樊北煤层气集输管网动态仿真调度系统北大核心

樊北煤层气因其低压、高密、大起伏、小流量的特征,使得其集输管网系统结构复杂、压力敏感、流动参数变化细微,工艺分析和调度管理工作困难。以PNS(Pipeline Network Simulation)管网仿真软件为核心,结合樊北煤层气集输管网三维地理信息系统、SCADA系统及实时数据库,描述了樊北煤层气集输管网动态仿真调度系统的构架,阐述了动态仿真模型、模型自适应及在线仿真的实现过程,讨论了动态仿真与GIS地理信息系统交互式作用及自动建模和动态查询展示的方法和过程,实现了动态仿真调度系统在线分析和跟踪煤层气管网系统的流动,量化集输管网系统运行状态并分析评价指标,直观搜索、查询及展示系统中各个部分的运行参数,为大型、复杂煤层气地面集输管网系统的调度管理提供及时、准确的分析手段和决策依据,协助调度方案的决策和实施。将系统应用于樊9集气站煤层气集输管网,得到整个管网系统的流动状况,可为调度管理决策提供及时、准确的量化数据。     

沁水煤层气集输管网三维地理信息系统的设计

煤层气集输管网复杂,包含了大量数据和多种学科领域的交叉。针对煤层气集输管网地域广、地形复杂、系统要素多、管理难度大的特点,以沁水煤层气集输管网为研究对象,将三维GIS技术与集输管网相关情况相结合,建立具有编辑、查询、分析、可视化等功能的集输管网地理信息系统数据库。通过三维GIS与仿真模拟软件相对接,实现了煤层气集输系统的模拟与优化,为煤层气集输管网的规划设计、操作控制及调度管理提供指导意见。     

基于GIS技术的油田集输管网数字化管理

在集输管网的复杂系统中,包含了大量数据和多种学科领域的交叉。为了对这些数据进行更好的管理和利用,并在此基础上进行专业操作,针对油田集输管网要素多、地域广、难管理的特点,基于先进的三维可视化技术,即Skyline技术,运用大型数据管理平台—Oracle数据库和C++等编程语言技术对油田集输管网的数字化管理进行了研究。将GIS技术与集输管网相关的专业知识相结合,详细介绍了集输管网地理信息系统数据库的建设以及编辑、查询、分析、可视化等数字化管理功能的实现过程。以陕北某油田集输管网为例,对基于Skyline技术的油田集输管网数字化管理系统的部分成果进行了展示。     

顺北油气田集输管网气液混输特性模拟

顺北油气田集输管网集输半径大、气油比高、地形起伏大、流态复杂,时常引起管道低洼处积液量大、段塞流等多种复杂工艺问题。为此,建立气液混输管网水力仿真计算模型,并利用顺北油气田现场数据对模型进行修正,进而开发油气混输管网仿真计算程序,对顺北1区集输管网气液混输特性进行仿真及参数预测。结果表明：建立的水力计算模型仿真结果与实测数据的误差基本在±6%以内,满足运行需求;管网各管道的持液率均较低,流型以分层流和环状流为主;针对管网中压降与温降较大、管输效率较低、积液量较大的管道分别提出了优化及保护建议。研究成果可为气液混输管网设计及安全运行提供技术依据。（图3,表7,参30）     

基于天然气处理厂气质指标的集输管网调度优化

在建立符合实际工况的多气源组分平衡计算模型的基础上,以处理厂原料气气质指标为目标函数,建立优化模型并求解,得到在满足管网运行约束及各处理厂原料气气质指标前提下的管网运行参数.实例应用表明,建立的集输管网优化调度模型既可体现各气源点气质的差异性,又能满足各天然气处理厂对原料气气质的不同要求,计算结果能够准确地反映管网中的气质状况,从而确保净化装置的平稳运行.将该模型应用于实际管网,可为其生产运行调度提供重要的参考依据.     

基于模糊可靠性的集输管网参数优化设计

含蜡原油集输管网优化设计中的很多参数具有不确定性,而传统的参数优化设计通常是在确定性条件下进行的,不能准确地反映物性参数、环境参数以及运行参数的波动对设计结果造成的影响。结合概率统计学和模糊数学理论,在兼顾集输管网可靠性和经济性的基础上,建立了基于模糊可靠性约束的集输管网参数优化设计数学模型。利用该模型,以管网投资最小为目标,进行了树状井口加热集油流程的管网参数优化设计。结果表明:该模型不仅能够更好地保证集输管网运行过程中的安全性,而且优化结果更具合理性,与优化前相比,节省投资约11.47%,从而为含蜡原油集输管网参数优化设计提供了新的思路。     

气田地面集输管网系统的优化设计

气田地面集输管网系统是气田地面工程中一个投资巨大、内容复杂的系统，对这个系统进行优化设计，可获得显著的经济效益。气田地面集输系统优化，即是寻求站址、管网布局以及管径、壁厚等主要工艺参数的最佳组合，使得整个系统在技术上可行，经济上最优。通过分级优化和模型协调法，将复杂的气田地面集输系统整体优化问题先分解为若干子问题，分阶段进行优化，然后应用模型协调法，协调管网布局和参数的关系，最终解决气田地面集输系统的整体优化问题。     

面向智能油田的集输管网工艺模拟软件研制

针对集输管网多相输送体系、不同拓扑结构及输送工艺在数字油田智能化建设中的仿真模拟需求,基于图论方法和管网对象设计了可表示复杂连接关系的通用管网数据结构,耦合流动单元水热力数学模型与节点平衡关系建立了普适性的管网非线性方程组,提出了鲁棒性高的求解方法。以油田集输工艺设计、运行及优化等场景中独立使用或在综合管理系统中集成应用为目标研制了计算软件,通过对比商业软件计算结果,验证了所开发软件的适应性和准确性,同时从工程实用方面探讨了其应用前景。     

国产化液体管道云仿真软件CloudLPS的研发

为了摆脱液体管道仿真长期依赖国外商业仿真软件的现状，基于B/S云架构，以准确快速、界面简洁、交互方便等研发理念，开发了具备完整自主知识产权的国产云仿真软件平台CloudLPS(Cloud-Based Liquid Pipeline Simulator)。在模型与算法方面，除了常规的流动传热模型之外，CloudLPS还引入非牛顿流体模型、跨维度热力模型等先进数理模型，使软件具备易凝高黏原油管道水热力仿真能力，此外还引入自适应网格、动网格、分而治之、异构并行等高效仿真方法，实现大型复杂管网系统快速计算；在功能方面，主要针对原油及成品油管网，向用户提供管网系统稳态及非稳态仿真、逻辑控制、水击分析、批次跟踪、停输再启动、能耗优化等多种业务及复合业务功能支持，并且提供友好的可视化建模和结果数据展示及分析环境。CloudLPS可作为基础软件工具，在管网系统规划设计、运行调度、风险决策等业务场景下发挥支撑性作用，对于保障我国液体管道的安全经济运行具有重要意义。（图16，表1，参35）     

油气管道SCADA系统调控业务应用的GIS扩展

基于面向服务架构集成服务总线技术与面向对象管道模型技术,构建了开放、互联的油气管道SCADA系统软件,并从系统架构上设计了GIS与SCADA系统数据通信机制,利用GIS空间分析功能和油气管网SCADA调控业务计算结果,对整个油气储运生产运行过程的主要参数、管道信息、设备运行状态进行动态监测,利用地理信息系统全景展示油气管道运行状态,扩展油气管网调控业务应用,实现泄漏分析、应急处理等。     

考虑三维地形及障碍的煤层气田集输系统布局优化

随着煤层气田的滚动开发,集输管网复杂程度急剧增长,管网设计过程中需要考虑环境因素及可靠性,地形起伏和障碍等的存在会影响整个管网系统的管道走向、站位选择。结合"多点接入、柔性集输"和"枝上枝"集输工艺特点,研究煤层气集输管网系统在三维地形且存在障碍情况下的优化并计算优化管网的可靠度。利用3次B样条曲线插值和障碍函数叠加的方法对地形仿真,以管网系统的经济性为目标函数,以相关集输条件为约束,讨论枝状和放射状两种管网连接方式,对连接方式交叉后的4种管网布局模式的经济性进行对比,并将管网可靠性分析转化为树型网络可靠度问题进行求解。结果表明:三维地形下的绕障路径优化既可以减少距离,又可以降低路径的起伏程度,与二维平面上的绕障路径只会使距离增加有本质区别;枝状管网经济性好,放射状管网可靠度高,以总花费与可靠度比值为评价指标,"放射状+枝状"集输管网布局最优;与原模式相比,优化后的"枝状+枝状"与"放射状+枝状"集输管网布局建设投资费用均可减少约30%,且前者管网总长度比后者短约29%,验证了模型的合理性和先进性。     

三维地形下环枝状复合型集输管网拓扑结构优化

集输管网拓扑结构优化是油气田地面集输系统优化的一个重要组成部分,不同的拓扑结构将直接影响集输系统建设开发的经济效益。目前,集输管网的拓扑结构优化研究多集中于枝状管网、放射状管网、环状管网等单种管网连接形式,对一环带数枝的环枝状组合形式的复合型集输管网优化研究较少。为此,提出了新的优化方法,其以一种寻找最优环的方法为基础,将各井口就近插入环网,形成一环带数枝的环枝状复合型管网。以管网总费用最少为目标函数,考虑地形起伏等因素对管道走向的影响,研究了环枝状复合型集输管网在三维地形下的拓扑结构优化问题,并提出了耦合遗传算法和A*算法的方法求解模型。利用已有文献中的某煤层气田集输管网作为算例进行验证,结果表明:优化后的管网连接方式可以减少环枝状集输管网连接长度,降低集输管网建设的投资费用,且该方法不仅可以实现二维平面上的优化,在对地形进行模拟仿真后,也可用于三维地形下的管网优化。     

油气集输管网规划现状

集输管网规划具有高度非线性的特征,优化集输系统,建立适用模型对于提高管网的经济效益具有重要意义.介绍了神经网络、MDOD、混合遗传算法、分级优化法和动态规划法在油气集输管网规划优化中的应用,指出了管网规划优化工作的发展方向,提出了集输管网规划工作的建议.     

沁水盆地煤层气田地面集输系统优化

为进一步研究沁水盆地煤层气田地面集输优化技术,实现"十三五"期间的高效开发,基于统计分析理论,利用煤层气田采集气管网运行大数据分析平台,挖掘技术难点,思考研究方向,着力解决和处理系统建设、运行过程中出现的"三难"(征地难、建站难、布管难),"三高"(投资高、闲置高、能耗高),采出水"三差异"(水质差异、标准差异、产水差异)等问题及矛盾。研究表明:改变地面建设模式,更新设计理念,实现地下与地上一体化建设、满足需求的可拓可控式集输工艺设计,是解决当前集输系统问题和矛盾的关键。该研究成果对沁水盆地煤层气田的新区块开发建设具有十分重要的工程指导意义。     

煤层气田地面集输技术进展

从井组试验到大规模开发,我国煤层气产量近10年来增长迅速,在煤层气集输方面初步形成了适合煤层气特点的集输工艺技术。阐述了国内煤层气发展历程,分析了沁南煤层气开发利用高技术产业化示范工程、沁南煤层气田樊庄区块、鄂东煤层气田韩城区块等国内典型煤层气开发项目的集输管网形式、工艺流程;总结了目前煤层气地面集输存在的问题,包括集输压力、气体净化、井间压力平衡、产出水处理等问题,并针对性地提出下一步研究建议。     

天然气管网在线仿真理论与实践

为了充分利用管道自动化和数字化建设取得的数据成果,应对天然气管网日益大型化、复杂化带来的挑战,促进安全生产和提质增效,在线仿真已成为管网调度管理和操作控制的迫切需求和重要手段,受到国家、企业、社会的广泛关注.管网在线仿真系统建设和项目实施是众多领域科学和技术的综合应用,涉及仿真理论与方法、软件与技术、数据与自动化、调度...     

复杂湿气集输管网清管时机的确定

在复杂湿气集输管网中,当管道实际运行压力、输量高于或低于管道设计运行压力、设计输量时,计算出的管道输气效率会出现大于100％或偏低的情况,使得管道清管周期的合理制定非常困难。为了确定管网的清管时机,制定合理的清管周期,减少清管作业频次,提出利用相对输气效率、管道始末端压差梯度、预测积液量与管容体积百分比、管道气体流速等参数综合分析判断管道清管时机的新方法。通过对苏里格气田集输骨架管网历次清管作业的分析计算,认为该方法符合现场作业的实际情况,可以准确判断出复杂湿气集输管道的清管时机,为现场清管周期的确定和清管方案的编制提供科学有效的依据。（表1,参6）     

天然气管网管段阻抗系数优化反演研究

天然气管网在运行中,由于管道腐蚀、局部堵塞等原因,使管网的实际工艺参数与原始设计参数之间存在差别,增大了管网仿真和优化计算的误差.采用正反分析法建立了天然气管网管段阻抗系数优化反演的数学模型.该数学模型具有非线性、多峰值的特点,采用小生境遗传算法进行求解.实例计算表明,通过优化反演修正管网工艺参数,能大大提高管网仿真结果的精确性,使管网的优化调度和运行管理更加科学和合理.     

成品油管网的“白箱”在线仿真

采用英国水力集团公司（HAL）SSL公司的VariSim动态模拟分析软件,建立在线实时监控系统和离线仿真培训系统模型。在线实时仿真需要从SCADA系统中实时获得模型驱动所需要的关键性数据。VariSim“白箱”在线模型,实时利用管道运行的数据对管道的实时状态进行完整的动态模拟仿真,可以用于仪表分析,管道泄漏检测和定位,清管球跟踪,批次和混油跟踪,全线任意位置点的压力、温度、流量预测等。在线仿真软件的实时动态模拟,可为管道的实际生产操作提供重要参考。     

基于模糊理论的城市管网配水系统Simulink仿真研究

为实现城市供水系统的优化调度,提高城市管网工况各个时刻主要参数的精确度,基于模糊理论对城市管网配水系统进行了Simulink仿真的研究和应用。该仿真技术以Sugeno模糊模型为理论基础,利用Simulink仿真方法分别建立水量及管网工况的输入隶属度函数、模糊规则和输出隶属度函数的子模块,然后对各子模块进行连接和计算,最后通过示波器输出仿真结果。仿真结果表明,基于模糊理论城市管网配水系统的Simulink仿真模型具有仿真精度高、参数易调、可持续开发、结果可视化等优点,为城市供水调度工况的研究提供了参考。