一种老油田区域集输管网拓扑结构优化方法技术

本发明专利技术提供了一种老油田区域集输管网拓扑结构优化方法，属于油田集输管网工程技术领域。其技术方案为：一种老油田区域集输管网拓扑结构优化方法，以图论法，将集输管网通过连通图来表示，将三级布站流程改进为串联式集油流程，在计量站和转接站连接关系确定的条件下，以井站间管线长度最短，或流量距离和最小等为目标，基于避圈法基本思想，计算处最优的连通图，建立目标函数，并与现有的管网比较，确定出新增管网，并结合现有管网及技术经济计算方法，筛选出应建管段。本发明专利技术的有益效果为：解决现有集油管网管输方向存在迂回、混合液往返运输等问题，能够改善现有管网连接方式，优化管网布局。管网布局。管网布局。

【技术实现步骤摘要】
一种老油田区域集输管网拓扑结构优化方法


[0001]本专利技术涉及油田集输管网工程
，尤其涉及一种老油田区域集输管网拓扑结构优化方法。

技术介绍

[0002]目前，油气田集输系统是油气田生产系统的重要组成部分，该系统建设投资较大，能源消耗多，运行成本高，因此对油气田集输系统的合理规划能够有效降低建设成本，节约能耗。现有油气集输管网系统多采用三级布站流程，即油气从井场先集中运输至计量站，再经由计量站汇合至转接站和联合站，形成树枝状的管网集输系统；导致集输管线管输方向存在迂回现象，造成混合液往返运输，集输能耗浪费严重等问题，增加了日常的运行成本。
[0003]目前，处于生产开采末期的油井，其产液量已不再由计量站计量，而是基于井示功图来计量油井的产液量。因此，可考虑将“三级布站”流程改进为串联式集油流程，优化井场与站场的连接关系以减少运输距离，降低运行成本。
[0004]为了解决管网冗余、流程不合理问题，需要对现有的“三级布站流程”进行改造，在支干线管网布局已定的现状下，考虑设计一种新的集输管网拓扑结构生成算法，确定油井与支干线管网的最佳连接隶属关系，大幅缩短油井流动转接站的距离，消除管网冗余和流程不合理问题。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供一种老油田区域集输管网拓扑结构优化方法，为解决上述集油管网管输方向存在迂回、混合液往返运输等问题，提出一种新的老油田集输管网拓扑结构优化方法，旨在改善现有管网连接方式，优化管网布局。
[0006]本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种老油田区域集输管网拓扑结构优化方法，包括如下步骤：
[0007]步骤S1，根据现有的井场、转接站与计量站之间的三级布站流程管网构建连通图G1；
[0008]步骤S2，保持G1中的转接站与计量站之间的连接关系不变，优化井场与转接站和计量站之间的连接关系，使得井站间管线总长度最短，形成串联式集油流程的集输管网并构建连通图G2；
[0009]步骤S3，以每个井场为基础构建运行能耗关联参数，所述运行能耗关联参数与运行能耗相关，所述运行能耗关联参数越大表示运行能耗越高，若G2相较于G1，相应井场对应的所述运行能耗关联参数的增幅超过预定阈值，则删除G2中与相应井场相连的管段；
[0010]步骤S4，步骤S3中G2保留下来的管段构成新增管段连通图G2'，其中G2'中包括若干个连通分量G2'
k
，假设G
′2连通分量个数为N
G
；
[0011]步骤S5、将G2'中的一个连通分量G2'
k
和G1合并，形成新的连通图G3
k
，计算出G3
k
对应管网的年运营费C2；计算G1对应管网的年运营成本C1；
[0012]步骤S6、计算G3
k
中对应的新增管段的建设成本并结合C2，计算G3
k
的等额年费用AC；比较C1和AC的大小，如果AC<C1，则建设G3
k
中对应的新增管段，反之则不建设；
[0013]步骤S7，重复步骤S5
‑
S6，直到所有的连通分量G2'
i
都已遍历，即可从G2中的新增管段中确定出应建管段。
[0014]一个图可以使用节点集和边集来描述，数学语言描述为G＝(V,E)，V表示节点集，E表示边集。在计量站和转接站连接关系确定的条件下，将井站间管线长度最短或产量距离和最小等作为目标f，基于避圈法基本思想和圈最优条件，不断在V
‑
S做贪心选择以扩大集合S，最终囊括所有井场节点；基于此最优的管线连接关系，与现有管线连接关系进行对比，以某些运行能耗关联参数为目标函数(设定的目标函数能够反映运输能耗，进而关联运营成本，如流量距离和等)，筛选待建的管段，然后再运用技术经济学方法判断待建管段中那些管段具备经济效益，最终确定出应建管段。
[0015]进一步，所述步骤S2具体为：
[0016]以G1中的所有节点建立节点集V，包括转接站、计量站及所有井场的节点；井场记为well
k
，k表示井场序号，井场总数记为N
well
；
[0017]步骤S22，建立节点集S，包括所有已经确定连接关系的节点的集合；建立节点集V
‑
S，包括所有未确定连接关系的井场节点；
[0018]步骤S23，初始化节点集S，S初始仅包含计量站、转接站的节点，并根据S中各节点之间当前的连接关系建立连通图Gs，Gs＝(S，E)，其中E为边集；
[0019]步骤S24，针对节点集V
‑
S，建立目标函数矩阵Matrix，所述目标函数矩阵Matrix中元素为节点集V
‑
S中各节点分别到边集E中各边的最短距离；
[0020]步骤S25，找出所述目标函数矩阵Matrix中所有元素的最小值f
min
，将最小值f
min
所对应的边E
min
加入Gs，将边E
min
对应的非S节点添加到S中；
[0021]步骤S26，建立新增管段边集E
new
，将E
min
放入所述新增管段边集E
new
；
[0022]步骤S27，每执行步骤S25
‑
S26一次，则节点集S增加一个节点，节点集V
‑
S相应减少一个节点，Gs相应增加一条边和一个节点，E
new
相应增加一条边；
[0023]步骤S28，继续计算更新后的节点集V
‑
S中的各节点集到边E
min
的距离，并更新至目标函数矩阵Matrix；
[0024]步骤S29，若S＝V，则结束计算流程，否则返回步骤S23；
[0025]步骤S210，将最终得到的Gs为G2，G2囊括了所有节点，且为井站间管线总长度最短的连通图。
[0026]其中，除第一次外执行步骤S24，根据步骤S28可知，后续仅需计算节点集V
‑
S到边E
min
的距离，更新目标函数矩阵Matrix，大幅降低计算工作量。
[0027]根据所述步骤2的具体步骤，可以看出，本专利技术同样还适用于老油田滚动开发过程中的管网拓扑结构优化，同样也能够将老油田开发后期旧区块加密井和新区块新井，即在现有井站连接关系基础上，增加新的井场节点，基于目标函数最小的原则，连接到现有的集输管网，得到的连通图G2，同样为最佳路径，且并不影响后续的判断。
[0028]考虑到油井流到转接站的距离大幅缩短，在转接站压力一定的情况下，可在一定程度上降低井口回压，进而增加油井产液量，流量的加大自然更好，但也应考虑实际的运行能耗，通常运行能耗包括摩阻导致的动力损失以及管道的散热损失，显然，这两项均与流量
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种老油田区域集输管网拓扑结构优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，根据现有的井场、转接站与计量站之间的三级布站流程管网构建连通图G1；步骤S2，保持G1中的转接站与计量站之间的连接关系不变，优化井场与转接站和计量站之间的连接关系，使得井站间管线总长度最短，形成串联式集油流程的集输管网并构建连通图G2；步骤S3，以每个井场为基础构建运行能耗关联参数，所述运行能耗关联参数与运行能耗相关，所述运行能耗关联参数越大表示运行能耗越高，若G2相较于G1，相应井场对应的所述运行能耗关联参数的增幅超过预定阈值，则删除G2中与相应井场相连的管段；步骤S4，步骤S3中G2保留下来的管段构成新增管段连通图G2'，其中G2'中包括若干个连通分量G2'
k
；步骤S5、将G2'中的一个连通分量G2'
k
和G1合并，形成新的连通图G3
k
，计算出G3
k
对应管网的年运营费C2；计算G1对应管网的年运营成本C1；步骤S6、计算G3
k
中对应的新增管段的建设成本并结合C2，计算G3
k
的等额年费用AC；比较C1和AC的大小，如果AC<C1，则建设G3
k
中对应的新增管段，反之则不建设；步骤S7，重复步骤S5
‑
S6，直到所有的连通分量G2'
k
都已遍历，即可从G2中的新增管段中确定出应建管段。2.根据权利要求1所述的老油田区域集输管网拓扑结构优化方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：步骤S21，以G1中的所有节点建立节点集V，包括转接站、计量站及所有井场的节点；井场记为well
k
，k表示井场序号，井场总数记为N
well
；步骤S22，建立节点集S，包括所有已经确定连接关系的节点的集合；建立节点集V
‑
S，包括所有未确定连接关系的井场节点；步骤S23，初始化节点集S，S初始仅包含计量站、转接站的节点，并根据S中各节点之间当前的连接关系建立连通图Gs，Gs＝(S，E)，其中E为边集；步骤S24，针对节点集V
‑
S，建立目标函数矩阵Matrix，所述目标函数矩阵Matrix中元素为节点集V
‑
S中各节点分别到边集E中各边的最短距离；步骤S25，找出所述目标函数矩阵Matrix中所有元素的最小值f
min
，将最小值f
min
所对应的边E
min
加入Gs，将边E
min
对应的非S节点添加到S中；步骤S26，建立新增管段边集E
new
，将E
min
放入所述新增管段边集E
new
；步骤S27，每执行步骤S25
‑
S26一次，则节点集S增加一个节点，节点集V
‑
S相应减少一个节点，Gs相应增加一条边和一个节点，E
new
相应增加一条边；步骤S28，继续计算更新后的节点集V
‑
S中的各节点集到边E
min
的距离，并更新至目标函数矩阵Matrix；步骤S29，若S＝V，则结束计算流程，否则返回步骤S23；步骤S210，将最终得到的Gs为G2，G2囊括了所有节点，且为井站间管线总长度最短的连通图。3.根据权利要求2所述的老油田区域集输管网拓扑结构优化方法，其特征在于，所述运行能耗关联参数为各井场well
k
到转接站的流量距离和，所述流量距离和为井场well
k
中的流体流量Q
k
与流体路径距离L
k
的乘积，表示为F
k
＝Q
k
×
L
k
，其中L
k
表示井场well
k
的流体流到
转接站的流体路径距离，Q
k
表示井场well
k
的流量，F
k
越大表示运行能耗越高；所述步骤S3具体为：步骤S31，对应连通图G1，计算各井场well
k
到转接站的流体路径距离L1
k
以及井场well
k
在G1中的流量Q1
k
；则G1中各井场well
k
对应的F1
k
＝Q1
k
×
L1
k
；步骤S32，对应连通图G2，计算各井场well
k
到转接站的流体路径距离L2
k
以及井场well
k
在G2中的流量Q2
k
；则G2中各井场well
k
对应的F2
k
＝Q2
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑炜博，邹林，孙东，周亮，刘杰，王晓东，李云飞，刘心颖，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司技术检测中心胜利油田检测评价研究有限公司，
类型：发明
国别省市：