng)；各油田建成的一些區(qū)域性管網(wǎng)[3]。這些管網(wǎng)和“西氣東輸”工程的建成及投入使用改善我國能源消費結構、實現(xiàn)國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和提高人民的生活水平起到了至關重要的作用。</p>&l

11、t;p>　　目前全世界的輸氣干線仍以每年1.4*104 km的速度增長[4] 。</p><p>　　2.1.2 天然氣管網(wǎng)的發(fā)展趨勢</p><p>　　目前，世界上的天然氣集輸管道發(fā)展存在以下趨勢[5]：長運距，特別是目前建設和計劃的許多輸氣管道都是距離較大的輸氣管道，這是國際天然氣貿易迅速增長的結果；加大口徑和提高壓力，長運距決定了需要在大口徑和高壓力運輸?shù)那疤嵯虏拍荏w現(xiàn)其經(jīng)濟

12、性，例如，穿越西西里海峽阿一意輸氣管道最大工作壓力已經(jīng)達到15MPa；輸氣系統(tǒng)網(wǎng)絡化，輸氣系統(tǒng)網(wǎng)絡化已經(jīng)成為世界天然氣儲運的主要發(fā)展趨勢之一；向極地和海上逐漸延伸，目前世界上新開發(fā)的大油氣區(qū)多數(shù)分布在北極地區(qū)，同時海上油田的開發(fā)業(yè)使輸氣管道向海洋延伸。</p><p>　　2.2天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設計概述</p><p>　　隨著定量化的思想逐漸在人們認識自然的過程中變得越來越重要,慢慢的

13、形成了有關最優(yōu)化的理論,而這些最優(yōu)化的理論反過來對實踐的巨大推動是隨著計算機的大力發(fā)展才表現(xiàn)出來的[6]。集輸管網(wǎng)的優(yōu)化是一個多學科相互交叉運用的問題，其中涉及到了最優(yōu)化、運籌學、圖論方面的數(shù)學理論、經(jīng)濟效益評價以及如何通過計算機實現(xiàn)優(yōu)化的問題等等[7]。天然氣集輸管系統(tǒng)的優(yōu)化設計主要是解決一下幾個問題[8]：（1）布局的優(yōu)化：確定網(wǎng)絡的拓撲形式，即管網(wǎng)連接的形式和布站的方式。（2）位置的優(yōu)化：合理安排中間站的位置。（3）設計各參數(shù)的優(yōu)

14、化：例如，個管徑、壁厚等等實際的參數(shù)。將以上幾個問題綜合起來，將可以得到整個天然氣集輸網(wǎng)的優(yōu)化設計方案。</p><p>　　第3章天然氣集輸管網(wǎng)布局優(yōu)化</p><p>　　油氣集輸工程主要是指油氣田地面工程的主體工程，也是石油與天然氣生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，集輸?shù)娜蝿帐鞘占缘叵麻_采出的原油、天然氣或其混合物，并進行分離、轉運、外輸。集輸系統(tǒng)的耗資十分巨大，主要包括管網(wǎng)造價，中間站投

15、資及運行費用，其中一中轉站的投資近千萬元，管材費用也高達每千米數(shù)萬元。天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化就是指，在能夠滿足使用的功能和安全生產(chǎn)的條件下，對天然氣集輸及處理生產(chǎn)總成本運用一定的技術和方法，使集輸管網(wǎng)建設投資及集輸生產(chǎn)運行費用在總成本中的影響減到最低的限度[9]。</p><p>　　3.1集輸流程的井組劃分</p><p>　　在氣田內部的集輸流程中，根據(jù)氣田的地質、地理位置及該氣田的不同開

16、發(fā)階，可以分為單井和多井集輸流程。對于那些面積比較大、井數(shù)比較多的氣田，通常會劃分成若干個小組，最后，每一組的天然氣都會在各自的集氣站進行匯總，然后進行外輸。小組中所含氣井數(shù)一般是產(chǎn)量較大的為6-10口，產(chǎn)量較小的一般為11-16口，最多不宜超過20口，這些都是根據(jù)其所在的地理條件、氣田的集氣站的生產(chǎn)規(guī)模等等決定。</p><p>　　井組最優(yōu)劃分的目標就是保證氣井與集氣站間的最佳隸屬關系，即在一定的井式約束下，

17、把各氣井劃分為隸屬于各自集氣站的井組，以使各氣井到相應集氣站費用最小，各集氣站的集氣量分布最合理。這樣的最優(yōu)井組劃分可以建立數(shù)學模型，將實際問題轉化成數(shù)字模型，并對該數(shù)學方程進行求解，這樣可以將井組劃分以及集輸站的位置大致確定下來[10]。這樣的數(shù)學模型的計算方法可以為井組劃分提供一定的理論基礎，也許這不一定是最后的井組劃分和集氣站站址，但可以在此基礎上再根據(jù)實際情況進行優(yōu)化。</p><p>　　3.2管網(wǎng)布局

18、與集輸場站布局和選址要求相一致</p><p>　　在氣田集輸系統(tǒng)的優(yōu)化設計中,根據(jù)3.1中假設的井數(shù)和井位坐標,可以進行集氣站等中間站的站址優(yōu)化。集氣站等中間站數(shù)目的多少直接影響氣田集輸管網(wǎng)的投資，而且集氣站站位的確定直接影響到整個氣田集輸管網(wǎng)的結構形式(網(wǎng)絡布局)，而管線網(wǎng)絡投資一般要占氣田集輸系統(tǒng)投資的60一70%,所以確定了氣井與集氣站的隸屬關系后，需要進一步進行幾何優(yōu)化，即確定集氣站的最優(yōu)布局,以降低管

19、網(wǎng)系統(tǒng)的總投資。我國的油氣田地面集輸系統(tǒng)有二級布站和三級布站兩種主要類型。其中，二級布站可以先將氣井用星形網(wǎng)絡連接集氣站,再將集氣站用樹枝網(wǎng)絡連接到集氣總站，形成“集氣站一集氣總站”兩級布站系統(tǒng)[11]。</p><p>　　3.3干支管網(wǎng)布局優(yōu)化</p><p>　　在各氣井與其所屬集氣站合理連接的基礎上，如何將各集氣站與集氣總站連接成為了討論的問題。在以往的管網(wǎng)布局優(yōu)化中，一般使用的是

20、根據(jù)圖論知識將問題分解為兩個子問題來考慮[12，13]，一個是樹枝管網(wǎng)的連接方式優(yōu)化，另一個是中天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設計研究心集氣站的選址問題。由于這兩個問題的求解是兩個相互獨立的過程，沒有從整體考慮管網(wǎng)的布局，在實際操作上會產(chǎn)生：當把問題二的中心集氣站加入到問題一的最小生成樹時，會出現(xiàn)某些集氣站的氣體輸往中心站所經(jīng)過的管線距離過長，而使各管段的流量長度之和沒有達到最小。因此，這就要求必須將這些集氣站的氣體進入集氣干線的接入點進行適當?shù)恼{

21、整。求得使整個集氣干線的流量長度之和達到最小的管網(wǎng)布局。</p><p><b>　　第4章 結論</b></p><p>　　當前，世界的輸氣管道發(fā)展的總趨勢將會是：長運距、加大口徑和提高壓力、輸氣系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡化、輸氣管將會向極地和海上逐漸延伸等等。為了保證天然氣集輸管網(wǎng)的最優(yōu)化，使設計方案具有一定的經(jīng)濟性、安全性、合理性，在查閱相關文獻和資料的基礎上，本文對天然氣

22、集輸網(wǎng)優(yōu)化進行了一定的研究。本文的研究內容包括，集輸流程的井組劃分、管網(wǎng)布局與集輸場站布局和選址要求相一致、干支管網(wǎng)布局優(yōu)化等集輸管網(wǎng)優(yōu)化內容。雖然本文的研究相對于集輸管網(wǎng)的優(yōu)化上比較單薄，但仍希望本文討論的內容，可以對集輸管網(wǎng)優(yōu)化的軟件開發(fā)有點建議，可以同樣可以對實際操作過程時存在重要的知道意義。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[

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27、輸管網(wǎng)的優(yōu)化設計[J],中國海上油氣(工程),2000(4):973.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在論文收筆之際，回顧這幾年的學習，不禁感慨萬千，這是一段充滿挑戰(zhàn)但收獲頗多的記憶。這這次畢業(yè)論文的撰寫期間，最需要感謝的是╳╳╳老師，他（她）在整個過程中都給予了我充分的幫助與支持。╳╳╳老師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益

28、求精的工作作風，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。同時，我還要感謝大學期間教過我的所有老師，老師，您辛苦啦！此外，我還要感謝我的父母，您們不僅養(yǎng)育了我，還給我提供了寶貴的上學機會，您們的鼓勵和支持將永遠是我前進的動力。</p><p>　　論文雖然已經(jīng)完成，但是對問題的思考卻將不會停止。學校的生活即將結束，但是社會將是一個更大的學校，我將面臨新的生活，未來的道路上也必然有很多