本科毕业论文天然气集输管网优化.doc

中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题 目： 天然气集输管网优化 学习中心： ××学习中心 年级专业： 网络10秋 工商管理 学生姓名： 学 号： 1061802006 指导教师： 职 称： 副教授 导师单位： 中国石油大学（华东） 中国石油大学（华东）远程与继续教育学院论文完成时间： 2014 年 06 月 01 日中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）任务书发给学员 1设计(论文)题目： 2学生完成设计(论文)期限： 年 月 日至 年 月 日 3设计(论文)课题要求： 4实验（上机、调研）部分要求内容： 5文献查阅要求： 6发 出 日 期： 年 月 日 7学员完成日期： 年 月 日指导教师签名： 学 生 签 名： 注：此页由指导教师填写摘 要天然气气田地面集输管网工程是气田的主要工程，也是一项投资比较大、内容复杂的体系。天然气集输管网的优化需要进行研究，即集输流程的井组划分、管网布局与集输场站布局和选址要求相一致、干支管网布局优化等等内容。本文就在查阅大量文章和资料的基础上，对这些优化内容进行了研究，希望本文讨论的内容，可以对集输管网优化的软件开发有点建议，可以同样可以对实际操作过程时存在重要的知道意义。关键词：天然气，集输管网，优化设计，研究目 录第1章 前言1第2章 天然气管网优化设计概述22.1天然气管网现状及发展趋势22.1.1 天然气管网建设现状22.1.2 天然气管网的发展趋势22.2天然气管网系统优化设计概述2第3章天然气集输管网布局优化33.1集输流程的井组划分33.2管网布局与集输场站布局和选址要求相一致43.3干支管网布局优化4第4章 结论4参考文献6致 谢7第1章 前言随着社会的快速发展和人们生活水平的迅速提高，研究以及开发新能源成为人们面临的重要挑战之一。这就要求在满足人类与大自然协调发展的基础上，技术和储藏上也需要满足人类日益增长的需求。天然气是一种比较宝贵的资源，可以在工业和城市中作为优质燃料或原料使用，而且，相比较与其他能源，天然气还有易清洁、高效、环保的明显优势1。国际原子能机构完成的关于21世纪世界能源的研究报告，彼得· 奥德尔(Peter Ordell)教授曾经指出，大约在21世纪40年时，世界的天然气供应量将会超过目前比较常用的石油和煤炭，跃居世界首位。有相关专家也预测，2040年世界油气总供应量将会达到128.5亿吨油当量,其中天然气所占比重将会比石油需求还要高出4.4%，高达51.1%2。随着中东地区的行业发展，天然气将会逐步发展成为一个重要的作用。随着我国“西气东输”工程的建设，我国将拉开了新世纪天然气发展的序幕，于此相关的天然气的开发、开采以及于此相关的一些输气管网的建设也得到了加强。随着全国各地区气田开发力度的加大以及开采程度的加深，目前拥有的地面集输配系统不能满足需求，其运行的效率也开始逐渐降低，部分集输配系统建设时不够完善的缺点也日益表露出来。如何合理、有效地分配集输压力和流量以及如何确保各地气井正常生产是各气田需要解决的问题之一。鉴于以上种种原因，本文在调研了国内外有关管网优化技术相关的大量的中外文献和报道，开展了天然气集输管网优化布局相关方面的研究。以期，本文的研究可以对气田集输管网的建设和管理有一定的借鉴作用。第2章 天然气管网优化设计概述2.1天然气管网现状及发展趋势2.1.1 天然气管网建设现状自从60年代以来，全世界中已经形成了很多各大洲、各国家之间、以及全国性和地区性不等的天然输气管网。早在1998年时，世界天然气输配气管网长度约为519.7万 km，其中北美地区约占一半。亚太地区的天然气开发比较晚，但有些国家仍然拥有覆盖面甚广的天然气管网，马来西亚正在建设的半岛天然气将会利用管网为国内的天然气消费奠定基础。我国也存在一批区域性的管网建设，这为市场开拓奠定了坚实的基础。尤其是在“西气东输”工程建设前,我国石油天然气集团公司的输气管线总长度约为9,972km,初步建成了三类区域性管线:川渝地区的环形管网；陕甘宁气区的放射形管网；各油田建成的一些区域性管网3。这些管网和“西气东输”工程的建成及投入使用改善我国能源消费结构、实现国民经济的可持续发展和提高人民的生活水平起到了至关重要的作用。目前全世界的输气干线仍以每年1.4*104 km的速度增长4 。2.1.2 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5：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。2.2天然气管网系统优化设计概述随着定量化的思想逐渐在人们认识自然的过程中变得越来越重要,慢慢的形成了有关最优化的理论,而这些最优化的理论反过来对实践的巨大推动是随着计算机的大力发展才表现出来的6。集输管网的优化是一个多学科相互交叉运用的问题，其中涉及到了最优化、运筹学、图论方面的数学理论、经济效益评价以及如何通过计算机实现优化的问题等等7。天然气集输管系统的优化设计主要是解决一下几个问题8：（1）布局的优化：确定网络的拓扑形式，即管网连接的形式和布站的方式。（2）位置的优化：合理安排中间站的位置。（3）设计各参数的优化：例如，个管径、壁厚等等实际的参数。将以上几个问题综合起来，将可以得到整个天然气集输网的优化设计方案。第3章天然气集输管网布局优化油气集输工程主要是指油气田地面工程的主体工程，也是石油与天然气生产过程中的一个重要环节，集输的任务是收集自地下开采出的原油、天然气或其混合物，并进行分离、转运、外输。集输系统的耗资十分巨大，主要包括管网造价，中间站投资及运行费用，其中一中转站的投资近千万元，管材费用也高达每千米数万元。天然气集输管网优化就是指，在能够满足使用的功能和安全生产的条件下，对天然气集输及处理生产总成本运用一定的技术和方法，使集输管网建设投资及集输生产运行费用在总成本中的影响减到最低的限度9。3.1集输流程的井组划分在气田内部的集输流程中，根据气田的地质、地理位置及该气田的不同开发阶，可以分为单井和多井集输流程。对于那些面积比较大、井数比较多的气田，通常会划分成若干个小组，最后，每一组的天然气都会在各自的集气站进行汇总，然后进行外输。小组中所含气井数一般是产量较大的为6-10口，产量较小的一般为11-16口，最多不宜超过20口，这些都是根据其所在的地理条件、气田的集气站的生产规模等等决定。井组最优划分的目标就是保证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。这样的最优井组划分可以建立数学模型，将实际问题转化成数字模型，并对该数学方程进行求解，这样可以将井组划分以及集输站的位置大致确定下来10。这样的数学模型的计算方法可以为井组划分提供一定的理论基础，也许这不一定是最后的井组划分和集气站站址，但可以在此基础上再根据实际情况进行优化。3.2管网布局与集输场站布局和选址要求相一致在气田集输系统的优化设计中,根据3.1中假设的井数和井位坐标,可以进行集气站等中间站的站址优化。集气站等中间站数目的多少直接影响气田集输管网的投资，而且集气站站位的确定直接影响到整个气田集输管网的结构形式(网络布局)，而管线网络投资一般要占气田集输系统投资的60一70%,所以确定了气井与集气站的隶属关系后，需要进一步进行几何优化，即确定集气站的最优布局,以降低管网系统的总投资。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。其中，二级布站可以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11。3.3干支管网布局优化在各气井与其所属集气站合理连接的基础上，如何将各集气站与集气总站连接成为了讨论的问题。在以往的管网布局优化中，一般使用的是根据图论知识将问题分解为两个子问题来考虑12，13，一个是树枝管网的连接方式优化，另一个是中天然气管网系统优化设计研究心集气站的选址问题。由于这两个问题的求解是两个相互独立的过程，没有从整体考虑管网的布局，在实际操作上会产生：当把问题二的中心集气站加入到问题一的最小生成树时，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，这就要求必须将这些集气站的气体进入集气干线的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。第4章 结论当前，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研究。本文的研究内容包括，集输流程的井组划分、管网布局与集输场站布局和选址要求相一致、干支管网布局优化等集输管网优化内容。虽然本文的研究相对于集输管网的优化上比较单薄，但仍希望本文讨论的内容，可以对集输管网优化的软件开发有点建议，可以同样可以对实际操作过程时存在重要的知道意义。参考文献1 石宝巧.中国石油天然气资源M.北京:石油工业出版社,1999.2 章兆淇,刘克雨.国外天然气利用的基本特点、发展趋势及对我国加快天然气发展的建议J.中国石油集团经济和信息研究中心.2001,9(1):32-36.3 李士伦.天然气工程M.北京:石油工业出版社,2000. 4 孙璞.天然气管网优化技术研究及软件开发D.西南石油学院硕士毕业论文,2004.5 李天祥,罗佳,赵强,尚纪超,吴建超.冀东油田天然气集输管网系统的优化J.油气田地面工程,2011(5):134.6 田丰,马仲蕃.图与网络流理论M.北京:科学出版社,1987.7 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. 8 艾云超.国内气田集输工程技术及发展方向J.天然气田地面工程,2005(09):163-165. 9 张子文,李小龙.天然气集输管网优化研究J.中国石油和化工标准与质量.2007(3):88.10 李元鹏等.油田地面集输管网优化计算研究J.油气储运.2004.23(10):17-19.11 葛翠翠.天然气集输网优化D.大庆石油学院硕士毕业论文,2007.12 宋振邦.油田地面工程布局优化J,石油规划设计,1999,(2):28-31.13 李宏伟、谭家华.海底油气集输管网的优化设计J,中国海上油气(工程),2000(4):973.致 谢在论文收笔之际，回顾这几年的学习，不禁感慨万千，这是一段充满挑战但收获颇多的记忆。这这次毕业论文的撰写期间，最需要感谢的是老师，他（她）在整个过程中都给予了我充分的帮助与支持。老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。同时，我还要感谢大学期间教过我的所有老师，老师，您辛苦啦！此外，我还要感谢我的父母，您们不仅养育了我，还给我提供了宝贵的上学机会，您们的鼓励和支持将永远是我前进的动力。论文虽然已经完成，但是对问题的思考却将不会停止。学校的生活即将结束，但是社会将是一个更大的学校，我将面临新的生活，未来的道路上也必然有很多困难和挫折，但是我会依然努力，利用已知的知识和需要学习的知识来解决遇到的新问题。中国石油大学（华东）现代远程教育指导教师 ： 职称： 工作单位： 对函授（网络） 级 层次 专业学员 所完成毕业设计（论文）的评 语 指导教师签名： 年 月 日注：此页由指导教师填写