天然气集输管网优化分析

天然气集输管网优化分析

王红伟

中石化江汉油建工程有限公司湖北省潜江市433123

摘要：天然气集输管网系统是一个密闭的、复杂的系统，天然气集输管网系统优化是在油气田开发地面工程建设中必须首先解决的问题，天然气输送管道正向着大型化、复杂化的网络系统方向发展。因而，对天然气集输管网的优化分析具有十分重要的意义。

关键词：天然气管网；集输系统；气田站

随着石油资源的逐渐枯竭，天然气资源由于其清洁、高热值等显著优点，已经成为人们生活中不可或缺的能源之一。天然气集输系统是气田的重要组成部分，在气田地面工程中占用了大量投资。另外，集输管网一旦建成，若进行改建，将耗费大量人力物力。因此，对天然气集输管网的优化分析具有十分重要的意义。

1.天然气集输管网优化的原则

天然气集输管网的优化的主要原则有费用最省原则及运行可靠原则。费用最省原则即以投资最省为最终寻优目标，以达到经济最优化。气田集输系统的投资主要包括建设费用和运行费用。建设费用包括建站费、管材费用等，运行费用则主要包括热力费用及动力费用。以费用最省为寻优目标即在集输管网优化设计过程中尽可能的减少天然气集输管网的建设费用及运行费用。运行可靠原则是一类技术最优化原则，即在集输管网的优化设计规程中，寻求使得集输系统运行可靠，压力、温度等工艺参数符合实际工程要求的优化原则。实际上，天然气集输管网的优化问题是一类多目标优化问题，往往需要以费用最省为目标函数，以可靠性为约束条件来进行优化设计。

2天然气集输管网的优化分析

气田地面集输管网工程是气田地面工程的主体工程，也是一个投资巨大、内容复杂的系统。气田地面集输管网的优化，即明确气井与集气站的最佳归属关系、最优网络布局以及最优管径组合。

2.1井组优化

气田内部的集输流程根据气田的地质、地理条件及气田开发阶段的不同可分为单井集输流程和多井集输流程。对于面积较大和井数较多的气田，为了生产和管理上的方便，通常将气井划分为若干组，每一组气井的天然气都在各自的集气站进行汇集处理后，然后外输。其各组所含的气井数取决于地理条件、气井和集气站的生产规模、井位分布等。根据经验，产量较大的为6～10口井，产量较小的为11～16口井，最多不宜超过20口井。气田集输系统井组最优划分解决的问题是如何最优划分井组，以使建设投资费用最省。目前，在井组最优划分时，大都采用在一定井式和集输半径约束下，以距离之和最短为原则对井组进行划分，没有考虑集气站的集气量规模问题。井组最优划分的目标就是确定气井与集气站间的最佳隶属关系，即在一定的井式约束下，把各气井划分为隶属于各自集气站的井组，以使各气井到相应集气站费用最小，各集气站的集气量分布最合理。

2.2气田站址优化

在气田集输系统工程中，首先遇到的问题是如何确定集气站的数目和站位。很显然集气站的多少直接与投资相关，而且站位的确定又直接影响到整个气田集输管网的结构形式（网络布局），而用于集输的管线投资也高达每千米数万元，管线总的投资一般要占气田集输系统投资的60～70％，因此，研究最优化集气站位问题具有十分重要的实际意义。气田地面集输系统是由气井、集气站、压缩机站等部分组成。一般而言，气井和井位是根据已探明的地层构造，在油藏工程设计中确定；集气站位置一般是建在所辖一组生产井的中间。我国的油气田地面集输系统有二级布站和三级布站两种主要类型，采取二级布站，即先将气井用星形网络连接集气站，再将集气站用树枝网络连接到集气总站，形成“集气站一集气总站”两级布站系统。

2.3集气站管网布局优化

如何将各集气站与集气总站连接起来，最终形成气田集输系统是本节所讨论的问题。在以往的管网布局优化中，一般是根据图论知识将问题分解为两个子问题来考虑，一个是树枝管网的连接方式优化，另一个是中心集气站的选址问题。在问题一的求解过程中，采用的顶点加权的方法进行加权计算得出最小的流量长度之和，求出最小生成数，但是，当无向数转化为有向数后，这个最小的流量长度之和不一定就是干线各管段的最小流量长度之和。虽然在中心集气站的选址问题中考虑了流量的分配问题，目的是为了避免某些管段流量过度集中，造成管径过大增加费用，这样，当把问题二的中心集气站加入到问题一的最小生成数时，会出现某些集气站的气体输往中心站所经过的管线距离过长，而使各管段的流量长度之和没有达到最小。因此，必须将这些集气站的气体进入集气干线接入点进行适当的调整。求得使整个集气干线的流量长度之和达到最小的管网布局。集气总站的选址问题是属于上述第二类问题中的中心问题，即在给定的集气站中选出一个集气站作为集气总站，使得其它集气站距离集气总站的最大距离为最小。集气总站作为整个气田中综合开发的生产处理、外输及管理中心，其位置的选择要考虑到整个气田管网的流量分布，应使管网的流量分配尽可能合理，有利于整个气田进行最优区域划分和管网布置。

3.天然气管网的发展趋势

目前，世界上的天然气集输管道发展存在以下趋势：长运距，特别是目前建设和计划的许多输气管道都是距离较大的输气管道，这是国际天然气贸易迅速增长的结果；加大口径和提高压力，长运距决定了需要在大口径和高压力运输的前提下才能体现其经济性，例如，穿越西西里海峡阿一意输气管道最大工作压力已经达到15MPa；输气系统网络化，输气系统网络化已经成为世界天然气储运的主要发展趋势之一；向极地和海上逐渐延伸，目前世界上新开发的大油气区多数分布在北极地区，同时海上油田的开发业使输气管道向海洋延伸。

4.总结

当前，世界的输气管道发展的总趋势将会是：长运距、加大口径和提高压力、输气系统实现网络化、输气管将会向极地和海上逐渐延伸等等。为了保证天然气集输管网的最优化，使设计方案具有一定的经济性、安全性、合理性，在查阅相关文献和资料的基础上，本文对天然气集输网优化进行了一定的分析。

参考文献：

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[3]田丰，马仲蕃.图与网络流理论[M].北京：科学出版社，1987.

[4]潘红丽，杨鸿雁.气田地面集输管网系统的优化设计[J].天然气储运.2002（4）：132-135.