CC BY
16
размещения объектов нефтегазодобычи с учетом связывающих их коммуникаций и с учетом агломерации, построения оптимальных структур коммуникационных сетей, оптимизации параметров сетей, учета и анализа экологических рисков и т.д. [1, 2, 5].
Также были получены новые результаты, показывающие возможность формализации, прогнозирования и оптимизации стратегического развития объектов региональной экономики. Это имитационные модели для групп нефтяных и газовых месторождений, методы и алгоритмы решения многокритериальных задач и задач оптимизации стратегий разработки групп месторождений, в том числе, с учетом неопределенности исходной информации и т.д. Были разработаны формализованные модели для различных этапов и различных уровней процесса стратегического планирования в регионе как дальнейшего развития долгосрочного планирования в современных условиях [3, 4, 5].
Системы регионального программирования
Приведем краткое описание возможностей некоторых систем регионального программирования, разработанных в отделе методов проектирования развивающихся систем ВЦ РАН [5, 6].
1. Система перспективного планирования добычи газа по укрупненным показателям (СПДГ) предназначена для формирования стратегий развития группы газовых месторождений, обеспечивая расчет объемов добычи газа и основных технико-экономических показателей добычи в динамике по месторождениям на основе использования имитационной модели группы месторождений и выбора стратегий по многим критериям оценки с использованием средств многокритериальной оптимизации. Система широко применялась для долгосрочного планирования развития добывающих
регионов Западной и Восточной Сибири, Восточной Украины и шельфа Черного моря, а также отдельных месторождений, включая Ямбургское и Оренбургское.
2. Система моделирования и оптимизации добычи газа (СМОД) является дальнейшим развитием системы СПДГ в современных условиях. Предусмотрено нахождение стратегии развития группы газовых месторождений, оптимальной по критерию максимума накопленной добычи газа по группе, существенно улучшен блок многокритериальной оптимизации, обеспечивается учет неопределенности исходной информации (рис. 1, 2).
3. Система формирования планов добычи нефти (СФПДН) предназначена для планирования деятельности нефтедобывающих предприятий региона на ближнюю и дальнюю перспективу, обеспечивая расчет технико-экономических показателей добычи нефти в динамике по месторождениям. По своей идеологии система близка к системе СПДГ, отличаясь от нее более сложной моделью группы месторождений и составом показателей (с учетом процессов закачки воды и добычи жидкости). Кроме того, решаются разнообразные оптимизационные задачи в условиях ограничений на фонды добывающих, нагнетательных, резервных скважин и другие имеющиеся ресурсы. Система использовалась при формировании планов добычи нефти для групп месторождений Среднего Приобья и Коми АССР, для прогнозирования добычи нефти на Са-мотлорском месторождении.
4. Система проектирования генеральных схем обустройства нефтяных месторождений (СПГСО) предназначена для проектирования генеральных схем как отдельных технологических систем обустройства месторождений, так и любой их совокупности.
Система позволяет определять места оптимального размещения различных нефтепромысловых объектов и формировать оптимальную структуру нефтепромысловых сетей различного назначения (сбора и транспорта нефти, попутного газа, водоводов, дорог, электроснабжения), в том числе, с учетом наличия запретных зон, эффекта от агломерации объектов и коммуникаций, а также текущего состояния обустройства. Система СПГСО широко использовалась при проектировании генеральных схем обустройства нефтяных месторождений Западной Сибири (Самотлорское, Федоровское, Холмогорское и другие), Коми АССР (Усин-ское, Возейское), Поволжья (Медведев-ское), Казахстана (Каламкас, Каражанбас), газовых месторождений (Уренгойское) и т.д., а также при проектировании сети газопроводов Западной Сибири (рис. 3-6).
5. Система размещения объектов и коммуникаций (СРОК) предназначена для решения задач размещения пунктов переработки сырья, задач построения и трассирования коммуникаций между источниками сырья, пунктами переработки и потребления, расчета параметров трубопроводных сетей. Диалоговый режим работы системы позволяет оперативно просматривать различные варианты размещения с определением и просмотром параметров сформированного проекта. Система использовалась при решении задач размещения ряда территориально-производственных комплексов, а также при проектировании генеральных схем обустройства нефтяных и газовых месторождений (рис. 7).
6. Система проектирования и анализа сетей (СПАС) предназначена для формирования и анализа транспортных сетей различного назначения и позволяет решать следующие сетевые задачи: сетевая распределительная
Рис. 1 — Динамика добычи газа по группе месторождений в системе СМОД
Рис. 3 — Схема кустования нефтяных скважин, Самотлорское месторождение
Рис. 2 — Вывод результатов многокритериальной оптимизации в виде профилей в системе СМОД
Рис. 4 — Схема сбора и транспорта нефти, Самотлорское месторождение
задача, задача о максимальном потоке минимальной стоимости, задача проектирования структуры сети, гидравлические расчеты сетей. Система использовалась при решении задач анализа транспортных сетей различного назначения: сетей нефтепроводов Прикаспия, системы нефтепродуктообеспе-чения Вьетнама, развития газотранспотрт-ных сетей Восточной Сибири и т.д. (рис. 8).
7. Система оценки вариантов освоения шельфовых месторождений нефти и газа предназначена для формирования и оценки вариантов сеток скважин, размещения буровых платформ и стратегий освоения шельфовых месторождений нефти и газа, включая очередность и динамику ввода платформ и скважин. Система использовалась при проектировании освоения ряда шельфовых месторождений нефти и газа, таких как месторождения Одопту и Чайво на Сахалине, месторождения Белый Тигр и Дракон во Вьетнаме, ряд месторождений шельфа Черного и Каспийского морей (рис. 9).
8. Система планирования производства, хранения, транспортировки и распределения нефтепродуктов. Система позволяет комплексно решать задачи по планированию производства различных видов нефтепродуктов, планированию транспортировки нефтепродуктов различными видами транспорта, расчету объемов хранения нефтепродуктов на нефтебазах, динамическому планированию производства и распределения нефтепродуктов, расчету объемов поставок потребителям в динамике. Система использовалась в
ряде нефтедобывающих компаний России (рис. 10).
9. Система синтеза и анализа гидравлических сетей (ССАГС) предназначена для анализа и синтеза различных гидравлических систем, включая системы промыслового сбора нефти и газа, ППД, транспорта нефти, газа и продуктов из них, системы водо-, теплоснабжения и т.д. Система позволяет формировать и анализировать принципиальные схемы трубопроводных сетей, рассчитывать параметры сетей, проводить декомпозицию и композицию сетей, рассчитывать технологическое и экономическое взаимодействие участников рынков воды, теплоносителя, тепла и т.д. Система использовалась при анализе и разработке рекомендаций по развитию систем тепло-, водо- и газоснабжения многих городов Поволжья, а также внутренних тепловых сетей ряда ТЭЦ и ГРЭС (рис. 11).
10. Система обеспечения, надежности, промышленной и экологической безопасности нефтегазовых комплексов (СОНПЭБ) позволяет решать такие задачи, как анализ аварийных ситуаций, оценка вероятности аварий и их последствий, оценка возможного загрязнения при аварийных выбросах, расчёт индивидуального и коллективного риска персонала и населения, формирование карт экологической оценки территории и распределения экологического ущерба. Система применялась при проектировании месторождений шельфа Черного и Охотского морей, Ново-Уренгойского газохимического комплекса, для анализа экологической безопасности
нефте- и газоперерабатывающих заводов (Оренбург, Чимкент) (рис. 12).
11. Автоматизированная информационная система инвестиционного планирования «Электронный Мастер-план социально-экономического развития области» (ЭМП) предназначена для формирования планов территориального и отраслевого развития путем оценки и выбора из расширяемого множества предлагаемых инвестиционных проектов для различных комплексных программ подмножества проектов, оптимизирующих заданные критерии эффективности и удовлетворяющих заданным ограничениям по финансированию из различных источников. Система ЭМП была внедрена в акимате (администрации) Западно-Казахстанской области Казахстана (г. Уральск), предполагается ее внедрение в других акиматах Казахстана (рис. 13).
12. Интегрированные системы регионального программирования (ИСРП). В зависимости от конкретных задач могут использоваться различные совокупности перечисленных выше систем. Например, системы СПДГ, СПФДН и СПГСО применялись одновременно при анализе перспектив развития нефте- и газодобычи в Восточной Сибири. Был предложен подход, позволяющий интегрировать такие разнородные и независимо разработанные системы в единое целое — в интегрированные системы регионального программирования. Физически такая интеграция для решения различных задач для разных отраслей и разных уровней управления нереальна, прежде всего,
Рис. 5 — Схема электроснабжения, Федоровское месторождение
Рис. 7 — Применение системы СРОК при проектирования Тенгизского нефтяного месторождения
Рис. 6 — Схема обустройства Уренгойского газового месторождения
с организационной точки зрения. Поэтому такие системы предлагается автоматически строить как виртуальные с использованием средств искусственного интеллекта: каждая ИСРП существует как единое целое лишь в виде компьютерной модели, а ее функционирование сводится к вызову отдельных систем в соответствии с этой моделью для работы в распределенной вычислительной среде [5].
Использование методов и средств регионального программирования
Полученные результаты могут быть использованы не только при освоении новых газовых и нефтяных месторождений северной части Западной Сибири, шельфовых месторождений арктического бассейна, но и в связи с планами руководства страны по комплексному освоению регионов Восточной Сибири и Дальнего Востока России.
Еще в 80-е гг. результаты работ Вычислительного центра получили высокую оценку на комиссии ГКНТ, как одни из лучших работ по САПР в стране. Результаты работ заслушивалась на коллегии Госплана СССР, где было принято решение о внедрении разработанных методов и систем в практику территориального планирования Госплана, а при Госплане была создана специальная комиссия для подготовки перспективного плана внедрения разработок ВЦ АН в практику планирования развития республик, районов и отраслей.
Далее, ВЦ РАН совместно с Ассоциацией международного сотрудничества был проведен укрупненный анализ принципиальной возможности освоения южной зоны Восточной Сибири и Дальнего Востока, расположенной южнее 60-65-й параллелей от Енисея до Тихого океана. Этот анализ показал большое сходство данного макрорегиона с наиболее освоенной и промышленно развитой частью Канады, расположенной примерно в тех же широтах и имеющей сходные природно-климатические условия. Тем самым обосновывается возможность и целесообразность эффективного развития производительных сил на Востоке страны с учетом опыта Канады и с выводом их на уровень не ниже канадского.
Было показано, что имеются все необходимые начальные характеристики, позволяющие обосновать целесообразность и эффективность ускоренного развития производительных сил на Востоке страны с образованием
ряда крупных территориально-производственных комплексов.
Эффективность и актуальность комплексного освоения региона на базе использования ресурсов углеводородов подтверждаются результатами следующих исследований: доход, получаемый от использования единицы энергоресурсов нефти и газа на предприятиях РФ, более чем в 10 раз превышает доход от продажи этой единицы энергоресурсов; доход же страны, перерабатывающей ресурс с использованием новейших технологий, более чем в 20 раз превышает затраты на его покупку [7].
Поэтому предлагается реализовать Проект «Топливно-энергетический инновационный Восточный Российский Ход в XXI век», в рамках которого может быть разработана Программа поэтапного освоения богатейших ресурсов Восточной Сибири и Дальнего Востока сроком на 20-30 лет на основе опережающего развития добычи углеводородного сырья данного региона [8]. Данное предложение учитывает опыт беспрецедентного подъема отечественной нефтегазовой промышленности в 60-80-х годах прошлого столетия.
Данный проект может стать локомотивом ускоренного комплексного развития региона и обеспечить ресурсно-технологическую базу новой индустриализации России с преобладающим развитием наукоёмких отраслей промышленности. Используя разработки ВЦ РАН, можно будет разработать генеральную схему формирования на территории Восточной Сибири и Дальнего Востока новой единой энер-го-эколого-эффективной базы российской экономики, в частности, с общей мощностью по добыче газа первой очереди Проекта в объеме 270-300 млрд.куб.м. к 2030 году. Данная генеральная схема должна предусматривать оптимальное размещение на территории и очередность ввода в действие основных объектов нефтегазодобычи, магистральных трубопроводов, предприятий по переработке сырья, инфраструктуры, социально-бытовых, экспедиционно-вахтовых объектов и т.д.
Многофакторный, комплексный и межотраслевой характер проблем развития макрорегиона юга Восточной Сибири и Дальнего Востока с необходимостью требует использования системного подхода. Недостаточно просто перечислить имеющиеся проблемы, пусть даже самые важные; необходимо рассматривать целостную систему проблем и возможных
путей их решения с учетом их взаимного влияния друг на друга. С этой целью могут быть использованы методы системной динамики и системного анализа, что позволяет анализировать и выбирать наилучшие управленческие решения на основе комплексного применения различных математических методов и алгоритмов.
Таким образом, разработанный в ВЦ РАН математический аппарат и программное обеспечение регионального программирования могут быть использованы для решения следующих задач комплексного освоения и ускоренного социально-экономического развития макрорегиона юга Восточной Сибири и Дальнего Востока:
• стратегическое планирование развития макрорегиона с использованием многоуровневых формализованных моделей для различных этапов процесса стратегического планирования;
• перспективное планирование, моделирование и оптимизация развития нефтегазодобывающих регионов (групп месторождений), в том числе, с учетом неопределенности исходной информации;
• формирование и оценка вариантов сеток скважин, размещения буровых платформ и стратегий освоения шельфовых месторождений нефти и газа;
• проектирование генеральных схем комплексного развития отдельных территорий с учетом оптимального размещения объектов и коммуникаций различного назначения;
• проектирование генеральных схем обустройства отдельных месторождений углеводородов;
• формирование и оценка различных вариантов проектов добычи и переработки минерального сырья в регионе с определением наиболее рациональных объемов выпуска продукции и расчетом необходимых для этого технологий и ресурсов;
• размещение пунктов переработки сырья в регионе, построение и трассирование коммуникаций между источниками сырья, пунктами переработки и потребления;
• анализ и проектирование коммуникационных сетей различного назначения;
• формирование плана развития транспортной инфраструктуры макрорегиона с определением объема необходимых инвестиций, очередности освоения ресурсов и максимизацией извлекаемой прибыли;
Рис. 8 — Применение системы СПАС при анализе развития газотранспортных сетей Восточной Сибири
Рис. 9 — Схема разбуривания шельфового месторождения
