【优化】遗传演算法实例应用之管网拓扑结构优化
编者按:本文承接上一篇有关遗传演算法的文章,给大家介绍了遗传演算法在实际工程中的一个应用案例。通过阅读这篇文章,读者可以从实际角度进一步了解遗传演算法。
文章作者:Mus
责任编辑:张浩然 文章发表于微信公众号【运筹OR帷幄】:【优化】遗传演算法实例应用之管网拓扑结构优化 欢迎原链接转发,转载请私信@运筹OR帷幄获取信息,盗版必究。敬请关注和扩散本专栏及同名公众号,会邀请全球知名学者发布运筹学、人工智慧中优化理论等相关干货、知乎Live及行业动态:『运筹OR帷幄』大数据人工智慧时代的运筹学
管网拓扑结构优化设计
由于能源需求的不断扩大,煤层气这一优质、清洁的新能源越来越受到国家的重视。粗略估计,地面生产系统的投资占整个煤层气田投资的一半以上,而采气管网是煤层气田地面生产系统投资的主要部分之一[1]。因此,深入开展煤层气田采气管网系统优化研究对减少气田投资具有十分重要的意义。煤层气田采气管网连接模式较为多样且复杂,以往对煤层气田采气管网系统进行建模研究往往只是针对阀组来气进站模式展开并且不考虑地形起伏对管线的影响[2-3]。而对于其他管网模式的研究多停留在定性分析上,未建立确切的数学模型进行求解[4-5]。煤层气田采气管网优化模型的求解演算法多采用启发式演算法或人工智慧演算法[3][6-8]。虽然启发式演算法计算结果较为稳定,但由于模型较为复杂,目前还未发现能够求解针对该类模型整体优化的启发式演算法,通常是将模型分步优化。由于分步优化的局限性,这种求解方式得出的总投资费用往往偏高。人工智慧演算法可以对模型进行整体优化,得出的解相对较优,但是由于煤层气田井口数目较多,模型复杂且非连续性强,使得计算结果不稳定且计算时间较长。本文针对煤层气田采气管网主要采用的四种来气进站模式进行了分析,考虑了地形起伏影响,建立管网拓扑结构优化数学模型,并利用改进的遗传演算法对模型进行求解,最终获得了四种模式的最优方案。
1工艺简介
煤层气田常见的采气管网主要有井间串接来气进站、就近插入来气进站、阀组来气进站以及单井串接加阀组来气进站等模式,这四种模式都适用於单井产量低、井数多的煤层气田,具有提高集气站的辖井数量和集气规模、简化采气管网、降低投资的优点[9]。
(1) 井间串接来气进站
单井采气管线就近接入临近气井井场,井间成串联形式连接到集气站。
(2) 就近插入来气进站
根据气井布置,按相对固定的方向铺设采气干线,单井采气支线以最短距离垂直就近接入临近采气干线。
(3) 阀组来气进站
把相邻的几口气井采出的煤层气汇集至附近的采气阀组再集中输送至集气站。
(4) 单井串接加阀组来气进站
把相邻的几口气井采出的煤层气串接至附近的采气阀组,远离集气站的阀组通过采气支线串接至与集气站相邻较近的阀组,再通过采气干线串接进站。
2模型建立
2.1目标函数