通用性星树状油气管网布局优化模型研究

集输管网结构复杂、投资大,是油气田建设的重要组成部分,优化集输管网布局方案是油气田降低开发成本的关键之一。由于星树状管网在集输系统中被广泛使用,针对星树状管网最优布局问题,开展了星树状管网布局优化模型的研究,重点关注了集输站处理容量和集输半径的约束限制,建立了Q模型、R模型、QR模型等含有大量离散变量的混合整数线性规划的通用模型。以实际的油气田为例,运用分支定界法求解上述模型,得到各方案下的拓扑结构、集输站设施位置、中央处理设施位置等系统最优解,证明了模型与算法的正确性和可靠性。通过分级优化策略和整体优化结果的对比分析,整体求解星树状管网模型的总投资更低。提出的通用性星树状油气管网布局优化模型,可根据工程实际情况确定不同约束条件下的最优管网布局,有效指导油气田地面工程设计与建设。     

联合站能耗分析与系统优化

联合站是油气集输系统的主要组成部分和耗能单元,对其进行系统优化节能降耗从而降低运行成本是十分必要的.以大庆油田掺水系统中某一联合站为研究对象,建立系统能耗平衡模型,对其进行能耗平衡分析,并以最小能耗为目标函数对联合站系统进行优化.研究结果表明通过系统优化改造降低了系统生产运行成本.     

基于机采和集油系统整体能耗最低的集油参数优化方法

将环状集油环上的抽油机井与集油管网作为研究对象,基于多相水平管流模型和抽油机井动态参数的仿真技术建立集油管网压降、抽油机井井口油压与集油系统掺水参数关系的仿真模型及抽油机井输入功率、油井产量与井口油压之间关系的数学模型,即抽油机井输入功率、油井产量与掺水参数之间关系的数学模型。分别以集油和机采系统总能耗最低、集油和机采系统效益最大为优化设计的目标函数,建立集油系统掺水参数优化设计的数学模型。结果表明:井口油压对抽油机井输入功率与油井产量有显著影响;掺水温度与掺水流量对集油和机采系统总能耗、总效益具有显著影响,将机采与集油系统作为整体优化可显著提高系统整体经济效益。     

大庆外围油田的安全混输温度界限研究

大庆油田外围油田的集输系统绝大部分采用环状掺水流程,该集输系统受单井产量低,气油比低、井口出液温度低、集输半径大,原油凝固点高等因素的影响,集输系统生产能耗一直偏高.针对油田生产的这种现状,经过两年的现场试验及相关理论研究,给出了适合该类集输系统安全运行的技术界限,为外围油田环状集油工艺低温运行探索了新的途径,也为实现油田不加热集输提供技术支撑.     

不加热埋地集油管网参数优化设计

不加热集输是油田高含水开发期经常采用的一种能耗较低的工艺流程。为了提高油田开发建设的经济效益,以管线管径、保温层厚度和管顶埋深为设计变量,管网建设投资、动力能耗和热力能耗最小为目标研究建立了不加热埋地集输油管道多目标参数优化设计的数学模型。该模型属于混合变量的非线性优化设计问题。根据模型的结构特点,采用线性加权法将多目标优化问题转化为单目标优化问题,然后采用序列二次规划法进行求解。对某区块集输管网进行了优化设计。与优化前相比,管网投资降低5.64%,热力能耗降低39.55%,动力能耗增加37.01%。     

大庆外围油田的安全混输温度界限研究

大庆油田外围油田的集输系统绝大部分采用环状掺水流程,该集输系统受单井产量低,气油比低、井口出液温度低、集输半径大,原油凝固点高等因素的影响,集输系统生产能耗一直偏高。针对油田生产的这种现状,经过两年的现场试验及相关理论研究,给出了适合该类集输系统安全运行的技术界限,为外围油田环状集油工艺低温运行探索了新的途径,也为实现油田不加热集输提供技术支撑。     

中原油田东濮老区高含水原油常温集输技术

中原油田东濮老区进入高含水期,为解决地面集输系统能耗高、效率低、安全风险大的问题,以文卫油区为试验区块开展了高含水原油常温集输技术研究.根据地面集输系统现状,经过室内实验、理论分析和现场试验,形成了以"常温输送安全技术界限、纳米降凝剂和低温破乳剂处理工艺、集输管网优化工艺"为主体的中原油田东濮老区高含水原油常温集输技术系列.在文卫油区集成应用后,撤减单井加热炉67台、计量站加热炉28台,每年可减少天然气用量197.1×104 m3、创效612.2万元,有效保障了油田地面集输系统安全高效、绿色低碳运行,取得了显著的社会经济效益.     

三元复合驱掺水系统结垢影响规律研究

在三元复合驱生产过程中,包括掺水管道、掺水炉等在内的地面掺水集输系统中存在严重的淤积、结垢,直接造成集输能耗上升,设备、管线极易损坏或寿命缩短等一系列威胁油田正常开发的生产难题。以大庆杏北油田三元复合驱开发区块为研究对象,分析了其地面掺水系统中的结垢物组成。并通过模拟试验研究了影响掺水系统结垢的因素与规律。结果表明,掺水系统中是集硅垢、碳酸垢、腐蚀垢等于一体的含油混合垢,且以硅垢为主,含量占到45%以上。掺水温度、掺水量、掺水压力及含聚浓度均对结垢有影响,但在三元复合驱集输系统正常生产工况条件下,含聚浓度对于垢质的沉积具有更显著的影响。500 mg/L左右的见聚浓度是结垢速率的高峰期。     

基于动态水力平衡的集中供热系统二次管网节能优化调节方法研究

针对二次管网各支路之间相互耦合、流量难以精确控制、输配系统各设备的动态调节容易造成水力失衡的情况,利用电网图论原理建立二次管网多元非线性水力工况模型,并利用实测数据建立二次管网输配系统能耗模型,以输配系统能耗最小为目标,以各支路动态水力平衡为主要约束条件,建立基于遗传算法的二次管网输配系统节能优化调节模型,用于在线优化二次管网输配系统各设备的运行参数。利用某高校集中供热系统二次管网进行建模和仿真。研究结果表明:动态调节方法相对变压差变流量调节方式可使输配系统运行能耗进一步降低约12.27%,为多执行机构二次管网水力平衡的动态优化调节提供参考。     

基于水力-热力耦合模型的供热管网优化调度研究

在城市集中供热管网运行过程中,供热系统的输配能耗由水泵能耗和供、回水管网的热损组成,降低供热系统的输配能耗对实现低碳供热目标具有重要意义．本文基于网络图论、流体输配原理和管道的一维传热,建立了集中供热管网的动态水力-热力耦合模型,并针对天津市实际供热管网的运行过程进行了仿真模拟,利用实际运行数据验证了动态水力-热力耦合模型的精确性．建立了集中供热管网输配能耗的计算模型,并对供热系统的运行能耗进行经济性分析．基于所建立的能耗分析模型,结合粒子群优化算法,建立了多热源环状管网的优化调度方法,该方法以供热管网的总输配损耗的成本最低为目标函数,以热源的供水温度、热源泵的转速比、热力站入口处的阀门开度为决策变量,以满足能量守恒和质量守恒为约束条件,通过进行算法参数匹配,给出基于PSO算法的多热源环状供热管网优化调度的计算步骤,并结合天津市实际管网对优化调度方法的调控过程进行了分析．仿真计算结果表明,由于管网存在输配延迟属性,热力站的总负荷变化与室外温度变化不存在静态的正相关性,此外,也发现水泵运行费用为整个管网运行费用的主要组成部分,占总运行费用的58%以上．本研究为城市集中供热管网运行调节的优...     

海洋油气集输系统中强烈段塞流压力波动特性

在海洋油气集输过程中,管路中易形成强烈段塞流,从而导致管线的机械损坏、加剧管壁腐蚀等危害。为了消除这种危害,对海洋油气集输系统中带有水平管的下倾管-立管系统强烈段塞流压力波动特性进行研究。结果表明,安装有水平管段的这种管路系统与没有安装水平管段的系统相比,其压力波动有两个明显的区别:一是立管中部测压点压力波动曲线在喷发时刻产生急剧上升的压力尖端,折算液速对压力尖端的出现有很大的影响,而折算气速变化对压力突增尖端的影响不大;二是在低的折算液速条件下,下倾管底部测压点最高压力大于其他所有测压点的压力,随折算液速的增大,该点的压力变小,达到正常值。     

高含水期原油低温集输温度界限模型研究

随着油田进入高含水期,原油流动特性发生了较大变化,而传统的集输工艺流程能耗较高,为了降低集输能耗,急需对管道低温集输温度界限进行研究。因此,在华北油田测试区块建立了可视化试验装置,研究实际生产过程中高含水原油低温集输特性和温度界限。研究结果表明,随着集油管线温度的降低,存在3个压降变化的转折点,其中压降增加率突变点和压降峰值点所对应的特征温度可作为低温集输的温度界限,据此拟合得到了满足实际生产需求的黏壁温度回归模型。基于所得模型,针对不同工况下低温集输的温度界限进行了预测,并据此创建了低温集输可行性的图示判断工具。所得结果对高含水期油田实际生产中低温集输的可行性判断及其安全运行管理具有指导意义。     

大型天然气管道稳态运行优化研究

针对天然气长输管道压缩机站运行能耗高的问题，基于动态规划法，建立以大型天然气管道压缩机站总能耗最低为目标函数的管道运行优化模型，确定压缩机开机数量和出站压力为优化变量。根据此优化模型，求解西气东输一线管道算例，该算例管道规模庞大（含22座压缩机站和32台压缩机，管线全长3 840 km，设计年输量为170×10⁸ t），优化模型可在60 s内求解得出结果，动态规划法求解快速有效。根据优化结果，优化运行方案比运行日报表中增加了2台压缩机的开机数量，管道总压降减少了3.40 MPa，燃气轮机组平均效率提高了4.234%，电驱机组平均效率提高了4.875%，压缩机总功率减少187 20.38 kW，生产单耗减少16.24 kgce/（10⁷ Nm³·km），可大幅降低西气东输一线管道的总能耗，证明了所建优化模型的正确性和可行性。     

永4转油站集输系统能耗分析及节能预测

大庆油田永4转油站所辖油井产液量低、含水率高,集油能耗偏高。为降低集输能耗,建立了永4转油站各集输环节能量平衡模型,结合生产运行数据对其进行了能耗分析,确定了能耗分布规律及用能薄弱环节,并提出了主要用能设备改造、生产工艺参数优化等节能技改方案。节能预测结果表明:该集输系统改造后,可节约天然气48.97 m3/h,节电34 kW.h/h,能源效率可提高2.17%,节能效果显著。     

原油集输系统能耗分析软件开发与应用

油田进入高含水、特高含水开发阶段后,运行效率降低,系统能耗升高,原油生产成本呈逐年上升趋势,必须进行能耗分析,优化工艺流程。研究开发原油集输系统能耗分析软件,对于控制原油生产中能耗上升,降低原油生产成本,实现油田地面工程高效、低耗运行和科学管理将起到重要作用。以大庆油田第三采油厂以北二二脱水站为例,对其集输系统用能现状和能损分布规律进行了研究,结果表明此软件分析结果准确高效。     

地面集输系统油气水多相取样计量技术研究

传统的油气计量分离器存在体积大、精度低等缺点,已很难适应当前高含水期生产需要.提出了通过管壁取样测量油气水三相流流量的新方法.管壁四周均匀布置4个直径为2.5 mm的圆形取样孔,并在上游采用旋流叶片将来流整改成液膜厚度均匀分布的环状流型,以增强取样的代表性.在管径为0.04 m的多相流实验环道上开展了实验研究,结果表明:在实验范围内,取样比基本不受主管气、液相流量波动的影响,能够在宽广的流动范围内维持恒定,液相分流系数稳定值为0.05,液相流量平均误差为2.8%,气相流量平均误差为4.2%.该装置特点是体积小、成本低、计量稳定.其成功应用有望撤销计量站,实现集输工艺流程的简化优化,降低油田高含水期运行成本.     

基于遗传算法的盐穴储气库注气能力方案优化

盐穴储气库作为中国天然气调峰的重要手段之一,承担着战略储备的重要任务。为提高川气东送输气管网的运行优化能力,对金坛盐穴储气库提出合适的注气配产方案以降低压缩机能耗作为当前阶段的首要目标。通过对金坛盐穴储气库的地理环境、管道参数、储气井参数、压缩机能耗等综合因素进行分析后,以该地区十口井注气流程为例,将其配气方案的能耗分析作为主要目标,在满足于储气库总量、单井注气约束条件的情况下,应用遗传算法对注气任务方案进行优化。通过分析了5组遗传算法进行优化的注气配气过程,结果表明当迭代步数达到25步左右时,总能耗达到收敛且平均每组运行时间为4.57 s,进一步分析得出各单井注气量在优化过程中的趋势图。在符合现场条件、满足于注气需求的情况下,最终模拟优化后的配产方案系相比最初配产方案压缩机能耗下降了33%,实际现场压缩机能耗下降普遍在30%～35%,大幅降低了压缩机能耗浪费,对实际生产应用具有一定的指导作用。