CN110705766B - 气田集输系统优化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气田集输系统优化方法及装置，气田集输系统优化方法包括：根据所述气田各个区块之间的连通关系及所述各个区块的处理站处理天然气的处理量生成一约束条件；根据所述气田中的每口气井的产能曲线数据，预先建立的净现值目标函数及所述约束条件创建所述气田集输系统优化模型；根据所述气田的经济参数、工艺参数及所述气田集输系统优化模型生成所述气田集输系统优化结果。本发明提供的方法可以在气田滚动开发过程中充分发挥集输设备效用，提高设备负荷率和利用率，从而达到降本增效，助力气田开发的目的。

Description

气田集输系统优化方法及装置

技术领域

本发明涉及石油天然气集输技术领域，尤其是气田设计优化和运行优化，具体涉及一种气田集输系统优化方法及装置。

背景技术

随着对全球气候变化的日益关注，天然气被视为比煤炭和石油更有效和清洁的能源，其广泛应用有力地促进能源生产和消费革命的发展，并凸显了天然气供应链设计和运行优化的必要性。天然气生产系统作为天然气供应链的重要组成部分，能够收集和处理井口天然气，向下游市场提供合格的天然气。天然气生产系统一般由生产气井、集输管线、集气站和中央处理站以及其他所有必要的设备，如压缩机、阀门和监控装置。然而在现有技术中，生产系统通常具有高资本投入和高运行费用的缺点。因此，天然气生产系统的优化设计和运行对于提高经济绩效和推进清洁生产实践具有重要意义，受到学术界和工程界的重视。

一般而言，在气田开发和生产中经常采用滚动开发战略。该方法优先开发储量较好的区块，然后逐步开发其他区块，以维持和扩大产量。然而，在滚动开发战略过程中，由于各个区块站间未实施互联互通，不能实现设备的共享，往往产生矛盾情况。一方面，当已开发的老区块的产量在生产后期下降时，原有集气站和处理站的处理能力处于闲置状态，造成低利用率。然而，另一方面，在新区块产生的井口天然气需要由加工设施处理。此时，如果新区块没有处理站，只能进行气体排空或燃烧，不能产生效益且污染大气环境；如果新区块新建处理站，在进入稳定生产阶段之前，会出现“大马拉小车”的现象，集气站和处理站的利用率仍然很低。因此，在气田滚动开发中存在“三高”(高能耗、高投资、高闲置率)的问题。

现有技术中针对上述问题的研究集中在油气田初始阶段的设计和运行过程中，是针对单一区块中的单集输生产系统的，不适用于气田滚动开发中形成的多集输生产系统。单集输生产系统只有一个中央处理站，因此这些研究大多假设处理站有足够的处理能力，只对处理站做站址选择，在目标函数中忽略了处理站的建设费用，或者将其取为固定值，同时不考虑处理站规模对运行费用的影响，因此没有较好的解决上述问题。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供的方法可以提高天然气处理站的平均负荷率和设备的利用率，提高系统的运行效率，降低系统能耗，以达到收益最大化的目的。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种气田集输系统优化方法，包括：

根据所述气田各个区块之间的连通关系及所述各个区块的处理站处理天然气的处理量生成一约束条件；

根据所述气田中的每口气井的产能曲线数据，预先建立的净现值目标函数及所述约束条件创建所述气田集输系统优化模型；

根据所述气田的经济参数、工艺参数及所述气田集输系统优化模型生成所述气田集输系统优化结果。

一实施例中，所述约束条件包括：连通管道约束条件及处理站约束条件，所述根据所述气田各个区块之间的管道连通关系及所述各个区块的处理站处理天然气的处理量生成预设的气田集输系统优化模型的约束条件，包括：

根据所述各个区块之间在所述气田开发周期内的各个时刻是否存在联通管道，生成所述气田集输系统优化模型的连通管道约束条件；

根据所述各个区块的处理量及所述各个区块在所述各个时刻是否存在所述处理站，生成所述气田集输系统优化模型的处理站约束条件。

一实施例中，建立所述净现值目标函数的步骤，包括：

根据所述气田产出气的销售收入，各个区块之间的联通管道的建设成本，所述处理站的建设固定成本，扩建已有处理站的固定成本，所述处理站的总运行成本及生产调度所需的调度成本生成所述气田在开发周期内的总收益净现值；

根据所述总收益净现值为最大生成所述净现值目标函数。

一实施例中，所述气田集输系统优化结果包括：

各个区块的处理站及其之间的联通管道的建设时间、建设规模；

各个区块的处理站在气田开发周期内的各个时刻的处理量；

所述气田在所述各个时刻的总收益净现值。

第二方面，本发明提供一种气田集输系统优化装置，该装置包括：

约束条件生成单元，用于根据所述气田各个区块之间的连通关系及所述各个区块的处理站处理天然气的处理量生成一约束条件；

优化模型生成单元，用于根据所述气田中的每口气井的产能曲线数据，预先建立的净现值目标函数及所述约束条件创建所述气田集输系统优化模型；

优化结果生成单元，用于根据所述气田的经济参数、工艺参数及所述气田集输系统优化模型生成所述气田集输系统优化结果。

一实施例中，所述约束条件包括：连通管道约束条件及处理站约束条件，所述约束条件生成单元包括：

管道约束生成模块，用于根据所述各个区块之间在所述气田开发周期内的各个时刻是否存在联通管道，生成所述气田集输系统优化模型的连通管道约束条件；

处理站约束生成模块，用于根据所述各个区块的处理量及所述各个区块在所述各个时刻是否存在所述处理站，生成所述气田集输系统优化模型的处理站约束条件。

一实施例中，气田集输系统优化装置还包括目标函数生成单元，包括：

净现值生成模块，用于根据所述气田产出气的销售收入，各个区块之间的联通管道的建设成本，所述处理站的建设固定成本，扩建已有处理站的固定成本，所述处理站的总运行成本及生产调度所需的调度成本生成所述气田在开发周期内的总收益净现值；

目标函数生成模块，用于根据所述总收益净现值为最大生成所述净现值目标函数。

一实施例中，所述气田集输系统优化结果包括：

各个区块的处理站及其之间的联通管道的建设时间、建设规模；

各个区块的处理站在气田开发周期内的各个时刻的处理量；

所述气田在所述各个时刻的总收益净现值。

第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现气田集输系统优化方法的步骤。

第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现气田集输系统优化方法的步骤。

从上述描述可知，本发明提供的气田集输系统优化方法及装置，通过气田各个区块之间的连通关系及个区块的处理站处理天然气的处理量生成预设的气田集输系统优化模型的约束条件；并根据此约束条件生成可以对气田集输系统优化的设计方法，本方法以“三高”(投资高、闲置高、能耗高)问题为导向，综合考虑建产阶段的建设投资和运行阶段的系统效率与能耗，通过建设联通管道进行生产调度来实现多集输生产系统间的设备共享，进而解决气田滚动开发中的“三高”问题。具体地，提出了一种基于生产调度的集输生产系统建设模式以及对应的优化设计方法，通过建立数学规划模型，并在给定的基本经济参数和工艺参数下，制定出设计及运行的优化方案。从而在气田滚动开发过程中充分发挥集输设备效用，提高设备负荷率和利用率，从而降本增效，助力气田开发。

相比于已有的集输管网优化模型，本方法考虑到了滚动开发过程中多个集输站处理能力及多个设备利用率，并通过在各个区块之间新建管网及流量调配的方式来提高集输设备的负荷率，进而更好的解决“三高”问题。综上所述，本发明的有益效果是：

(1)提高了处理站的平均负荷率和利用率，提高运行效率，降低能耗，提高经济效益；

(2)减少因设备检修或者故障带来的生产损失，当现场集气站处理站检修或停用时，该站的所有气井无需停产，可以通过联通管线将这些气井产生的天然气输送到其他站点，使这些井全部正常生产或部分正常生产来继续产生效益，从而实现多集输生产系统的互通互联，增加了管网灵活可变性和适应性。

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为本发明的实施例中分阶段发展下的多个天然气集输系统示意图；

图2为本发明的实施例中的气田集输系统优化方法的流程示意图一；

图3为本发明的实施例中的气田集输系统优化结果组成示意图；

图4为本发明的实施例中步骤100的流程示意图；

图5为本发明的实施例中的气田集输系统优化方法的流程示意图二；

图6为本发明的具体应用实例中气田集输系统优化方法的流程示意图；

图7为本发明的实施例中的气田集输系统优化装置的结构示意图一；

图8为本发明的实施例中气田集输系统优化装置中约束条件生成单元组成结构示意图；

图9为本发明的实施例中的气田集输系统优化装置的结构示意图二；

图10为本发明的实施例中气田集输系统优化装置中目标函数生成单元组成结构示意图；

图11为本发明的实施例中的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例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作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。

鉴于现有技术中，针对气田滚动开发(按计划分批次地开发处于不同区块/位置的气井)过程中存在的高能耗、高投资、高闲置率的问题，本申请提出生产调度方案。如果可以通过建设联通管道来进行生产调度，则多个生产系统之间的集输站场设备就可以共享，从而将旧区块的未充分利用的处理能力重新分配给运营商正在开发的其他新区块。如图1所示，由于区块#1和区块#2之间存在着联通管道，如果区块#1具有足够的处理能力，可以将区块#2产生的天然气直接调度到区块#1进行处理；如果区块#1处理能力不够，可以先对1区块处理站进行扩建后再将区块#2产生的天然气调度区块#1进行处理。通过采用调度的方法，不需要在区块#2建立额外的处理站。从而达到了增加设备利用率和减少资本支出的目的，并减少设施故障或维修所造成的损失，增强消除不确定性的能力。同理，预期的区块#3和区块#4生产系统也可以根据时机选择新建自有处理站或者是建立联通管道将天然气输送到其他区块进行处理。不同的方式会影响集输站场设备的利用率以及集输生产系统的建设成本和运行成本，因此需要开展优化研究。

本发明的实施例提供一种气田集输系统优化方法的具体实施方式，参见图2，该方法具体包括如下内容：

步骤100：根据所述气田各个区块之间的连通关系及所述各个区块的处理站处理天然气的处理量生成一约束条件。

可以理解的是，步骤100中的约束条件是为了生成步骤200中的气田集输系统优化模型做准备，步骤100中的集输系统是指用来将井口的天然气输送到规定的处理站的装置，往往以井口作为起点，处理站作为终点，中途经过节流阀、管道等部件。

步骤100在实施时，具体包括，建立连通管道约束条件及处理站约束条件，最终通过连通管道约束条件、处理站约束条件建立气田集输系统优化模型的总的约束条件。其中，处理站约束条件包括：各个区块在开发周期内的各个时刻是否存在所述处理站及天然气处理量，以及由此来带的该处理站是否需要扩建，该处理站的流量约束条件等。

步骤200：根据所述气田中的每口气井的产能曲线数据，预先建立的净现值目标函数及所述约束条件创建所述气田集输系统优化模型。

在步骤200中，所提出的气田集输系统优化模型以总收益净现值最大为目标函数，包括联通管道约束、处理站约束、处理站扩建约束、处理站处理能力约束和生产调度约束。由于模型所有约束和目标函数都是线性的，可以转化为MILP数学模型，因此可通过基于分支定界算法的MILP模型求解器GUROBI来求解，该算法是全局最优解的搜索算法，从而可以获得滚动开发下多气田生产系统的最优设计和运行方案。

步骤300：根据所述气田的经济参数、工艺参数及所述气田集输系统优化模型生成所述气田集输系统优化结果。

通过对气田集输系统优化模型进行求解，以生成气田集输系统优化结果，参见图3，其可以包括：各个区块的处理站及其之间的联通管道的建设时间、建设规模；各个区块的处理站在气田开发周期内的各个时刻的处理量；所述气田在所述各个时刻的总收益净现值。

从上述描述可知，本发明提供的气田集输系统优化方法，通过气田各个区块之间的连通关系及个区块的处理站处理天然气的处理量生成预设的气田集输系统优化模型的约束条件；并根据此约束条件生成可以对气田集输系统优化的设计方法，本方法以“三高”(投资高、闲置高、能耗高)问题为导向，综合考虑建产阶段的建设投资和运行阶段的系统效率与能耗，通过建设联通管道进行生产调度来实现多集输生产系统间的设备共享，进而解决气田滚动开发中的“三高”问题。

一实施例中，参见图4，步骤100包括：

步骤101：根据所述各个区块之间在所述气田开发周期内的各个时刻是否存在联通管道，生成所述气田集输系统优化模型的连通管道约束条件。

步骤102：根据所述各个区块在所述各个时刻是否存在所述处理站及所述处理量，生成所述气田集输系统优化模型的处理站约束条件。

可以理解的是，步骤100中的约束条件包括连通管道约束条件及处理站约束条件。另外，在步骤101及步骤102中，气田中的各个区块在开发初始时刻可能不存在相互连通的管道，但在开发后期，一个区块存在着处理能力较大的处理站，而另一个区块的处理站处理量不能满足需求或者没有处理站，则可以建设使这两个区块相互联系的管道来解决上述问题。

一实施例中，参见图5，气田集输系统优化方法还包括：

步骤80：根据所述气田产出气的销售收入，各个区块之间的联通管道的建设成本，所述处理站的建设固定成本，扩建已有处理站的固定成本，所述处理站的总运行成本及生产调度所需的调度成本生成所述气田在开发周期内的总收益净现值。

可以理解的是，步骤80中的总收益净现值是指所研究气田不同时期下的净现值(出售天然气所获收益及管道建设等其他成本)，所有区块不同时期下的建设及运行费用。

步骤90：根据所述总收益净现值为最大生成所述净现值目标函数。

可以理解的是，构建净现值目标函数的目的是气田开发周期内净现值最大。具体地，可根据开发周期内的气田净现值，每个周期内的现金流及折现率生成。每个周期内的现金流等于收入减去支出。收入主要来源于产出气的销售额；支出则包含五部分，第一部分是新建联通管道的建设成本，第二部分是新建处理站的固定成本，第三部分是扩建已有处理站的固定成本，第四部分是处理站的总运行成本，第五部分是生产调度所需的调度成本。

一实施例中，所述气田集输系统优化结果包括：各个区块的处理站及其之间的联通管道的建设时间、建设规模；各个区块的处理站在气田开发周期内的各个时刻的处理量；所述气田在所述各个时刻的总收益净现值。

具体地，气田集输系统优化结果可以包括滚动开发下多气田生产系统的最优设计和运行方案。建设方案：各个区块处理站及联通管道的建设方案(建设时间、建设规模)。生产调度：各个区块气井所产天然气的流动方案(何时在何地被处理加工)。经济费用：所研究气田不同时期下的净现值(出售天然气所获收益及管道建设等其他成本)，所有区块不同时期下的建设及运行费用。

从上述描述可知，本发明提供的气田集输系统优化方法，通过气田各个区块之间的连通关系及个区块的处理站处理天然气的处理量生成预设的气田集输系统优化模型的约束条件；并根据此约束条件生成可以对气田集输系统优化的设计方法，本方法以“三高”(投资高、闲置高、能耗高)问题为导向，综合考虑建产阶段的建设投资和运行阶段的系统效率与能耗，通过建设联通管道进行生产调度来实现多集输生产系统间的设备共享，进而解决气田滚动开发中的“三高”问题。具体地，提出了一种基于生产调度的集输生产系统建设模式以及对应的优化设计方法，通过建立数学规划模型，并在给定的基本经济参数和工艺参数下，制定出设计及运行的优化方案。从而在气田滚动开发过程中充分发挥集输设备效用，提高设备负荷率和利用率，从而降本增效，助力气田开发。

相比于已有的集输管网优化模型，本方法考虑到了滚动开发过程中多个集输站处理能力及多个设备利用率，并通过在各个区块之间新建管网及流量调配的方式来提高集输设备的负荷率，进而更好的解决“三高”问题。综上所述，本发明的有益效果是：

(1)提高了处理站的平均负荷率和利用率，提高运行效率，降低能耗，提高经济效益；

(2)减少因设备检修或者故障带来的生产损失，当现场集气站处理站检修或停用时，该站的所有气井无需停产，可以通过联通管线将这些气井产生的天然气输送到其他站点，使这些井全部正常生产或部分正常生产来继续产生效益，从而实现多集输生产系统的互通互联，增加了管网灵活可变性和适应性。

为进一步地说明本方案，本发明以我国某气田为例，提供气田集输系统优化方法的具体应用实例，该具体应用实例具体包括如下内容，参见图6。

S0：获取气田的基础数据。

具体地，所需基础参数(经济参数、工艺参数)：

(1)区块信息：各个区块的位置和相互之间的距离，区块之间的障碍物信息(障碍物地区不可建设联通管道)；

(2)气井信息：气井所处区块、每个时间每口井的产能；

(3)天然气价格：不同时期下管道天然气(处理后的合格天然气)的出售价格；

(4)设备信息：不同规格处理站的最大处理能力、建设所需时间、固定建设成本和单位运行成本；不同管径规格的管道的单位管长建设成本、建设所需时间。

S1：构建目标函数。

可以理解的是，构建目标函数的目的是实现气田开发周期内净现值最大。下式中：NPV为开发周期内的气田净现值，CF_t表示每个周期内的现金流，r为折现率。

每个周期内的现金流等于收入减去支出。收入主要来源于产出气的销售额；支出则包含五部分，第一部分是新建联通管道的建设成本，第二部分是新建处理站的固定成本，第三部分是扩建已有处理站的固定成本，第四部分是处理站的总运行成本，第五部分是生产调度所需的调度成本。

卖气收入Revgas_t等于每个周期的气田总产气量qw_t,j,t乘以当期的天然气价格p_t。σ_t是每个周期内的生产天数，γ_i,t表示某时间某区块气井的产能到位率，用来表征由于现场生产操作造成的实际产量和理想产能曲线产量的差异。

新建联通管道的建设费用Costpipe_t等于该规格管道单位管长价格cpipe_d乘以距离dis_i,i’。Bconpipe_i,d,t,i’表示时间t区块i到区块i’之间是否建设管径d的管道的0-1变量，如果存在则Bconpipe_i,d,t,i’＝1，如果不存在则Bconpipe_i,d,t,i’＝0；dis_i,i’表示区块i到区块i’之间距离。

处理站的固定建设费用Costcpf_t取决于处理站类型，ccpf_k表示规格k的处理站的固定建设费用，Bconcpf_i,k,t表示时间t区块i是否建设规格k的处理站的0-1变量，如果存在则Bconcpf_i,k,t＝1，如果不存在则Bconcpf_i,k,t＝0。

处理站的扩建费用Costexcpf_t取决于处理站扩建时要增加的处理能力。Bexconcpf_i,k,t表示时间t区块i是否将原有处理站扩建以增加k规格的处理能力，如果扩建则Bexconcpf_i,k,t＝1，如果不扩建则Bexconcpf_i,k,t＝0。

气田处理站总运行费用Costopetotal_t等于各个处理站运行费用之和Costope_t。

处理站在不同流量下具有不同的设备效率，因此处理站的运行费用取决于当前站内流量，不同流量区间内单位井口天然气处理价格不同。Q_i,t表示时间t区块i所处理的井口天然气流量；α_a和β_a是根据生产数据拟合得到的系数用于表征不同流量区间下的设备运行费用；Bqa_i,t,a表示时间t区块i的流量处在区间a的0-1变量，如果在区间a则Bqa_t,a＝1，如果不在则BQA_i,t,a＝0。

气田通过联通管道进行生产调度产生的费用Costsche_t等于调度流量Qpipe_i,t,i’乘以单位流量调度价格cq。Qpipe_i,t,i’表示时间t从区块i调度到区块i’的井口天然气产量。

S2：构建联通管道约束条件。

如果初始时刻区块i和区块i’之间就已经存在特定规格d的联通管道(bepipe_i,d,i’＝1)，则存在可用联通管道(Bpipe_i,d,0,i’＝1)，可以投入使用用于生产调度。Bpipe_i,d,t,i’表示时间t区块i到区块i’之间是否存在管径d的管道的0-1变量，如果存在则Bpipe_i,d,t,i’＝1，如果不存在则Bpipe_i,d,t,i’＝0。

如果初始时刻区块i和区块i’之间就已经存在特定规格d的联通管道(bepipe_i,d,i’＝1)，则初始时刻t＝0无需建设联通管道(Bconpipe_i,d,t,i’＝0)。

如果区块i和区块i’之间需要建设联通管道，则只能在某个确定时间t建设某规格d的管道，且管道单向建设。

联通管道的建设需要花费一定的时间(tp)，如果太晚建设联通管道，则无法及时完工，因此在所考虑规划周期的末期不能新建联通管道。

联通管道只有在建设完成时才存在，才能进行生产调度；未建设完成时，联通管道不存在。

需要注意的是，在时间t建设的联通管道(Bconpipe_i,d,t,i’＝1)，需要在时间t+tp才能建设完成(Bpipe_{i,d,t+tp,i’}＝1)。

当前时间t存在的可利用的联通管道有两种来源，一是原来就已经建好的，二是后来新建此刻建设完成的。

联通管道一旦建设完毕则一直存在，不可拆卸。

在区块i与区块i’中只存在一条联通管道。

联通管道只能在两个不同区块间建设，不存在本区块到本区块的联通管道。

联通管道的建设需要考虑地形因素，当两个区块之间存在障碍时，无法建设联通管道。ob_i,i’表示区块i到区块i’之间是否障碍的0-1参数，如果存在则ob_i,i’＝1，如果不存在则ob_i,i’＝0。

S3：构建处理站约束条件。

如果初始时刻区块i就已经存在处理能力k的处理站(becpf_i,k＝1)，则存在可用处理站(Bcpf_i,k,0＝1)。Bcpf_i,k,t表示时间t区块i是否存在类型k的处理站的0-1变量，如果存在则Bcpf_i,k,t＝1，如果不存在则Bcpf_i,k,t＝0。

如果初始时刻区块i就已经存在处理能力k的处理站(becpf_i,k＝1)，则无需新建处理站(Bconcpf_i,k,0＝1)。

如果区块i需要建设处理站，则只能在某个确定时间t建设某规格k的处理站。

同理，如果区块i存在可用的已建好的处理站，则该处理站的规格是确定的。

处理站的建设需要花费一定的时间(tk)，如果太晚建设处理站，则无法及时完工，因此在所考虑规划周期的末期不能新建处理站。

处理站只有在建设完成时才存在，才能处理井口天然气；未建设完成时，处理站不存在。

需要注意的是，在时间t建设的处理站(Bconcpf_i,k,t＝1)，需要在时间t+tk才能建设完成(Bcpf_i,k,t+tk＝1)。

当前时间t可用的处理站有两种来源，一是原来就已经建好的，二是后来新建此刻建设完成的。

处理站一旦建设完毕则一直存在，不可拆卸。

S4：构建处理站扩建约束条件。

已建的处理站可以根据情况进行拓建，从而增加处理井口天然气的能力，但是只能对已建的处理站进行扩建。

处理站扩建时最多只能扩建一次，且扩建规模是确定的。Bexcpf_i,k,t表示时间t区块i是否对处理站进行扩建，扩建类型为k，如果存在则Bexcpf_i,k,t＝1，如果不存在则Bexcpf_i,k,t＝0。

处理站的扩建需要花费一定的时间(tk)，如果太晚扩建处理站，则无法及时完工，因此在所考虑规划周期的末期不能扩建处理站。

处理站只有在扩建完成时才有更多能力处理井口天然气；未建设完成时，新增部分的处理能力不可用。

需要注意的是，在时间t扩建处理站(Bexconcpf_i,k,t＝1)，需要在时间t+tk才能扩建完成(Bexcpf_i,k,t+tk＝1)。

只有经过扩建集气站才有新增的处理能力。

集气站一旦扩建则一直存在，可以使用，且处理能力不再改变。

S5：构建处理站流量约束条件。

可以理解的是，某区块的最大处理能力(Qmax_i,t)等于初始建设时的处理能力(Qcmax_i,t)加上扩建后增加的处理能力(Qexcmax_i,t)。

处理站的初始处理能力取决于处理站的建设规格类型。Qcmax_i,t表示时间t区块i的初始处理能力，qc_k表示k规格类型处理站所具有的处理能力。

处理站经过扩建后新增的处理能力取决于处理站扩建时的建设规格类型。Qexcmax_i,t表示时间t区块i扩建后获得的新增处理能力。

如果某区块没有建设处理站，也没有扩建处理站，则相应的处理能力为0。

区块内需要被处理的井口天然气总量(Q_i,t)不能超过此区块处理站的最大处理能力(Qmax_i,t)。

不同处理量范围下处理设备的运行效率不同，将流量划分为数个区间段，某时间t处理站内井口天然气总量处在确定的区间内。

S6：构建生产调度约束条件。

区块内每口井每个时刻产生的井口天然气必须要通过生产调度分配到某个区块的处理站内进行处理，可以是分配到自身区块或者是别的区块。Bqw_i,j,t,i’表示时间t区块i的气井j是否分配到了区块i’的0-1变量，如果是则Bqw_i,j,t,i’＝1，如果不是则Bqw_i,j,t,i’＝0。

只有当区块有通往其他区块的联通管道才能进行生产调度，否则井口天然气只能在本区块进行处理。

对某个区块而言，只有区块内的气井通过生产调度分配到了别的区块，才有井口天然气从此区块分配到别的区块。Bqto_i,t,i’表示时间t区块i是否有井口天然气分配到了区块i’的0-1变量，如果是则Bqto_i,t,i’＝1，如果不是则Bqto_i,t,i’＝0。

生产调度仅存在与不同区块之间，且同一时间t生产调度的方向是明确和单一的。

当不执行生产调度时，从区块i调度到区块i’的调度产量(Qpipe_i,t,i’)等于0。

当执行生产调度时，从区块i调度到区块i’的调度产量(Qpipe_i,t,i’)等于调度到该区块i’的气井的产量之和。

当执行生产调度时，调度产量不能超过联通管道的输送能力。

对于没有通过生产调度输送到其余区块的气井，其井口天然气留在本区块处理，因此，保留到本区块的产量等于未分配到其余区块的气井的产量之和。Qleft_i,t,i’表示时间t区块i保留到区块i’的流量。

某区块的井口天然气总流量等于本区块流量(Qleft_i,t,i’)加上生产调度而来的(Qpipe_i,t,i’)。

S7：生成气田集输系统优化模型。

采用生产调度提高集输站场设备负荷率，需要作出3方面的决策：是否在何地建集气站、何时建、建哪种规模大小；是否联通区块、何时联通、联通管线选哪种管径；区块之间流量如何分配调度。

对气田集输系统优化模型需要进行假设：

(1)处理站可以进行拓建从而增大处理能力，但是只能拓建一次；联通管线不能进行拓建，初次建设的时候就必须确定好管线规格。

(2)规划时间周期可离散为一组时间段，处理站和管道建设及扩建所需时间是单位时间段的整数倍。

(3)根据气藏工程师制定的开发方案，将气井的产能曲线在规划时间周期内进行离散得到每个时间每口井的产能，假定每口气井产量在每段时间内都是恒定的。

(4)联通管道只能建设在两个不同区块之间，在区块i与区块i’中只存在一条联通管道。

(5)生产调度中，气井有足够的压力输送天然气，调度所需费用包含在目标函数中。

建立优化模型过程中利用如下指标：i∈{1…I}代表气田区块编号；j∈{1…J}代表气井编号；t∈{1…T}定义给定计划范围内的时间段的编号；d∈{1…D}代表联通管道管径规格编号，不同规格具有不同的输送能力；k∈{1…K}代表处理站规格编号，不同规格具有不同的处理能力；a∈{1…A}代表流量区间编号。所有参数都用小写符号表示，所有决策变量都用大写符号表示。

S8：生成所述气田集输系统优化结果。

可以理解的是，S7步骤中的气田技术系统优化模型所有约束条件和目标函数都是线性的，因此可通过基于分支定界算法的MILP模型求解器GUROBI来求解，该算法是全局最优解的搜索算法，从而可以获得滚动开发下多气田生产系统的最优设计和运行方案，具体地：

(1)建设方案：各个区块处理站及联通管道的建设方案(建设时间、建设规模)；

(2)生产调度：各个区块气井所产天然气的流动方案(何时在何地被处理加工)；

(3)经济费用：所研究气田不同时期下的净现值(出售天然气所获收益及管道建设等其他成本)，所有区块不同时期下的建设及运行费用。

公式(1)至(53)符号说明如下所示：

索引和集合

i,i’∈I     区块编号

j∈J        气井编号

t∈T        时间段编号

d∈D        管径编号

k∈K        处理站规格编号，不同规格具有不同集输能力

a∈A        流量区间编号

已知参数

qw_i,j,t      某时间t某区块i某气井j的产能，万方/天，10⁴Nm³/day

p_t          某时间t的天然气销售价格，万元/万方，10⁴CNY/10⁴Nm³

cpipe_d      不同管径d的单位管长造价，万元/公里，10⁴CNY/km

qpipemax_d   某管径d管道最大输送能力，万方/天，10⁴Nm³/day

ccpf_k       不同类型k处理站的造价，万元/个，10⁴CNY

qc_k         不同类型k处理站的集输能力，万方/天，10⁴Nm³/day

becpf_i,k     初始时刻区块i是否已经存在可用的规格k处理站，0-1

bepipe_i,d,i’  初始时刻区块i到区块i’是否存在可用的规格d管道，0-1

α_a          处理站运行费用的线性部分，万元/万方，10⁴CNY/10⁴Nm³

β_a          处理站运行费用的固定部分，万元，10⁴CNY

qmin_a       某区间a流量的下限，万方/天，10⁴Nm³/day

qmax_a       某区间a流量的上限，万方/天，10⁴Nm³/day

ob_i,i’       区块i到区块i’之间是否存在障碍无法建设管道

dis_i,i’      区块i到区块i’的距离，公里，km

r           折现率，无量纲

σ           每个周期内的天数,天，day

tk          处理站的建设时间/扩建时间

tp          管道的建设时间

0-1决策变量：

Bcpf_i,k,t         时间t区块i是否存在类型k的可用处理站

Bconcpf_i,k,t      时间t区块i是否建设类型k的处理站

Bexcpf_i,k,t       时间t区块i是否存在新增建设类型k的可用处理站

Bexconcpf_i,k,t    时间t区块i处理站是否扩建增加类型k的处理能力

Bpipe_i,d,t,i’      时间t区块i到区块i’之间是否存在管径为d的可用管道

Bconpipe_i,d,t,i’   时间t区块i到区块i’之间是否建设管径为d的管道

Bqa_i,t,a          时间t区块i的流量在区间a内

Bqw_i,j,t,i’        时间t区块i中井j是否分配到区块i’

Bqto_i,t,i’        时间t是否有流量从区块i分配到区块i’

连续型决策变量——经济：

NPV               净现值总费用，万元，10⁴CNY

CF_t               时间的现金流，万元，10⁴CNY

Revgas_t           时间t收入，万元，10⁴CNY

Costpipe_t         时间t建设区块之间联通管道的费用，万元，10⁴CNY

Costcpf_t          时间t建设处理站的费用，万元，10⁴CNY

Costexcpf_t        时间t扩建处理站的费用，万元，10⁴CNY

Costope_i,t         时间t区块i处理站设备运行费用，万元，10⁴CNY

Costopetotal_t     时间t所有区块处理站设备运行费用，万元，10⁴CNY

连续型决策变量——流量：

Q_i,t          时间t区块i处理站的流量，万方/天，10⁴Nm³/day

Qmax_i,t       时间t区块i处理站的最大处理能力，万方/天，10⁴Nm³/day

Qcmax_i,t      时间t区块i原有处理站的最大处理能力，万方/天，10⁴Nm³/day

Qexmax_i,t     时间t区块i扩建处理站所增加的处理能力，万方/天，10⁴Nm³/day

Qpipe_i,t,i’    时间t区块i通过管道分配到区块i’的总流量，万方/天，10⁴Nm³/day

Qleft_i,t,i’    时间t生产自区块i留在区块i’处理的流量，万方/天，10⁴Nm³/day

从上述描述可知，本发明提供的气田集输系统优化方法，通过气田各个区块之间的连通关系及个区块的处理站处理天然气的处理量生成预设的气田集输系统优化模型的约束条件；并根据此约束条件生成可以对气田集输系统优化的设计方法，本方法以“三高”(投资高、闲置高、能耗高)问题为导向，综合考虑建产阶段的建设投资和运行阶段的系统效率与能耗，通过建设联通管道进行生产调度来实现多集输生产系统间的设备共享，进而解决气田滚动开发中的“三高”问题。具体地，提出了一种基于生产调度的集输生产系统建设模式以及对应的优化设计方法，通过建立数学规划模型，并在给定的基本经济参数和工艺参数下，制定出设计及运行的优化方案。从而在气田滚动开发过程中充分发挥集输设备效用，提高设备负荷率和利用率，从而降本增效，助力气田开发。

相比于已有的集输管网优化模型，本方法考虑到了滚动开发过程中多个集输站处理能力及多个设备利用率，并通过在各个区块之间新建管网及流量调配的方式来提高集输设备的负荷率，进而更好的解决“三高”问题。综上所述，本发明的有益效果是：

(1)提高了处理站的平均负荷率和利用率，提高运行效率，降低能耗，提高经济效益；

(2)减少因设备检修或者故障带来的生产损失，当现场集气站处理站检修或停用时，该站的所有气井无需停产，可以通过联通管线将这些气井产生的天然气输送到其他站点，使这些井全部正常生产或部分正常生产来继续产生效益，从而实现多集输生产系统的互通互联，增加了管网灵活可变性和适应性。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了气田集输系统优化装置，可以用于实现上述实施例所描述的方法，如下面的实施例所述。由于气田集输系统优化装置解决问题的原理与气田集输系统优化方法相似，因此气田集输系统优化装置的实施可以参见气田集输系统优化方法实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

本发明的实施例提供一种能够实现气田集输系统优化方法的气田集输系统优化装置的具体实施方式，参见图7，气田集输系统优化装置具体包括如下内容：

约束条件生成单元10，用于根据所述气田各个区块之间的连通关系及所述各个区块的处理站处理天然气的处理量生成一约束条件。

优化模型生成单元20，用于根据所述气田中的每口气井的产能曲线数据，预先建立的净现值目标函数及所述约束条件创建所述气田集输系统优化模型。

优化结果生成单元30，用于根据所述气田的经济参数、工艺参数及所述气田集输系统优化模型生成所述气田集输系统优化结果。

一实施例中，参见图8，所述约束条件生成单元10包括：

管道约束生成模块101，用于根据所述各个区块之间在所述气田开发周期内的各个时刻是否存在联通管道，生成所述气田集输系统优化模型的连通管道约束条件；

处理站约束生成模块102，用于根据所述各个区块在所述各个时刻是否存在所述处理站及所述处理量，生成所述气田集输系统优化模型的处理站约束条件。

一实施例中，参见图9及图10，气田集输系统优化装置还包括目标函数生成单元40，包括：

净现值生成模块401，用于根据所述气田产出气的销售收入，各个区块之间的联通管道的建设成本，所述处理站的建设固定成本，扩建已有处理站的固定成本，所述处理站的总运行成本及生产调度所需的调度成本生成所述气田在开发周期内的总收益净现值；

目标函数生成模块402，用于根据所述总收益净现值为最大生成所述净现值目标函数。

一实施例中，所述气田集输系统优化结果包括：

各个区块的处理站及其之间的联通管道的建设时间、建设规模；

各个区块的处理站在气田开发周期内的各个时刻的处理量；

所述气田在所述各个时刻的总收益净现值。

从上述描述可知，本发明提供的气田集输系统优化装置，通过气田各个区块之间的连通关系及个区块的处理站处理天然气的处理量生成预设的气田集输系统优化模型的约束条件；并根据此约束条件生成可以对气田集输系统优化的设计方法，本方法以“三高”(投资高、闲置高、能耗高)问题为导向，综合考虑建产阶段的建设投资和运行阶段的系统效率与能耗，通过建设联通管道进行生产调度来实现多集输生产系统间的设备共享，进而解决气田滚动开发中的“三高”问题。具体地，提出了一种基于生产调度的集输生产系统建设模式以及对应的优化设计方法，通过建立数学规划模型，并在给定的基本经济参数和工艺参数下，制定出设计及运行的优化方案。从而在气田滚动开发过程中充分发挥集输设备效用，提高设备负荷率和利用率，从而降本增效，助力气田开发。

相比于已有的集输管网优化模型，本方法考虑到了滚动开发过程中多个集输站处理能力及多个设备利用率，并通过在各个区块之间新建管网及流量调配的方式来提高集输设备的负荷率，进而更好的解决“三高”问题。综上所述，本发明的有益效果是：

(1)提高了处理站的平均负荷率和利用率，提高运行效率，降低能耗，提高经济效益；

(2)减少因设备检修或者故障带来的生产损失，当现场集气站处理站检修或停用时，该站的所有气井无需停产，可以通过联通管线将这些气井产生的天然气输送到其他站点，使这些井全部正常生产或部分正常生产来继续产生效益，从而实现多集输生产系统的互通互联，增加了管网灵活可变性和适应性。

本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的气田集输系统优化方法中全部步骤的一种电子设备的具体实施方式，参见图11，电子设备具体包括如下内容：

处理器(processor)1201、存储器(memory)1202、通信接口(CommunicationsInterface)1203和总线1204；

其中，处理器1201、存储器1202、通信接口1203通过总线1204完成相互间的通信；通信接口1203用于实现服务器端设备、计量设备以及用户端设备等相关设备之间的信息传输。

处理器1201用于调用存储器1202中的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例中的气田集输系统优化方法中的全部步骤，例如，处理器执行计算机程序时实现下述步骤：

步骤100：根据所述气田各个区块之间的连通关系及所述各个区块的处理站处理天然气的处理量生成一约束条件；

步骤200：根据所述气田中的每口气井的产能曲线数据，预先建立的净现值目标函数及所述约束条件创建所述气田集输系统优化模型；

步骤300：用于根据所述气田的经济参数、工艺参数及所述气田集输系统优化模型生成所述气田集输系统优化结果。

从上述描述可知，本申请实施例中的电子设备，通过气田各个区块之间的连通关系及个区块的处理站处理天然气的处理量生成预设的气田集输系统优化模型的约束条件；并根据此约束条件生成可以对气田集输系统优化的设计方法，本方法以“三高”(投资高、闲置高、能耗高)问题为导向，综合考虑建产阶段的建设投资和运行阶段的系统效率与能耗，通过建设联通管道进行生产调度来实现多集输生产系统间的设备共享，进而解决气田滚动开发中的“三高”问题。具体地，提出了一种基于生产调度的集输生产系统建设模式以及对应的优化设计方法，通过建立数学规划模型，并在给定的基本经济参数和工艺参数下，制定出设计及运行的优化方案。从而在气田滚动开发过程中充分发挥集输设备效用，提高设备负荷率和利用率，从而降本增效，助力气田开发。

相比于已有的集输管网优化模型，本方法考虑到了滚动开发过程中多个集输站处理能力及多个设备利用率，并通过在各个区块之间新建管网及流量调配的方式来提高集输设备的负荷率，进而更好的解决“三高”问题。综上所述，本发明的有益效果是：

(1)提高了处理站的平均负荷率和利用率，提高运行效率，降低能耗，提高经济效益；

(2)减少因设备检修或者故障带来的生产损失，当现场集气站处理站检修或停用时，该站的所有气井无需停产，可以通过联通管线将这些气井产生的天然气输送到其他站点，使这些井全部正常生产或部分正常生产来继续产生效益，从而实现多集输生产系统的互通互联，增加了管网灵活可变性和适应性。

本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的气田集输系统优化方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的气田集输系统优化方法的全部步骤，例如，处理器执行计算机程序时实现下述步骤：

步骤100：根据所述气田各个区块之间的连通关系及所述各个区块的处理站处理天然气的处理量生成一约束条件；

步骤200：根据所述气田中的每口气井的产能曲线数据，预先建立的净现值目标函数及所述约束条件创建所述气田集输系统优化模型；

步骤300：用于根据所述气田的经济参数、工艺参数及所述气田集输系统优化模型生成所述气田集输系统优化结果。

从上述描述可知，本申请实施例中的计算机可读存储介质，通过气田各个区块之间的连通关系及个区块的处理站处理天然气的处理量生成预设的气田集输系统优化模型的约束条件；并根据此约束条件生成可以对气田集输系统优化的设计方法，本方法以“三高”(投资高、闲置高、能耗高)问题为导向，综合考虑建产阶段的建设投资和运行阶段的系统效率与能耗，通过建设联通管道进行生产调度来实现多集输生产系统间的设备共享，进而解决气田滚动开发中的“三高”问题。具体地，提出了一种基于生产调度的集输生产系统建设模式以及对应的优化设计方法，通过建立数学规划模型，并在给定的基本经济参数和工艺参数下，制定出设计及运行的优化方案。从而在气田滚动开发过程中充分发挥集输设备效用，提高设备负荷率和利用率，从而降本增效，助力气田开发。

相比于已有的集输管网优化模型，本方法考虑到了滚动开发过程中多个集输站处理能力及多个设备利用率，并通过在各个区块之间新建管网及流量调配的方式来提高集输设备的负荷率，进而更好的解决“三高”问题。综上所述，本发明的有益效果是：

(1)提高了处理站的平均负荷率和利用率，提高运行效率，降低能耗，提高经济效益；

(2)减少因设备检修或者故障带来的生产损失，当现场集气站处理站检修或停用时，该站的所有气井无需停产，可以通过联通管线将这些气井产生的天然气输送到其他站点，使这些井全部正常生产或部分正常生产来继续产生效益，从而实现多集输生产系统的互通互联，增加了管网灵活可变性和适应性。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于硬件+程序类实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

虽然本申请提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。

虽然本说明书实施例提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种气田集输系统优化方法，其特征在于，包括：

根据所述气田各个区块之间的连通关系及所述各个区块的处理站处理天然气的处理量生成一约束条件；

根据所述气田中的每口气井的产能曲线数据，预先建立的净现值目标函数及所述约束条件创建所述气田集输系统优化模型；

根据所述气田的经济参数、工艺参数及所述气田集输系统优化模型生成所述气田集输系统优化结果；

构建所述目标函数的方法包括：

构建目标函数的目的是实现气田开发周期内净现值最大，下式中：NPV为开发周期内的气田净现值，CF_t表示每个周期内的现金流，r为折现率，

每个周期内的现金流等于收入减去支出，收入主要来源于产出气的销售额；支出包含五部分，第一部分是新建联通管道的建设成本，第二部分是新建处理站的固定成本，第三部分是扩建已有处理站的固定成本，第四部分是处理站的总运行成本，第五部分是生产调度所需的调度成本，

上式中，t表示周期；T表示周期的集合；

卖气收入Revgas_t等于每个周期的气田总产气量qw_t,j,t乘以当期的天然气价格p_t，σ_t是每个周期内的生产天数，γ_i,t表示某时间某区块气井的产能到位率，用来表征由于现场生产操作造成的实际产量和理想产能曲线产量的差异，

新建联通管道的建设费用Costpipe_t等于规格管道单位管长价格cpipe_d乘以距离dis_i,i’，Bconpipe_i,d,t,i’表示时间t区块i到区块i’之间是否建设管径d的管道的0-1变量，如果存在则Bconpipe_i,d,t,i’＝1，如果不存在则Bconpipe_i,d,t,i’＝0；dis_i,i’表示区块i到区块i’之间距离，

处理站的固定建设费用Costcpf_t取决于处理站类型，ccpf_k表示规格k的处理站的固定建设费用，Bconcpf_i,k,t表示时间t区块i是否建设规格k的处理站的0-1变量，如果存在则Bconcpf_i,k,t＝1，如果不存在则Bconcpf_i,k,t＝0，

处理站的扩建费用Costexcpf_t取决于处理站扩建时要增加的处理能力，Bexconcpf_i,k,t表示时间t区块i是否将原有处理站扩建以增加k规格的处理能力，如果扩建则Bexconcpf_i,k,t＝1，如果不扩建则Bexconcpf_i,k,t＝0，

气田处理站总运行费用Costopetotal_t等于各个处理站运行费用之和Costope_t，

处理站在不同流量下具有不同的设备效率，因此处理站的运行费用取决于当前站内流量，不同流量区间内单位井口天然气处理价格不同，Q_i,t表示时间t区块i所处理的井口天然气流量；α_a和β_a是根据生产数据拟合得到的系数用于表征不同流量区间下的设备运行费用；Bqa_i,t,a表示时间t区块i的流量处在区间a的0-1变量，如果在区间a则Bqa_t,a＝1，如果不在则BQA_i,t,a＝0，

气田通过联通管道进行生产调度产生的费用Costsche_t等于调度流量Qpipe_i,t,i’乘以单位流量调度价格cq，Qpipe_i,t,i’表示时间t从区块i调度到区块i’的井口天然气产量，

所述气田集输系统优化方法还包括：

构建联通管道约束条件，包括：

如果初始时刻区块i和区块i’之间就已经存在特定规格d的联通管道，即bepipe_i,d,i’＝1，则存在可用联通管道，用(Bpipe_i,d,0,i’＝1表示，可以投入使用用于生产调度；Bpipe_i,d,t,i’表示时间t区块i到区块i’之间是否存在管径d的管道的0-1变量，如果存在则Bpipe_i,d,t,i’＝1，如果不存在则Bpipe_i,d,t,i’＝0；

如果初始时刻区块i和区块i’之间就已经存在特定规格d的联通管道，即bepipe_i,d,i’＝1，则初始时刻t＝0无需建设联通管道，用Bconpipe_i,d,t,i’＝0表示；

上式中M为10⁸；

如果区块i和区块i’之间需要建设联通管道，则只能在某个确定时间t建设某规格d的管道，且管道单向建设；

联通管道的建设需要花费一定的时间tp，如果太晚建设联通管道，则无法及时完工，因此在所考虑规划周期的末期不能新建联通管道；

联通管道只有在建设完成时才存在，才能进行生产调度；未建设完成时，联通管道不存在；

在时间t建设的联通管道，即Bconpipe_i,d,t,i’＝1，需要在时间t+tp才能建设完成，用Bpipe_{i,d,t+tp,i’}＝1表示；

当前时间t存在的可利用的联通管道有两种来源，一是原来就已经建好的，二是后来新建此刻建设完成的；

联通管道一旦建设完毕则一直存在，不可拆卸；

在区块i与区块i’中只存在一条联通管道；

联通管道只能在两个不同区块间建设，不存在本区块到本区块的联通管道；

联通管道的建设需要考虑地形因素，当两个区块之间存在障碍时，无法建设联通管道；ob_i,i’表示区块i到区块i’之间是否障碍的0-1参数，如果存在则ob_i,i’＝1，如果不存在则ob_i,i’＝0；

2.根据权利要求1所述的气田集输系统优化方法，其特征在于，所述约束条件包括：连通管道约束条件及处理站约束条件，所述根据所述气田各个区块之间的管道连通关系及所述各个区块的处理站处理天然气的处理量生成预设的气田集输系统优化模型的约束条件，包括：

根据所述各个区块之间在所述气田开发周期内的各个时刻是否存在联通管道，生成所述气田集输系统优化模型的连通管道约束条件；

根据所述各个区块的处理量及所述各个区块在所述各个时刻是否存在所述处理站，生成所述气田集输系统优化模型的处理站约束条件。

3.根据权利要求1所述的气田集输系统优化方法，其特征在于，建立所述净现值目标函数的步骤，包括：

根据所述气田产出气的销售收入，各个区块之间的联通管道的建设成本，所述处理站的建设固定成本，扩建已有处理站的固定成本，所述处理站的总运行成本及生产调度所需的调度成本生成所述气田在开发周期内的总收益净现值；

根据所述总收益净现值为最大生成所述净现值目标函数。

4.根据权利要求1所述的气田集输系统优化方法，其特征在于，所述气田集输系统优化结果包括：

各个区块的处理站及其之间的联通管道的建设时间、建设规模；

各个区块的处理站在气田开发周期内的各个时刻的处理量；

所述气田在所述各个时刻的总收益净现值。

5.一种气田集输系统优化装置，其特征在于，包括：

约束条件生成单元，用于根据所述气田各个区块之间的连通关系及所述各个区块的处理站处理天然气的处理量生成一约束条件；

优化模型生成单元，用于根据所述气田中的每口气井的产能曲线数据，预先建立的净现值目标函数及所述约束条件创建所述气田集输系统优化模型；

优化结果生成单元，用于根据所述气田的经济参数、工艺参数及所述气田集输系统优化模型生成所述气田集输系统优化结果；

构建所述目标函数的方法包括：

构建目标函数的目的是实现气田开发周期内净现值最大，下式中：NPV为开发周期内的气田净现值，CF_t表示每个周期内的现金流，r为折现率，

每个周期内的现金流等于收入减去支出，收入主要来源于产出气的销售额；支出包含五部分，第一部分是新建联通管道的建设成本，第二部分是新建处理站的固定成本，第三部分是扩建已有处理站的固定成本，第四部分是处理站的总运行成本，第五部分是生产调度所需的调度成本，

上式中，t表示周期；T表示周期的集合；

卖气收入Revgas_t等于每个周期的气田总产气量qw_t,j,t乘以当期的天然气价格p_t，σ_t是每个周期内的生产天数，γ_i,t表示某时间某区块气井的产能到位率，用来表征由于现场生产操作造成的实际产量和理想产能曲线产量的差异，

新建联通管道的建设费用Costpipe_t等于规格管道单位管长价格cpipe_d乘以距离dis_i,i’，Bconpipe_i,d,t,i’表示时间t区块i到区块i’之间是否建设管径d的管道的0-1变量，如果存在则Bconpipe_i,d,t,i’＝1，如果不存在则Bconpipe_i,d,t,i’＝0；dis_i,i’表示区块i到区块i’之间距离，

处理站的固定建设费用Costcpf_t取决于处理站类型，ccpf_k表示规格k的处理站的固定建设费用，Bconcpf_i,k,t表示时间t区块i是否建设规格k的处理站的0-1变量，如果存在则Bconcpf_i,k,t＝1，如果不存在则Bconcpf_i,k,t＝0，

处理站的扩建费用Costexcpf_t取决于处理站扩建时要增加的处理能力，Bexconcpf_i,k,t表示时间t区块i是否将原有处理站扩建以增加k规格的处理能力，如果扩建则Bexconcpf_i,k,t＝1，如果不扩建则Bexconcpf_i,k,t＝0，

气田处理站总运行费用Costopetotal_t等于各个处理站运行费用之和Costope_t，

处理站在不同流量下具有不同的设备效率，因此处理站的运行费用取决于当前站内流量，不同流量区间内单位井口天然气处理价格不同，Q_i,t表示时间t区块i所处理的井口天然气流量；α_a和β_a是根据生产数据拟合得到的系数用于表征不同流量区间下的设备运行费用；Bqa_i,t,a表示时间t区块i的流量处在区间a的0-1变量，如果在区间a则Bqa_t,a＝1，如果不在则BQA_i,t,a＝0，

气田通过联通管道进行生产调度产生的费用Costsche_t等于调度流量Qpipe_i,t,i’乘以单位流量调度价格cq，Qpipe_i,t,i’表示时间t从区块i调度到区块i’的井口天然气产量，

所述气田集输系统优化装置还包括：

连通管道约束条件构建模块，用于构建联通管道约束条件，所述连通管道约束条件构建模块具体用于：

如果初始时刻区块i和区块i’之间就已经存在特定规格d的联通管道，即bepipe_i,d,i’＝1，则存在可用联通管道，用Bpipe_i,d,0,i’＝1表示，可以投入使用用于生产调度；Bpipe_i,d,t,i’表示时间t区块i到区块i’之间是否存在管径d的管道的0-1变量，如果存在则Bpipe_i,d,t,i’＝1，如果不存在则Bpipe_i,d,t,i’＝0；

如果初始时刻区块i和区块i’之间就已经存在特定规格d的联通管道，即bepipe_i,d,i’＝1，则初始时刻t＝0无需建设联通管道，用Bconpipe_i,d,t,i’＝0表示；

上式中M为10⁸；

如果区块i和区块i’之间需要建设联通管道，则只能在某个确定时间t建设某规格d的管道，且管道单向建设；

联通管道的建设需要花费一定的时间tp，如果太晚建设联通管道，则无法及时完工，因此在所考虑规划周期的末期不能新建联通管道；

联通管道只有在建设完成时才存在，才能进行生产调度；未建设完成时，联通管道不存在；

在时间t建设的联通管道，即Bconpipe_i,d,t,i’＝1，需要在时间t+tp才能建设完成，用Bpipe_{i,d,t+tp,i’}＝1表示；

当前时间t存在的可利用的联通管道有两种来源，一是原来就已经建好的，二是后来新建此刻建设完成的；

联通管道一旦建设完毕则一直存在，不可拆卸；

在区块i与区块i’中只存在一条联通管道；

联通管道只能在两个不同区块间建设，不存在本区块到本区块的联通管道；

联通管道的建设需要考虑地形因素，当两个区块之间存在障碍时，无法建设联通管道；ob_i,i’表示区块i到区块i’之间是否障碍的0-1参数，如果存在则ob_i,i’＝1，如果不存在则ob_i,i’＝0；

6.根据权利要求5所述的气田集输系统优化装置，其特征在于，所述约束条件包括：连通管道约束条件及处理站约束条件，所述约束条件生成单元包括：

管道约束生成模块，用于根据所述各个区块之间在所述气田开发周期内的各个时刻是否存在联通管道，生成所述气田集输系统优化模型的连通管道约束条件；

处理站约束生成模块，用于根据所述各个区块的处理量及所述各个区块在所述各个时刻是否存在所述处理站，生成所述气田集输系统优化模型的处理站约束条件。

7.根据权利要求5所述的气田集输系统优化装置，其特征在于，还包括目标函数生成单元，包括：

净现值生成模块，用于根据所述气田产出气的销售收入，各个区块之间的联通管道的建设成本，所述处理站的建设固定成本，扩建已有处理站的固定成本，所述处理站的总运行成本及生产调度所需的调度成本生成所述气田在开发周期内的总收益净现值；

目标函数生成模块，用于根据所述总收益净现值为最大生成所述净现值目标函数。

8.根据权利要求5所述的气田集输系统优化装置，其特征在于，所述气田集输系统优化结果包括：

各个区块的处理站及其之间的联通管道的建设时间、建设规模；

各个区块的处理站在气田开发周期内的各个时刻的处理量；

所述气田在所述各个时刻的总收益净现值。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至4任一项所述气田集输系统优化方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述气田集输系统优化方法的步骤。

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