我国部分油田已经进入开发中后期,逐步进入低输量运行阶段,泵、管道等设备面临到达安全运行极限的风险。不仅如此,我国大部分油田所开采的原油属于高黏高凝原油,需采用加热输送方式进行输送,若加热温度偏高会产生大量的能耗,若加热温度较低会影响系统运行安全,特别是在油田进入低输量阶段后,对加热温度的把控更为重要。除此之外,输油压力也需要控制在合理范围,以保证输油安全的同时降低能耗。因此,为了降低外输油系统运行能耗、保障进入低输量阶段后系统运行安全,有必要对低输量下外输油系统进行优化研究。本文根据外输油系统各阶段功能不同划分并建立外输油系统分级优化模型,该模型总共分为三级,依次是外输油系统站内优化、外输油系统站间优化和外输油系统改建优化。首先,第一级优化充分考虑对泵进行转速调节、叶轮切割的情况下泵的性能变化情况,基于动态规划法结合相似理论针对不同输量区间对站内泵运行情况及运行状态进行优化,优化结果为不同流量阶段提供泵调配方案,除此之外为外输油系统站间优化中泵优化部分提供依据。第二级优化综合考虑低输量阶段管道运行安全及运行能耗,分析站间油品输送规律,以总运行费用最小为目标函数建立外输油系统运行优化模型,采用基于深度优先搜索算法的两级递阶优化计算方法,结合第一级计算结果对模型进行综合求解,得出目标输量下各站最优水力热力输送方案。在第一级、第二级优化无法保证管道输送安全的情况下,第三级优化根据油田固定期限内预测输量对外输油系统进行全局分析,判断各管道是否到达安全输量极限,针对到达安全输量极限的管道进行改建优化,充分考虑系统运营期间的管道使用情况及站内设备负荷情况,对比更换管道、站库降级的优化方法并确定最优改建方案。计算实例表明,外输油系统的分级优化能够保障油田在运营期内的经济、安全运行。在理论分析的基础上,利用VB语言开发油田外输油系统工艺优化软件,并成功应用于Y油田外输油系统,对于进入低输量状态油田的现场实际的运行、改建调整具有重要意义。