С увеличением перепада давлений на замыкающих участках магистрального нефтепровода уменьшаются капитальные вложения за счёт уменьшения его диаметра. Вместе с этим возрастает расход электроэнергии на работу нефтеперекачивающих станций.
Условию оптимального функционирования магистрального нефтепровода реализует минимум целевой функции следующего вида:
(2.1)
где 
приведенные затраты, 
;
– банковская процентная ставка (норма дисконта), 
;
– капитальные затраты в магистральном нефтепроводе, руб.;
эксплуатациные издержки в магистральном нефтепроводе, 
.
Капитальные затраты в сооружении нефтегазопроводов состоят из затрат на строительство линейной части нефтегазопроводов
(2.2)
где 
длина магистрального трубопровода, м;
удельные вложения в строительство 1-го м магистрального нефтепровода, 
;
районный коэффициент удорожания строительства;
топографический коэффициент строительства и эксплуатации магистрального трубопровода, на болотной местности принимается равным для линейной части трубопровода 1,7, а для компрессорных и насосных станций в той же местности 1,07. При строительстве на воде в русловой части принимается равным 4,8, а в пойменной части принимается равным 2.
Удельные вложения 
определяются по формуле:
(2.3)
где 
стоимостной параметр строительства одного квадратного метра трубопровода, 
;
Тогда капитальные вложения в строительство линейных сооружений опишется формулой:
(2.4)
На стадии предварительных проработок необходимо определить связь между параметром давления на участке магистрального нефтепровода, скоростью движения нефти и диаметром магистрального нефтепровода. Для этого воспользуемся формулой Дарси-Вейсбаха
(2.5)
где 
коэффициент гидравлического сопротивления 
;
плотность нефти, 
;
скорость движения нефти, 
;
Будем считать, что трение жидкости, т.е. нефти турбулентное в зоне гидравлически гладких труб, тогда коэффициент гидравлического трения определится по формуле Блазиуса:
(2.6)
где 
число Рейнольдса определяемое по формуле:
(2.7)
где 
объёмный расход нефти, 
;
коэффициент кинематической вязкости нефти, .
Выразим скорость движения нефти через объёмный расход:
(2.8)
Подставляя выражения (1.6), (1.7) и (1.8) в (1.5) выразим зависимость перепада давления от диаметра:
(2.9)
Отсюда найдём значение диаметра:
(2.10)
Подставим (1.10) в (1.4) для определения капитальных вложений в строительство линейной части магистрального нефтепровода:
(2.11)
Эксплуатационные издержки в магистральном нефтепроводе определяются по формуле:
(2.12)
где 
эксплуатационные издержки в магистральном нефтепроводе его линейной части, ;
амортизационные отчисления, ;
затраты на электроэнергию, ;
Эксплуатационные издержки в магистральном трубопроводе линейной части определяются по формуле:
(2.13)
где 
стоимостной коэффициент эксплуатации линейной части магистрального нефтепровода, ;
доля годовых отчислений на эксплуатацию линейной части магистрального нефтепровода, которая принимается равной для давления до 39 кПа, 0,044, а для давления выше 39 кПа, 0,048.
Амортизационные отчисления определяются по формуле:
(2.14)
где 
коэффициент амортизационных отчислений, который равен 0,035-0,04.
Затраты электроэнергии определяются по формуле:
(2.15)
где 
удельная стоимость электроэнергии, 
;
продолжительность работы нефтеперекачивающий станции, 
;
коэффициент полезного действия насоса, принимаемый равным для поршневых насосов 0,7-0,98, для центробежных насосов выше 39 кПа 0,6-0,75, а до 39 кПа 0,3-0,6.
Подставляя (1.13), (1.14), (1.15) в (1.12) получим выражения для расчёта эксплуатационных издержек:
(2.16)
С учётом (1.11) и (1.16) целевая функция (1.1) примет вид:
(2.17)
Для поиска экстремума целевой функции (1.17) возьмём её производную и прировняем к нулю:
(2.18)
Оптимальный перепад давления в магистральном трубопроводе требуется при выборе предварительного количества нефтеперекачивающих станций и определения оптимального гидравлического уклона.
Потери напора по длине трубопровода называются гидравлическим уклоном, который определяется по формуле:
(2.19)
где 
потери напора на трение, м;
ускорение свободного падения, равное 9,81 
.