油气集输管道布局规划设计是建设油气田地面集输管道的先导工作,进行站场及管道的拓扑布局设计是其核心工作,然而由于集输管道拓扑布局设计过程中需要同时考虑站场几何位置、管道走向、各级站场连接关系等实际问题,采用人工设计的方案难以满足最优性的需求。基于最优化方法,考虑客观约束条件,确定最优的油气集输管道拓扑拓扑布局优化方案对于指导油气田地面工程建设、节约建设投资具有现实价值。油气集输管道可以归结为网络最优化问题,在现有油气集输管道拓扑布局优化理论的研究成果中,对于枝-环状集输管道的拓扑布局优化理论方法研究较少,而枝-环状集输管道在衰减期油田及低产量油田中广泛存在,本文针对枝-环状集输管道的拓扑布局优化开展研究,取得如下研究成果:首先,基于图论理论方法,将枝-环状油气集输管道的拓扑结构特征进行有效表征,给出多级枝-环状集输网络的图论定义。在此基础上,以各级站场的几何位置、各级站场之间的连接关系、成环油井之间的连接关系等为决策变量,以隶属唯一性、网络结构特征、环路特点等为约束条件,建立枝-环状油气集输管道的拓扑布局优化数学模型,并分析该模型的求解难度。其次,根据模型的层次结构特点,将模型分解为井组划分和环路优化两个子问题,针对环路优化子模型采用果蝇优化算法进行有效求解,并提出深度优先搜索算法确定最优环路,继而融合分级优化思想、果蝇智能优化算法、深度优先搜索算法建立混合优化方法对前述拓扑布局优化模型进行求解。再次,针对在管道拓扑布局设计过程中存在的山体、湖泊、村屯等障碍,采用多边形对障碍进行逼近表征,在对障碍进行有效表征的基础上,考虑障碍对于枝-环状网络拓扑布局的影响,建立以总建设费用最小为目标的含障碍枝-环状集输拓扑布局优化数学模型并对该模型进行有效求解。最后,基于以上理论方法,结合程序开发平台和C语言开发辅助模型求解的软件系统,实现无障碍和有障碍情况下的枝-环状集输管道拓扑布局优化设计。此外,为验证文中所提优化模型及解法的有效性,针对油田集输管道进行实例计算,通过优化结果验证本文所建立理论方法有效。本文研究成果对于丰富最优化理论方法在油气田的应用成果具有一定理论意义,尤其对于完善枝-环状集输网络拓扑布局优化理论具有促进作用。