深水油气田开发多采用水下生产系统,其布局的合理性直接影响到油田的开发成本与可行性。丛式管汇是水下生产系统布局的关键设施,因其可以很好的优化水下生产设施的布局,广泛应用于水下生产系统中。但因应用条件的独特性、安装时间的不确定性和油田长期战略规划等因素的制约,使丛式管汇布局得到最优方案的设计难度急剧增加。为了更加客观地研究水下生产系统布局方案,建立水下生产系统布局的MINLP模型。在对国内外文献调研分析的基础上,本文采用工程经验与数学模型建立相结合的方式,以水下生产系统总成本最低的丛式管汇布局方案为研究目标,在建立水下井口与丛式管汇连接关系和丛式管汇与丛式管汇或FPSO连接关系的基础上,以投资成本最小为目标函数,建立了水下生产系统整体布局的MINLP模型。计算分析得到不同丛式管汇数量下经济性良好的水下生产系统布局方案。同时还考虑了不确定因素对布局方案的影响,建立水下生产系统布局的不确定优化模型,增加了模型的鲁棒性。以丛式管汇的最佳数量、位置和井槽类型作为水下生产系统布局优化研究的核心,是水下生产系统布局研究的一个新思路,研究结果形成了以丛式管汇为核心的水下生产系统布局的数学模型,能够为水下生产系统的布局方案决策提供科学客观的依据,为我国水下生产系统的研究提供一种参考。