油氣集輸系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)模糊優(yōu)化技術(shù)淺析

梁彪

摘要：油田技術(shù)系統(tǒng)基于油氣運(yùn)輸、供水、注水以及采出水管網(wǎng)共同組成極為復(fù)雜的一個(gè)多級(jí)流體系統(tǒng)，針對(duì)油田的正常生產(chǎn)、運(yùn)行具有非常關(guān)鍵的作用。為了能夠降低投資額，提升經(jīng)濟(jì)效益，油田集輸系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)探究極為必要。文中基于模糊數(shù)學(xué)的方式，基于油氣集輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，把生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)技術(shù)參數(shù)與管線管徑當(dāng)成是設(shè)計(jì)變量，基于管網(wǎng)系統(tǒng)的最小投資、最大生產(chǎn)、最小的運(yùn)行能耗作為目標(biāo)，建立目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)問題的數(shù)學(xué)模型與求解方式。把模糊優(yōu)化獲得的世界方案同傳統(tǒng)計(jì)算方式進(jìn)行比較，對(duì)模型推導(dǎo)、程序編制的精準(zhǔn)程度進(jìn)行驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：油氣集輸系統(tǒng);生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù);模糊優(yōu)化;技術(shù);模型;

油田集輸系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，是基于管網(wǎng)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)圖，對(duì)管徑、生產(chǎn)運(yùn)行相關(guān)工藝的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，目的是要減少管網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)的投資與其實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行產(chǎn)生的能源消耗。在參數(shù)的實(shí)際優(yōu)化過(guò)程中，為了能夠確保設(shè)計(jì)方案符合實(shí)際生產(chǎn)的具體要求，要求變量、某些節(jié)點(diǎn)參數(shù)的設(shè)計(jì)在要求范圍內(nèi)，需要其滿足一定的約束條件。針對(duì)集輸工藝方面的存在的不同，優(yōu)化參數(shù)的時(shí)候要考慮的問題也不同。

一、數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建和求解

因?yàn)榭陀^世界存在多樣性與復(fù)雜性，很多事物無(wú)法進(jìn)行精準(zhǔn)、明確的概念進(jìn)行描述，客觀事物存在的模糊性，其知識(shí)模糊數(shù)學(xué)的產(chǎn)生，模糊實(shí)際上就是說(shuō)便捷病情，也就是在質(zhì)方面不具備精準(zhǔn)含義，在量方面不存在明確界限。便捷不清的模糊概念，并非因?yàn)槿酥饔^認(rèn)知無(wú)法滿足客觀實(shí)際所出現(xiàn)的，其是事物客觀的屬性，屬于事物差異間存在于中間過(guò)渡的結(jié)果。模糊優(yōu)化屬于模糊數(shù)學(xué)當(dāng)中的組成部分，模糊優(yōu)化是基于模糊數(shù)學(xué)最為工具，對(duì)模糊目標(biāo)的函數(shù)進(jìn)行探析，在模糊約束之下對(duì)問題進(jìn)行優(yōu)化。在油田技術(shù)系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，最為關(guān)鍵的方式便是模糊約束?；谀：碚撓嚓P(guān)語(yǔ)言對(duì)變量進(jìn)行描述，并且獲得有效解決，讓設(shè)計(jì)能夠滿足理想的優(yōu)化成效。

（一）構(gòu)建模糊的數(shù)學(xué)模型優(yōu)化

在既定集輸系統(tǒng)布局完成之后，對(duì)于不同形式的集輸技術(shù)流程，模糊表征油氣集輸管網(wǎng)的溫度、流速與溫度等的模糊性約束條件，對(duì)參數(shù)實(shí)施優(yōu)化。其中包含三個(gè)要進(jìn)行考慮的目標(biāo)，就是極小化的管網(wǎng)投資、動(dòng)力能耗費(fèi)用、熱力能耗費(fèi)用?；谄渥鳛槟繕?biāo)函數(shù)，集輸系統(tǒng)的模糊約束問題進(jìn)行優(yōu)化。隸屬度函數(shù)是模糊問題轉(zhuǎn)化成為問題明確性提供了階級(jí)方式，所有模糊自己相關(guān)隸屬函數(shù)的明確基于工程背景，這里包含半降梯形的分布情況。

（二）模型求解

對(duì)迷糊模型進(jìn)行求解優(yōu)化的基本措施，就是要將模糊優(yōu)化的問題轉(zhuǎn)變成為非模糊優(yōu)化的問題，使用普通方式進(jìn)行求解?；谀：哪繕?biāo)函數(shù)和模糊的約束函數(shù)關(guān)系，求解模型的模糊優(yōu)化可以劃分成為兩種類型：對(duì)稱性的模糊優(yōu)化模型、非對(duì)稱性的模糊模型優(yōu)化。在非對(duì)稱性的模型當(dāng)中，目標(biāo)與約束起到的作用實(shí)際上屬于并不對(duì)等，在對(duì)稱模型當(dāng)中，目標(biāo)與約束之間的地位是相等的。輸系統(tǒng)通常不會(huì)涉及到人身安全，安全性還能夠基于技術(shù)措施進(jìn)行有效補(bǔ)償。并且因?yàn)楣倬W(wǎng)系統(tǒng)的一次性投資數(shù)額非常大，希望目標(biāo)與約束都能夠同時(shí)被予以滿足。所以，構(gòu)建模糊的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，使用非對(duì)稱性的模糊優(yōu)化模型進(jìn)行求解。在使用對(duì)稱性迷糊優(yōu)化模型會(huì)進(jìn)行求解的時(shí)候，進(jìn)行模糊判決。基于得到的結(jié)果來(lái)構(gòu)建迭代計(jì)算方式。也就是說(shuō)，對(duì)稱條件之下的集輸系統(tǒng)多目標(biāo)模糊優(yōu)化能夠獲得更為有效的解決。

二、分析算例

（一）優(yōu)化多級(jí)形式的油氣技術(shù)官網(wǎng)的參數(shù)模型

針對(duì)油氣集輸系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的形態(tài)而言，現(xiàn)代國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的多級(jí)技術(shù)系統(tǒng)的形式，也就是油井產(chǎn)出物在經(jīng)過(guò)計(jì)量站、聯(lián)合站與轉(zhuǎn)油站等中間環(huán)節(jié)的處理之后，最終會(huì)集輸?shù)接蛶?kù)當(dāng)中。

（二）對(duì)模型進(jìn)行求解

使用matlab軟件對(duì)求解程序進(jìn)行對(duì)應(yīng)的編制，在初始變量的管道半徑被設(shè)置為210mm，壓強(qiáng)設(shè)置為7.5MPa，溫度設(shè)置為95℃的時(shí)候，基于程序計(jì)算獲得下面結(jié)果：

X=50.0000 25.0000 63.5153

Fevl=2.4661e+007

Ans=0.8147

那么因?yàn)橛?jì)算結(jié)果是α=0.8147，最合適的管道半徑數(shù)值是50mm，壓強(qiáng)是2.5MPa，溫度數(shù)值是64℃，目標(biāo)函數(shù)的數(shù)值是2.4661e+007元。

（三）

使用數(shù)值解法對(duì)模糊的優(yōu)化方式進(jìn)行計(jì)算，把計(jì)算所得的數(shù)值進(jìn)行分析對(duì)比，直接對(duì)算法進(jìn)行搜索，這是最優(yōu)化計(jì)算方式當(dāng)中的一種，其也就是其數(shù)值計(jì)算方式。直接搜索的計(jì)算方式，只需要對(duì)目標(biāo)函數(shù)所有點(diǎn)的函數(shù)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，并不需要對(duì)其導(dǎo)數(shù)進(jìn)行求解，直接搜索的計(jì)算方式對(duì)比見解計(jì)算方式的收斂速度比較慢，可是其會(huì)比解析方式更為容易，其適用于難以對(duì)目標(biāo)函數(shù)實(shí)施求異優(yōu)化的問題。所以，在這里要使用直接搜索計(jì)算方式對(duì)油田地面的管網(wǎng)-油氣站系統(tǒng)實(shí)施參與優(yōu)化，求得參數(shù)優(yōu)化的最終數(shù)值。

直接搜索計(jì)算方式的參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，屬于約束非線性的規(guī)劃問題，基于這種方式把約束優(yōu)化轉(zhuǎn)變成為無(wú)約束的優(yōu)化，使用對(duì)應(yīng)的方式關(guān)聯(lián)黃金分割法進(jìn)行求解。使用matlab程序所獲得的優(yōu)化結(jié)果是：

x=51.9961 28.0000 64.5313

fevl=2.6866e+007

計(jì)算結(jié)果可知，最合適管道半徑是52mm，壓強(qiáng)是2.8MPa，溫度是65℃，目標(biāo)函數(shù)的數(shù)值是2.6866e+007元。

結(jié)束語(yǔ)：

基于模糊優(yōu)化和混合計(jì)算方式的比較分析，分別選擇50mm與52mm半徑的管道，壓強(qiáng)與溫度方面稍微有些不同，模糊化之后的經(jīng)濟(jì)花費(fèi)會(huì)比直接搜索法偏少。所以，在對(duì)自變量是不確定量相關(guān)問題進(jìn)行優(yōu)化解決的時(shí)候，模糊優(yōu)化方式是的實(shí)際應(yīng)用較好，也會(huì)在油田地面的油氣集輸修通參數(shù)問題進(jìn)行優(yōu)化。模糊問題優(yōu)化的所有與解法中，核心是基于模糊轉(zhuǎn)化成為非模糊，在對(duì)模糊模型進(jìn)行優(yōu)化求解的時(shí)候，選擇對(duì)稱和非對(duì)稱模型的時(shí)候，要綜合問題存在的現(xiàn)實(shí)背景，不可以對(duì)一種模型進(jìn)行硬性套用。文中對(duì)模糊算法的優(yōu)化只限于在平面布局上，難以在復(fù)雜地貌的油氣田中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，所以建設(shè)三維地形條件之下的不同官網(wǎng)系統(tǒng)的模糊參數(shù)數(shù)學(xué)模型優(yōu)化，和求解算法的相關(guān)問題需要進(jìn)行深入探究。

參考文獻(xiàn)：

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