Проблема: тяжелые ледовые условия
Новопортовское – крупное нефтегазоконденсатное месторождение на полуострове Ямал, разрабатываемое одной из ведущих российских нефтяных компаний. Нефть с месторождения поступает по 100-километровому трубопроводу к морскому терминалу, расположенному вблизи мыса Каменный (Обская губа), откуда после отгрузки перевозится до потребителей на арктических танкерах. Начало полномасштабной разработки месторождения планируется в 2016 году, а ее длительность составляет несколько десятилетий.
Главная проблема при организации морских перевозок с месторождения – тяжелые ледовые условия, затрудняющие судоходство. Большую часть времени движение судов в Обской губе происходит по 500-километровому каналу в неподвижном припайном льду толщиной больше двух метров, а в открытой части Карского моря дрейфующие льды в некоторые месяцы полностью покрывают акваторию моря. Для создания надежной системы морской транспортировки компания должна была решить следующие задачи:
- Разработать постоянную схему вывоза нефти. Компании требовалось определить необходимое число судов, а также понять, смогут ли арктические танкеры работать самостоятельно, или потребуется привлечение ледоколов. Нужно было подсчитать затраты на топливо для танкеров и затраты на фрахт ледоколов в годы с ледовыми условиями разной тяжести.
- Спроектировать временную схему вывоза нефти. Во время ввода транспортной системы в эксплуатацию в 2016-2017 годах нефть будут вывозить по временной схеме – с помощью танкеров малой грузоподъемности и со слабым для этого региона ледовым классом. Постепенно компания планирует вводить в эксплуатацию новые арктические танкеры усиленного ледового класса вдвое большей грузоподъемности. Это будет происходить на фоне постепенного увеличения грузопотока. В связи с этим требовалось определить пропускную способность системы в этот переходный период.
- Определить необходимую вместимость берегового резервуарного парка. Необходимо было рассчитать минимальный объём берегового хранилища нефти, достаточный для всего периода освоения месторождения. При этом нужно было учитывать, что чем тяжелее ледовые условия, тем сложнее танкерам обеспечить требуемую интенсивность вывоза и выше вероятность переполнения хранилища, чего нельзя допускать.
Решение
Государственный научный центр, выполняющий исследования в области создания морской техники и систем освоения шельфа, разработал универсальное решение для проектирования морских транспортных систем – программный комплекс «МТС-модель». В составе этого решения под единым интерфейсом разработчики объединили модули судостроительных расчетов, ГИС-среду и логистическую имитационную модель, построенную в AnyLogic. Это позволило при расчетах одновременно учитывать характеристики судов, природные условия и логику транспортных операций. Специалисты центра выполняли исследования в интересах крупной нефтяной компании с помощью «МТС-модели». Имитационная модель воспроизводила процесс перевозки нефти танкерами и учитывала:
- изменения природных условий (ледовые и ветро-волновые условия, глубины акваторий, смерзающийся ледовый канал);
- характеристики судов, определяющие их скорость и расходы топлива в разных природных условиях;
- наполнение берегового хранилища.
Суда в системе были представлены как независимые объекты – агенты, движущиеся в пространстве под управлением логических блоков имитационной модели. Модель учитывала принципы взаимодействия танкеров с ледоколами и логику выбора скорости судна в зависимости от наполненности хранилища, положения других судов, тяжести ледовых условий и других факторов.
ГИС-технологии позволили проанализировать работу транспортной системы с учетом географических факторов: береговой черты, батиметрических условий, фарватеров и закрытых акваторий.
Состояние ледового канала сильно влияет на движение судов, поэтому аналитики для решения задач крупной нефтяной компании дополнительно учли в модели:
- характеристики и число проходящих по каналу судов;
- время, прошедшее после предыдущего прохода;
- температуру воздуха;
- условия прокладки нового канала.
Результат
Применение технологии имитационного моделирования позволило спроектировать транспортную систему Новопортовского месторождения с учетом динамики движения судов, наполнения хранилищ и смерзания ледового канала. Учет этих и других динамических факторов невозможен моделями других типов.
В ходе проекта аналитики определили объем берегового хранилища, достаточный в ледовых условиях разной степени тяжести. Так как переполнения хранилища нельзя допускать даже в нештатных ситуациях, на основе модели они дали рекомендации по необходимым мерам для исключения «перелива» хранилища.
C помощью модели было оценено нужное количество ледовых каналов в припае в разных ледовых условиях, рассчитаны ориентировочные даты их прокладки и определены объемы и сроки ледокольной поддержки танкеров. Аналитики определили динамику ввода-вывода судов, а также оценили расходы на топливо и ледоколы при разных сценариях развития ледовых условий в течение всего периода освоения месторождения.
Помимо этого, проект позволил спланировать работу транспортной системы по временной схеме – с использованием малых танкеров слабого ледового класса.
Крупная российская нефтяная компания использует полученные данные для оценки инвестиций в создание и эксплуатацию этой транспортной системы.