В современном мире все чаще уделяется внимание вопросам развития сегмента морской нефтегазодобычи [2]. Интерес к данному отраслевому сектору обусловлен наличием значительных перспектив и потенциала, реализация которых способна обеспечить потребность мирового рынка в энергоносителях в средне- и долгосрочной перспективе, а также необходимостью трансформации сегмента в целях сохранения его конкурентоспособности в условиях активно меняющегося энергетического рынка [3].
Разработка и эксплуатация углеводородных месторождений континентального шельфа представляют собой комплексную наукоемкую техническую проблему, связанную с проведением геологоразведочных работ, бурением скважин, добычей нефти и газа, промысловой подготовкой и транспортировкой углеводородов потребителям [4]. Для успешного проведения всех технологических операций требуется самое современное оборудование и технологии [5].
Континентальный шельф Мирового океана составляет около 5 % от общей площади поверхности Земли. На данной территории сосредоточено около 35 % мировых запасов нефти и 29 % запасов природного газа. Общий углеводородный потенциал Мирового океана оценивается на уровне около 264 млрд т нефтяного эквивалента (запасы категории P50, т. е. вероятность их извлечения оценивается в 50 %), из них около 152 млрд т – ресурсы природного газа и 112 млрд т – ресурсы нефти (рис. 1) [3].
В соответствии с трендами развития морского сектора нефтегазовой отрасли и динамикой истощения традиционных запасов углеводородов континентальной части в среднесрочной и долгосрочной перспективе ожидается увеличение доли продукции морской нефтегазодобычи в общей структуре поставок углеводородов на мировой рынок [2]. Так, на рис. 2 представлены данные по состоянию до конца 2015 г., однако, по прогнозам аналитиков, этот тренд будет сохраняться еще длительное время.
Разработанная программа позволяет определить наиболее рациональное с экономической точки зрения расположение манифольд подводного добычного комплекса. В качестве исходных данных программа использует координаты пробуренных и планируемых к бурению скважин. На основе информации о количестве скважин и их взаимном расположении происходит распределение скважин по группам таким образом, чтобы расстояние от каждой отдельной скважины массива до центра этого массива, в котором будет располагаться манифольда, было минимальным. Данный процесс реализован с помощью использования алгоритма кластеризации методом k-средних.
В качестве исходных центров кластеров выбираются точки, наиболее удаленные друг от друга. Затем, в ходе выполнения алгоритма, точки кластера (скважины) перераспределяются между кластерами таким образом, чтобы суммарное квадратичное отклонение точек кластеров от центроидов этих кластеров было минимальным. Затем происходит вычисление новых центров полученных кластеров, которые заменят предыдущие. Данные действия повторяются до тех пор, пока полученные кластеры и центры кластеров не будут такими же, как при предыдущей итерации. В результате выполнения данного алгоритма скважины распределяются по группам наилучшим, с точки зрения их расположения, способом.
Однако особенность алгоритма k-средних заключается в том, что количество кластеров, на которое будет разбит общий массив точек, заранее неизвестно – это число определяется самим исследователем. При этом реальное количество кластеров может отличаться от числа, заданного пользователем.
В качестве решения данной проблемы предложен цикл, который в результате каждой своей итерации делит общий массив точек на группы, количество которых с каждой следующей итерацией будет возрастать на единицу до тех пор, пока реальное количество кластеров в нынешней итерации не будет равно реальному количеству кластеров при предыдущей итерации, при условии, что результат деления скважин на группы в обеих итерациях получился одинаковый. Например, на рис. 3 при попытке деления массива скважин на 6 групп, в реальности сетка делится только на 5 кластеров, причем полученные кластеры совпадают с результатом кластеризации, полученном при предыдущей итерации (когда в качестве числа, на которое будет делиться массив, было выбрано число 5).
Ввиду технической особенности манифольд, заключающейся в том, что число подключаемых к ним скважин ограничено, четно и лежит в промежутке от 4 до 12, необходимо распределять скважины по группам таким образом, чтобы выполнялись описанные выше условия. Данная задача реализована с помощью цикла, проверяющего созданные в результате выполнения алгоритма k-средних группы точек на соответствие заданным условиям. В случае невыполнения одного из условий происходит перераспределение минимально необходимого числа точек в другие массивы. После соблюдения всех условий в полученных группах определяются координаты, в которых будут располагаться манифольды, и к ним будут подводиться скважины соответствующей ей группы. При невозможности разбить сетку скважин на кластеры, соответствующие техническим требованиям манифольд, происходит запись о том, что цена на реализацию такого проекта будет бесконечно большой; в дальнейшем это приведет к исключению данного варианта при поиске наиболее оптимального.
Таким образом, в каждой итерации существует свой вариант распределения скважин по манифольдам. В конечном счете, каждый такой вариант просчитывается с экономической точки зрения, находится примерная сумма, которую необходимо будет затратить на создание ПДК без учета бурения с предложенной системой распределения скважин. Формула для расчета стоимости:
Собщ= Сман + Lтруб(Cтр + Скаб) (1)
где Сман – сумма стоимостей всех манифольд, необходимых для реализации проекта, [Сман] = $;
Lтруб – сумма длин всех трубопроводов, необходимых для реализации проекта, [Lтруб]=м;
Cтр – стоимость 1 погонного метра трубопровода, [Cтр] = $/м;
Скаб – стоимость 1 погонного метра шлангокабеля, [Скаб] = $/м.
Пример результатов расчетов стоимостей реализации проектов представлен на рис. 4.
На рис. 5 представлен график, наглядно показывающий стоимость возведения эксплуатационного объекта для каждого из найденных вариантов.
Далее из всех вариантов выбирается наиболее выгодный – он и будет конечным результатом, который получит пользователь (рис. 6).
Заключение
Рассмотренная программа, позволяет на основании изначально заданных параметров разбить массив скважин на определенные кластеры с координатами манифольд для каждой группы и получить примерную сумму затрат, необходимую для возведения ПДК, не учитывая затраты на бурение самих скважин.
Определяемое сочетание этих показателей – наиболее целесообразное с технологической и экономической точек зрения для их реализации на практике.
Применение программы поможет оптимизировать процесс расчета расположения манифольд подводного добычного комплекса.
