CN103020394A - 一种适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法及装置，所述方法包括：确定油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数；根据油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数，建立造价判别函数；根据造价判别函数，利用模糊C－均值聚类法确定花费最小的聚类个数，同时确定中转站的位置；根据聚类中心确定联合站的位置；根据中转站和联合站的位置，分别形成多种网络连接形式；通过比较多种网络连接形式确定一种造价最低的网络作为油田地面大型管网系统的布站形式。本发明将油田各井点进行了多种网络连接形式的连接，同时也计算出各种连接的总体造价，通过比较将造价最低的一种连接方式作为油田实际网络布局的连接方式。

Description

一种适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法及装置

技术领域

本发明涉及油气田开发地面工程领域，具体地说涉及一种适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法及装置。

背景技术

油田地面工程由五大系统组成：原油集输系统、集气系统、注水系统、污水处理及配电系统。其中油、气集输工程是主体工程，其投资占整个油田地面工程的60%—70%，占整个油田工程的40%左右。这个系统的投资费用主要包括管网造价，各中间站造价及生产运行费用，其中一个中间转油站的投资可高达近千万元，管材费用也高达每公里数万元，同时，它还是一个巨大的能量耗散系统，在油田生产能量消耗中占主导地位。

因而对油田地面管网系统进行优化设计，可以收到显著的经济效益，对于提高采油速度和采收率，保证油田正常开发生产也起着重要的作用。目前，该管网系统的规划方案主要是由人工凭经验、直接搜索算法、神经网络算法等最优化方法进行优化，这些方法虽然能对管网的布局进行优化，但是运算量较大、耗时较长，也并没有考虑到一些参数的优化。

发明内容

本发明实施例提供一种适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法及装置，以提供一种通过较高效率选择造价最低的网络作为所述油田地面大型管网系统的布站形式的技术方案。

一方面，本发明实施例提供了一种适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法，所述适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法，包括：

确定油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数；

根据所述油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数，建立造价判别函数；

根据所述造价判别函数，利用模糊C－均值聚类法确定花费最小的聚类个数，同时确定聚类中心的位置，所述聚类中心的位置即中转站的位置；

根据所述聚类中心确定联合站的位置；

根据所述中转站的位置和所述联合站的位置，分别形成所述多种网络连接形式；

通过比较所述多种网络连接形式确定一种造价最低的网络作为所述油田地面大型管网系统的布站形式。

可选的，在本发明一实施例中，所述油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式为三种网络连接形式，包括：星式—星式网络连接、环状—星式网络连接、星式—树状网络连接。

可选的，在本发明一实施例中，所述根据所述聚类中心确定联合站的坐标，包括：确定所述聚类中心的几何中心，所述几何中心即联合站的位置。

可选的，在本发明一实施例中，所述造价判别函数为：

$\min F(U,C,f)=\mathrm{nC}+\underset{i\∈S}{\mathrm{\Σ}}\underset{j\∈S}{\mathrm{\Σ}}{L}_{\mathrm{ij}}{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ij}}W+\underset{q\∈S_M}{\mathrm{\Σ}}\underset{R\∈S_M}{\mathrm{\Σ}}{D}_{\mathrm{qR}}{r}_{\mathrm{qR}}f,$

其中：F—表示是参数U、C、f的函数；

min F()—表示取F（）中的最小值；

U—表示井点的坐标向量；

C—表示建设一座中转站所需要的费用；

f—表示中转战连接每米管线的造价；

n—表示建立的中转站的个数，0≤n≤井点个数

L_ij—表示第i口井与第j口井之间的长度；其中i、j为井点的编号，S表示井点的集合，S_M表示中转站的集合，R、q为中转站的编号；

W—表示井口连接每米管线的造价；

D_iR—表示第i个中转站与第R个中转站之间的长度；

可选的，在本发明一实施例中，所述油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数包括：各井点的几何位置向量、中转站的造价、井口连接每米管线的造价、中转站连接每米管线的造价。

另一方面，本发明实施例提供了一种适用于油田地面大型管网系统优化设计的装置，所述适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法，包括：

参数确定单元，用于确定油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数；

函数建立单元，用于根据所述油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数，建立造价判别函数；

中转站确定单元，用于根据所述造价判别函数，利用模糊C－均值聚类法确定花费最小的聚类个数，同时确定聚类中心的位置，所述聚类中心的位置即中转站的位置；

联合站确定单元，用于根据所述聚类中心确定联合站的位置；

网络连接单元，用于根据所述中转站的位置和所述联合站的位置，分别形成所述多种网络连接形式；

造价比较单元，用于通过比较所述多种网络连接形式确定一种造价最低的网络作为所述油田地面大型管网系统的布站形式。

可选的，在本发明一实施例中，所述油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式为三种网络连接形式，包括：星式—星式网络连接、环状—星式网络连接、星式—树状网络连接。

可选的，在本发明一实施例中，所述联合站确定单元，进一步用于确定所述聚类中心的几何中心，所述几何中心即联合站的位置。

可选的，在本发明一实施例中，所述函数建立单元建立的价判别函数为：

$\min F(U,C,f)=\mathrm{nC}+\underset{i\∈S}{\mathrm{\Σ}}\underset{j\∈S}{\mathrm{\Σ}}{L}_{\mathrm{ij}}{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ij}}W+\underset{q\∈S_M}{\mathrm{\Σ}}\underset{R\∈S_M}{\mathrm{\Σ}}{D}_{\mathrm{qR}}{r}_{\mathrm{qR}}f,$

其中：F—表示是参数U、C、f的函数；

min F()—表示取F（）中的最小值；

U—表示井点的坐标向量；

C—表示建设一座中转站所需要的费用；

f—表示中转战连接每米管线的造价；

n—表示建立的中转站的个数，0≤n≤井点个数

L_ij—表示第i口井与第j口井之间的长度；其中i、j为井点的编号，S表示井点的集合，S_M表示中转站的集合，R、q为中转站的编号；

W—表示井口连接每米管线的造价；

D_iR—表示第i个中转站与第R个中转站之间的长度；

可选的，在本发明一实施例中，所述参数确定单元确定的所述油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数包括：各井点的几何位置向量、中转站的造价、井口连接每米管线的造价、中转站连接每米管线的造价。

上述技术方案具有如下有益效果：因为采用所述适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法，包括：确定油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数；根据所述油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数，建立造价判别函数；根据所述造价判别函数，利用模糊C－均值聚类法确定花费最小的聚类个数，同时确定聚类中心的位置，所述聚类中心的位置即中转站的位置；根据所述聚类中心确定联合站的位置；根据所述中转站的位置和所述联合站的位置，分别形成所述多种网络连接形式；通过比较所述多种网络连接形式确定一种造价最低的网络作为所述油田地面大型管网系统的布站形式的技术手段，所以达到了如下的技术效果：将油田各井点进行了星式—星式、环状—星式、星式—树状的连接，同时也计算出了各种连接的总体造价，通过比较将造价最低的一种连接方式作为油田实际网络布局的连接方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法流程图；

图2为本发明实施例一种适用于油田地面大型管网系统优化设计的装置结构示意图；

图3为本发明应用实例适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法流程图；

图4为本发明应用实例模糊C-均值拓扑布局优化图；

图5为本发明应用实例油田地面管网模糊聚类图；

图6为本发明应用实例油田地面管网星式—星式网络连接示意图；

图7为本发明应用实例油田地面管网环状—星式网络连接示意图；

图8为本发明应用实例油田地面管网星式—树状网络连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明实施例一种适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法流程图，所述适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法，包括：

101、确定油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数；

102、根据所述油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数，建立造价判别函数；

103、根据所述造价判别函数，利用模糊C－均值聚类法确定花费最小的聚类个数，同时确定聚类中心的位置，所述聚类中心的位置即中转站的位置；

104、根据所述聚类中心确定联合站的位置；

105、根据所述中转站的位置和所述联合站的位置，分别形成所述多种网络连接形式；

106、通过比较所述多种网络连接形式确定一种造价最低的网络作为所述油田地面大型管网系统的布站形式。

可选的，所述油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式为三种网络连接形式，包括：星式—星式网络连接、环状—星式网络连接、星式—树状网络连接。

可选的，所述根据所述聚类中心确定联合站的坐标，包括：确定所述聚类中心的几何中心，所述几何中心即联合站的位置。

可选的，所述造价判别函数为：

$\min F(U,C,f)=\mathrm{nC}+\underset{i\∈S}{\mathrm{\Σ}}\underset{j\∈S}{\mathrm{\Σ}}{L}_{\mathrm{ij}}{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ij}}W+\underset{q\∈S_M}{\mathrm{\Σ}}\underset{R\∈S_M}{\mathrm{\Σ}}{D}_{\mathrm{qR}}{r}_{\mathrm{qR}}f,$

其中：F—表示是参数U、C、f的函数；

min F()—表示取F（）中的最小值；

U—表示井点的坐标向量；

C—表示建设一座中转站所需要的费用；

f—表示中转战连接每米管线的造价；

n—表示建立的中转站的个数，0≤n≤井点个数

L_ij—表示第i口井与第j口井之间的长度；其中i、j为井点的编号，S表示井点的集合，S_M表示中转站的集合，R、q为中转站的编号；

W—表示井口连接每米管线的造价；

D_iR—表示第i个中转站与第R个中转站之间的长度；

可选的，所述油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数包括：各井点的几何位置向量、中转站的造价、井口连接每米管线的造价、中转站连接每米管线的造价。

如图2所示，为本发明实施例一种适用于油田地面大型管网系统优化设计的装置结构示意图，所述适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法，包括：

参数确定单元21，用于确定油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数；

函数建立单元22，用于根据所述油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数，建立造价判别函数；

中转站确定单元23，用于根据所述造价判别函数，利用模糊C－均值聚类法确定花费最小的聚类个数，同时确定聚类中心的位置，所述聚类中心的位置即中转站的位置；

联合站确定单元24，用于根据所述聚类中心确定联合站的位置；

网络连接单元25，用于根据所述中转站的位置和所述联合站的位置，分别形成所述多种网络连接形式；

造价比较单元26，用于通过比较所述多种网络连接形式确定一种造价最低的网络作为所述油田地面大型管网系统的布站形式。

可选的，所述油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式为三种网络连接形式，包括：星式—星式网络连接、环状—星式网络连接、星式—树状网络连接。

可选的，所述联合站确定单元，进一步用于确定所述聚类中心的几何中心，所述几何中心即联合站的位置。

可选的，所述函数建立单元建立的价判别函数为：

$\min F(U,C,f)=\mathrm{nC}+\underset{i\∈S}{\mathrm{\Σ}}\underset{j\∈S}{\mathrm{\Σ}}{L}_{\mathrm{ij}}{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ij}}W+\underset{q\∈S_M}{\mathrm{\Σ}}\underset{R\∈S_M}{\mathrm{\Σ}}{D}_{\mathrm{qR}}{r}_{\mathrm{qR}}f,$

其中：F—表示是参数U、C、f的函数；

min F()—表示取F（）中的最小值；

U—表示井点的坐标向量；

C—表示建设一座中转站所需要的费用；

f—表示中转战连接每米管线的造价；

n—表示建立的中转站的个数，0≤n≤井点个数

L_ij—表示第i口井与第j口井之间的长度；其中i、j为井点的编号，S表示井点的集合，S_M表示中转站的集合，R、q为中转站的编号；

W—表示井口连接每米管线的造价；

D_iR—表示第i个中转站与第R个中转站之间的长度；

可选的，所述参数确定单元确定的所述油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数包括：各井点的几何位置向量、中转站的造价、井口连接每米管线的造价、中转站连接每米管线的造价。

本发明实施例上述技术方案具有如下有益效果：因为采用所述适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法，包括：确定油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数；根据所述油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数，建立造价判别函数；根据所述造价判别函数，利用模糊C-均值聚类法确定花费最小的聚类个数，同时确定聚类中心的位置，所述聚类中心的位置即中转站的位置；根据所述聚类中心确定联合站的位置；根据所述中转站的位置和所述联合站的位置，分别形成所述多种网络连接形式；通过比较所述多种网络连接形式确定一种造价最低的网络作为所述油田地面大型管网系统的布站形式的技术手段，所以达到了如下的技术效果：将油田各井点进行了星式—星式、环状—星式、星式—树状的连接，同时也计算出了各种连接的总体造价，通过比较将造价最低的一种连接方式作为油田实际网络布局的连接方式。

本发明应用实例的目的在于提供一种适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法。油田地面管网系统是一类复杂的大型混合优化设计问题，涉及离散拓扑优化、非线性参数优化、选址优化、动态优化、单目标优化等。通过本发明应用实例提供的方法，根据油井的位置、产量、油气比、油气物性、规划年限内的产量变化等情况确定合适的油气集输工艺流程、接转站、集中处理站等各个级别站的位置、管网的连接关系、管线管径和集输工艺参数等。主要是建立多级网络的拓扑优化数学模型，包括星式网络数学模型、多级星—环形网络数学模型、多级星—树状网络数学模型；应用模糊C—均值聚类法对三种拓扑模型进行优化，得出最优的中转战个数、最佳的中转站位置、最优的集输站和集储站个数和最佳的位置。在已知的拓扑布局基础上建立参数模型，应用模糊优化的方法对参数模型进行求解，得出最适宜的温度、压力等参数。

为实现上述目的，本发明应用实例采用的技术方案如下：本发明应用实例在星式—星式网络连接、环状—星式网络连接、星式—树状网络连接三种网络连接方法已经确定的基础上，进行井网布局的优选，即通过判别函数进行布局级数与网络连接方式的优选。

如图3所示，为本发明应用实例适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法流程图，具体包括：

301、确定输入参数：

根据三种网络连接方式，判别函数的输入量包括各井点的几何位置向量、中转站的造价、井口连接每米管线的造价、中转站连接每米管线的造价。

井点的几何位置向量：指的是区块上井口的大地坐标，通过统计各井点的位置可以知道各个井点的坐标向量U=（x、y）。

中转站的造价C：中转战的建设是一项大的工程，需要的材料、人工等费用是根据当时市场的实际情况来定的。因此建设一座中转站的造价需要油田地面工程的预算人员给出。

井口连接的每米管线的造价W：根据井口的压力与温度等需求，所用的管线的型号的价格是不同的，需要根据油田的实际情况给出井口链接的每米管线的造价。

中转站连接的每米管线的造价f：根据中转站的实际情况，需要给出中转站连接管线的每米造价。

302、建立三种网络形式的造价判别函数：

造价判别函数的建立主要是考虑总体造价,以达到总体造价最低的目标，因此在确定了三种网络连接方式的基础上，建立了造价判别函数。

$\min F(U,C,f)=\mathrm{nC}+\underset{i\∈S}{\mathrm{\Σ}}\underset{j\∈S}{\mathrm{\Σ}}{L}_{\mathrm{ij}}{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ij}}W+\underset{q\∈S_M}{\mathrm{\Σ}}\underset{R\∈S_M}{\mathrm{\Σ}}{D}_{\mathrm{qR}}{r}_{\mathrm{qR}}f,$

其中：F—表示是参数U、C、f的函数；

min F()—表示取F（）中的最小值；

U—表示井点的坐标向量；

C—表示建设一座中转站所需要的费用；

f—表示中转战连接每米管线的造价；

n—表示建立的中转站的个数，0≤n≤井点个数

L_ij—表示第i口井与第j口井之间的长度；其中i、j为井点的编号，S表示井点的集合，S_M表示中转站的集合，R、q为中转站的编号；

W—表示井口连接每米管线的造价；

D_iR—表示第i个中转站与第R个中转站之间的长度；

δ_ij、r_iR的取值依赖于三种网络布局的选取有关。

303、通过模糊C-均值聚类法确定中转站：

根据上述的造价判别函数的确立依据模糊C-均值聚类法确定井点的聚类个数，即确定中转站的个数。如图4所示，为本发明应用实例模糊C-均值拓扑布局优化图，以下参照图4进行详细说明：

1）给定初始井坐标几何位置向量集V，Z为模糊聚类的个数，V＝{V⁽¹⁾,…V^(C)}，V⁽ⁱ⁾表示第i个类的集合，i＝1,…Z；如图5所示，为本发明应用实例油田地面管网模糊聚类图。

其中：

表示属于第i类第j个井点的位置坐标，

2）对模糊聚类个数Z附初值，首先令Z＝2，则V被划分为两类，V＝{V⁽¹⁾,V⁽²⁾}，μ_ij表示井点的位置坐标向量与V^(j)的隶属度关系

${\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{ij}}\&Element;\left[\mathrm{0,1}\right],\&ForAll;i,j;\underset{j=1}{\overset{c}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{ij}}=1,\&ForAll;i;0<\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}<{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{ij}}<n$

3）对于V的Z组分类，用p_j(j＝1,2,…，z)表示第i类的典型矢量或聚类原型矢量，则聚类目标为

$\left\{\begin{array}{cc}\min & T(U,P)=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{i=1}{\overset{c}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left({\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{ij}}\right)}^2{\left(d_{\mathrm{ij}}\right)}^2\\ s.t.& {\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{ij}}\&Element;\left[\mathrm{0,1}\right],\&ForAll;i,j;\underset{j=1}{\overset{c}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{ij}}=1,\&ForAll;i;0<\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{ij}}<n\end{array}\right.$

其中： ${\left(d_{\mathrm{ik}}\right)}^2={\left|\right|X_k^j-p_j\left|\right|}_A={(X_k^j-p_j)}^T(X_k^j-p_j)$

4）应用拉格朗日乘数法求解得：

${\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{ij}}=\frac{1}{\underset{l=1}{\overset{c}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left[\frac{d_{\mathrm{ij}}}{d_{\mathrm{li}}}\right]}^2}$

聚类中心向量

$p_{\mathrm{ij}}=\frac{1}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left({\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{ij}}\right)}^2}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left({\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{ij}}\right)}^2{X}_i^j$

5）通过所求的分类，分别给出星式、环状网络中各井点的连接关系δ_ij，然后计算出L_ij，再根据得到的聚类中心计算出D_iR、r_iR

6）将输入参数带入造价判别函数，记此时的造价判别函数F(U,C,f)＝F，令

回到2）若F(U,C,f)＜F，令F等于新的F(U,C,f)直到Z等于井的个数

7)经上面模糊聚类得出聚类中心p_ij即为中转站的坐标。

8）让每一类中的各井点与中转站进行星式连接或者环状连接。

304、确定油田管网网络中联合站：

在确定了中转站之后，确定联合站就是要解决的问题，对于三种不同的管网拓扑结构，其联合站的确定方法是一样的。

以管段长度平方和为造价判别函数进行优化设计：

min S,L

$S=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{l}_i^2$

$l_i={[{(x_i-\stackrel{\&OverBar;}{x})}^2+{(y_i-\stackrel{\&OverBar;}{y})}^2]}^{\frac{1}{2}}$

其中：S——管段长度平方和；

m——所辖站数；

——联合站位置

则最优解为加权中心法得到的：

$\stackrel{\&OverBar;}{x}=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{T}_i{x}_i}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{T}_i}$ $\stackrel{\&OverBar;}{y}=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{T}_i{y}_i}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{T}_i}$

其中T_i表示加权系数，通常为单位长度管段造价。

通过得到的几何中心坐标即为联合站的坐标。

305、将中转站（聚类中心）与联合站（几何中心）进行星式或树状连接，最终形成星式—星式网络连接、环状—星式网络连接、星式—树状网络连接。如图6所示，为本发明应用实例油田地面管网星式—星式网络连接示意图。如图7所示，为本发明应用实例油田地面管网环状—星式网络连接示意图。如图8所示，为本发明应用实例油田地面管网星式—树状网络连接示意图。

306、选取最终网络：

本发明应用实例通过上述方法已经将油田各井点进行了星式—星式、环状—星式、星式—树状的连接，同时也计算出了各种连接的总体造价，通过比较将造价最低的一种连接方式作为油田实际网络布局的连接方式。

例如举例说明：根据某油田的实际井位数据，通过应用程序计算出星型网络、二级星—环状网络、二级星—树状网络的井网部署图。同时得出了不同管网布局的经济指标。

本发明应用实例例如根据油田某区块的180口井的实际情况，选取出井位坐标数据，将各参数和井位数据代入油田地面管网形式网络拓扑布局模型、多级星-环形管网拓扑布局数学模型、多级星-树状管网数学模型，通过模糊C均值聚类得出最优分类为8类，对于星式网络管线的花费和建中间站中转站的花费为4115万元，其中取一级管线（井与中间站间的管线）造价为每公里1万元，二级管线（即各中间站与联合站间的管线）的造价为每公里1.5万元，中间站的造价为1000万元。经过优化达到了较好的聚类分类，使得所花费的经济效益达到了最低。对于二级星—环形管网管线的花费和建中间站中转站的花费为4043万元，其中管线造价和中间站造价与星式网络取值相同。就这个油田的实际情况来说，相较于星式网络拓扑结构图来说，管线投资减少了72万元。对于二级星—树状管网管线的花费和建中间站中转站的花费为4042万元，其中管线造价和中间站造价与星式网络取值相同。与多级星式拓扑结构图的管线的花费和建中间站中转站的花费相比节省了73万元。

本发明应用实例例如同样根据某油田某区块实际数据，共有107口油井，计量站即中转站有5座，联合站有1座。当初始变量管道半径给定为210mm，压强给定为7.5MPa，温度为给定为95℃时，根据油田地面“管—站”系统参数模糊优化模型迭代得出：

x=

51.3564    25.0656    69.8281

fevl=

1.4057e+007

ans=

0.6229

则由计算结果为α=0.6229，最适宜的管道半径取为52mm，压强为2.6MPa，温度为70℃，造价判别函数的值为1.4057e+007元。

本发明应用实例理论基础较强，首次将模糊数学的理论应用到油田地面管网拓扑布局优化中，提供了一种解决油田地面网管网拓扑布局优化和参数优化问题的方法，并可编制相应的软件。本发明应用实例能有效指导油田开发地面工程管网布局的实施，具有很强的实用性。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块（illustrativelogical block），单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性（interchangeability），上述的各种说明性部件（illustrativecomponents），单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路（ASIC），现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线（DSL）或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片（disk）和磁盘（disc）包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法，其特征在于，所述适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法，包括：

确定油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数；

根据所述油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数，建立造价判别函数；

根据所述造价判别函数，利用模糊C－均值聚类法确定花费最小的聚类个数，同时确定聚类中心的位置，所述聚类中心的位置即中转站的位置；

根据所述聚类中心确定联合站的位置；

根据所述中转站的位置和所述联合站的位置，分别形成所述多种网络连接形式；

通过比较所述多种网络连接形式确定一种造价最低的网络作为所述油田地面大型管网系统的布站形式。

2.如权利要求1所述适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法，其特征在于，所述油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式为三种网络连接形式，包括：星式—星式网络连接、环状—星式网络连接、星式—树状网络连接。

3.如权利要求1所述适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法，其特征在于，所述根据所述聚类中心确定联合站的坐标，包括：

确定所述聚类中心的几何中心，所述几何中心即联合站的位置。

4.如权利要求1所述适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法，其特征在于，所述造价判别函数为：

$\min F(U,C,f)=\mathrm{nC}+\underset{i\&Element;S}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;S}{\mathrm{\&Sigma;}}{L}_{\mathrm{ij}}{\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}W+\underset{q\&Element;S_M}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{R\&Element;S_M}{\mathrm{\&Sigma;}}{D}_{\mathrm{qR}}{r}_{\mathrm{qR}}f,$

其中：F—表示是参数U、C、f的函数；

min F()—表示取F（）中的最小值；

U—表示井点的坐标向量；

C—表示建设一座中转站所需要的费用；

f—表示中转战连接每米管线的造价；

n—表示建立的中转站的个数，0≤n≤井点个数

L_ij—表示第i口井与第j口井之间的长度；其中i、j为井点的编号，S表示井点的集合，S_M表示中转站的集合，R、q为中转站的编号；

W—表示井口连接每米管线的造价；

DiR—表示第i个中转站与第R个中转站之间的长度；

5.如权利要求1-4中任一项所述适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法，其特征在于，所述油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数包括：各井点的几何位置向量、中转站的造价、井口连接每米管线的造价、中转站连接每米管线的造价。

6.一种适用于油田地面大型管网系统优化设计的装置，其特征在于，所述适用于油田地面大型管网系统优化设计的方法，包括：

参数确定单元，用于确定油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数；

函数建立单元，用于根据所述油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数，建立造价判别函数；

中转站确定单元，用于根据所述造价判别函数，利用模糊C－均值聚类法确定花费最小的聚类个数，同时确定聚类中心的位置，所述聚类中心的位置即中转站的位置；

联合站确定单元，用于根据所述聚类中心确定联合站的位置；

网络连接单元，用于根据所述中转站的位置和所述联合站的位置，分别形成所述多种网络连接形式；

造价比较单元，用于通过比较所述多种网络连接形式确定一种造价最低的网络作为所述油田地面大型管网系统的布站形式。

7.如权利要求6所述适用于油田地面大型管网系统优化设计的装置，其特征在于，所述油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式为三种网络连接形式，包括：星式—星式网络连接、环状—星式网络连接、星式—树状网络连接。

8.如权利要求6所述适用于油田地面大型管网系统优化设计的装置，其特征在于，

所述联合站确定单元，进一步用于确定所述聚类中心的几何中心，所述几何中心即联合站的位置。

9.如权利要求6所述适用于油田地面大型管网系统优化设计的装置，其特征在于，所述函数建立单元建立的价判别函数为：

$\min F(U,C,f)=\mathrm{nC}+\underset{i\&Element;S}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{j\&Element;S}{\mathrm{\&Sigma;}}{L}_{\mathrm{ij}}{\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}W+\underset{q\&Element;S_M}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{R\&Element;S_M}{\mathrm{\&Sigma;}}{D}_{\mathrm{qR}}{r}_{\mathrm{qR}}f,$

其中：F—表示是参数U、C、f的函数；

min F()—表示取F（）中的最小值；

U—表示井点的坐标向量；

C—表示建设一座中转站所需要的费用；

f—表示中转战连接每米管线的造价；

n—表示建立的中转站的个数，0≤n≤井点个数

L_ij—表示第i口井与第j口井之间的长度；其中i、j为井点的编号，S表示井点的集合，S_M表示中转站的集合，R、q为中转站的编号；

W—表示井口连接每米管线的造价；

D_iR—表示第i个中转站与第R个中转站之间的长度；

10.如权利要求6-9中任一项所述适用于油田地面大型管网系统优化设计的装置，其特征在于，所述参数确定单元确定的所述油田地面大型管网系统中的多种网络连接形式的输入参数包括：各井点的几何位置向量、中转站的造价、井口连接每米管线的造价、中转站连接每米管线的造价。

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