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        層次分析法在臨興區(qū)塊集輸管道積液解決方案優(yōu)選中的應(yīng)用

        2022-01-10 07:48:32胡連興
        石油工程建設(shè) 2021年6期
        關(guān)鍵詞:井場集輸積液

        胡連興,郭 穎

        中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司晉西分公司,北京 100016

        近年來,中海油中聯(lián)公司晉西分公司新獲高含水致密氣井增多。目前臨興區(qū)塊部分集輸管網(wǎng)積液嚴(yán)重,導(dǎo)致井口回壓過高,存在超壓風(fēng)險。針對以上情形,對臨興區(qū)塊集輸管道積液方案進行優(yōu)選,提高致密氣產(chǎn)量,降低井口回壓,以提高經(jīng)濟效益。

        層次分析法(The Analytic Hierarchy Process,簡稱AHP)最早由美國匹茨堡大學(xué)薩蒂教授在20世紀(jì)70年代初提出[1],其原理是將復(fù)雜系統(tǒng)的決策思維進行層次化,再將優(yōu)選過程中的定量因素和定性因素綜合起來分析[2],利用數(shù)學(xué)方法計算所有因素的相對權(quán)重,最終比選得到最優(yōu)方案。本文運用多目標(biāo)決策分析的原理,基于層次分析法,構(gòu)建潛在產(chǎn)能發(fā)揮方案優(yōu)選模型,通過算術(shù)平均法得到評價指標(biāo)權(quán)重,建立判斷矩陣,計算綜合評價指標(biāo)并排序,將具有主觀性的指標(biāo)用數(shù)值形式表達并進行量化綜合比較,克服了傳統(tǒng)方案優(yōu)選采用優(yōu)缺點對比方式的不足。

        1 地面集輸系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

        中海油中聯(lián)公司晉西分公司某區(qū)塊西北部A、B、C、D、E 5座井場及管網(wǎng)呈枝狀排布,輸至下游集氣站進行集中處理。五座井場所在地的地形起伏大,產(chǎn)水量大,管網(wǎng)攜液能力差[3],導(dǎo)致支線末端井場回壓大,存在超壓風(fēng)險(要求壓力低于4 MPa),2021年6月某日生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表1。

        表1 某區(qū)塊地面集輸系統(tǒng)現(xiàn)狀

        為促進臨興區(qū)塊致密氣資源勘探開發(fā),加快產(chǎn)能發(fā)揮,迫切需要解決臨興區(qū)塊集輸管道積液問題。

        2 集輸管道積液解決方案

        依據(jù)目前臨興區(qū)塊氣田開發(fā)以及地面集輸系統(tǒng)運行現(xiàn)狀,在保證安全運行的前提下,為了使臨興區(qū)塊管網(wǎng)積液得到最大程度的解決,提出三個集輸管道積液解決方案。

        2.1 方案一:低點設(shè)置自動排液裝置方案

        鑒于5座井場所處地理位置地形起伏大,考慮在低點處設(shè)置自動排液裝置。集輸管道中低點產(chǎn)生的積液通過排液管道進入低點排液污水罐,通過天然氣疏水閥自動排至地面設(shè)置的污水收集設(shè)施。同時罐體設(shè)置了臨時檢修放空管道,放空時引至地面安全位置放空。

        2.2 方案二:井口橇裝分離器方案

        在高產(chǎn)水氣井井口加裝橇裝化裝置,根據(jù)單井產(chǎn)水量選用小型立式分離器及其他適宜的設(shè)備。橇裝設(shè)備方便搬運以及安裝,能夠最大程度地減少征地以及建造時間,根據(jù)開發(fā)時間實現(xiàn)滾動開發(fā)。

        2.3 方案三:依托E井場設(shè)置分水閥組方案

        根據(jù)集輸管網(wǎng)分布以及輸送情況,E井場較空曠,可考慮在E井場設(shè)置分水閥組。5座井場的來氣先經(jīng)分水閥組的分離器初步分離,然后再輸至集氣站進行集中處理。初步分離出的采出水存放在水罐中,由拉水車定期拉運。設(shè)置分水閥組,便于統(tǒng)一管理。

        對上述方案從建設(shè)周期、工程投資、建設(shè)過程對當(dāng)前生產(chǎn)影響程度、對當(dāng)?shù)匾?guī)劃影響程度和產(chǎn)能發(fā)揮效果5個指標(biāo)進行評價,各方案綜合對比結(jié)果如表2所示。

        表2 各方案綜合對比結(jié)果

        3 方案比選

        3.1 構(gòu)建潛在產(chǎn)能發(fā)揮方案優(yōu)選模型

        影響集輸管道積液解決方案優(yōu)選的因素眾多,而且這些因素之間還存在相互影響的關(guān)系。本文主要確定了以下5個評價指標(biāo):建設(shè)周期A1、工程投資A2、建設(shè)過程對當(dāng)前生產(chǎn)影響程度A3、對當(dāng)?shù)匾?guī)劃影響程度A4、產(chǎn)能發(fā)揮效果A5。通過對各方案的因素進行分析,構(gòu)建適合潛在產(chǎn)能發(fā)揮方案的層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 集輸管道積液解決方案的層次結(jié)構(gòu)

        集輸管道積液解決方案優(yōu)選模型為:

        式中:Ui為第i個集輸管道積液解決方案決策的結(jié)果,n為準(zhǔn)則層指標(biāo)個數(shù),kij為第i個集輸管道積液解決方案在j個指標(biāo)的評價值,wj為第j個指標(biāo)在準(zhǔn)則層的權(quán)重值。

        3.2 確定評價指標(biāo)權(quán)重

        對方案進行優(yōu)選時,首先需要確定各評價指標(biāo)的權(quán)重值。權(quán)重值設(shè)置的細(xì)微差距會對整個方案比選結(jié)果產(chǎn)生很大程度的影響。因此,確定合理的評價指標(biāo)權(quán)重值具有決定性的作用。目前,在工程領(lǐng)域中,評價指標(biāo)權(quán)重主要運用二項系數(shù)法、特爾斐法(Delphi)、層次分析法等進行確定[4]。其中層次分析法包括幾何平均法、算術(shù)平均法、特征向量法和最小二乘法。本文采用層次分析法中的算術(shù)平均法確定集輸管道積液解決方案評價指標(biāo)的權(quán)重。

        駱正清等學(xué)者在早期研究標(biāo)度法中,認(rèn)為三標(biāo)度法和九標(biāo)度法在單一準(zhǔn)則下,兩種方法均能保序,但后者精度更高[5]。所以本文采用美國匹茨堡大學(xué)薩蒂教授推薦的九標(biāo)度法。在5個影響因素中,每次只對其中兩個因素做比較,aij為準(zhǔn)則層兩指標(biāo)之間重要性比較的賦值,見表3。

        表3 九標(biāo)度法描述

        (1)根據(jù)表3和表2對兩兩影響因素進行比較,得到比較矩陣:

        (2)將A按列規(guī)范化得到:

        (3) 將A′按行相加得到:

        (4) 將A″規(guī)范化得到:

        (5)進行一致性檢驗:

        式中:λmax為矩陣A的最大特征值;wi為權(quán)重矢量;CI為一致性指標(biāo);RI為平均隨機一致性指標(biāo),n=5時取1.12。

        因為CR<0.1,所以滿足一致性檢驗的要求。故取各評價指標(biāo)的權(quán)重:

        w=(w1,w2,w3,w4,w5)=(0.055 1,0.235 0,0.1548,0.1197,0.4372)。

        3.3 建立判斷矩陣

        在同一個項目評價模型中,同時存在不同的評價量綱時,為了在同一個標(biāo)準(zhǔn)條件下進行比選,需要對各項評價指標(biāo)無量綱化。評價指標(biāo)通常分為兩大類,一類為獲益性指標(biāo),其數(shù)值越大對方案越有利,如產(chǎn)能發(fā)揮效果等;另一類指標(biāo)其數(shù)值越大對方案越不利,稱為損失性指標(biāo),如建設(shè)過程對當(dāng)前生產(chǎn)過程影響程度等。

        (1)獲益性指標(biāo)計算:

        (2)損失性指標(biāo)計算:

        式中:Dij為第i個方案中第j項評價指標(biāo)計算值,Dmax,j、Dmin,j分別為評價系統(tǒng)中第 j項評價指標(biāo)的最大值與最小值,Pij為第i個方案中第j項評價指標(biāo)進行無量綱化后的值。

        在集輸管道積液解決方案中,既包括定性指標(biāo),也有定量指標(biāo),故本文采用以下評價指標(biāo)計算值反映他們之間的差異,具體分類見表4。

        表4 評價指標(biāo)計算值

        根據(jù)方案綜合對比表、獲益性指標(biāo)計算公式、損失性指標(biāo)計算公式和評價指標(biāo)計算值,計算得到判斷矩陣:

        3.4 計算綜合評價指標(biāo)

        通過對三個方案運用層次分析法進行比選,得到U3>U1>U2,即方案三(依托E井場設(shè)置分水閥組方案)為最優(yōu)方案。

        4 結(jié)論

        (1)本文采用層次分析法中的九標(biāo)度法計算評價指標(biāo)權(quán)重,該方法精度更高,滿足一致性檢驗的要求,減少了決策者主觀因素對優(yōu)選過程的影響。

        (2)通過對集輸管道積液解決方案優(yōu)選,結(jié)果表明運用層次分析法得出與傳統(tǒng)優(yōu)選方式相同的結(jié)論,為決策者提供了更科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。

        (3)綜合對比三種方案的建設(shè)周期、工程投資、建設(shè)過程對當(dāng)前生產(chǎn)影響程度、對當(dāng)?shù)匾?guī)劃影響程度、產(chǎn)能發(fā)揮效果。推薦采用方案三,即依托E井場設(shè)置分水閥組方案,使得臨興區(qū)塊集輸管道積液問題得到最大程度的解決。

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