OILANDGASTRANSPORTATIONANDSTORAGE油气运
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含弯管和阀室的集气系统新增产能拓扑优化
陈双庆刘扬魏立新官兵
东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆163318
摘要：为了降低气田新增产能管网建设投资，针对辐射一枝状组合式管网的结构特点，考虑集气站与集气干线连接方式对系统建设投资的影响，以极小化新增产能管网建设投资为目标函数，以管线串接转向角与集气支线输量等限制为约束条件，建立了新增产能拓扑布局优化数学模型。根据模型的特点，将模型提成为几何位置优化和拓扑连接关系确定两个子问题，应用改进的混合遗传算法进行求解。设计了自适应种群进化的适应度函数，结合Metropolis准则、精英策略和轮盘赌选择算子对选择复制操作进行优化，引入多目标优化技术调整Prim算法的操作方式。算例验证结果表明，该模型和算法正确，可以有效地降低管网建设投资和管用量，改进的混合遗传算法在寻优能力和求解效率上较基本遗传算法均有一定提高。
关键调：集气系统；新增产能；拓扑优化；集气干线阀室；转向角；混合遗传算法 D0I:10. 3969 /j. issn. 1006 5539. 2016. 03. 001
0前言
辐射-枝状组合式管网适用性广泛），是天然气气田地面工程建设中普遍采用的集气系统管网。气田投产建设后，集气总站的数量和集气干线的走向基本确定，集气系统新增产能拓扑布局优化主要是针对新建产能区块进行地面管网优化。新增产能主要包括新建投产井和加密气井(2)，分布在气田的不同位置，按照与集气干线的相对位置由新建管网连接到邻近集气干线。
目前，集气系统新增产能拓扑布局优化研究成果较少，魏立新等人(3)、李晓平等人()分别对油田和煤层气田新增产能布局进行了优化，开发了相应的数学模型和求解算法。此外，新增产能拓扑布局优化方法可参照组合式集输管网布局优化的一些研究成果，IbrahimM[5】、 Sanaye S[°)、AfsharMH("]分别应用粒子群算法、混合遗传算法和蚁群算法对集输管网拓扑布局进行了优化设计。
以上研究中，多以管线长度为标准确定集气管线间的串接关系，易导致规划设计后管线审接转向角过大，
而在现场施工时，管道转向主要通过弹性数设、加装弯头或弯管(8]等方法来实现，转向角过大会引起弯管用量过多，增加施工和清管难度，且目前气田中多采用“湿气输送，集中处理"的集输工艺(9-8)，导致在弯管处易发生腐蚀穿孔[]，因而在布局优化设计的同时减少弯管敷设长度可以有效地降低建设投资和管网运行费用；上述研究中集气站经串接后直接与集气总站或处理厂相连，忽略了集气站经由集气支线与集气干线的连接方式。集气站与集气干线阀室不同的连接方式，直接影响集气支线的长度和费用、集气站的几何位置、管网连接形式和集输系统的建设费用。本文在进行新增产能布局优化的同时兼顾了集气支线连接关系和弯管长度用量优化这两个问题。
数学模型的建立
现场实际辐射-枝状组合式管网布局和已有理论管网布局相比，差别主要在于集气站与集气干线阅室的连接方式，其拓扑布局对比见图1~2。
收稿日期：2016-02-03
基金项目：国家科技支撑计划项目（2012BAH28F03）；东北石油大学研究生创新科研项目（YJSCX2015-012NEPU）作者简介：陈双庆（1990－），男，黑龙江齐齐哈尔人，博士研究生，主要从事油气集输系统优化与节能降耗技术研究。
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