原油集输系统的优化
中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司第一采油厂，陕西 ·延安 716000
【摘要】目前，我国社会经济水平不断提高，原油集输系统作为能源输送的重要载体，对生产、生活等各方面都产生作用，加强原油集输系统优化能够提高石油产业的经济效益。鉴于此，论文对原油集输系统的优化展开探讨。
【Abstract】At present, the social and economic level of our country is constantly improving. As an important carrier of energy transmission, crude oil gathering and transportation system plays an important role in production, life and other aspects. Strengthening the optimization of crude oil gathering and transportation system can improve the economic benefits of the oil industry. In view of this, this paper discusses the optimization of crude oil gathering and transportation system.
【关键词】原油集输系统；理论；生产力
【Keywords】crude oil gathering and transportation system; theory; productivity
1 引言
随着油田开采达到中后期，三次加密不断投产，生产井数、注入量、产液量都逐年增加，而原油产量却逐年递减，这些都使得原油集输系统生产运行成本逐年上升。因此有必要开展原油集输优化研究，控制系统能耗，降低生产运行成本，实现节能降耗，从而优化设计管理，提高油田整体效益。
2 原油集输系统优化的理论
集输管网的布局安排整合就是通过集输工艺等一系列的要求,通过计量站、油站等之间的链接和结合方式进行的油田气田的建设工作。原油集输的系统简单来说就是在油田中的各个功能之间,各个库和之间的工艺管道等一系列的伴生集输系统的集合。当集输管的系统设计完毕后,就要管理资金的投入问题,要在最小的投资之下,保证足够的经济收益,也要合理设计,让原油田各个工作之间的工作压力适度,保证原油田的正常运行。原油的集输工艺技术要求了我们要通过原油的性质和好坏,地表和地下各处的情况和条件,使用适合的技术和工艺,要最大可能的开采原油。集输系统要通过油井的定位还有一系列的中转站的定位之间的关系,定位确定集输系统最优化的结构。集输系统网络能够进一步的分类和划分,通常可以分为最优划分、地址确定、集输布局、系统参数、管理核实等一系列的问题进行研究和处理。在我国,油田大多为低渗透率,低孔隙度的低渗油田,这种油田一般要采用注水开发,而且生产力低下,效率不高。在注水的后期阶段,随着后期注水液可能成倍的增加,有时会增加到十几倍,这样会导致采收物的性质的变化,使得原油的集输系统的设计会有很大的变化,因此油田的设计者要根据油田的条件和影响因素,寻找更多的优秀的组合,努力平衡各个方面的参数,通常这会有很大的计算量,人工很难做出较好的成绩,要借助这方面的软件,通过软件的计算优化,对油田的集输系统进行设计。
3 原油企业管网优化原则
第一，运行安全性原则。因为原油企业的危险性，集输官网的安全性要求较高。在管网运行工作时，必须严格遵守管网安全性原则。具体到管线上主要是管道的温度、压力、管材强度等工艺参数。所有参数都应在安全范围内，才能保障管线的安全运行。另外，油气集输的步骤灵活可变,各种各样的条件和相互之间的关系都会对油气集输的工艺和系统产生影响,所以在油气集输和设计当中要充分的考量各个方面的影响因素,优化油田集输系统,采用最合理的油气田集输系统。第二，经济性原则。在管网建设时，成本是管网敷设最重要的参数。费用主要包括前期建设的建设费用和后期管理的维护费用。经济性原则的目的是将钱较为高效的花费在管线建设上，尽量减少资金浪费。
4 原油集输系统优化的有效措施
4.1 建立模型
通过系统水力、热力计算对作业区原油集输工艺流程进行分析，建立集输系统生产运行参数优化数学模型，同时针对转油站双管掺水生产运行流程进行参数优化，重点考虑集输管径、掺水量、掺水温度、产液量、含水率及介质黏度等因素对系统能耗的影响，同时考虑各因素之间的相互作用。各因素之间的相互作用主要表现在以下几个方面：第一，集输流程的掺水需要具备一定的量和温度，以保证原油的进站温度。因此，集输长度、集输管径、油井产液量对掺水量、掺水温度的大小都会有影响。第二，占集输系统动力损耗比例最高的压力损耗，其大小受集输管径、集输长度、介质流量、介质黏度等因素决定。第三，受系统集油半径的限制，井口必须保证一定的回压和温度，井口回压与系统各管线的管径、流量、介质黏度有关，井口温度与井口的掺水温度、掺水量等有关，而这些影响因素又相互制约：管径与集输过程热量损失成正比，与管线压力损失成反比，掺水量与管线压力成正比，但掺水量又与掺水温度成反比，因此减小掺水量虽可以降低管线压力损失但系统热损耗也随之增加。因此，有必要对集输系统的参数进行系统的研究，得出合理的运行方案，降低整体系统能耗[1]。
4.2 优化模型求解算法
随着科技的发展，模型求解方面出现了大量的优秀算法和技术。构建高质量的集输管网求解模型，可以有效改善管网管理模式，提高管理效率。主要是应用算法针对集输管网模型进行参数求解，从而改善全局的管理水平。还有很多优秀的算法，如：蚁群算法、狼群算法、粒子群算法等。下面简要介绍蚁群算法和离子群算法：第一，相较于其他传统算法，蚁群算法在参数求解方面能力出众，并且拥有较高的最优解搜索能力。蚁群算法的本质是一种群落优化算法。可以进行并行搜说。蚁群算法也可以与其他算法相结合，改善自身性能。但是该算法的局限性主要体现在：首先，如果你的参数设置不合理，会大大降低求解速率并且最优解质量较低。其次，由于蚁群算法的运算量过大，因此耗费的时间较长。因为蚁群算法在理论中要求所有的参数都从最优路径通过，因此时间被大大增长。另外，针对实际情况，在有限的循环次数下很难得出最为合理的最优值。第二，粒子群算法的优势是最优解得出时长较短，因此可以对整个系统参数进行优化。该算法本质是通过调整自身已有值指导下一步数值迭代。但是粒子群算法会产生提前收敛现象。局部收敛性差。主要是因为粒子群算法中的参数多样性较少。这主要是一种全局优化和局部优化的矛盾。各个算法都有自己的优点和局限性，在模型优化时应当结合模型自身特点先进行算法优选。然后对模型进行求解，再次验证之后得到最优解。在得到最优解后应再次检验，验证模型是否正确，参数是否合理。一个优秀的模型及其配套算法都应进行多次调试，尽可能保证模型与实际情况的一致性，以及参数产生结果的再现性[2]。
4.3 满足油田开发与开采要求
原油集输工程在优化管网布局时，需要满足油田开发利用的要求。在综合考虑所采用的采油技术、原油物性和油田地理环境的基础上，对所采取的工艺在集思广益的基础上进行不断优化。以达到减少中间环节、节约油田成本的目的。在原油集输工程网管布局设计优化时，也要根据实际情况提出合理地开发设计方法，制定最佳方案。调整优化计量接转站，制定相应的集输措施，确保准确计算。
4.4 集中处理站的选址优化
集中处理站是原油田集输管网中的重要组成部分,集中处理站的选址问题就成为重点,在原油运输路线的选择和规划工作中将直接受到集中处理站位置的影响,集中处理站的位置也间接关系着运输成本。在集中处理站选址的过程中,可以应用最短路径的矩阵算法进行优化,获得最合理的集中处理站位置,缩短原油的总运输距离,降低运输成本。
4.5 集输节点参数计算
从井口开始到中转站，依次计算各节点流量、含水率、比热和密度。计算节点流量、含水率和比热时，以井口为起点。计算节点压力和温度时，逆向计算直到井口。在掺水集油输送过程中，当周围环境的温度低于管线内输送介质的温度时，由于温差的作用，集输介质所携带的热量会向周围环境散失，集输介质在集输过程中不断散失热量会引起轴向温降，温降使得介质的黏度在集输过程中逐渐上升，管线的平均摩阻逐渐增大。当介质温度降低到接近凝点时，管道的平均摩阻会急剧升高[3]。
4.6 节约能源，防止污染
原油集输工程管网布局的优化设计应充分考虑环境问题，防止污染。自喷井可以用来从油井中抽取能量，减少石油输送环节。有条件的油田可以增加一级分离压力，降低能耗。集输工程过程宜采用封闭形式以减少损失。要充分收集和利用生产稳定的原油、干气、天然汽油等产品，降低油田生产的自耗。同时在原油集输工程管网布局的优化设计中，还应考虑废弃物以及污水的处理。优化含油污水的处理，实现水驱动发展，合理设计注水压力和注水量。不断提高油田的产能，促进企业可持续发展。
5 结语
综上所述，通过建立多参数影响下的集输管网优化设计数学模型，考虑多参数之间的相互影响，对目标作业区集输管网进行系统优化研究。通过科学的方法选择原油集输管网优化的最优方案，从而达到成本节约、提高原油集输系统运行效率的目的。
【参考文献】
[1]王凤祥,王冬梅.原油集输工艺流程应用与发展[J].中国化工贸易,2015,7(24).
[2]张超.天然气集输管网的优化探究[J].化工管理,2018,No.492(21):214.
[3]段光毅.浅议原油集输工艺流程在中国的应用与发展[J].才智,2015(21).
