Системный анализ нефтегазового сектора

    Подробнее о процессах и оборудовании переработки  нефти, а также о различных  НПЗ можно узнать в работах [11-14].

 

    1.1.4 Комплекс, занимающийся транспортировкой

    Комплекс представлено перегонкой нефти/газа по трубопроводам и транспортировкой нефти танкерами.

    При эксплуатации месторождений, транспортировка  добываемой продукции, является одним  из основных вопросов. На сегодняшний  день транспортировка природного газа практически полностью осуществляется с помощью трубопроводов. Нефть, в свою очередь, транспортируют с помощью трубопровода в порт (тарифы на транспортировку нефти показаны на рисунке 1.5,а). Природный газ в сжиженном виде перемещают по морю при помощи специализированных судов-газовозов LNG (Liquid Natural Gas). Для этого метан при очень низких температурах (-164 °С) и, соответственно, больших затратах энергии сжижается в портах загрузки (его плотность при этом повышается в 600 раз), на время морского перехода термически изолируется, а в порту назначения снова превращается в газообразное состояние. На рисунке 1.5,б показана схема транспортировки нефтепродуктов по системе нефтепроводов и танкерами.

    

    Рисунок 1.5,а - Стоимость транспортировки нефти

    

    Рисунок 1.5,б - Схема транспортировки нефтепродуктов

    Подробнее о транспортировке нефти можно узнать в работах [15-16].

    1.1.5 Комплекс по распределению

    Связь между элементами осуществляется при  помощи нормативно-правовых актов/договоров/соглашений, а так же с помощью договоров  о купле-продаже. Распределение затрат между структурами НК представлено на рисунке 1.6.

    Поток нефти от производителя до конечного  потребителя представляет собой  сложную цепь с множеством элементов. На рисунке 1.6,а показана упрощенная схема потоков (распределения) продуктов НК. На рисунке 1.6,б представлен график потребления нефти в беррелях в день.

    

    Рисунок 1.6,б - Потребление нефти в баррелях в день.

    Более детально о распеределении и потреблении  продуктов нефтегазового комплекса  можно узнать в работах [17-20].

    Цель  системы НК — обеспечение энергоресурсами различные отрасли экономики.

    

    Рисунок 1.6,а - Поток нефтепродуктов

    

    Рисунок1.6 - Распределение затрат

    1.2  Закономерности взаимодействия  между элементами системы и системой

    Существуют 6 видов закономерностей, определяющих взаимодействие между элементами системы и самой системой [1],[21]:

1. эмерджентность (возникновение свойств системы, отличных от свойств элементов);
2. целостность (изменение свойств элементов приводит к изменению свойств системы);
3. аддитивность (свойства системы представлены как сумма свойств элементов);
4. синергизм (свойства системы представлены как произведение свойств элементов);
5. изоляция (стремление к независимости элементов) и систематизация (стремление к целостности);
6. изоморфизм (сходство объектов по форме и строению) и изофункционализм (когда изоморфизм рассматривается в динамике).

    Для НК характерной является эмерджентность, целостность, аддитивность.

    Эмерджентность  — возникновение новых качеств  системы, отличных от качеств элементов. Чем проще система, тем меньше проявляется свойство эмерджентности и наоборот. Если система эмерджентна, то невозможно определить свойства системы  вцелом, разбивая и анализируя ее составляющие.  Эмерджентность в НК рассмотрена на рисунке 1.7.

    Целостность — изменение в элементе системы  вызывает изменение в системе. Целостность  возникает из-за наличия связей. Различают абсолютную целостность, в таких случаях действие на любой  элемент отражается на всех элементах. Вводится коэффициент передачи свойств  k. В реальных случаях системы не являются абсолютно жесткими (k<1). Наличие целостности системы характеризуется наличием побочных эффектов (как положительных, так и отрицательных). Целостность в НК рассмотрена на рисунке 1.8.  

    Аддитивность  — изменения в системе представляют собой сумму изменений в ее определенных частях. К примеру, сумма  всех свойств каждого из составляющих НК  представляет собой главное свойство НК - обеспечение энергоресурсами.

    

    Рисунок 1.7 - Эмерджентность на примере НК

    

    Рисунок 1.8 - Целостность на примере НК

 

    2 ПОСТАНОВКА И РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ

    2.1 Постановка задачи

    Пусть — прибыль за один день, которая предполагается случайной величиной, зависящей от объема добычи нефти, случайных цен на нефть и от случайных затрат на ее добычу. Под затратами на добычу будем понимать суммарные затраты на разведку месторождений, бурение скважин и добычу нефти, переработку углеводородов их хранение и транспортировку.

    ,

    где — суммарные затраты на добычу одного барреля нефти в день,

    ,

      — затраты на  разведку месторождений,  бурение скважин и добычу нефти, переработку углеводородов их хранение и транспортировку соответственно.

    —  объем добычи баррелей нефти в день, при  текущей рыночной стоимости одного барреля нефти  . Объем выбирается так, что бы максимизировать прибыль.

    Проделав  множество итераций и получив  суммарные значения прибыли за десять лет для добычи легкой нефти и  нефти из битуминозных песков, строим доверительные интервалы для  обоих вариантов. На основе которых и будет приниматься решение о целесообразности инвестиций в добычу того или иного вида нефти.

    2.2 Теоретические сведения

    Решим данную задачу методом имитационного моделирования (метод Монте-Карло).

    Методы Монте-Карло — общее название группы численных методов, основанных на получении большого числа реализаций стохастического (случайного) процесса, который формируется таким образом, чтобы его вероятностные характеристики совпадали с аналогичными величинами решаемой задачи.

    Предположим, необходимо взять интеграл от некоторой  функции. Воспользуемся неформальным геометрическим описанием интеграла  и будем понимать его как площадь  под графиком этой функции.

    Для определения этой площади можно  воспользоваться одним из обычных  численных методов интегрирования: разбить отрезок на подотрезки, подсчитать площадь под графиком функции  на каждом из них и сложить.

    Алгоритм  Монте-Карло интегрирования:

1. для определения площади под графиком функции можно использовать следующий стохастический алгоритм:
2. ограничим функцию прямоугольником (n-мерным параллелепипедом в случае многих измерений), площадь которого можно легко вычислить;
3. «набросаем» в этот прямоугольник (параллелепипед) некоторое количество точек (N штук), координаты которых будем выбирать случайным образом;
4. определим число точек (K штук), которые попадут под график функции;
5. площадь области, ограниченной функцией и осями координат, S даётся выражением

    Для малого числа измерений интегрируемой  функции производительность Монте-Карло  интегрирования гораздо ниже, чем  производительность детерминированных  методов. Тем не менее, в некоторых  случаях, когда функция задана неявно, а необходимо определить область, заданную в виде сложных неравенств, стохастический метод может оказаться более  предпочтительным.

    2.3 Описание программного продукта

    В разработанном приложении решается задача, поставленная в пункте 2.1 (смотреть рисунок 2.3,а и рисунок 2.3,б).

    В приложении задаются начальные параметры, такие как начальный объем добычи нефти, а также распределение инвестиций в добычу жидкой нефти и нефти из песков в процентном соотношении.

    После ввода  и обработки данных, получаем результат, который показывает наш  суммарный доход за 10 лет на каждой итерации.

    Рисунок 2.3.а - Интерфейс приложения

    Рисунок 2.3.б - Интерфейс приложения

    Проделав  множество итераций и получив  суммарные значения прибыли за десять лет для добычи легкой нефти и  нефти из битуминозных песков, строим доверительные интервалы для  обоих вариантов. На основе которых и будет приниматься решение о целесообразности инвестиций в добычу того или иного вида нефти (рисунок 2.3,в).

    Рисунок 2.3,в - Доверительные интервалы, на основе которых принимается решение о целесообразности инвестиций в добычу того или иного вида нефти

    ЗАКЛЮЧЕНИЕ

    В данной работе было рассмотрено структуру НК, которая является линейной, состоящей из следующих элементов (комплексов): исследовательский комплекс, комплекс по добыче, комплекс по транспортировке/хранению нефти/газа, комплекс по переработке, комплекс по продаже.

    Определена взаимосвязь между составляющими комплекса, характеризующаяся следующими типами взаимодействия между элементами и системой: эмерджентность, целостность, аддитивность.

    Поставлена  и решена задача оптимальной стратегии инвестиций в добычу нефти из битуминозных песков. Суммарные затраты на добычу того или иного вида нефти определялись исходя из структуры НК. 

 

    

    ПЕРЕЧЕНЬ  ССЫЛОК

1. Новосельцев В.И. Теоретические основы системного анализа – М.: «Майор», 2006г. – 592с.
2. Вер-Вибе, В.А. Как находят нефть — М.: «Гостоптехиздат»,1959г. – 276с.
3. Иванова М.М. Нефтегазопромысловая геология/ М.М. Иванова, И.П. Чоловский, Ю.И. Брагин — М.: «Недра-Бизнесцентр», 2000г. – 414с.
4. Бобрицкий И.В. Основы нефтяной и газовой промышленности – М.: «Недра», 1988г. – 201с.
5. Boyun Guo. Petroleum Production Engineering/ by Boyun Guo, William C. Lyons, Ali Ghalambor — NY: «GP Publisher», 2007, - 287p.
6. William C. Lyons, Gary J. Plisga. Standard Handbook of Petroleum and Natural Gas Engineering — NY: «GP Publisher», 2005, - 1569p.
7. Natural Gas Information — IEA Publications (France), 2008, - 594p.
8. Zittel Werner. The Supply Outlook — Ottoburn: «Energy Watch Group», 2007, - 101p. 
9. Грей, Форест. Добыча нефти — М.: «Олимп-Бизнес», 2001г. – 410с.
10. Natural Gas: Market Review — IEA Publications (France), 2008, - 290p.
11. Ластовкина Г.А. Справочник нефтепереработчика/ Г.А. Ластовкина, Е.Д. Радченко, Н.Г. Рудина — Л.: «Химия», 1986г. – 648с.
12. Капустин В.М. Нефтеперерабатывающая промышленность США и бывшего СССР/ В.М. Капустин, С.Г. Кукес, Р.Г. Бертолусини — М.: «Химия», 1996г. – 300с.
13. Багринский О.Б, Мировая нефтехимическая промышленность — М.: «Наука», 2003г. – 556с.
14. Speight, James G. The Chemistry and Technology of Petroleum — NY: «CRC Press», 2000, - 955p.
15. Henry Lin. Pipeline Engineering — NY: «Lewis Publisher», 2003, - 422p.
16. TeaSoo Lee. The Dynamics of the Oil tanker Industry — B.E., «Hanyang University», 1986, - 113p.
17. OPEC: World Oil Outlook — Vienna: «OPEC Secretariat», 2007, - 158p.
18. Oil Market Report: 10 April 2009 — IEA Publications (France),2009, - 56p.
19. Wilson, John R. Energizing Our Future/ by John R. Wilson and Griffin Burgh – NJ: John Wiley & Sons, Inc., 2007 – 419p.
20. Hossein Askari. Middle East Oil Exporters — Bodmin: «MPG Books Ltd», 2006, - 383p.
21. Оптнер С. Системный анализ для решения деловых и промышленных проблем - Интернет-ресурс http://www.ckp.ru/biblio/o/optner/optner1.htm
22. Цена энергии: международные механизмы фрмирования цен на нефть и газ – Deport Legal(Бельгия): Секретариат энергетической хартии, 2007г. – 280с.
23. Medova E.A. Price Protection Strategies for an Oil Company/ by E.A. Medova, A.Sembos, University of Cambridge, 2000, - 23p.
24. Ali, Farouq S.M. Practical Heavy Oil Recovery/ by S.M. Farouq Ali, J.A. Jones, R.F. Meldau — Edm.: «University of Alberta», 1997, - 434p.
25. Engelhardt, Rob. An Introduction to Development in Alberta’s Oil Sands— Edm.: « University of Alberta », 2005, - 17p.
26. Alberta’s Petroleum Industry. Presentation to the Economic Development Alliance of Southeast — PSAC, 2006, - 31p.
27. Canada’s Oil Sands: Opportunities and Challenges to 2015 — Calgary: «National Energy Board», 2006, - 85p.
28. Canadian Crude Oil Production and Supply Forecast 2006-2020 — CAPP, 2006, - 31p.
29. Highlighting Heavy Oil — Oilfield Review, 2006, - 20p.
30. Geology and Resources of Some World Oil Shale Deposits — USGS, 2005, - 49p.
31. Strategic Significance of America’s Oil Shale Resource — U.S. Department of Energy, 2004, - 45p.