[发明专利]石油钻机设备布局优化方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油钻机设备布局优化方法和系统，属于海上油气田勘探与开发技术领域。

背景技术

由于国内海洋石油钻机的设计研究还不够成熟，从而技术上限制了我国油气勘探开发向深海以及超深海发展。海洋石油钻井与陆地石油钻井相比，海洋石油钻井平台空间有限、钻井工艺流程复杂、环境恶劣，并且存在潜在的可燃性和爆炸性。尤其是作业水深3000m，钻井能力12000m的第六代半潜式钻井平台钻机系统，采用设备的种类多、数量大，且相互关联、影响因素较多，钻井成本以及故障或维护工作引起的停机代价是陆地石油钻机的数十倍。目前，由于布局不合理对布局效率、钻井平台稳定性及空间利用率、钻井效率、钻机作业性能、成本有着重要的影响，且布局不合理造成的事故也层出不穷，因此，特别需要一种石油钻机设备布局优化方法和系统，从而解决以上问题。

发明内容

本发明针对目前石油钻机设备布局不合理问题及为了提高钻井平台稳定性及空间利用率、提高钻井效率、提高钻机作业性能、降低成本、更高效率的对石油钻机设备进行优化布局，提供一种石油钻机设备布局优化方法和系统，有效地解决了目标钻机设备优化布局问题，简化了布局过程，直观地输出优化布局方案，为整套海洋平台钻机系统优化布局设计提供理论依据，对海洋平台钻井现场优化布局规划具有重要的指导意义。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种石油钻机设备布局优化方法，包括以下步骤：

(1)对目标钻机包括动力系统、起升系统、泥浆循环系统、管子输送系统等进行功能分析，将能够完成相同功能的设备集合作为一个功能模块，对石油钻机设备进行功能划分；

(2)对功能模块进行合理的简化假设；

(3)以井口区为核心，围绕钻井工艺流程实现设备的优化布置，以钻井材料输送距离、质心横偏量、总成本、井场空间利用率、钻井效率、总重量为优化目标，建立石油钻机设备优化布局目标函数；

(4)调用智能优化布局算法，对目标函数进行智能运算求解；

(5)输出并保存目标石油钻机设备的优化布局方案。

本发明所述的石油钻机设备布局优化方法中，所述的智能优化布局算法包括：改进的粒子蚁群算法、改进的遗传模拟退火算法、改进的模拟退火粒子群算法、改进的模拟退火蚁群算法、改进的自适应遗传模拟退火算法、改进的自适应粒子群算法和改进的自适应蚁群算法等适用于石油钻机设备布局的优化算法。

本发明所述的石油钻机设备布局优化方法中，所述步骤(4)还包括：

①调用一种智能优化布局算法；

②设置算法参数，对目标函数进行求解，获得目标钻机设备的优化布局方案；

③重复步骤①和步骤②，获得不同智能优化布局算法目标钻机设备的优化布局方案；

④将得到的多个智能优化布局算法结果带入同一种智能优化布局算法进行比较，得到目标钻机设备的不同智能优化布局算法的最优布局方案。

⑤结合现场实际需要，人工选取最优布局方案。

本发明还提供一种依据上述石油钻机设备布局优化方法设计的石油钻机设备布局优化系统，包括功能划分模块、功能模块简化模块、目标函数建立模块、目标函数求解模块、最优解输出模块；

功能划分模块：用于将目标钻机设备进行功能区域划分，将能够完成某个功能的设备集合作为一个功能模块；

功能模块简化模块：用于将目标钻机设备的功能模块进行合理的简化假设，便于建立目标函数；

目标函数建立模块：用于建立目标钻机设备的优化布局目标函数；

目标函数求解模块：用权利要求3所述的智能优化布局算法对目标函数进行求解，得到目标钻机设备的优化布局方案；

最优解输出模块：用于输出目标钻机设备的优化布局方案。

本发明所述的石油钻机设备布局优化系统中，所述的功能模块简化模块，包括目标钻机设备功能模块信息和平台信息，目标钻机设备功能模块信息包括设备尺寸、数量、重量等信息，平台信息包括钻台和各层甲板尺寸、承载能力等信息，可实现目标钻机设备功能模块、钻台、各层甲板信息的添加、修改、删除等操作。

本发明所述的石油钻机设备布局优化系统中，所述的目标函数建立模块，包括目标函数和约束条件的添加、修改、删除等操作。

本发明所述的石油钻机设备布局优化系统中，所述的目标函数求解模块简化模块，包含所述的多种类型的智能优化布局算法模块，调用不同的智能优化布局算法，可以得到不同的优化布局方案。