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1、 油井维护的设置调度与原油运输的网络设计摘要当今社会，油田事故频繁发生，油井维护就显得尤为重要。由于油井维护班组资源的有限性，所以合理的分配设置维护班组的管辖范围至关重要。对于油田方面的一些工作，除油田维护，由于交通网络的复杂性，原油如何运输使成本最低成为维护班组面临的一个实际课题。针对问题一，首先将道路的路网转化成无向加权图，运用matlab软件先计算相邻两点间的距离，再计算任意两点间的距离，然后运用Floyd算法步骤，根据距离数据作9292的距离矩阵，引入0-1规划变量，建立优化模型，通过matlab对矩阵进行变换，得到初步的维护班组管辖范围，再考虑到维护班组工作量的均衡性，运用Excel
2、对数据进行筛选，运用K-means聚类算法求得工作量均衡的管辖方案。针对问题二，讨论最快维修问题，由木桶原理知，即求维护班组到漏油点的最近距离，并通过合理的分配，使其最小。首先，建立维护班组“最优化调度模型”， 再运用多目标规划及0-1整数规划理论建立模型，依据就近原则，将漏油点与维护班组重合的点进行各自维修，通过Matlab和Lingo对模型进行求解，得到快速维修A区的维护班组的初步调度方案，得到效应路程为12.57km，再依据统筹全局的思想对漏油点和维护班组重合的点重新整合，得到效应路程为8.015km，从而得到更为合理的维护班组调度方案。目录摘要1目录2一、 问题重述3 1.1问题分析3
3、 1.2需要解决的问题3二、问题分析4三、基本假设5四、符号说明5五、问题一模型的建立与求解65.1matlab编程对图像及数据的处理5.1运用Floyd算法得出A区各管辖范围初步分配方案5.1 运用K-means聚类算法对A区各管辖范围的优化方案六、问题二模型的建立与求86.1维护班组“最优调度模型”的建立6.2用Matlab和Lingo求解模型6.3统筹全局的综合调度优化模型七、问题三模型的建立与求解117.1为使公路运输费用最少建立模型建立及求解九、模型的优缺点分析及改进方向129.1模型的优点9.2模型的缺点9.3模型的改进方向 一、问题重述1.1问题背景随着油田的开发与利用，地层流体
4、的化学变化以及多次油井地层改造施工的影响，同时地层水矿化度高，斜井增加，井身轨迹复杂，因腐蚀、偏磨等因素导致油井频繁出现泵漏、杆断、管漏这些故障，所以需要维护班组管辖一定范围内的采油井，保证油井的正常生产。 因为油井维护工作量强大，而维护班组的资源有限，所以需要合理的分配设置维护班组的管辖范围，使其能够在油井发生事故时能被快速调度。由于采油点在空间分布的无序性和杂乱性，所以需要合理的分配原油运输的网络路径，才能使原油运输成本最低。1.2需要解决的问题试就某油田设置维护班组和原油运输的相关情况建立数学模型分析研究下面问题：（1） 附件1中的附图给出了某油田A区的交通道路和现有的20个维护班组的设
5、置情况示意图，相关的数据信息见附件2。维护班组每天的工作是巡视其管辖范围内的采油井，请为20个维护班组合理分配管辖范围，使各维护班组的工作量尽量均衡，且在其所管辖油井发生事故时能尽快到达。（2） 假设13个采油点同时发生漏油事故，需要调度20个维护班组实现快速维修，恢复生产。实际中一个班组最多维修一个采油点，一个采油点也仅需一个班组维修，为了尽量减少漏油损失，请给出20个维护班组的合理调度方案。（注：假设采油点的原油开采速度与可采储量成正比）（3）为了将各采油点的原油快速运输到O点（坐标原点），计划将部分现有道路修建为高等级公路，作为原油的运输专线。假设公路修建及采油期内的养护成本合计为1百万
6、/公里，公路运输成本为0.1百万/万吨公里，请设计一个合理的公路运输网络，使得修路和运输成本最小。再假设经过勘查，各采油点的可采储量增长了10倍，请重新设计一个合理的公路运输网络。（注：假设各采油点均可修建直线到达O点的公路）（4）管道输油具有建设成本高、输油成本低的特点。假设输油管道的修建及采油期内的养护成本合计为1千万/公里，输油成本忽略不计，且管道只能沿着现有道路修建。请对比公路运输分析修建输油管道的经济性，设计一个合理的原油运输方案。再假设经过勘查，各采油点的可采储量增长了10倍，请重新设计一个合理的原油运输方案。（注：假设各采油点均可修建直线到达O点的输油管道）二、问题分析2.1问题
7、一的分析根据假设每个维护班组的维护装备与能力基本相同，要求A区每个维护班组的管辖范围，主要考虑的是维护班组管辖范围内的总路程，以及维护班组工作量的均衡性。首先要根据数据，用matlab对附录二所给的图像标号，对每条道路抽象处理。然后运用matlab软件，运用Floyd算法，根据点的坐标，作出距离矩阵，引入0-1整型规划变量，以92个节点分别到20个维护班组的总路程最小为目标函数，建立优化模型，得到初步的维护班组管辖范围，再考虑到维护班组工作量的均衡性，运用K-means聚类算法把整个道路化为20个区域，每个区域由一个维护班组管辖，得到工作量均衡的管辖方案。2.2问题二的分析 当13个采油点同时
8、漏油事故时，维护班组到各个漏油点的距离不同，依据木桶原理，要求最快维修，只需要控制维护班组与漏油点间的最大距离，使之尽量缩短，所以首先建立一个最长时间最小化模型，运用多目标规划及0-1整数规划理论建立模型，考虑12,14,16三个漏油点与维护班组重合，进行各自维护，运用Matlab和Lingo对模型编程求解，得到一个调度方案，再依据统筹全局的综合调度优化模型，在运用Matlab和Lingo对模型求解，得到优化后的调度方案，对比分析，得到更为合理的调度方案。2.3问题三的分析 我们将定义的各点的工作效能求解出，当Wi越大，则此点至O点的道路就越值得修建。然后求出平均值，将WiW的采油点直接修建到
9、O点，将WiW剔除，再将他们分配到与其距离最短的点，直至92个采油点的油均可运输到O点，则此时为最佳路径。 三、基本假设（1）假设城区所有道路畅通无阻；（2）假设相邻两个路口间的道路为直线；（3）假设每个路口只有一个维护班组维护；（4）假设所有维护班组在接到漏油通知后后能同时出发；（5）假设所有的道路为双向通道；（6）假设每个班组在任何道路的速度均相同；（7）假设最短路径就能代表最快完成时间；（8）忽略班组通信、处理事件的时间，忽略转弯路程。四、符号说明i 第i个道路路口节点 第i个道路路口节点的临接节点 第i个节点路口与第j个节点之间的距离D 表示维护班组到采油点的距离矩阵 表示D矩阵中第i
10、行第j列的数L 所有班组到各自漏油点的最远距离 第j个维护班组 维护班组j到达漏油点i效应路程 第j个维护班组到第i个漏油点的最短距离Pi 第i个采油点的可采储量Mi 第i个采油点与O点道路修建、养护及运输的费用五、问题一模型的建立与求解5.1matlab编程对图像及数据的处理针对 A区的交通网络图，用matlab软件将维护班组的编号标注在图上，如图1所示 图一 A区交通道路和20个维护班组设置情况示意图 实圆点表示油田的采油点，实线表示采油点之间的道路，没有实圆点的交叉线为道路立体相交，圆圈表示油井维护班组的设置点，经分析发现，维护班组均设置在道路路口节点处，所以维护班组A1至A20分别与道
11、路路口节点1至20重合，标号如图所示。考虑到班组资源有限，应该合理设置维护班组的管辖范围，需要计算任意路口之间的距离。具体步骤如下： 维护班编号采油点标号212223242526A119.9221.7223.1225.0126.8132.48A218.1419.9521.3523.2425.0430.71A316.0317.8319.2421.1322.9328.60A418.2720.0821.4823.3725.1730.84A516.9018.7120.1122.0023.8029.47A616.8518.6520.0621.9423.7529.42A714.1715.9717.3719
12、.2621.0626.73（1） 根据题中所给的各个节点的坐标，用matlab计算相邻节点之间的距离，根据计算公式，记录相邻两点间的距离于图像中。 （2）根据公式，计算任意两路口节点的距离，记录于上表格中。5.1 运用Floyd算法得出A区各管辖范围初步分配方案根据Floyd算法原理，以92个节点分别到20个维护班组的总路程最小为目标函数，运用上表中任意两点的距离，得到一个9292的矩阵，由于路径具有双向性，将矩阵对折得到原图的距离矩阵A，其余元素取0，引入0-1整型规划变量，建立优化模型，运用matlab程序将距离矩阵A通过初等变换得到0-1矩阵 其中：=1表示i节点属于j班组管辖 =0表示
13、i节点不属于j服务平台管辖 通过上面的线性规划求解，得到各班组到各节点之间的最短距离，利用matlab进行编程，得到部分维护班组所分配的路口数，结果如下表所示维护班组满足距离约束条件的采油点A142，43，44，64，65，66，67，68，69，70，71，72，73，74，75，76，77，78，79，80A239，40，42，43，44，66，67，68，69，70，71，72，73，74，75，76，78A343，44，54，55，64，65，66，67，68，70，76A457，58，60，62，63，64，65，66A55，47，48，49，560，51，52，53，56，58，59A66A77，30，31，32，33，34，47，48，61进一步分析，还有六个采油点分别为28，29，38，39，61，92与20个维护班组距离较远，不满足要求。并且，发现还有
