原油集输系统能耗分析与综合优化设计软件开发

论文摘要

一方面,油田在产能建设过程中一般会采用加密井网的办法来保证原油稳产,因而,需要合理布局建设集输管网;另一方面,油田进入高含水、特高含水开发阶段后,地面生产系统负荷率普遍下降,运行效率降低,系统能耗升高,原油生产成本呈逐年上升趋势,必须进行能耗分析与能量最优利用研究,优化工艺流程。由此可见,研究开发“原油集输系统能耗分析与综合优化设计”应用软件,对于控制原油生产中能耗上升,降低原油生产成本,实现油田地面工程高效、低耗运行和科学管理将起到重要作用。针对油田产能建设中加密油和新建管网与已建管网的布局方案优化设计问题,本文在建立优化模型过程中试图使尽可能多的新增节点进入已建管网系统,来减少投资和提高原油系统的负荷率。应用开发的软件对大庆油田第三采油厂北二西某区块的优化结果表明,2号转油站的负荷率提高了23.28%,脱水站的负荷率提高了5.12%。建立了单管树状和掺水集输管网多目标参数优化设计的数学模型,并用线性加权法将多目标优化问题转化为单目标优化问题,应用分层优化策略对模型进行求解。实例计算结果表明,与优化前相比,管网总投资降低5.64%,热力能耗降低39.55%。将原油集输系统划分为联合站、转油站和管网三个子系统,并建立了系统能量平衡模型和能耗评价指标体系。应用开发的软件对大庆油田第三采油厂以北二二脱水站为中心的集输系统用能现状和能损分布规律进行了研究,结果表明热能利用率低是该地区集输系统能量利用的薄弱环节。该集输系统经过节能改造后,平均站效提高3.91%,平均管线能损率降低1.81%,热能利用率提高3.76%;电能利用率提高4.32%,年节省电量8.22×10~5 kW·h,年节省天然气3.83×10~5 m3。将灰色系统理论中的灰色关联分析法应用于原油集输系统能耗影响因素分析中,实现了对集输系统能耗影响因素的定量分析。实例计算结果表明,对于所分析的集输系统而言,影响平均站效的主要因素是有效热能占总能耗的百分数。运用灰色系统预测理论中的GM(1,1)模型预测原油集输系统能耗状况,并对整个预测过程设计了适合计算机操作的预测流程,编制了相应的软件,实现了程序化预测。实例计算结果表明,模型的模拟精度可以达到二级,具有理想的预测效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 原油集输管网优化研究现状
• 1.3 油气集输系统能耗现状
• 1.4 油田工程应用软件开发现状
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第二章 软件开发方法及系统的总体结构
• 2.1 软件工程
• 2.1.1 软件
• 2.1.2 软件工程及其产生背景
• 2.1.3 软件工程的目标及原则
• 2.2 软件生命周期
• 2.2.1 软件定义
• 2.2.2 软件开发
• 2.2.3 软件运行与维护
• 2.3 软件开发模型
• 2.4 软件开发方法
• 2.4.1 结构化方法
• 2.4.2 面向对象方法
• 2.5 系统总体框架
• 2.6 本章小结
• 第三章 油田新增产能建设与原油集输管网参数优化设计
• 3.1 原油集输系统综合优化设计模块的分析
• 3.1.1 需求分析
• 3.1.2 系统核心数据流图
• 3.2 原油集输系统综合优化设计模块的设计
• 3.2.1 油田新增产能建设拓扑优化数学模型
• 3.2.2 原油集输管网参数优化数学模型
• 3.2.3 数据库的设计
• 3.2.4 功能设计
• 3.3 原油集输系统综合优化设计模块的实现
• 3.3.1 原油集输管道热力计算
• 3.3.2 原油集输管道总传热系数计算
• 3.3.3 原油集输管道水力计算
• 3.3.4 原油集输管道水力计算公式修正
• 3.3.5 原油集输系统节点参数计算
• 3.3.6 油田新增产能建设拓扑优化数学模型的求解
• 3.3.7 原油集输管网参数优化数学模型的求解
• 3.4 本章小结
• 第四章 原油集输系统能耗分析模块的设计与开发
• 4.1 原油集输系统效率计算及能耗分析模块的分析
• 4.1.1 需求分析
• 4.1.2 系统核心数据流
• 4.2 原油集输系统效率计算及能耗分析模块的设计
• 4.2.1 功能设计
• 4.2.2 原油集输系统能量平衡模型
• 4.2.3 数据库设计
• 4.3 原油集输系统效率计算及能耗分析模块的实现
• 4.3.1 原油集输系统效率计算及能耗评价指标
• 4.3.2 原油集输系统能耗影响因素定量分析
• 4.3.3 原油集输系统能耗状况预测
• 4.4 本章小结
• 第五章 综合优化设计软件系统的实现及应用
• 5.1 综合优化设计软件系统的开发
• 5.1.1 程序设计语言的选择
• 5.1.2 系统界面美化
• 5.1.3 系统打包发布
• 5.1.4 系统运行环境
• 5.2 综合优化设计软件系统的测试
• 5.2.1 软件测试原则和方法
• 5.2.2 软件测试用例设计
• 5.2.3 软件测试步骤
• 5.3 综合优化设计软件系统的应用
• 5.3.1 新增产能拓扑优化模块应用实例
• 5.3.2 集输管网参数优化模块应用实例
• 5.3.3 原油集输系统效率计算及能耗分析模块应用实例
• 5.3.4 原油集输系统能耗影响因素定量分析实例
• 5.3.5 原油集输系统能耗状况预测实例
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要