石油供应链及管道系统研究
郝东坡1奚诗佳2李玖隆3（1.中国石油天然气股份有限公司管道廊坊输油气分公司，河北廊坊065000；2.中国石油天然气股份有限公司管道沈阳技术分公司(沈阳龙昌管道检测中心)，辽宁 沈阳 110168；3.中国石油天然气股份有限公司福建销售分公司，福建 福州 350001）
摘 要： 文章探讨了石油供应链的五个阶段，包括勘探、提取、处理、运输和营销；文章介绍了石油管道系统，并给出了石油输送路径以及石油管道的支持设备等。
关键词： 石油；供应链；管道系统
1 石油供应链介绍
石油供应链由5个阶段组成，包括勘探、提取、处理、运输和营销。如图1所示，下面将详细介绍每个阶段。
辐射井是集取垂直渗透水的取水工程，通常由一口直径较大的竖井和自竖井内任一高度沿水平方向向含水层打进具有一定长度的数根水平辐射管组成，竖井是辐射井的取水点，深度与水平辐射管的设计高程相关，辐射管的长度和仰角和所取含水层的位置有关，控制工程建设费、保证取水量是前提。
由低周反复荷载试验可知，节点试件刚度随荷载及位移加载级数的增大逐渐降低。在试验弹性段，试件刚度较大且基本保持不变，卸载刚度取试件的初始刚度，试件开裂后刚度退化开始不断加快。鉴于此，本文对节点试件各阶段的正向及反向卸载刚度分别进行非线性拟合，K12、K34、K56表示节点正向受力时的卸载刚度，K1′2′、K3′4′、K5′6′表示节点反向受力时的卸载刚度，如图10所示。
图1 石油供应链五阶段
1.1 勘探
勘探是寻找石油在地球表面位置坐标的过程。地质学家通过检查该地的盖层岩石来确定地下化石燃料储量的位置。他们将它与从前获得的储备地点样本进行比较，来确定该地点的地下地层情况，使用地震勘测等高级工具来获得有关地层的更多细节。
1.2 提取
一旦确定了包含大量石油矿藏的场地，下一步就是提取。提取是将石油带到地表的过程，包括3个步骤，即钻井，完井和生产。钻井是使用钻机钻井的过程。钻孔开始前，必须进行环境清除。完井是准备钻井以生产石油/石油的过程。完井包括使用射孔枪对石油沉积物进行压裂，使用流体来扩展和扩大使用射孔枪产生的裂缝并保持其打开的过程。完井之后是生产，石油通过自然和人工方式被带到地面。当石油价格稳定时，钻机数量增加，但由于油价下跌，钻井数量出现下降。然而，总体趋势是全球钻井平台在过去50年间有所增加，对石油需求总体呈上升趋势。
1.3 处理
石油从生产区运输到客户是通过复杂的管道网络进行的。图2显示了石油传输路径的示意图。广泛使用的四种主要类型的管线是管线、采集管道、长输管道和分销管道。
1.4 运输
在原本基础上设置墩式基础，使建筑物在较好的土层上更加稳固。此方法在原有基础上进行挖坑，然后将混凝土填入其中，使其更加稳固，适用于水位低、基础浅的地区。混凝土墩分为两种类型，即连续与间接，当间接土墩的承受力达不到要求时，采取连续混凝土墩的方式。加深基础加固法的施工工艺为：在建筑物的附近开挖导坑，尺寸通常为1.3 m×0.8 m，挖至1.4 m左右，混凝土浇筑至约70 mm，然后进行2 d的养护，将速凝剂与膨胀剂以适当的比例调配后灌注其中，充实水泥浆，最后挖坑、修筑混凝土墩，直至工程托换全部完成。
1.5 营销
在石油工业中，从管道到区域的石油分销被称为市场营销。长输管道的交付点通常是配送公司，通过较小的配送管道将石油分发给住宅，商业场所和行业的个人客户。
2 石油管道系统
在生产过程中，通过连接多个井管线收集并采集原油到加炼厂。在炼厂中，粗石油经过处理除去有杂质，使其成为商业上可用的石油。
管线是相对较窄的管道，以250 psi运行并将井头连接到采集管道。采集管道是用于收集石油并将石油输送到炼厂进行精炼的管道。这些小直径管道（通常为18或更小），约在715 psi的压力下操作。分销管道通常由主管线和服务管线组成。
图2 石油传输路径
石油管道系统中有各种配套设备/设施，使系统能够以适当压力将一定数量石油输送到正确的位置。主要的支持设备/设施是压缩机站，计量站和流量控制阀。当气体通过管道时，由于气体压力和能量的下降，造成石油与管道内壁之间的摩擦以及对流造成的热量损失。
3 管道系统支持设备
长输管道承载大量高压（200～1500 psi）的石油，并且最常用于省际传输。它们是内径为6～48英寸的大直径管道。大多数主要的省际管道直径为24～36英寸。它们由碳钢或高度先进的塑料制成（NaturalGas.org，2013）。
石油经过提炼后，通过长输管道输送到市场。这种通过大口径高压管道输送石油的输送系统由管道，阀门，调节器，压缩机，压力表，储存设施等各种部件组成。石油管道系统在第二部分详细说明。随着石油价格的下跌，石油的运输将更多地转向管道运输，因为它是更便宜的选择。
使用分布在整个网络中的压缩机站来恢复这种能量和压力下降。通常情况下，压缩机站每隔30～50英里就能达到这个目的。根据通过管道的流量，压缩机的数量可以从几个变到很大数量。压缩机使用管道中的气体作为燃料来弥补能量和压力的损失。作为燃料的这种气体消耗量占管道中总气体流量的3%～5%（Wuetal，2000；Sanchez和Mercado，2009）。
压缩机站是由多种类型的压缩机和配置组成的复杂系统。工业上广泛使用两种类型的压缩机：往复式压缩机和离心式压缩机。影响压缩机站成本的主要因素是-资本成本，运营成本，可用性，生命周期成本和排放量（Kurz等，2011）。用于测量流量和闸阀以控制流量的计量站分布在整个管道系统中。
4 结语
如前所述，考虑到经济利益，管道输送更适合于当前和未来石油大产量运输。几年前，管道公司从源头购买石油并将其出售给运输公司。运输公司的目标是最大限度地提高流量并优化时间表以实现收入最大化。在文献中，Sanchez和Haugland（2010,2011），Romo等（2009）和Tomasgard等（2009）提出了可用于最大化流量的模型。在美国，单一公司将石油所有权和运输捆绑在一起，导致管道公司通过控制石油和石油运输量-利用供求关系来操纵油价。因此，法规将石油和石油的所有权从交通运输中分离出来，将市场开放给第三方运输公司。由于分拆，运输公司的目标从流量最大化转向成本最小化。因此，文献中存在的流量最大化模型常常不能直接用于市场，需要成本最小化模型。
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参考文献：
[1]Roger Z.Ríos-Mercado,Wu S,Boyd EA,et al.Model Relaxations for the Fuel Cost Minimization of Steady-State Gas Pipeline Networks[J].Mathematical and Computer Modelling,2000,31(2-3)：197-220.
[2]Wu X,Li C,Jia W,et al.Optimal operation of trunk natural gas pipelines via an inertia-adaptive particle swarm optimization algorithm[J].Journal of Natural Gas Science and Engineering,2014,21：10-18.
[3]Zheng QP,Rebennack S,Iliadis NA,et al.Optimization Models in the Natural Gas Industry[J].Handbook of Power Systems I,2010：121-148.
[4]Conrado Borraz-Sánchez,Haugland D.Minimizing fuel cost in gas transmission networks by dynamic programming and adaptive discretization[J].Computers&Industrial Engineering,2011,61(2)：364-372.
[5]Tomasgard A,Frode Rømo,Fodstad M,et al.Optimization Models for the Natural Gas Value Chain[J].Geometric Modelling,Numerical Simulation&Optimization,2007(3)：521-558.
作者简介： 郝东坡（1988-），男，河北省邢台人，本科，毕业于西安石油大学，助理工程师，研究方向：管道外检测，阴保测试。
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