王晴戈

重慶燃氣集團股份有限公司渝中分公司 重慶 400013

近年來，我國對于能源的需求不斷增加，使得我國對于能源的開發(fā)和利用有了新的發(fā)展空間。隨著國民環(huán)保意識不斷增強，傳統(tǒng)化石能源被大眾慢慢冷落。人們對天然氣的需求量日益增加，伴隨這樣的大趨勢，保障天然氣輸送安全的管網(wǎng)技術(shù)成為研究熱點[1]。集輸官網(wǎng)建設(shè)費用高昂，因此為了實現(xiàn)管網(wǎng)優(yōu)化，只能優(yōu)化站點布局、優(yōu)選管徑和壁厚、優(yōu)化站內(nèi)集輸工藝。

1 我國的天然氣集輸管網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀

自改革開放以來，我國社會經(jīng)濟發(fā)展對能源的需求與日俱增，而天然氣作為一種重要的清潔能源，自然成為了我國能源開發(fā)的主要對象。我國的天然氣集輸多是采用的多級集輸流程，具體主要有以下幾類：1.放射狀集輸管網(wǎng)：依照相關(guān)要求將若干氣井分成一組，每個組單獨設(shè)置一個集氣站，統(tǒng)一通過集氣管線納入集氣站，再經(jīng)支線和干線進入到總站；2.枝狀集輸管網(wǎng)：由一條主干線貫穿整個氣田，通過干線將天然氣輸入到集氣總站；3.環(huán)狀集輸管網(wǎng)：由各個集氣干線形成環(huán)狀，并在適當位置向集氣總站引出管線。整個天然氣集輸管網(wǎng)，是由無數(shù)個節(jié)點與弧組成的。

2 天然氣管網(wǎng)優(yōu)化原則

（1）運行安全性原則。因為天然氣的危險性，集輸官網(wǎng)的安全性要求較高。在管網(wǎng)運行工作時，必須嚴格遵守管網(wǎng)安全性原則。具體到管線上主要是管道的溫度、壓力、管材強度等工藝參數(shù)。所有參數(shù)都應(yīng)在安全范圍內(nèi)，才能保障管線的安全運行。（2）經(jīng)濟性原則。在管網(wǎng)建設(shè)時，成本是管網(wǎng)敷設(shè)最重要的參數(shù)。費用主要包括前期建設(shè)的建設(shè)費用和后期管理的維護費用。經(jīng)濟性原則的目的是將錢較為高效的花費在管線建設(shè)上，盡量減少資金浪費。

3 天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化的策略

3.1 關(guān)于拓撲的形式

天然氣集輸管網(wǎng)在具體的運用過程中主要包括四種拓撲形態(tài)，即環(huán)狀管網(wǎng)和樹狀管網(wǎng)以及綜合類管網(wǎng)還有星狀管網(wǎng)。比如通過應(yīng)用枝狀管網(wǎng)的方法來使得天然氣的集輸管網(wǎng)得到優(yōu)化，有效減少各個集氣站主要的管線成本，讓天然氣的工程逐漸向集約化轉(zhuǎn)變。在這種方式的拓撲形式當中，需要相關(guān)的工作人員對管網(wǎng)具體的圖樣深入分析與探究，對具體的線路進行考察等等，還要對連接的方式有效分析和完善，這樣確保布局具有科學(xué)性和合理性。星狀的管網(wǎng)指的是有效使用氣體處理廠，使得集氣干線能夠向周圍的集氣站進行輻射與延伸，最后延伸至主要的井口管網(wǎng)。利用這種方法，能夠防止各個井口和各個主要的并行管線出現(xiàn)不利的影響，使得整體的天然氣管網(wǎng)能夠穩(wěn)定、安全運行。通過實踐化應(yīng)用的方面進行分析，形狀管網(wǎng)的拓撲形式一般適合在氣井區(qū)域中長短軸的長度沒有很大差距的區(qū)域[2]。樹狀管網(wǎng)其布局的方法是通過一個集氣干線引出另外幾個支線，進而得到一個具有整體的特點的管網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)。

3.2 井組優(yōu)化

就現(xiàn)狀而言，我國的天然氣氣田內(nèi)部集輸流程主要有兩種，一種是單井集輸流程，另一種是多井集輸流程，兩者在實際應(yīng)用中的地質(zhì)條件、地理條件、開發(fā)階段等不同。一般情況下，為了生產(chǎn)及管理方便，對于氣井數(shù)量多、面積大的天然氣氣田，會先將之劃分為若干組，再分組進行處理；而每組中所包含的具體氣井數(shù)量，則主要受實際地質(zhì)條件、地理條件以及生產(chǎn)規(guī)模、井位分布等的影響。所以，若想有效實現(xiàn)天然氣集輸管網(wǎng)的優(yōu)化，應(yīng)當先對井組的劃分進行優(yōu)化。以往在井組劃分時，都是在一定的井式和集輸半徑下依照“距離之和最短”的原則進行分組，但其并未充分考慮到集氣量及集氣規(guī)模等問題。只有將各氣井劃分到各自的集氣站內(nèi)，才能夠滿足井組合理分布的要求。

3.3 集氣站管網(wǎng)布局優(yōu)化

以往主要是通過樹枝管網(wǎng)連接方式優(yōu)化和中心集氣站選址優(yōu)化這兩部分來達到集氣站管網(wǎng)布局優(yōu)化的目的。但是，在實際優(yōu)化處理過程中，往往只是經(jīng)計算得出最小的流量長度之和，但這個數(shù)值并不一定就是干線各管段的實際數(shù)值。雖然考慮了流量分配問題，但也存在著某些集氣站輸往中心站途徑管線距離過長的問題。所以，若想有效優(yōu)化集氣站管網(wǎng)布局，首先要適當調(diào)整集氣站的氣體進入干線的接入點，確保整個集氣干線的流量長度之和達到最小。而集氣總站的選址則要充分考慮到氣田管網(wǎng)的流量分布，避免某管段的流量太過集中，以免增加成本費用。另外，各集氣站與集氣總站之間的距離不宜太遠，最好集氣總站選址在天然氣氣田的中心位置，這樣方便日常維護和管理[3]。

3.4 管網(wǎng)的設(shè)計和運行優(yōu)化分析

管網(wǎng)設(shè)計需要在集輸管網(wǎng)進行實際施工的準備階段來進行，需要將天然氣的集輸管網(wǎng)整體情況作為入手點對管網(wǎng)進行合理的規(guī)劃和設(shè)計，最主要的是對集輸管道直徑和管道的壁厚等等進行科學(xué)的設(shè)計和明確，通過有關(guān)的數(shù)學(xué)公式和物理原理等等來明確管道流量的和壓力的具體參數(shù)，得到最科學(xué)的數(shù)據(jù)和信息，以此保證管網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)成本得到控制，利用科學(xué)設(shè)計來提升經(jīng)濟效益。此外，在優(yōu)化設(shè)計的前提下還需要不斷改進管網(wǎng)的運行狀況，選用最優(yōu)的管理方式，使得管網(wǎng)能夠保持良好的工作狀態(tài)。

3.5 氣田站址優(yōu)化

在天然氣集輸管網(wǎng)優(yōu)化中，集氣站數(shù)量和站位的確定也是一項重要內(nèi)容。集氣站的具體數(shù)量，會直接影響到天然氣集輸管網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)成本；而集氣站的站位，則會直接影響到天然氣集輸管網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)布局。氣井、集氣站以及壓縮機站乃是地面管網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成，一般需依據(jù)地層構(gòu)造確定前兩者，在生產(chǎn)井中間建設(shè)后者。

4 結(jié)語

綜上所述，在天然氣氣田地面工程中，天然氣集輸系統(tǒng)占有較大的比重，所以如何有效優(yōu)化天然氣集輸管網(wǎng)乃是一項重要研究課題。目前我國的天然氣集輸管網(wǎng)主要有放射狀集輸管網(wǎng)、枝狀集輸管網(wǎng)、環(huán)狀集輸管網(wǎng)以及三種形式組合管網(wǎng)這幾種類型，若想實現(xiàn)管網(wǎng)優(yōu)化，應(yīng)當在遵循運行可靠原則和經(jīng)濟最優(yōu)原則的前提下，著重進行井組優(yōu)化、氣田站址優(yōu)化以及集氣站管網(wǎng)布局優(yōu)化。