受约束三维地形条件下油气集输系统模糊布局优化研究

基本信息
批准号:51674086
项目类别:面上项目
资助金额:58.00
负责人:刘扬
学科分类:
依托单位:东北石油大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:魏立新,成庆林,关晓晶,赵健,董航,陈双庆,王兴旺,王佳楠,刘凤荣
关键词:
智能算法模糊优化集输系统布局优化障碍三维地形
结项摘要

The essence of the oil and gas gathering and transferring system layout optimization is to study the problem of the network topology optimization constrained by the three-dimensional space. In which it for the plains or barrier-free zone is a special case. The existing research results more focused on the two dimensional plane, cannot be directly applied to the oil and gas fields with the complex topography. This project plans to finish the tasks as follows. The multi-scale, multi technology integrated, efficient and fine three dimensional terrain reconstruction method will be proposed. And the three-dimensional obstacle will be classified and described by mathematical method; Based on the different combination of pipe network forms and processes, the three-dimensional network fuzzy topology optimization model, the fuzzy parameter optimization model and the fuzzy entirety optimization model will be established.And their solving method will be established too,meanwhile the the overall global optimization method will be explored, besides the mechanism of improvement and the preponderant mingle of different intelligent algorithm will be researched. And the performance of the intelligent algorithm is researched. The fuzzy comprehensive evaluation model of intelligent algorithm will be established; A sensitivity analysis method of the fuzzy optimization model and intelligent algorithm will be established, besides the influence mechanism of the parameter variation on the optimal solution will be quantitative depicted;The fuzzy hydro - thermal coupling calculation model and fuzzy finite difference method of the pipeline will be established under the condition of terrain ups and downs. This project can merge the related theory of multi-subject and promote the theory of cross subject forward; The research results can lay a theoretical foundation for layout planning and construction of three-dimensional pipe network in oil and gas fields.The projecet has important academic significance and practical engineering significance.

油气集输系统布局优化问题的实质是受三维空间约束的网络拓扑布局优化问题,平原地区或无障碍约束的集输系统布局优化是该问题的一个特例,已有研究成果多集中于平面布局,无法应用于复杂地貌油气田。本项目拟给出三维地形的多分辨率、多技术综合、高效精细重构方法,三维障碍分类数学描述方法;建立多管网形态、工艺流程组合的油气集输系统模糊拓扑优化、模糊参数优化和整体模糊优化数学模型以及其对应的模糊智能求解方法,研究模糊智能算法的优势混合、改进机理和算法优化性能,建立智能算法综合性能模糊评判模型;建立模糊优化模型和智能算法的灵敏度分析方法,定量分析参变量变化对最优解的影响机理;创建多地形起伏条件下管道模糊水力-热力耦合计算模型和模糊有限差分法。该申请项目具有融合多学科相关理论,推进交叉边缘学科向前发展的作用;研究成果可为三维地形条件下油气田布局规划设计奠定基础,具有重要的学术价值和实际工程意义。

项目摘要

平原油气田集输系统布局优化是探究集输站场和直线管道的最优布置问题,而对于三维地形条件下油气集输系统布局优化,则是在考虑地形起伏特征的基础上寻求最优的曲线或者折线管道及站场的最优布置问题,即已有的平原油气集输系统布局优化理论方法是受约束三维地形下布局优化理论方法的特例。本项目针对三维油气集输系统布局优化理论研究中的难点,首先基于DEM三维地形重构技术,将结构简单的Grid格网模型和数据存储灵活的Tin格网模型相结合,结合模糊数学和曲面插值方法,建立三维地形的高效、精细表征方法。并且根据实际存在的山体、河流、林带等障碍几何特征,采用R函数法和投影法,有效表征了障碍;其次,基于油气田最常见的枝状油气集输系统网络结构特征,综合考虑集输半径、三维地形限制、枝状结构特征等约束条件,以总建设投资最小为目标建立了三维地形条件下油气集输系统拓扑布局优化数学模型。为求解此优化模型,提出了相向广度优先搜索管道路由优化方法和新型的混合粒子群-智能优化算法,实现油气集输系统最优拓扑布局的高效求解;而后,基于拓扑布局优化所得到的油气集输系统拓扑布局,考虑油气集输系统生产运行中所存在的管道属性参数模型性和管道运行参数模糊性,模糊化表征管道传热系数、进站油温和井口回压等参数,以总费用最小为目标建立了油气集输系统模糊参数优化数学模型,开发了改进的混合蛙跳算法和起伏管道工艺计算方法对此模型进行了有效求解;最后,结合油气集输系统拓扑布局优化模型和参数优化模型以及其求解方法,建立了通用于集油工艺和集气工艺的油气集输系统模糊整体优化模型,创建了格栅剖分集合划分法、位域相近模糊集求解法、地形数据分治简化方法、相向广度优先管道路径搜索方法以及组合式智能优化求解策略,实现优化模型的有效求解。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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