一种集输管网设计方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种集输管网设计方法及装置，包括：接收设计参数，所述设计参数包括：地形参数、经济参数和技术参数；根据所述设计参数生成双层不均匀网格，所述双层不均匀网格能够表征确定集输管网的拓扑和节点之间的路径；根据预设规则和所述双层不均匀网格判断是否可实现集输管网设计结果；以所述设计参数为约束条件，以最小总施工成本为目标函数，建立MILP模型；根据所述双层不均匀网格，对所述MILP模型求解，得到集输管网设计结果。上述方法及装置考虑了水力计算和经济流速，更能够反映实际的集输系统实际的情况，通过地形参数、经济参数和技术参数就能得到最优的集输管网设计方案，能够指导油气田的工程建设，减本增效。

【技术实现步骤摘要】
一种集输管网设计方法及装置
本专利技术涉及地质勘探领域，特别涉及一种集输管网设计方法及装置。
技术介绍
石油和天然气作为重要能源在现代全球经济发展中起着至关重要的作用。近年来，石油和天然气需求不断增加，因此越来越多的油气田被规划和建设以确保供应。地面集输管网用于油气田生产过程中的油气输送，由井场，管道，压力设备和中央处理设施组成，其具有管网连接结构庞大而复杂的特点，这使得其建设成本占整个油气田投资的很大比例。成本的高比例凸显了优化集输拓扑结构和工艺参数的重要性，这将极大地影响油气田生产的效率和利润。以往集输管网的设计往往依赖于经验丰富的设计师，费时又费力，且不一定具有优化效果，因而大量学者开展了集输管网优化设计研究，其目的在于寻找一个具有安全的拓扑结构、最高的传输效率和最低的建设成本的集输管网。然而已有的文献常常采用分级优化策略，并不能保证得到全局最优解；此外，忽略了优化设计过程中的水力计算，仅仅考虑距离最短或者集输半径，往往造成所设计的管网与实际严重不符，甚至原油和天然气无法顺利从井口流动到中央处理站。集输管网设计的问题复杂性，使得很多研究者试图运用分级优化的策略对油气田集输管网优化设计进行研究。其主要核心思想是将问题分解成多个子问题分阶段求解。连续空间中的星枝状管网优化设计分为了井组划分、阀组最优位置确定、树枝形管网布局优化、集气站最优位置确定和管径优化五个子问题，前四个为布局设计子问题；离散空间中的星枝状管网布局设计分解为离散空间井组划分、树枝形管网布局优化和集气站最优位置确定三个子问题；枝枝状管网布局设计分解为网络空间井组划分、树枝形管网布局优化和集气站最优位置确定三个子问题。三类管网布局设计的后两个子问题完全相同，可采用基础形态管网的布局设计方法进行求解。采用分级优化设计策略，将离散空间星枝状管网和网络空间枝枝状管网优化设计分解为多个子问题，分阶段的实现管网优化设计，首先确定阀组数量、阀组位置以及井阀间连接关系(阶段1)，然后确定阀组间连接关系和集气站位置(阶段2)，最后确定管径等参数(阶段3)，然而，前阶段的优化质量直接影响后阶段的优化结果。因此，分级优化可以得到较优的可行设计方案，但无法获得系统最优解，在未来的研究中，应该可以考虑不同阶段的多参数联合求解，开展多级管网的多参数整体优化设计研究工作。现有技术中，运用图论算法来开展油气田集输管网优化设计研究，优化模型构建上主要包含以下内容：1)目标函数为建设费用最低；2)井式约束：每口气井仅能隶属于一个阀组，阀组的辖井个数存在上限；3)距离约束：气井到阀组间的距离不能大于集输半径；4)阀组集气量约束：连接到阀组的气量存在上限；5)其他约束：决策变量的取值约束，阀组可设定的可行区域约束。水力约束是管道建设和中央处理站选址的重要因素。地面集输管网是连续和封闭的水力系统，这意味着井场、管道、压力设备和中央处理站之间存在水力相互作用。由于管道摩擦阻力的存在，使得流体在流动过程中压力逐渐降低，流体与流体压力之间的非线性关系可用压降方程表示。压力装置可以安装在每个井场。当实际井口压力低于收集压力时，增压装置将需要向流体提供压力；相反，当井口压力远高于收集压力时，节流装置可用于消耗流体压力。流体只能从压力高的地方流到低压处，因此，在地面集输管网优化中必须严格考虑水力约束。然而，大多数先前的研究忽略了管道的流动特性，或者用集输半径代替了详细的水力计算。认为当气井到终端的距离小于集输半径时，整个集输系统满足水力和热力约束。这种近似可能导致管网压力的不平衡，尤其是在地形起伏条件下，使得流体不能成功地从井口输送到中央处理站，这在工程中是不可接受的。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种集输管网设计方法及装置，该方法及装置在集输管网优化设计过程中考虑了水力计算和压力设备，通过建立的MILP模型，进行整体优化，能够得到优化的集输管网设计方案。本专利技术一方面提供了一种集输管网设计方法，包括：接收设计参数，所述设计参数包括目标区域的地形参数、经济参数和技术参数；根据所述设计参数生成与所述目标区域相对应的双层不均匀网格；所述双层不均匀网格能够表征集输管网的拓扑和节点之间的路径；根据预设规则和所述双层不均匀网格，判断能否得到集输管网设计结果；若是，以所述设计参数为约束条件，以最小总施工成本为目标函数，建立MILP模型；根据所述双层不均匀网格，对所述MILP模型求解，得到集输管网设计结果。上述集输管网设计方法中，优选的，根据所述设计参数，生成与所述目标区域相对应的双层不均匀网格具体包括：确定所述目标区域的地形数据；根据所述地形数据，将所述目标区域划分为若干子区域；根据所述若干子区域，生成所述双层不均匀网格。上述集输管网设计方法中，优选的，所述双层不均匀网格包括第一层网格和第二层网格；所述第一层网格用于表征集输管网的拓扑；所述第二层网格用于表征节点之间的路径。上述集输管网设计方法中，优选的，所述集输管网的拓扑采用如下方式计算得到：根据所述第一层网格上的节点为每个子区域建立目标函数，求解目标函数，得到集输管网的拓扑。上述集输管网设计方法中，优选的，所述节点之间的路径采用如下方式确定得到：根据所述第二层网格，通过蚂蚁算法计算出对应于最小长度的每个连通节点之间的路径。上述集输管网设计方法中，优选的，所述预设规则为：如果满足井场位于障碍区内、井场的总产量为0、总压力为0和井口背压小于中央处理站所需的压力且没有压力设备中的至少一种，则判断不能实现集输管网设计结果。上述集输管网设计方法中，优选的，所述集输管网设计结果包括集输管网的整体拓扑结构，中央处理站的位置，压力设备的位置，管道的直径和路线以及集输管网的水力分布。上述集输管网设计方法中，优选的，所述地形参数包括目标区域的详细地形，障碍物信息，井场位置中的至少一种；所述经济参数包括管道单价，压力设备类型，中央处理站的固定成本中的至少一种；所述技术参数包括每个井场的生产率和背压，中央处理站所需的压力中的至少一种。本专利技术另一方面提供一种集输管网设计装置，包括：参数接收模块，用于接收设计参数，所述设计参数包括：目标区域的地形参数、经济参数和技术参数；网格生成模块，用于根据所述设计参数生成双层不均匀网格数据，所述双层不均匀网格能够表征集输管网的拓扑和节点之间的路径；优化结果判断模块，用于根据预设规则和所述双层不均匀网格，判断是否可实现集输管网设计结果；MILP模型建立模块，用于根据以所述设计参数为约束条件，以最小总施工成本为目标函数，建立MILP模型；模型求解与结果输出模块，用于根据所述双层不均匀网格对所述MILP模型求解，输出得到的集输管网设计结果。上述集输管网设计装置中，优选的，所述网格生成模块还包括：地形数据生成子模块，用于确定目标区域的地形数据；双层网格生成子模块，用于根据所述地形数据，将所述目标区域划分为若干子区域，根据所述若干子区域，生成所述双层不均匀网格，所述双层不均匀网格包括第一层网格和第二层网格。上述集输管网设计装置中，优选的，所述网格生成子模块还包括：集输管网拓扑确定模块，用于根据所述第一层网格上的节点为每个子区域建立目标函数，求解目标函数，得到集输管网的拓扑；节点路径确定模块，用于根据所述第二层网格，通过蚂蚁算法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集输管网设计方法，其特征在于，包括：接收设计参数，所述设计参数包括目标区域的地形参数、经济参数和技术参数；根据所述设计参数生成与所述目标区域相对应的双层不均匀网格；所述双层不均匀网格能够表征集输管网的拓扑和节点之间的路径；根据预设规则和所述双层不均匀网格，判断能否得到集输管网设计结果；若是，以所述设计参数为约束条件，以最小总施工成本为目标函数，建立MILP模型；根据所述双层不均匀网格，对所述MILP模型求解，得到集输管网设计结果。

【技术特征摘要】
1.一种集输管网设计方法，其特征在于，包括：接收设计参数，所述设计参数包括目标区域的地形参数、经济参数和技术参数；根据所述设计参数生成与所述目标区域相对应的双层不均匀网格；所述双层不均匀网格能够表征集输管网的拓扑和节点之间的路径；根据预设规则和所述双层不均匀网格，判断能否得到集输管网设计结果；若是，以所述设计参数为约束条件，以最小总施工成本为目标函数，建立MILP模型；根据所述双层不均匀网格，对所述MILP模型求解，得到集输管网设计结果。2.根据权利要求1所述的集输管网设计方法，其特征在于，所述根据所述设计参数，生成与所述目标区域相对应的双层不均匀网格具体包括：确定所述目标区域的地形数据；根据所述地形数据，将所述目标区域划分为若干子区域；根据所述若干子区域，生成所述双层不均匀网格。3.根据权利要求2所述的集输管网设计方法，其特征在于，所述双层不均匀网格包括第一层网格和第二层网格；所述第一层网格用于表征集输管网的拓扑；所述第二层网格用于表征节点之间的路径。4.根据权利要求3所述的集输管网设计方法，其特征在于，所述集输管网的拓扑采用如下方式计算得到：根据所述第一层网格上的节点为每个子区域建立目标函数，求解目标函数，得到集输管网的拓扑。5.根据权利要求3所述的集输管网设计方法，其特征在于，所述节点之间的路径采用如下方式确定得到：根据所述第二层网格，通过蚂蚁算法计算出对应于最小长度的每个连通节点之间的路径。6.根据权利要求1所述的集输管网设计方法，其特征在于，所述预设规则为：如果满足井场位于障碍区内、井场的总产量为0、总压力为0和井口背压小于中央处理站所需的压力且没有压力设备中的至少一种，则判断不能实现集输管网设计结果。7.根据权利要求1所述的集输管网设计方法，其特征在于，所述集输管网设计结果包括集输管网的整体拓扑结构，中央处理站的位置，压力设备的位置，管道的直径和路线以及集输管网的水力分布中的至少一种。8.根据权利要求1-7任一项所述的集输管网设计方法，其特征在于，所述地形参数包括目标区域的详细地形，障碍物信息，井场位置中的至少一种；所述经济参数包括管道单...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓平，洪炳沅，狄国佳，宫敬，陈仕林，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，中联煤层气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11