海上石油平台海上运输系统的建模与优化

海上石油平台海上运输系统的建模与优化

问题:

Prirazlomnaya产油平台

俄罗斯天然气工业股份公司(Gazprom Neft)拥有的Prirazlomnaya石油生产平台,目前是北极大陆架上的第一个俄罗斯碳氢化合物生产项目。由于该平台是为北极地区设计的,因此可以在极端天气条件下使用并承受最大的冰负荷,这使其成为一个独特且技术复杂的项目。

从平台到北极油轮的第一次油装载是在2014年4月进行的,而平台运营商计划到2021年将石油产量提高到500万吨。但是,已有经验表明,应改善海上石油运输系统,以供石油出口和往来平台运送供应货物。考虑到北极海洋气象和冰层条件的多变性,有必要提高海上运输系统的效力、生存能力和安全性。

为了应对这一挑战,2016年,来自Krylov州立研究中心的专家使用AnyLogic环境开发的详细仿真模型研究了Prirazlomnaya平台的一个运输系统,时间跨度至2038年。

解决方案:

海上运输系统包括平台本身以及两个穿梭油轮和几个海上补给船。尽管表面上看起来很简单,但是由于以下几个重要特性,运输系统还是非常具体的:

通过在AnyLogic环境中使用基于智能体的事件和离散事件建模,Krylov 中心专家创建了运输系统的仿真模型。该模型使他们可以考虑所有重要的技术特征,以及实际系统的物理和物流过程。考虑到路线上的自然条件,在GIS环境中对Prirazlomnaya平台和摩尔曼斯克港口之间的船只作业进行了建模。

海洋运输网络模型
海洋运输网络模型

在通用仿真模型中,几个相互影响的计算过程表示为单独的仿真算法:

运输系统仿真模型
运输系统仿真模型

为了描述四个货运终端在考虑其局限性的同时可访问性,专家在平台位置区域创建了自然条件随机发生器。发生器使他们能够模拟15个环境参数的时间序列,如风速和风向、海浪高度、云层、气温、能见度等,并考虑到不同参数之间的相互关系。例如,风和洋流会影响冰漂移的速度和方向。

该模型还描述了多种船舶接近平台的复杂逻辑,它们受到不同天气条件的影响。专家们在模型中增加了对各类补给货物进行连续作业的能力,以及由于天气窗口终止、船舶向另一个码头过渡或船舶离开平台三英里边界区而造成的非计划性作业中断。此外,该模型还包含了一种算法,用于在油库可能被完全填满的情况下降低局部产油量。

作为输入参数的数据有:2038年之前原油和物资的计划货流、使用优化算法生成的船舶运行的作业航次计划、船舶运行的平均持续时间。

结果:

Krylov中心的专家分析了十一项改进措施,以提高平台海上运输系统的效率。措施清单包括:使一台额外的穿梭油轮投入运营、提高卸油速度、使用一台额外的破冰船等。该分析的实际目的是提高运输系统的效率,即降低成本比例并减少产量不足的石油量。

2016年至2038年未充分开采的石油量是主要的效率标准。这一数量是根据石油产量减少情况的数量和持续时间来计算的,这种情况发生在储藏库装满石油而油轮无法足够迅速的卸载石油时。

所获得的数据帮助专家们发现,建设新的码头或额外的储油库展现出了绝对的效果,即不存在石油产量不足的情况。 然而,事实证明,这些措施的实际实施成本高昂且技术复杂,因此将其排除在考虑范围之外。

通过仿真建模,专家们发现,在所有其他措施中,扩大油库的可及性对系统效率的影响最大。这可以通过实施一系列技术措施以及将较短的天气窗口用于液货船操作来实现,可以使天气窗口的总持续时间增加10-15%。 但是,系统效率的关键点不是可及时间的总持续时间,而是油轮能否在所需的时间接近平台。

该模型还反映出,增加一艘穿梭油轮投入运行对系统效率没有显著影响,因为系统的瓶颈是天气变化下的卸油,而不是油轮的短缺。

利用AnyLogic模型收集的研究结果有助于专家确定了每个改进措施的技术和操作特性,并评估了所有关键参数的统计分布规律。获得的数据构成了俄罗斯天然气工业股份公司Neft Shelf高层管理决策的基础。

由Krylov中心专家为Gazprom Neft实施的另一个项目是在仿真建模的帮助下,设计用于恶劣冰环境的海上石油运输系统。您可以在案例研究部分找到关于此项目的更多信息。

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