在节能优先、绿色低碳的能源发展背景下,天然气依然是我国实现能源结构优化调整、改善大气环境最现实的能源。松辽盆地的徐深气田作为中国天然气产区的重要组成部分,自2004年试采建设以来,特别在大庆油田“以气补油”战略中发挥着重要作用。然而,地处高寒地区、储层品味较差、天然气中CO₂含量较高等特征使得该产区的开发难度和开发效益更具挑战性,地面集输过程中易于形成水合物、集输设施易于发生腐蚀、集输系统设计缺乏标准化,破解降投资、控成本方面的技术难题是实现气田持续有效发展的关键。作为气田开发的配套工艺技术,地面集输环节是气田安全、平稳、高效开发的保障。因此,实现集输工艺的优化、集输系统的简化,构建集输工艺模式的标准化,是降本增效、保证高寒地区徐深气田有效开发的重要支撑。开展气田集输管网拓扑布局优化设计可以取得显著的经济效益。针对研究对象徐深气田产区具有村屯、沼泽等不可穿跨越障碍的特点,建立了障碍多边形逼近表征方法和管道绕障路由优化模型及求解方法。考虑障碍对气田集输管网拓扑布局的影响,以集输站场和管道建设费用最小为优化目标,以管网结构特征、站场及管道布局可行性、站场处理气量等为约束条件,建立含障碍的气田集输管网拓扑布局优化数学模型。针对模型的层次结构和求解难点,优势融合混合蛙跳算法和烟花算法,分别提出改进的爆炸算子、改进的变异算子和镜像搜索算子,构建了混合蛙跳-烟花新型智能优化算法（SFL-FW）。根据收敛性定理证明其SFL-FW算法能够以概率1收敛于全局最优解,且数值对比实验显示SFL-FW算法相较于同类群智能优化算法优化性能更好、更全面。对于徐深气田某区块的应用实例表明优化后管网建设总投资减少320.81万元,节约投资比例14.17%,验证了所提出优化模型和求解算法的有效性。从气田集输管道选型偏大、管道伴热功率过高的矿场实际出发,以管道建设总投资最小和管道伴热运行费用最低为目标,以运行工艺、流动安全、取值范围等限制为约束条件,建立了多目标气田集输管道参数优化数学模型。考虑模型多目标、多约束、多决策变量及高度非线性的求解难点,融合Max Min策略、拥挤距离策略和约束可行性准则提出混合多样性排序策略,构建了多目标混合蛙跳-烟花智能优化算法（MSFL-FW）,应用于徐深气田集输管道的优化实例表明,可以节约投资643.44万元,减资比例20.3%,验证了所提优化模型和求解算法具有良好的优化性能。针对采气管道的水合物防治及系统运行,本文考虑气质、温度、压力及产液因素,研究了天然气水合物形成及甲醇加注量对水合物分解的影响,并综合单井投资和运行能耗,对比了电热工艺与注醇工艺在保障高寒地区集气管道平稳、高效运行中的优势及潜力,结果表明,在温度高于17℃后,压力升高时,水合物生成温度变化率逐渐减小,在恒定温度、压力下,水合物的生成时间与生成量成线性增长特征,总体生成时间分布在80～100min,且水合物的形成条件相关于天然气组分,同一温度下,天然气密度越大,丙烷、异丁烷含量越多,生成水合物的压力越低;注醇防冻工艺是电伴热集气工艺的接替技术,该工艺单井投资较电伴热能降低65.56%,单井运行成本还能降低16.45%,且注醇防冻工艺适用于管线长度较大,水量相对较小的气井。构建了井间轮换计量、多井加热炉换热的集气系统简化工艺技术,确定了一套轮换计量工艺应不超过10口气井,气量比不超过1:10,单井计量时间宜选择在8h～24h。同时,研究揭示了集气管道的腐蚀行为及成因,认为2205双相不锈钢是最好的耐CO₂腐蚀和氯离子应力腐蚀的管道材料,虽然316L不锈钢耐CO₂腐蚀能力强,但是对含氯离子介质应力腐蚀非常敏感,所形成防腐技术在含二氧化碳徐深气田的应用有效降低了腐蚀隐患,杜绝了腐蚀穿孔泄漏事故的发生。在上述对集输工艺及其运行优化的基础上,从优化工艺流程、井站平面布置、设备选型和管阀配件安装形式相结合出发,并与电力、自控、土建、防腐等辅助专业相互配套,按照在高寒地区实现季节性模块化预制、统一建设标准、立足基本工况实现系列化的思路,划分井站的典型工况,依据递进补充完善的思想,形成了适合于高寒地区含二氧化碳气田集输系统标准化设计方法,突破工程建设规划、设计与施工的传统模式,构建了深层气田地面集输工艺标准化模式,并应用于徐深3区块的工程设计中,使设计周期同比缩短20%以上,建设工期同比缩短10%以上。综合研究及工程应用实践认为,结合气田井站布局、集输运行参数、管道防冻、计量分离及防腐进一步优化集输系统,并针对高寒地区地面建设周期受限的事实,进行标准化技术研究,对实现高寒地区含二氧化碳气田开发效益的最大化具有重要现实意义。