在油田开发后期,随着低效和即将转变为低效的区块的不断增加,集油环上的抽油机井数不断减少,地面部分系统设施的负荷逐年降低,无效集油掺水路线增长、掺水量大、热损失大,导致生产运行能耗及单位操作成本不断上升。因此有必要对原有的集输环路进行改造,以降低能耗,提高经济效益。本文以大庆葡北地区葡11#转油站为研究对象,对现有的低效地面集油系统进行优化改造研究。首先,根据工程热力学、传热学、流体力学、多相流理论等相关学科的知识,给出了特高含水期油田集输系统管道水力和热力的计算模型,结合现场生产数据对模型进行验证,得出适用于葡北地区的计算模型。在此基础上建立集油系统动力能耗和热力能耗的计算模型。其次,以运行费用和改造费用之和最低为目标函数,建立低效地面集油系统优化改造数学模型,利用VB语言,编制优化改造软件。最后,利用编制的软件和现场生产数据,将现有的低效地面集油系统中的双管掺水流程分别改造为环状集油流程和树枝状集输流程,分别优选出最佳改造方案,并将这两种集油流程的优化改造结果与现有生产实际进行经济效益对比。结果表明:当改造为环状集油流程时,累计十年可节省约180万元,费用降低约9.1%;当改造为树枝状集油流程时,累计十年可节省约1750万元,费用降低约87.6%;优化改造的树枝状集输流程的经济效益优于环状集油流程。但树枝状集油流程的适用范围具有一定的局限性,难于推广。