第31卷 第5期
Vo.l31 No.5 钻 采 工 艺
DRILLING&PRODUCTIONTECHNOLOGY#83#
211 气田资源、用户约束
每个节点进(分)气流量都控制在一定范围内,
每个节点压力应满足生产运行、外输用户要求,即
qi,min[qi[qi,max,pi,min[pi[pi,max
3
3个非线性混合规划模型,包含的决策变量和约束条件较多,传统优化算法无法有效求解。根据天然气管网增压优化问题的特点,结合现代启发式进化算法的基本思想,基于遗传算法的基本框架,将遗传算[5]~[8]法(GA)、模拟退火算法(SA)结合起来构造了一种混合遗传算法,用于天然气管网增压优化模型
的求解。算法实现过程如下:
S1:进行靖边气田管网结构数学描述,确定管网
增压优化模型的边界条件和GA的编码方案。
S2:随机产生多个增压方案,并依据约束条件式
(2)~式(5),评价其合理性,形成靖边气田的待选
增压方案,用GA中的染色体表示。
S3:构建GA中染色体适应度函数,具体形式
为:
f(F) ifgn(F)[0andhn(F)=0
m(2)式中:qi)i节点进(分)气量,Nm/d;qi,max、qi,min)i节点允许的最大、最小进(分)气量,m/d;pi)i节点进(分)气压力,MPa;pi,max、pi,min)i节点允许的进(分)气压力的高、低限,MPa。212 增压站特性参数约束在气田区域性增压优化中,增压站压比、功率、进气压力约束关系为:E,min[Ejj[Ej,max,Nj,min[Nj[Nj,max,pj,in\pj,min(3)式中:EEj)第j个压缩机站的压比;E,min、j,max)第jj个压缩机站允许的最小、最大压比;pj,min)增压站的
允许最低进气压力,MPa;Nj)第j个压缩机站的功
率;Nj,min、Nj,max)第个压缩机站允许的最小、最大功
率,kW。
213 增压站的站位及数量约束
从减少增压站建站投资和方便管理的角度,压
缩机站通常不会设计在管网拓扑形结构之外或者管
段中间某处,一般将其设置在集气站、净化厂或者外
输首站等位置,即管网节点处。作为压缩机站待选
的节点确定后,最优压缩机站Dij隶属于该组节点。
j=1)+A(nE[max{0,gn(F)}]+ F(F)=f(F=1 nE|hn(F)|else=1l(6)式中:F(F))适应度函数;A)罚因子;hn(F)=0为式(2)~式(5)中的等式约束,n=1,2,,,l;gn(F)[0为式(2)~式(5)中的不等式约束,n=1,2,,,m。S4:执行GA的交叉、变异操作。S5:进行管网稳态仿真,计算节点压力、温度。S6:执行SA的退火操作,实施精英保留策略,产生新的增压方案,为保持方案的多样性,有限度地
接受少量劣质方案。
S7:计算GA中染色体的适应度,评价方案的优
劣。
S8:判断计算是否达到设置的计算次数或方案EDij=nj 且 i[ni,EEDij[nj,maxi=1j=1njninj(4)式中:nj,max)管网中设置压缩机站的最大数目。214 管网增压后节点流量平衡及管道强度约束EaijQij+qi=0,Qij=Cj=1
max(pi,pj)d[[R]2e
3
3ni(p-p)d,(5)ij间差异是否充分小?是,转向S9;否,进行退温,惩罚力度逐渐加大,返回S4。S9:终止计算,输出靖边气田最优增压方案及管网节点参数。式中:qi)流入、流出节点的流量,Nm/d;Qij)通过、j节点间管元件或非管元件的流量,m/di;aij)系
数,若天然气从i节点流向j节点时,iyj,aij=-1;
反之,jyi,aij=1;若i、j节点无管道连接时,aij=0,
pi)节点的压力,MPa;pj)节点j的压力,MPa;T)
天然气温度,k;Z)气体的压缩因子;L)节点i、j之
间的管道长度,km;$)天然气相对密度;C)常数;
K)水力摩阻系数,max(pi,pj))i、j节点间管道的
最大运行压力,MPa;e)管道壁厚,mm;[R])管材
的许用应力,MPa;d)管径,mm。四、应用分析图1所示为靖边气田第一净化厂及其所辖集气站的部分天然气管网,由20个集气站,26条管段构成,管网的设计压力为614MPa。天然气通过集气干线和支线最终输送到第一净化厂(Node1)处理后进行外输,外输气的最低压力为419MPa。由于南16(Node10)和南21(Node11)两个集气站所辖单井
压力持续下降,部分单井压力已接近输压,进气压力
最高仅为415MPa,为实施管网系统增压输送天然
,三、靖边气田区域性增压优化模型的求解1)(