考虑凸形障碍物的天然气集输管网系统规划研究

【摘要】：天然气集输工程是继油气藏勘探、开发和气田开采之后的一个非常重要的生产阶段。集输系统投资一般占整个油田地面工程的60%—70%,占整个油田工程的40%左右,因此对该系统进行优化会取得显著的经济效益。但是鉴于整个集输系统结构和技术上的复杂性,所建立的数学模型只能是在一定程度上的近似;如何提高数学模型的精度一直是广大管道工作者追求的目标,本文的研究目的就是在以往的研究基础上使模型与实际情况更加接近,提高集输管网的规划设计水平。 障碍在集输管网优化的过程中是客观存在的,其对于规划设计尤其是布局的影响是不可忽略的,如果在一项工程中不考虑障碍的影响,则会降低优化效果,使得整个设计缺乏完善性。因此,在整个天然气集输管网规划设计的过程中系统考虑障碍因素有着非常重要的现实意义。本文以二级布站方式的天然气集输管网为研究对象,考虑凸形面状障碍和线状障碍对其规划设计的影响。重点研究管网布局优化,然后在此基础上完成了管道参数优化设计。 根据管道造价和集气站造价之间的相互关系,建立了井组划分模型,该模型最大的优点就是在特定的条件下可以一次性完成整个管网系统的布局优化,在井组划分的过程中,通过计算来确定管线的最优越障方式,并增加对临时集气站位置评价模块。 将站的选址问题分为优化选址和站址评价两部分,在井组划分完成后,根据所建立的数学模型,分别采用单纯形法和禁忌搜索算法求解,同样增加对所选站位的位置评价模块。 将干支管网布局优化过程分为联合站位置的确定和管线最优连接方式的确定两个子过程。在确定联合站位置的过程中,考虑天然气集输管网网络优化变权的特点;在确定联合站的位置后,借鉴逐步生长法的基本思想,以集气站之间集气管线的造价为目标函数,并考虑管段中流量变化的特点,确定最优连接方式。 针对集输管网结构参数优化数学模型的特点,采用在组合优化中应用较多的禁忌搜索算法求解,成功的解决了该算法在具体应用中建立离散解空间与邻域解两个关键性的问题,实现了优化结果的离散化。 在进行理论研究的基础上,借助计算机对所建立的数学模型求解,并编制了相应的计算程序。结果表明该程序对于新开发气田的集输管网规划设计工作具有指导性作用。 【关键词】：天然气 管网系统 障碍 优化设计 单纯形 禁忌
【学位授予单位】：西南石油学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TE832
【目录】：

• 1． 绪论8-17
• 1．1 我国天然气管道工业概述8-9
• 1．2 天然气集输管网优化概述9-11
• 1．2．1 天然气集输系统概述9
• 1．2．2 优化技术的概述9-10
• 1．2．3 天然气集输管网优化设计的必要性10-11
• 1．3 油气集输系统最优化的研究现状11-14
• 1．3．1 油气集输系统最优化的发展历史11-12
• 1．3．2 油气管道系统最优化技术的发展趋势12-13
• 1．3．3 现阶段集输优化方法中存在的主要问题13
• 1．3．4 考虑障碍因素的必要性13-14
• 1．4 本文的研究思路及主要内容14-17
• 1．4．1 本文的研究目的14-15
• 1．4．2 本文的主要研究内容15-16
• 1．4．3 本文的研究思路16-17
• 2． 集气管网的井组划分和站址选取17-47
• 2．1 引言17-18
• 2．2 布局优化的简化与计算流程18-19
• 2．2．1 计算方法上的简化18
• 2．2．2 布局优化的计算流程18-19
• 2．3 无障碍井组划分模型的建立19-23
• 2．3．1 管网系统建造费用的划分19-20
• 2．3．2 无障碍井组划分中存在的问题20-21
• 2．3．3 解决方法21
• 2．3．4 管道建造费用模型21-22
• 2．3．5 集气站建造费用模型22
• 2．3．6 井组划分的数学模型22-23
• 2．4 无障碍井组划分模型的求解23-27
• 2．4．1 求解算法23-25
• 2．4．2 井组划分计算框图25-27
• 2．5 考虑障碍的井组划分27-39
• 2．5．1 障碍的描述及其性质定义27
• 2．5．2 穿越障碍的优化方法27-28
• 2．5．3 模型的特点28
• 2．5．4 最优越障方式的确定28-35
• 2．5．5 站址评价35-37
• 2．5．6 站址的调整37
• 2．5．7 考虑障碍井组划分的数学模型37-38
• 2．5．8 考虑障碍井组划分模型的求解38-39
• 2．6 考虑障碍的站址优化39-46
• 2．6．1 站址优化概述39
• 2．6．2 站址优化数学模型39-40
• 2．6．3 模型求解40-46
• 2．7 小结46-47
• 3． 干支管网布局优化设计47-55
• 3．1 引言47
• 3．2 图论中的选址问题47
• 3．3 油气集输系统联合站的选址47-49
• 3．3．1 确定联合站位置的原则47-48
• 3．3．2 模型的建立48-49
• 3．3．3 求解算法49
• 3．4 管网连接方式优化49-53
• 3．4．1 枝状管网的连接特点49-50
• 3．4．2 数学模型的建立50-51
• 3．4．3 模型的求解51-53
• 3．5 小结53-55
• 4． 集输管网结构参数优化55-70
• 4．1 引言55
• 4．2 数学模型的建立55-60
• 4．2．1 目标函数55-57
• 4．2．2 约束条件57-60
• 4．3 参数优化设计数学模型60
• 4．4 数学模型的求解60-69
• 4．4．1 条件假设60
• 4．4．2 数学模型的特点和难点60-61
• 4．4．3 离散变量结构优化设计算法分类61-62
• 4．4．4 离散解空间的建立62-63
• 4．4．5 模型的处理63-64
• 4．4．6 约束条件的处理64-65
• 4．4．7 进站压力的确定65-66
• 4．4．8 禁忌算法的具体应用66-67
• 4．4．9 模型的求解思路67-68
• 4．4．10 禁忌搜索应用的两点策略68-69
• 4．5 小结69-70
• 5． 程序编制和实例验证70-92
• 5．1 程序编制70-75
• 5．1．1 运行环境70
• 5．1．2 程序功能模块70-71
• 5．1．3 程序简介71-75
• 5．2 实例计算75-90
• 5．2．1 井场概况及基本资料75-79
• 5．2．2 程序中间各方案比较结果79-85
• 5．2．3 最终计算结果85-90
• 5．3 小结90-92
• 6． 结论与建议92-94
• 6．1 结论92-93
• 6．2 创新点93
• 6．3 建议93-94
• 参考文献94-97
• 致谢97-98
• 附录1 常用无缝钢管重量及价格表98-100

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