問題
ペチョラ海の沖合油田は、北極棚での石油抽出のためのロシアの大手企業のプロジェクトです。北極圏仕様に設計されているため、プラットフォームは厳しい気象条件で使用でき、巨大な氷に耐えられる特殊で技術的に複雑なプロジェクトです。
北極タンカーに石油の積み込みが2014年4月にプラットフォームで開始されましたが、2021年までにプラットフォームオペレーターは最大500万トンの石油生産の増加を計画しています。しかし、様々な経験末、石油の輸出とプラットフォームからの海上輸送システムを改善する必要があることが明らかになりました。北極海の気象および氷の状態の変動を考慮し、海上輸送システムの有効性、帰還性、および安全性を高める必要がありました。
この課題に対処するために、2016年、州研究センターの専門家は、2038年までの期間、沖合油田の輸送システムを研究するため、AnyLogicで開発された詳細なシミュレーションモデルを使用しました。
解決策
海上輸送システムには、プラットフォーム自体、2つのシャトルタンカー、およびいくつかのオフショア供給船が含まれます。見かけは単純ですが、輸送システムはいくつかの重要な機能のために非常に具体的に定義されます。
- 4つのプラットフォームの各貨物ターミナルは、変動性が高い気象条件と氷の状態による運用上の制限があります。
- オイルはプラットフォームからシャトルタンカーに直接積み込まれ、供給される貨物の処理とともに、異なる種類の船舶は、ターミナルの使用をめぐって互いに競争しなければなりません。
- 石油と物資供給のカーゴフローは、量や構造等が大きく異なります。
- プラットフォームの石油タンクと物資貯蔵の容量は限られているため、物資の供給と石油輸出プロセスのジャストインタイム化はとても重要です。
AnyLogic環境でエージェントベースと離散イベントモデリングを使用することにより、州研究センターの専門家は、輸送システムのシミュレーションモデルを作成しました。このモデルで、現システムのロジスティックプロセス及び重要な技術的特徴すべてを考慮することができました。沖合油田とMurmansk港間の船舶運航は、航路の自然条件を考慮し、GIS環境でモデル化されました。
相互作用するいくつかの計算プロセスは、一般的なシミュレーションモデルで個別のシミュレーションアルゴリズムとして表されました。
- 貨物運送、例えば外洋航行船の航海計画
- 気象条件の生成と貨物ターミナルのアクセシビリティの決定
- プラットフォームストレージの入出ダイナミクスモデリング
- プラットフォーム周辺の船舶運航のモデリング
- ヘリコプター等の到着、外洋航行船の追加および移動のような予備の確率過程とイベント
4か所の貨物ターミナルに同時にアクセスできることを説明するために、専門家はプラットフォームの場所で自然条件下の確率的ジェネレーターを作成しました。ジェネレーターにより、さまざまなパラメーターの相互関係を考慮しながら、風速と風の向き、波の高さ、曇の状況、気温、視界など、15の環境パラメーターの時系列をモデル化することができました。たとえば、風と風潮は、氷の漂流速度と方向に影響を与えます。
また、このモデルは、さまざまな気象条件におけるプラットフォームに集まる船舶の複雑なロジックについても説明しました。また、様々なタイプの供給積荷の連続オペレーションを行なう能力、ウェザー・ウィンドウ終了、別のターミナルへの外洋航行船の移動あるいはプラットフォームから3マイルの境界ゾーンの外側の外洋航行船の出発によるオペレーションの予定外の中断等の要件を追加しました。また、このモデルには、石油貯蔵がいっぱいになるリスクがある場合に、石油生産を局所的に減少させるアルゴリズムが含まれていました。
入力パラメーターとして機能するデータは次のとおり：2038年までの期間の原油と供給の計画された貨物フロー、最適化アルゴリズムを使用して生成された船舶運航の戦術航海計画、および船舶運航の平均期間。
結果
造船開発研究所の専門家は、プラットフォームの海上輸送システムの効率を高める11の改善策を分析しました。対策のリストには、シャトルタンカーの稼働、石油荷降ろし速度の向上、砕氷船の使用、およびその他の方法が含まれていました。実際の分析目的は、コスト比率の観点から輸送システムの効率を高め、石油の生産不足を削減することでした。
2016年から2038年までの期間の石油の生産不足量が、主な効率基準として機能しました。この量は、石油生産量の減少の数値と期間に基づいて計算されました。貯蔵所が満杯で、タンカーが十分な速さで石油を荷降ろしできない場合に発生します。
得られたデータは、ターミナルまたは石油貯蔵庫の建設が不可欠であり、石油の生産不足にならないことを担当者が発見するのに役立ちました。しかし、実際には費用がかかり、技術的に複雑であることが判明したため、さらなる検討が必要でした。
シミュレーションモデリングにより、専門家は、石油ターミナルのアクセシビリティの拡大が他のすべての手段のシステム効率に最も良いプラスの影響を与えることを明らかにしました。これは、さまざまな技術的手段を実装し、タンカー貨物オペレーションの短い気象時間枠を使用して、気象時間枠の合計期間を10〜15％延長することで実現できます。ただし、システム効率の重要なポイントは、アクセシビリティ期間の合計期間ではなく、目的の瞬間にプラットフォームに近づくためのタンカーの可用性です。
このモデルにより、システムのボトルネックはタンカー不足ではなく天候の変化に影響する石油の荷降ろしのため、専門家はシャトルタンカーを増やして稼働させてもシステム効率に大きな影響がないことを発見しました。
AnyLogicモデルで収集された調査結果は、専門家が各改善策の技術的および運用上の特性を決定し、すべての主要パラメーターの統計的分布則を評価するのに役立ちました。得られたデータは、ロシアで最大級の石油生産会社の一つの最上層での経営判断を下すための基礎を形成しました。
石油生産会社のために国立研究センターの専門家が実施した別のプロジェクトは、シミュレーションモデリングの助けを借りて、厳しい氷の環境のための海上石油輸送システムの設計でした。このプロジェクトの詳細については、「ケーススタディ」セクションを参照してください。