气田地面集输管网运行优化及其应用研究

韩斌

摘 要：我国很多气田地面集输管网已经应用了很久，在承受能力方面有所下降，对集输管网的正常运行造成了很大的影响。所以人们应该重视气田地面集输管网运行的优化，找出需要维修或者维护的地方，进行相应的处理，这样才能够减少气田地面集输管网的安全隐患，更好的为人们服务。我国对于集输管网的研究还处于初级阶段，相对于一些发达国家来说还有很多的不足之处，人们应该对气田地面集输管网的重要性有一个清楚的认识，确保集输管网安全有效的运行。本文主要阐述了气田地面集输管网运行优化及其应用研究。

关键词：气田地面;集输管网;运行优化;应用研究

在对气田地面集输管网的运行研究中，初步探索了一种页岩气井场布站过程中集输参数的确定，建立了基于二维平面的星枝状管网分级优化模型，采用K-medoids中心点聚类法进行井组划分，完成集气站位置优化。根据研究表明，集输管网的运行优化模型以及采用的优化算法在现实中集输管网的运行中是可行的。这种集输管网的优化方案可以用于日常运营，还可以为集输管网未来的发展提供一个可靠的发展方向。

1 气田集输管网工业及其特点

通过多年来的不断摸索研究，我国已经形成了一套较成熟的适合自身实际情况的集输工艺技术。我国的技术工艺流程相对来说比较复杂，就目前南川页岩气田来说，井口套管产出页岩气经过油嘴节流后会进入各对应集气场站进行脱水分离、增压等初步处理，然后通过一定的压力将其输送到脱水站进行集中脱水、调压，最后通过外输管线将其运送到中央处理厂站进行集中处理后外输。页岩气往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。较常规天然气相比，页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点，大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。在此背景下，气田集输管网建设工作显得尤为重要，需要投入的人力资源和物力资源都非常大，承担的风险也很高，所以人们需要对这方面的工作充分重视起来。

2 集输管网适应性分析

气田集输管网的布局系统相对于其他系统来说是十分复杂的，在布置位置和布置方式方面都有很多的要求。气田集输管网的运行收到了很多因素的影響，一些小的因素都可能会影响气田集输管网的正常运行。在实际工作中，气田集输管网的类型有很多种，针对于不同的的环境，气田集输管网需要应用不同的类型，但是所有的气田集输管网都有共同点，都是由两个或者两个以上的管网形式组合在一起的。主要有环形管网和枝状管网两种形式。

环形管网指的是环形的集气干线，将采集干线装入到集气干线中来，然后寻找合适的位置引出集气干线，将集气干线与外输线连接。这样一来，环形集气干线的压力比较小，气压的调节相对来说比较方便，运行会更好，不容易出现问题，所以环形管网是人们应用很多的一种方式。其次是枝状干线，在集气干线中贯穿，分布在集气干线两侧，然后利用集气干线输送到处理站。这种环形管网减少了很多人力资源和经济资源的消耗，所以这种方法在日后的生产中被逐渐推广开来。在未来，这种方法也会得到广泛的应用，会为我国的集气管网运输做出很大的贡献。

3 集气管网优化的具体方法

在我国现阶段来说，集气管网必须要得到优化，只有优化集气管网，我国的集气管网才能够在未来发展的越来越好。优化集气管网的目标就是将费用达到最优化，将人力资源做到最节省，这样我国的集气管网才能够实现真正的意义。其次，我国的集气管网在现阶段还存在着一些的问题，这些问题被相关部门的有关人员忽视了，这是我国集气管网系统优化的瓶颈，只有解决这些问题，我国的集气管网才能够做到真正的优化，所以相关部门的有关人员必须要重视起来。

3.1 参数优化

参数优化有两种方法，包括压力等级优化和采技术管道管径优化，第一种方法指的是在增压线、中央处理厂等方面进行优化和升级，因为这些地方的优化和升级能够将集气管网带上一个台阶，人们在现实生活中也将重心放在了这个方面，在目前为止已经取得了很好的成绩，还需要更多的人加入到压力等级优化系统中来，人们才能够将工作做的更好。第二种是集气管道管径优化，集气管道的类型是非常多的，每个管道系统中的集气管道类型都有或多或少的差别，人们应该对这些差别重视起来，针对每一种不同的管道类别采用不同的优化方式，在实际生活中应该用平衡法对集气管网进行优化和升级。

3.2 布局优化

图1   星-枝状拓扑结构

布局优化是集气管网优化的重中之重。布局优化指的是对压差进行有效的利用，对管网布局进行有效的确定，增加集气管道的有效半径，这样我国的集气管网运输能够大幅度提高运输效率，而且集气管网运输的过程中不容易出现问题。人们应该将重心放在集气管网的布局优化中来。

3.2.1 集气站数确定

集气站数N的确定由给定的集气半径约束R和区块的面积S和建井规模n来确定，确定方法如下式：

3.2.2 井组划分

利用聚类分析中的K-medoids中心点聚类法进行聚类。

计算流程：①总体n个样本点中任意选取K个点作为中心点;②按与中心点最近的原则，将剩余n-K个点分配到当前最佳的中心点代表的类中;③对于第i个类中除对应中心点外的所有其他点，按顺序计算当其为新的中心点时，代价函数的值，遍历所有可能，选取代价函数最小时对应的点作为新的中心点;④重复②-③的过程，直到所有的中心点不再发生变化或已达到设定的最大迭代次数;⑤产出最终确定的K个类。

3.2.3 集气站站址优化

井组划分后完成后，需要优化每个井组内集气站的位置，集气站位置优化以管道造价费用最小为目标函数，求解方法采用单纯形法。

集输管网设计采用二级布站的方式，即：井场--集气站--联合站，井组内井场与对应的集气站相连接，采用放射状管网的形式。以井组内所有井场到集气站的加权距离之和最小为优化目标，建立数学模型如下：

4 总结

我国参与气田集气管网优化系统的工作人员还是非常少，需要更多的人加入到研究中来。气田地面集输管网的优化已经迫在眉睫，人们应该充分意识到集气管网优化的重要性，从多个方面对我国的集气管网进行全方面的优化，这样才能够提升我国集气管网的运输效率，从而更好的为人们服务。

参考文献：

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