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(xiǎn)。針對(duì)以上情形,對(duì)臨興區(qū)塊集輸管道積液方案進(jìn)行優(yōu)選,提高致密氣產(chǎn)量,降低井口回壓,以提高經(jīng)濟(jì)效益。
層次分析法(The Analytic Hierarchy Process,簡(jiǎn)稱AHP)最早由美國(guó)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(jìn)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(jì)算所有因素的相對(duì)權(quán)重,最終比選得到最優(yōu)方案。本文運(yùn)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(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重,建立判斷矩陣,計(jì)算綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)并排序,將具有主觀性的指標(biāo)用數(shù)值形式表達(dá)并進(jìn)行量化綜合比較,克服了傳統(tǒng)方案優(yōu)選采用優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比方式的不足。
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(chǎng)及管網(wǎng)呈枝狀排布,輸至下游集氣站進(jìn)行集中處理。五座井場(chǎng)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(chǎng)回壓大,存在超壓風(fēng)險(xiǎn)(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(jìn)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?jiǎn)栴}。
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(yùn)行現(xiàn)狀,在保證安全運(yùn)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(gè)集輸管道積液解決方案。
鑒于5座井場(chǎng)所處地理位置地形起伏大,考慮在低點(diǎn)處設(shè)置自動(dòng)排液裝置。集輸管道中低點(diǎn)產(chǎn)生的積液通過排液管道進(jìn)入低點(diǎn)排液污水罐,通過天然氣疏水閥自動(dòng)排至地面設(shè)置的污水收集設(shè)施。同時(shí)罐體設(shè)置了臨時(shí)檢修放空管道,放空時(shí)引至地面安全位置放空。
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(yùn)以及安裝,能夠最大程度地減少征地以及建造時(shí)間,根據(jù)開發(fā)時(shí)間實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)開發(fā)。
根據(jù)集輸管網(wǎng)分布以及輸送情況,E井場(chǎng)較空曠,可考慮在E井場(chǎng)設(shè)置分水閥組。5座井場(chǎng)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(jìn)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(yùn)。設(shè)置分水閥組,便于統(tǒng)一管理。
對(duì)上述方案從建設(shè)周期、工程投資、建設(shè)過程對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)影響程度、對(duì)當(dāng)?shù)匾?guī)劃影響程度和產(chǎn)能發(fā)揮效果5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià),各方案綜合對(duì)比結(jié)果如表2所示。
表2 各方案綜合對(duì)比結(jié)果
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(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo):建設(shè)周期A1、工程投資A2、建設(shè)過程對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)影響程度A3、對(duì)當(dāng)?shù)匾?guī)劃影響程度A4、產(chǎn)能發(fā)揮效果A5。通過對(duì)各方案的因素進(jìn)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(gè)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(gè)數(shù),kij為第i個(gè)集輸管道積液解決方案在j個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值,wj為第j個(gè)指標(biāo)在準(zhǔn)則層的權(quán)重值。
對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)選時(shí),首先需要確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值。權(quán)重值設(shè)置的細(xì)微差距會(huì)對(duì)整個(gè)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重主要運(yùn)用二項(xiàng)系數(shù)法、特爾斐法(Delphi)、層次分析法等進(jìn)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(píng)價(jià)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(guó)匹茨堡大學(xué)薩蒂教授推薦的九標(biāo)度法。在5個(gè)影響因素中,每次只對(duì)其中兩個(gè)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(duì)兩兩影響因素進(jìn)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(jìn)行一致性檢驗(yàn):
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(jī)一致性指標(biāo),n=5時(shí)取1.12。
因?yàn)镃R<0.1,所以滿足一致性檢驗(yàn)的要求。故取各評(píng)價(jià)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)。
在同一個(gè)項(xiàng)目評(píng)價(jià)模型中,同時(shí)存在不同的評(píng)價(jià)量綱時(shí),為了在同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行比選,需要對(duì)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)無量綱化。評(píng)價(jià)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(duì)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(duì)方案越不利,稱為損失性指標(biāo),如建設(shè)過程對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)過程影響程度等。
(1)獲益性指標(biāo)計(jì)算:
(2)損失性指標(biāo)計(jì)算:
式中:Dij為第i個(gè)方案中第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算值,Dmax,j、Dmin,j分別為評(píng)價(jià)系統(tǒng)中第 j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的最大值與最小值,Pij為第i個(gè)方案中第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)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(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算值反映他們之間的差異,具體分類見表4。
表4 評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算值
根據(jù)方案綜合對(duì)比表、獲益性指標(biāo)計(jì)算公式、損失性指標(biāo)計(jì)算公式和評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算值,計(jì)算得到判斷矩陣:
通過對(duì)三個(gè)方案運(yùn)用層次分析法進(jìn)行比選,得到U3>U1>U2,即方案三(依托E井場(chǎng)設(shè)置分水閥組方案)為最優(yōu)方案。
(1)本文采用層次分析法中的九標(biāo)度法計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重,該方法精度更高,滿足一致性檢驗(yàn)的要求,減少了決策者主觀因素對(duì)優(yōu)選過程的影響。
(2)通過對(duì)集輸管道積液解決方案優(yōu)選,結(jié)果表明運(yùn)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(duì)比三種方案的建設(shè)周期、工程投資、建設(shè)過程對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)影響程度、對(duì)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(chǎng)設(shè)置分水閥組方案,使得臨興區(qū)塊集輸管道積液?jiǎn)栴}得到最大程度的解決。