本科畢業(yè)論文天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化

1、中國(guó)石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： 天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化 學(xué)習(xí)中心： 學(xué)習(xí)中心 年級(jí)專業(yè)： 網(wǎng)絡(luò)10秋 工商管理 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 1061802006 指導(dǎo)教師： 職 稱： 副教授 導(dǎo)師單位： 中國(guó)石油大學(xué)（華東） 中國(guó)石油大學(xué)（華東）遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院論文完成時(shí)間： 2014 年 06 月 01 日中國(guó)石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書發(fā)給學(xué)員 1設(shè)計(jì)(論文)題目： 2學(xué)生完成設(shè)計(jì)(論文)期限： 年 月 日至 年 月 日 3設(shè)計(jì)(論文)課題要求： 4實(shí)驗(yàn)（上機(jī)、調(diào)研）部分要求內(nèi)容： 5文獻(xiàn)查閱要求： 6發(fā) 出 日 期： 年 月 日 7學(xué)員完成日期：

2、年 月 日指導(dǎo)教師簽名： 學(xué) 生 簽 名： 注：此頁(yè)由指導(dǎo)教師填寫摘 要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(xiàng)投資比較大、內(nèi)容復(fù)雜的體系。天然氣集輸管網(wǎng)的優(yōu)化需要進(jìn)行研究，即集輸流程的井組劃分、管網(wǎng)布局與集輸場(chǎng)站布局和選址要求相一致、干支管網(wǎng)布局優(yōu)化等等內(nèi)容。本文就在查閱大量文章和資料的基礎(chǔ)上，對(duì)這些優(yōu)化內(nèi)容進(jìn)行了研究，希望本文討論的內(nèi)容，可以對(duì)集輸管網(wǎng)優(yōu)化的軟件開發(fā)有點(diǎn)建議，可以同樣可以對(duì)實(shí)際操作過程時(shí)存在重要的知道意義。關(guān)鍵詞：天然氣，集輸管網(wǎng)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，研究目 錄第1章 前言1第2章 天然氣管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)概述22.1天然氣管網(wǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)22.1.1 天然氣管網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀22

3、.1.2 天然氣管網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)22.2天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)概述2第3章天然氣集輸管網(wǎng)布局優(yōu)化33.1集輸流程的井組劃分33.2管網(wǎng)布局與集輸場(chǎng)站布局和選址要求相一致43.3干支管網(wǎng)布局優(yōu)化4第4章 結(jié)論4參考文獻(xiàn)6致 謝7第1章 前言隨著社會(huì)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(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)上，技術(shù)和儲(chǔ)藏上也需要滿足人類日益增長(zhǎng)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(zhì)燃料或原料使用，而且，相比較與其他能源，天然氣還有易清潔、高效、環(huán)保的明顯優(yōu)勢(shì)1。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)完成的關(guān)于21世紀(jì)世界能源的研究報(bào)告，

4、彼得 奧德爾(peter ordell)教授曾經(jīng)指出，大約在21世紀(jì)40年時(shí)，世界的天然氣供應(yīng)量將會(huì)超過目前比較常用的石油和煤炭，躍居世界首位。有相關(guān)專家也預(yù)測(cè)，2040年世界油氣總供應(yīng)量將會(huì)達(dá)到128.5億噸油當(dāng)量,其中天然氣所占比重將會(huì)比石油需求還要高出4.4%，高達(dá)51.1%2。隨著中東地區(qū)的行業(yè)發(fā)展，天然氣將會(huì)逐步發(fā)展成為一個(gè)重要的作用。隨著我國(guó)“西氣東輸”工程的建設(shè)，我國(guó)將拉開了新世紀(jì)天然氣發(fā)展的序幕，于此相關(guān)的天然氣的開發(fā)、開采以及于此相關(guān)的一些輸氣管網(wǎng)的建設(shè)也得到了加強(qiáng)。隨著全國(guó)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(yùn)行的效率也開始逐

5、漸降低，部分集輸配系統(tǒng)建設(shè)時(shí)不夠完善的缺點(diǎn)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)是各氣田需要解決的問題之一。鑒于以上種種原因，本文在調(diào)研了國(guó)內(nèi)外有關(guān)管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)相關(guān)的大量的中外文獻(xiàn)和報(bào)道，開展了天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化布局相關(guān)方面的研究。以期，本文的研究可以對(duì)氣田集輸管網(wǎng)的建設(shè)和管理有一定的借鑒作用。第2章 天然氣管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)概述2.1天然氣管網(wǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)2.1.1 天然氣管網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀自從60年代以來，全世界中已經(jīng)形成了很多各大洲、各國(guó)家之間、以及全國(guó)性和地區(qū)性不等的天然輸氣管網(wǎng)。早在1998年時(shí)，世界天然氣輸配氣管網(wǎng)長(zhǎng)度約為519.7萬(wàn) km，其中北美地

6、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(guó)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(shè)的半島天然氣將會(huì)利用管網(wǎng)為國(guó)內(nèi)的天然氣消費(fèi)奠定基礎(chǔ)。我國(guó)也存在一批區(qū)域性的管網(wǎng)建設(shè)，這為市場(chǎng)開拓奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。尤其是在“西氣東輸”工程建設(shè)前,我國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司的輸氣管線總長(zhǎng)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(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和提高人民的生活水平起到了至關(guān)重要的作用。目前全世界的輸氣干線仍以每年1.4*104 km的速度增長(zhǎng)4 。2.

7、1.2 天然氣管網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)目前，世界上的天然氣集輸管道發(fā)展存在以下趨勢(shì)5：長(zhǎng)運(yùn)距，特別是目前建設(shè)和計(jì)劃的許多輸氣管道都是距離較大的輸氣管道，這是國(guó)際天然氣貿(mào)易迅速增長(zhǎng)的結(jié)果；加大口徑和提高壓力，長(zhǎng)運(yùn)距決定了需要在大口徑和高壓力運(yùn)輸?shù)那疤嵯虏拍荏w現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)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(dá)到15mpa；輸氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，輸氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為世界天然氣儲(chǔ)運(yùn)的主要發(fā)展趨勢(shì)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(shí)海上油田的開發(fā)業(yè)使輸氣管道向海洋延伸。2.2天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)概述隨著定量化的思想逐漸在人們認(rèn)識(shí)自然的過程中變得越來越重要,慢慢

8、的形成了有關(guān)最優(yōu)化的理論,而這些最優(yōu)化的理論反過來對(duì)實(shí)踐的巨大推動(dòng)是隨著計(jì)算機(jī)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(gè)多學(xué)科相互交叉運(yùn)用的問題，其中涉及到了最優(yōu)化、運(yùn)籌學(xué)、圖論方面的數(shù)學(xué)理論、經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)以及如何通過計(jì)算機(jī)實(shí)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(shè)計(jì)主要是解決一下幾個(gè)問題8：（1）布局的優(yōu)化：確定網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫问?，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(shè)計(jì)各參數(shù)的優(yōu)化：例如，個(gè)管徑、壁厚等等實(shí)際的參數(shù)。將以上幾個(gè)問題綜合起來，將可以得到整個(gè)天然氣集輸網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。第3章天然氣集輸管網(wǎng)布局優(yōu)化油氣集輸工程主要是指油氣田地面工程的主

9、體工程，也是石油與天然氣生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，集輸?shù)娜蝿?wù)是收集自地下開采出的原油、天然氣或其混合物，并進(jìn)行分離、轉(zhuǎn)運(yùn)、外輸。集輸系統(tǒng)的耗資十分巨大，主要包括管網(wǎng)造價(jià)，中間站投資及運(yùn)行費(fèi)用，其中一中轉(zhuǎn)站的投資近千萬(wàn)元，管材費(fèi)用也高達(dá)每千米數(shù)萬(wàn)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(duì)天然氣集輸及處理生產(chǎn)總成本運(yùn)用一定的技術(shù)和方法，使集輸管網(wǎng)建設(shè)投資及集輸生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用在總成本中的影響減到最低的限度9。3.1集輸流程的井組劃分在氣田內(nèi)部的集輸流程中，根據(jù)氣田的地質(zhì)、地理位置及該氣田的不同開發(fā)階，可以分為單井和多井集輸流程。對(duì)于那些面積比較大、井?dāng)?shù)比較多的氣田，通常會(huì)

10、劃分成若干個(gè)小組，最后，每一組的天然氣都會(huì)在各自的集氣站進(jìn)行匯總，然后進(jìn)行外輸。小組中所含氣井?dāng)?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?xiàng)l件、氣田的集氣站的生產(chǎn)規(guī)模等等決定。井組最優(yōu)劃分的目標(biāo)就是保證氣井與集氣站間的最佳隸屬關(guān)系，即在一定的井式約束下，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(yīng)集氣站費(fèi)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(xué)模型，將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化成數(shù)字模型，并對(duì)該數(shù)學(xué)方程進(jìn)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(xué)模型的計(jì)算方法可以為井組劃分提供一定的

11、理論基礎(chǔ)，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(chǔ)上再根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化。3.2管網(wǎng)布局與集輸場(chǎng)站布局和選址要求相一致在氣田集輸系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中,根據(jù)3.1中假設(shè)的井?dāng)?shù)和井位坐標(biāo),可以進(jìn)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(gè)氣田集輸管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形式(網(wǎng)絡(luò)布局)，而管線網(wǎng)絡(luò)投資一般要占?xì)馓锛斚到y(tǒng)投資的60一70%,所以確定了氣井與集氣站的隸屬關(guān)系后，需要進(jìn)一步進(jìn)行幾何優(yōu)化，即確定集氣站的最優(yōu)布局,以降低管網(wǎng)系統(tǒng)的總投資。我國(guó)的油氣田地面集輸系統(tǒng)有二級(jí)布站和三級(jí)布站兩種主要類型。其中，二級(jí)布站可以先將氣井

12、用星形網(wǎng)絡(luò)連接集氣站,再將集氣站用樹枝網(wǎng)絡(luò)連接到集氣總站，形成“集氣站一集氣總站”兩級(jí)布站系統(tǒng)11。3.3干支管網(wǎng)布局優(yōu)化在各氣井與其所屬集氣站合理連接的基礎(chǔ)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，一般使用的是根據(jù)圖論知識(shí)將問題分解為兩個(gè)子問題來考慮12，13，一個(gè)是樹枝管網(wǎng)的連接方式優(yōu)化，另一個(gè)是中天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究心集氣站的選址問題。由于這兩個(gè)問題的求解是兩個(gè)相互獨(dú)立的過程，沒有從整體考慮管網(wǎng)的布局，在實(shí)際操作上會(huì)產(chǎn)生：當(dāng)把問題二的中心集氣站加入到問題一的最小生成樹時(shí)，會(huì)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(zhǎng)，而使各管段的流量長(zhǎng)度之和沒

13、有達(dá)到最小。因此，這就要求必須將這些集氣站的氣體進(jìn)入集氣干線的接入點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。求得使整個(gè)集氣干線的流量長(zhǎng)度之和達(dá)到最小的管網(wǎng)布局。第4章 結(jié)論當(dāng)前，世界的輸氣管道發(fā)展的總趨勢(shì)將會(huì)是：長(zhǎng)運(yùn)距、加大口徑和提高壓力、輸氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、輸氣管將會(huì)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(shè)計(jì)方案具有一定的經(jīng)濟(jì)性、安全性、合理性，在查閱相關(guān)文獻(xiàn)和資料的基礎(chǔ)上，本文對(duì)天然氣集輸網(wǎng)優(yōu)化進(jìn)行了一定的研究。本文的研究?jī)?nèi)容包括，集輸流程的井組劃分、管網(wǎng)布局與集輸場(chǎng)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(nèi)容。雖然本文的研究相對(duì)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(nèi)

14、容，可以對(duì)集輸管網(wǎng)優(yōu)化的軟件開發(fā)有點(diǎn)建議，可以同樣可以對(duì)實(shí)際操作過程時(shí)存在重要的知道意義。參考文獻(xiàn)1 石寶巧.中國(guó)石油天然氣資源m.北京:石油工業(yè)出版社,1999.2 章兆淇,劉克雨.國(guó)外天然氣利用的基本特點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)我國(guó)加快天然氣發(fā)展的建議j.中國(guó)石油集團(tuán)經(jīng)濟(jì)和信息研究中心.2001,9(1):32-36.3 李士倫.天然氣工程m.北京:石油工業(yè)出版社,2000. 4 孫璞.天然氣管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)研究及軟件開發(fā)d.西南石油學(xué)院碩士畢業(yè)論文,2004.5 李天祥,羅佳,趙強(qiáng),尚紀(jì)超,吳建超.冀東油田天然氣集輸管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化j.油氣田地面工程,2011(5):134.6 田豐,馬仲蕃.圖與網(wǎng)絡(luò)流

15、理論m.北京:科學(xué)出版社,1987.7 潘紅麗,楊鴻雁.氣田地面集輸管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)j.天然氣儲(chǔ)運(yùn).2002(4):132-135. 8 艾云超.國(guó)內(nèi)氣田集輸工程技術(shù)及發(fā)展方向j.天然氣田地面工程,2005(09):163-165. 9 張子文,李小龍.天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化研究j.中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量.2007(3):88.10 李元鵬等.油田地面集輸管網(wǎng)優(yōu)化計(jì)算研究j.油氣儲(chǔ)運(yùn).2004.23(10):17-19.11 葛翠翠.天然氣集輸網(wǎng)優(yōu)化d.大慶石油學(xué)院碩士畢業(yè)論文,2007.12 宋振邦.油田地面工程布局優(yōu)化j,石油規(guī)劃設(shè)計(jì),1999,(2):28-31.13 李宏偉、譚家華.海底油氣集輸管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)j,中國(guó)海上油氣(工程),2000(4):973.致 謝在論文收筆之際，回顧這幾年的學(xué)習(xí)，不禁感慨萬(wàn)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(gè)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(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。同時(shí)，我還要感謝大學(xué)期間教過我的所有老師，老師，您辛苦啦！此外，我還要感