不加热埋地集油管网参数优化设计
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第１ ０卷
第２ ４期
２１ ０ ０年 ８月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖ １ １ Ｎｏ ２ Ａｕ ． ０ ０ ｏ． ０ ．４ ｇ２ １
１７ — ８５ ２ １ ）４．８００ ６ １ １１ （０ ０ ２ － ８ ・５ ・ ５ ・
Ｓｉ ｃ ｅｈ ｏ ｇ ｎ ｎ ｎｅ ｎ ｃ ｎｅＴ ｃｎｌ ｙａｄＥ ￣ ｅｆ ｇ ｅ ｏ ｉ
５ ８ ８１
（） ５
（ ） ２ 优化数学模 型方法 ６
２ １ 多 目标 优化 问题 的 替换模 型 ．
其 中
Ⅳ
＝
∑ ｔ ｒ ＋， ＋ ｉ （） ＡＤ，ｉ Ｊ Ｌ Ｂ】 ７ ｏ） ７ ｌ Ａ
＝ｌ
＝
由前所述 ， 加 热 埋 地 集输 油 管 道 优 化 设 计 的 不
是 确定集 油 管 线 管 径 、 温 层 厚 度 和 管 道 埋 深 ， 保 设
计 目标是极小化管网系统投资、 网的动力能耗和 管
热 力能 耗 。这几 个 设 计 目标 是 相 互 矛 盾 的。减 小
积极探索不加热集油工艺技术 ， 如单管加药不加热
集 油 、 管不 加 热集 油 、 规 双 管 掺 温 水 不 加 热 集 双 常 油 等 【 。保 证合 理 的进 站 温 度是 油 田采 用不 加 热 】 集 油 时需 要 重 点 考 虑 的 因素 之 一 。对 于 不 加 热 集
ｆ 一
” Ｒ２厶 ｉ １
Ｐ
设 计 问题 ， 计 变 量 中 的保 温 层 厚 度 、 道 埋 深 属 设 管 于连 续设 计变 量 ， 径 属 于 离 散设 计 变 量 。传 统 的 管
多 目标优 化 问题 的解 决 思 路 在 于 将 多 目标 优 化 问 题 转 化为单 目标优 化 问题 ， 后 利 用 比较成 熟 的单 然
ｍｎ Ｆ（ ６日）＝（ｌ ２ ） ｉ Ｄ，， ｆ ， ｆ ｓｔ ．． Ｐ Ｐ］ 。 ≤［
≥【 】 Ｔ
Ｄ∈Ｓ Ｄ
（） １ （） ２
（） ３
（） ４
Ｖｉ Ｐ ∈Ｓ
Ｖｉ ｒ ∈Ｓ
２ ４期
６ ≤ ≤ “ Ｈｌ Ｈ ≤ Ｈ ≤
ｃ
魏立新 ， ： 等 不加热埋地集油管 网参数 优化设计
提 高油 田开 发 建 设 的经 济 效 益 。本 文 以树 状 单 管
不加热集油管网为研究对象 ， 研究建立 了不加热埋
地 集油 管 网多 目标 参 数 优 化设 计 问题 的数学 模 型 ， 并 给 出 了求解 方 法 。
１ 优化数学模型
不加热 埋 地 集 输 油 管 道 参 数 优 化 设 计 的 目的
２１ ００年 ６月 ７日收到 黑龙江省高校科 技创新 团队 建设计划（０ ９ｄ８ 资助 ２０ ｔ ） ０ 第一作 者简介 ： 立新 （９ ３ ） 教授 ， 魏 １７ 一 ， 博士 ， 究方 向： 田地面 研 油 工程优化与节能降耗技术。
图 １ 集输管 网三 目标优化
不加热 埋 地 集 输 油 管 道 优 化 数 学 模 型 可 以表 示为：
式 中， Ｄ为集油管线管径设计向量 ； 为集油管线保
温层设 计 向量 ； 日为 集油 管 线 管顶 埋 深 设计 向量 是 油气 集 输 系统 的管 网投 资 是 油 气 集输 系统 的 热力 能耗 是油 气集 输 系统 的动 力 能耗 ； Ｐ 为第 根集 油 管线 起 点 压 力 ； Ｐ］ 井 口 回 压 许 用 值 ； ［ 为 Ｓ 为井 口回压约 束节 点集 合 ； 为第 ｉ 集 油 管 线 末 根 点 温度 ；７ 为原 油许 用进 站温 度 ； 为原 油进 站ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ温 【１ 】 Ｓ 度约 束节 点集 合 ；。为 集 油 管 线 管 径 可 取 值 集 合 ； Ｓ
‘’ ｉ＝ｌ ｌ
∑ （ —ｒ ｍ ＧＣ ）
［
＝
（） ８
数学 模 型 中 的 目标 函 数 不 是 一 个 ， 是 三 个 ， 于 而 属 多 目标优 化设 计 问题 。这 三 个 目标 函数 是 矛盾 的 ，
不协 调 的 。 同时 该 问题 也 属 于 大 型 混 合 变 量 优 化
油 流程 而言 ， 油进 站 温 度 与 地 面管 线 的 长 度 、 原 管
管径 ， 自然会 降低 管线投 资和管 网热力能耗 ， 同 但
时会增 加 液 体 输 送 阻 力 ， 而 使 管 网 动 力 能 耗 升 从
高。增大管径 ， 管可以使动力能耗下降 ， 尽 但却增 加 了管线投资 和热力 能耗 。由此可见 ， 网投 资、 管
管 网的动力 能耗 和 热力 能耗 三个 设 计 目标 之 间是 矛 盾 的 ， 不协调 的 ， 大致关 系见 图 １ 互 其 。
径 、 温层厚 度 和管 道 埋 深 密切 相 关 。选 择 合理 的 保 管 径 、 温层 厚 度 和 管 道 埋 深 ， 有 效 保 证 管 道 的 保 将 安 全 生产 ， 低 管 网 的建 设 投 资 和 生 产 运 行 能 耗 ， 降
线管径 、 保温层厚度 和管顶埋深为设 计变量 ， 网建设投资 、 管 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， 网投资降低 ５ ６ ％ ， 管 ．４ 热力能耗降低 ３ ．５ ， ９ ５ ％ 动力能耗增加 ３ ． １ 。 ７０％
关键词
不加热集输
多 目标优化
序列二次规划法 Ａ
管网
中图法分类号
Ｔ ８ ２２ Ｅ３． ；
文献标志码
油 田进入 高 含 水 开 发 期 后 ， 井 产 液 量 增 加 、 油 出油 温度 升高 ， 原油 集 输 系 统 能耗 上 升 等 问题 日益 突出 。为 了降低集 输 系 统 能耗 ， 内各 大 油 田都 在 国
⑥
２ １ Ｓｉ ｅｈ Ｅ ｇ￣ ００ ｅ Ｔｃ．ｎｎ ．
不 加 热 埋 地 集 油管 网参 数优 化 设 计
魏 立新 侯进 才 赵 健 陈明辉 李晓凤
（ 北 石 油 大学 提 高 油 气 采 收 率 教育 部 重 点 实 验 室 ， 庆 １ ３ １ ） 东 大 ６３ ８
摘
要
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
第２ ４期
２１ ０ ０年 ８月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖ １ １ Ｎｏ ２ Ａｕ ． ０ ０ ｏ． ０ ．４ ｇ２ １
１７ — ８５ ２ １ ）４．８００ ６ １ １１ （０ ０ ２ － ８ ・５ ・ ５ ・
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５ ８ ８１
（） ５
（ ） ２ 优化数学模 型方法 ６
２ １ 多 目标 优化 问题 的 替换模 型 ．
其 中
Ⅳ
＝
∑ ｔ ｒ ＋， ＋ ｉ （） ＡＤ，ｉ Ｊ Ｌ Ｂ】 ７ ｏ） ７ ｌ Ａ
＝ｌ
＝
由前所述 ， 加 热 埋 地 集输 油 管 道 优 化 设 计 的 不
是 确定集 油 管 线 管 径 、 温 层 厚 度 和 管 道 埋 深 ， 保 设
计 目标是极小化管网系统投资、 网的动力能耗和 管
热 力能 耗 。这几 个 设 计 目标 是 相 互 矛 盾 的。减 小
积极探索不加热集油工艺技术 ， 如单管加药不加热
集 油 、 管不 加 热集 油 、 规 双 管 掺 温 水 不 加 热 集 双 常 油 等 【 。保 证合 理 的进 站 温 度是 油 田采 用不 加 热 】 集 油 时需 要 重 点 考 虑 的 因素 之 一 。对 于 不 加 热 集
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设 计 问题 ， 计 变 量 中 的保 温 层 厚 度 、 道 埋 深 属 设 管 于连 续设 计变 量 ， 径 属 于 离 散设 计 变 量 。传 统 的 管
多 目标优 化 问题 的解 决 思 路 在 于 将 多 目标 优 化 问 题 转 化为单 目标优 化 问题 ， 后 利 用 比较成 熟 的单 然
ｍｎ Ｆ（ ６日）＝（ｌ ２ ） ｉ Ｄ，， ｆ ， ｆ ｓｔ ．． Ｐ Ｐ］ 。 ≤［
≥【 】 Ｔ
Ｄ∈Ｓ Ｄ
（） １ （） ２
（） ３
（） ４
Ｖｉ Ｐ ∈Ｓ
Ｖｉ ｒ ∈Ｓ
２ ４期
６ ≤ ≤ “ Ｈｌ Ｈ ≤ Ｈ ≤
ｃ
魏立新 ， ： 等 不加热埋地集油管 网参数 优化设计
提 高油 田开 发 建 设 的经 济 效 益 。本 文 以树 状 单 管
不加热集油管网为研究对象 ， 研究建立 了不加热埋
地 集油 管 网多 目标 参 数 优 化设 计 问题 的数学 模 型 ， 并 给 出 了求解 方 法 。
１ 优化数学模型
不加热 埋 地 集 输 油 管 道 参 数 优 化 设 计 的 目的
２１ ００年 ６月 ７日收到 黑龙江省高校科 技创新 团队 建设计划（０ ９ｄ８ 资助 ２０ ｔ ） ０ 第一作 者简介 ： 立新 （９ ３ ） 教授 ， 魏 １７ 一 ， 博士 ， 究方 向： 田地面 研 油 工程优化与节能降耗技术。
图 １ 集输管 网三 目标优化
不加热 埋 地 集 输 油 管 道 优 化 数 学 模 型 可 以表 示为：
式 中， Ｄ为集油管线管径设计向量 ； 为集油管线保
温层设 计 向量 ； 日为 集油 管 线 管顶 埋 深 设计 向量 是 油气 集 输 系统 的管 网投 资 是 油 气 集输 系统 的 热力 能耗 是油 气集 输 系统 的动 力 能耗 ； Ｐ 为第 根集 油 管线 起 点 压 力 ； Ｐ］ 井 口 回 压 许 用 值 ； ［ 为 Ｓ 为井 口回压约 束节 点集 合 ； 为第 ｉ 集 油 管 线 末 根 点 温度 ；７ 为原 油许 用进 站温 度 ； 为原 油进 站ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ温 【１ 】 Ｓ 度约 束节 点集 合 ；。为 集 油 管 线 管 径 可 取 值 集 合 ； Ｓ
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数学 模 型 中 的 目标 函 数 不 是 一 个 ， 是 三 个 ， 于 而 属 多 目标优 化设 计 问题 。这 三 个 目标 函数 是 矛盾 的 ，
不协 调 的 。 同时 该 问题 也 属 于 大 型 混 合 变 量 优 化
油 流程 而言 ， 油进 站 温 度 与 地 面管 线 的 长 度 、 原 管
管径 ， 自然会 降低 管线投 资和管 网热力能耗 ， 同 但
时会增 加 液 体 输 送 阻 力 ， 而 使 管 网 动 力 能 耗 升 从
高。增大管径 ， 管可以使动力能耗下降 ， 尽 但却增 加 了管线投资 和热力 能耗 。由此可见 ， 网投 资、 管
管 网的动力 能耗 和 热力 能耗 三个 设 计 目标 之 间是 矛 盾 的 ， 不协调 的 ， 大致关 系见 图 １ 互 其 。
径 、 温层厚 度 和管 道 埋 深 密切 相 关 。选 择 合理 的 保 管 径 、 温层 厚 度 和 管 道 埋 深 ， 有 效 保 证 管 道 的 保 将 安 全 生产 ， 低 管 网 的建 设 投 资 和 生 产 运 行 能 耗 ， 降
线管径 、 保温层厚度 和管顶埋深为设 计变量 ， 网建设投资 、 管 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， 网投资降低 ５ ６ ％ ， 管 ．４ 热力能耗降低 ３ ．５ ， ９ ５ ％ 动力能耗增加 ３ ． １ 。 ７０％
关键词
不加热集输
多 目标优化
序列二次规划法 Ａ
管网
中图法分类号
Ｔ ８ ２２ Ｅ３． ；
文献标志码
油 田进入 高 含 水 开 发 期 后 ， 井 产 液 量 增 加 、 油 出油 温度 升高 ， 原油 集 输 系 统 能耗 上 升 等 问题 日益 突出 。为 了降低集 输 系 统 能耗 ， 内各 大 油 田都 在 国
⑥
２ １ Ｓｉ ｅｈ Ｅ ｇ￣ ００ ｅ Ｔｃ．ｎｎ ．
不 加 热 埋 地 集 油管 网参 数优 化 设 计
魏 立新 侯进 才 赵 健 陈明辉 李晓凤
（ 北 石 油 大学 提 高 油 气 采 收 率 教育 部 重 点 实 验 室 ， 庆 １ ３ １ ） 东 大 ６３ ８
摘
要
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