Содержание к диссертации
Введение
РАЗДЕЛ I. Системный анализ проблемы проектирования и управления морскими нефтегазовыми сооружениями и пути ее решения 14
Глава 1. Состояние вопроса и постановка задачи исследования 14
1.1. История и проблемы освоения шельфа 14
1.1.1. Мировой шельф 14
1.1.2. История освоения шельфа 17
1.1.3. Российский шельф 27
1.2. Технические средства освоения шельфа 38
1.2.1. Классификация технических средств освоения шельфа для задач автоматизированного проектирования - управления 39
1.2.2. Морские нефтегазовые сооружения 43
1.2.3. Особенности проектирования МНГС 44
1.2.4. Некоторые философские аспекты проектирования. 49
1.3. Возможности информационных технологий в задачах оптимального проектирования и управления МНГС 55
1.3.1. Программные средства САПР 62
1.3.2. Технические средства САПР 65
1.3.3. Информационное обеспечение автоматизи рованных систем 70
1.4. Постановка задачи на собственные исследования 73
Выводы по главе 75
Глава 2. Принципы построения автоматизированной системы проектирования и управления морскими нефтегазовыми сооружениями 77
2.1. Системный анализ проблемы 77
2.1.1. Анализ структуры системы 79
2.1.2. Выявление основных процессов в системе 88
2.1.3. Развитие и цели системы 93
2.1.4. Управление системой 98
2.2. Проектирование МНГС 103
2.2.1. Этапы проектирования 106
2.2.2. Концепция продолжающегося (динамического) проектирования 110
2.3. Основы построения автоматизированной системы АС Шельф 111
2.4. Информационное обеспечение автоматизированной системы АС Шельф 115
Выводы по главе 123
РАЗДЕЛ II. Оптимальное проектирование МНГС в среде АС шельф 125
Глава 3. Принципы оптимального многоцелевого проектирования в задачах освоения шельфа 125
3.1. Основные свойства МНГС как многопараметрической технической системы. Цели и критерии в задачах оптимального проектирования ТС 126
3.1.1. Функциональность как основной параметр МНГС 129
3.1.2. Экономичность МНГС и способы ее оценки 130
3.1.3. Параметры прочности МНГС 131
3.1.4. Экологичность как технический параметр газонефтепромысловой системы 136
3.1.5. Прочие свойства МНГС 143
3.2. Изменение свойств МНГС на протяжении жизни технической системы 147
3.3. Вопросы принятия решений в задачах оптимального Проектирования МНГС 149
3.3.1. Оценки при принятии решений 153
3.3.2. Графоаналитическая интерпретация задачи многоцелевого системного Проектирования МНГС 161
3.3.3. Анализ риска при принятии решений в задачах освоения шельфа 166
3.3.4. Элементы теории игр в задачах освоения шельфа 174
3.4. Разработка универсального алгоритма OPTIM многокритериальной оптимизации для задач поддержки принятия проектных решений 177
3.4.1. Словесное описание универсального подхода к решению задач 179
3.4.2. Формализация универсального алгоритма решения задач принятия решений 181
Выводы по главе 189
Глава 4. Оптимальное решение задач освоения морских нефтегазовых месторождений в среде АС Шельф 191
4.1. Задачи проектирования при освоении морского нефтегазового месторождения и пути оптимального их решения 193
4.2. Общая схема оптимального проектирования МНГС 198
4.3. Формирование облика объекта проектирования и егоэлементов 202
4.3.1. Возможные пути определения основных параметров технической системы методом решения оптимизационных задач 203
4.3.2. О формировании и отображении облика МНГС с помощью графических средств САПР. Графический пакет AutoCAD 204
4.4. Некоторые вопросы проектирования МНГС по показателю прочности 206
4.4.1 Основные нагрузки и воздействия на сооружение, влияющие на его прочность 208
4.4.2. Задачи анализа напряженно - деформированной состояния конструкции МНГС 217
4.4.3. Статическая постановка задачи 218
4.4.4. Динамическая постановка задачи 219
4.4.5. Использование метода конечных элементов в задачах оптимального проектирования МНГС 221
4.4.6. Пакет программ COSMOS/M 226
4.5. Задачи оптимального проектирования морских объектов хранения нефти в среде АС ШЕЛЬФ 228
4.6. Принципы автоматизированного проектирования; морских трубопроводов в среде АС ШЕЛЬФ 233
Выводы по главе 240
РАЗДЕЛ III. Практическая реализация теории и методов оптимального проектирования мнгс и решение других задач освоения шельфа. перспективные проблемы освоения морских нефтегазовых месторождений 242
Глава 5. Решение практических задач проектирования в среде АС Шельф 242
5.1. Проблема оптимального проектирования обустройства месторождения на шельфе острова Сахалин 243
5.1.1. Общая характеристика района и месторождения 246
5.1.2. Проектирование технологической схемы разработки и обустройства месторождения 250
5.1.2.1. Решение задачи оптимального выбора платформы 253
5.1.2.2. Решение задачи оптимального размещения платформы 263
5.1.2.3. Задача оптимального проектирования фундаментной части опорного блока при модификации гравитационной платформы 267
5.1.2.4. Решение задачи прочностного анализа опорного блока платформы 274
5.1.2.5. Компоновка верхнего строения платформы на основе анализа рисков 283
5.1.2.6. Задача выбора оптимальной трассы при проектировании подводного трубопровода 288
5.1.3. Задачи управления проектом при изменении проектной ситуации 292
5.2. Разработка системы мониторинга и диагностики состояния МНГС и территории освоения месторождения и пути их решения 296
5.3. Некоторые соображения о перспективах и проблемах развития технологии освоения шельфа 302
5.3.1 Задачи в области фундаментальных исследований 303
5.3.2. Задачи в области прикладных исследований 307
Выводы по главе 308
Общие выводы 309
Литература 311
Приложения 339
- Классификация технических средств освоения шельфа для задач автоматизированного проектирования - управления
- Информационное обеспечение автоматизированной системы АС Шельф
- Основные нагрузки и воздействия на сооружение, влияющие на его прочность
- Задача выбора оптимальной трассы при проектировании подводного трубопровода
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Освоение морских нефтегазовых месторождений континентального шельфа относится к числу приоритетных задач освоения ресурсов мирового океана. Она становится все более актуальной в связи с растущими потребностями человечества в сырье и энергии, ограниченными запасами и значительным истощением материковых ресурсов.
В настоящее время в мире около 40 процентов углеводородов добывается на шельфе. По прогнозам в перспективе эта доля возрастет до 50 - 60 процентов.
Россия, которая была в начале двадцатого века одним из пионеров освоения морских месторождений Азербайджана, в настоящее время нефть на шельфе практически не добывает. А между тем наша страна обладает самым обширным и богатым в мире шельфом, общая площадь которого составляет около 5 млн квадратных километров. Здесь сосредоточено от 80 до 100 миллиардов тонн углеводородов в пересчете на условное топливо, что составляет треть мировых морских запасов нефти и газа.
Мировой опыт показывает, что решение задачи разработки и освоения морских месторождений в научно-техническом плане значительно сложнее и дороже, чем разработка и освоение месторождений в обычных материковых условиях. Это качественно новая проблема, требующая пересмотра большинства подходов, сформировавшихся к настоящему времени в нефтяной науке, технологии и технике.
За последние десятилетия в мкре разработаны технические средства для освоения шельфа, к которым относятся такие сложные и дорогостоящие сооружения, как платформы для бурения скважин,
добычи нефти, а также сооружения для транспорта и хранения углеводородов. В ряде случаев возможны сочетания функций сооружений (платформа для бурения скважин, добычи и хранения нефти).
Все морские нефтегазовые сооружения (МНГС) принципиально отличаются от наземных. Они эксплуатируются в условиях экстремальных технологических и природных нагрузок. Сооружения имеют чрезвычайно высокую плотность компоновки оборудования, высоко пожаро- и взрывоопасны. МНГС - экологически опасные объекты. Все это обусловливает их высокую стоимость. Например, прокладка одного километра подводного трубопровода стоит несколько миллионов долларов, затраты на строительство современного морского стационарного сооружения для бурения скважин, добычи и хранения нефти может достигать 1-2 миллиардов долларов. Поэтому основную долю затрат при разработке и освоении морского месторождения, до 50% и выше, составляют расходы на его обустройство. В этой связи чрезвычайно важная роль отводится проектированию сооружений и поиску на этой стадии рациональных, эффективных инженерных решений с учетом будущего строительства, эксплуатации и утилизации МНГС.
Поэтому подход к проектированию МНГС должен быть особым. Проектирование должно быть системным, увязанным со всеми задачами освоения месторождения. Оно должно ориентироваться на достижение экстремальных критериев проекта, то есть быть оптимальным.
Целями настоящего диссертационного исследования являются следующие основные задачи:
- обобщение и анализ методов и технологий проектирования морских нефтегазовых сооружений;
разработка теоретических основ и методологии многоцелевого системного проектирования сооружений с учетом их жизненного цикла, многоцелевого характера функционирования и общей стратегии освоения морских нефтегазовых месторождений;
разработка общей структуры автоматизированной системы проектирования и управления морскими нефтегазовыми сооружениями;
разработка отдельных базовых элементов автоматизированной системы;
применение на практике результатов разработанных методов за счет:
использования разработанной методологии и моделей для решения задач проектирования и управления МНГС при освоении морского нефтегазового месторождения, причем наиболее показательного;
решение отдельных задач оптимального проектирования МНГС.
Научная новизна диссертационной работы состоит в разработке и обосновании методологии и моделей системного многоцелевого оптимального проектирования морских нефтегазовых сооружений в многомерном информационном пространстве их жизненного цикла (ЖЦ), реализованных на базе автоматизированной системы.
По отдельным направлениям исследований научная новизна заключается в следующем.
1. Впервые с учетом особенностей отдельных технологических этапов разработки и освоения месторождения углеводородов разработана научно обоснованная классификация МНГС для эффективного решения задач методами автоматизированного проектирования.
-
Впервые, на основе системного анализа задачи проектирования сооружений и проблемы освоения морских нефтегазовых месторождений (МНГМ), разработана иерархически - временная модель (ИВМ) многомерного пространства существования сооружения как системы в рамках его жизненного цикла с этапами проектирования (D), строительства (С), эксплуатации (Е) и утилизации (U).
-
На основе анализа адекватности механизма проектирования и управления морским нефтегазовым сооружением как технической системой (ТС), заключающегося в подготовке и принятии инженерных решений в интересах системы, впервые разработана концепция "непрерывного динамического проектирования" (проектирования и управлення) МНГС в пространстве его ЖЦ.
-
Обоснована необходимость рассмотрения проектирования ТС и других объектов, участвующих в освоении МНГМ, как многоцелевого процесса при многокритериальной оптимизации достижения целей.
5. Для задач многокритериальной оптимизации при
проектировании МНГС разработана и ранжирована обоснованная
система критериев принятия решений.
6. Для решения задачи многокритериальной оптимизации
разработан оригинальный универсальный алгоритм поддержки
принятая решений (ППР).
Практическая ценность и реализация работы в промышленности.
Исследования проводились в соответствии с постановлениями правительства об интенсификации освоения шельфа, об ускоренном развитии и применении в народном хозяйстве информационных технологий. Работа на протяжении ряда лет выполнялась в рамках хоздоговорных и госбюджетных работ по комплексной целевой программе КПЦ 0.04.03 "Разработать и внедрить прогрессивные
технологии и технические средства добычи нефти и газа на континентальном шельфе с различными природно-климатическими условиями" ГКНТ СССР, по межотраслевым программам Минтопэнерго РФ по проблемам освоения шельфа.
Результаты исследований нашли отражение в работе по межвузовской научно-технической программе "Создание и развитие учебно-исследовательских систем автоматизированного проектирования (УИ САПР) и их подсистем в высшей школе", где автор являлся главным конструктором САПР нефтехимического комплекса в 1986 -1990 годах.
Автор участвовал в 1992 году в составе группы экспертов в разработке концепции направления "Техника и технология освоения месторождений углеводородов шельфа" Государственной научно -технической программы "Недра России".
Разработки автора диссертации были использованы при подготовке и реализации Межотраслевой научно-технической программы Минтопэнерго России "Межотраслевые технико-экономические проблемы освоения углеводородных ресурсов континентального шельфа 1994 -1995 гг."
Разработки автора диссертации были использованы при реализации нефтяного проекта на шельфе острова Сахалин. Они способствовали нахождению рациональных технических решений при проектировании МНГС.
Материалы исследований использовались в подготовке учебно -методического обеспечения специальности 090900, а также в учебном процессе в курсе "Конструирование и строительство морских нефтегазовых сооружений", читаемом много лет автором в РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина.
Автором диссертации была оказана учебно-методическая помощь Ивано-Франковскому институту нефти и газа Украинской Республики в организации и методическом обеспечении специальности "Морские нефтегазовые сооружения". В рамках специального курса на базе материалов диссертации были прочитаны лекции в университете г. Ставангера (Норвегия) и Техасском университете "А&М" (США).
Автор диссертации принимал участие в организации и является координатором с Российской стороны Российско - Норвежской научно -технической программы "Морские нефтегазовые сооружения для Арктического Севера".
Апробация работы.
Результаты работы докладывались на многих общесоюзных, общероссийских и международных конференциях, в частности:
- на Всесоюзной конференции "Проблемы трубопроводного транспорта"
в г. Ивано-Франковске в 1986 году;
- на IV Всесоюзной конференции "Проблемы трубопроводного
транспорта нефти и газа" в г. Москве в 1988 году;
на 2-й Всесоюзной конференции "Комплексное освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР" в г. Москве в 1990 году;
на 2-й Всесоюзной школе -семинаре "Разработка месторождений нефти и газа. Современное состояние, проблемы, перспективы" в г. Звенигороде в 1991 году;
- на Всероссийской конференции "Проблемы информационного
обеспечения нефтегазовой промышленности" в г. Москве в 1992 году;
на международной конференции "Мониторинг нефтегазовых сооружений в условиях коррозии" в г. Москве в 1993 году;
- на Всероссийской конференции "Актуальные проблемы состояния и
развития нефтегазового комплекса России" в г. Москве в 1994 году;
- на Всероссийской конференции " Тренажеры и компьютеризация
профессиональной подготовки" в г. Москве в 1994 году;
- на Всероссийской научной конференции "Фундаментальные проблемы
нефти и газа" в г. Москве в 1996 году;
- на I, II, III и IV международных конференциях "Освоение шельфа
арктических морей России" в г.Санкт-Петербурге в 1993, 1995, 1997 и
1999 годах.
Публикации. По материалам диссертационной работы
опубликованы 1 монофафия и 52 печатные работы, среди которых учебно-методические пособия для студентов различных специальностей вузов нефтяного профиля.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, объединенных в три раздела, общих выводов, библиофафии из 315 наименований и 13 приложений на 26 страницах. Текст работы включает 363 машинописные страницы, содержит 62 пронумерованных рисунка и 26 таблиц.
Классификация технических средств освоения шельфа для задач автоматизированного проектирования - управления
Среди ведущих ученых и инженеров в области теории и практики проектирования и строительства морских нефтегазовых сооружений такие исследователи как Б. Гервик, У. Вебстер, Дж. Хербич, В. Граф, Т. Хсу и др. [251,253,258,260].
Вторая школа - европейская, представленная в сновном норвежскими, английскими, голландскими, французскими и немецкими фирмами и университетами. Эта школа сформировалась в шестидесятых годах и впитала в себя все лучшие достижения американской. Среди ведущих нефтяных и инженерных фирм Европы лидирующие позиции в освоении шельфа занимают "Бритиш Петролеум", "Статоил", "Тоталь", "Джон Браун", "Квернер", "Аккер", "Дорис" и другие, а также Лондонский и Эдинбургский университеты в Великобритании, Транхеймский Технологический университет в Норвегии, где значительный вклад в дело освоения шельфа внесли инженеры и исследователи А.Бредбиа, О.Гудмистад, Т.Доусон, Г.Клаус, Э.Лехман, К.Остергард, М. Пател, Д. Витц, О. Зинкевич, Р. Левис, К. Стаг, Н. Бартроп, А. Адаме, и др. [25, 64, 78, 235, 254, 255, 287, 289].
Советская, а теперь российская, школа теории и технологии морских сооружений шельфа сформировалась в основном в трех центрах: Ленинграде, Москве и Баку. Ленинградская школа представлена предприятиями ЦКБ МТ "Рубин", ЦНИИ им. А.Н. Крылова, СПМБМ "Малахит", ЦНИИ КМ "Прометей", Санкт-Пербургским Политехническим Университетом, Санкт-Петербургским Морским Университетом. Московское направление представлено Российским Государственным Университетом нефти и газа имени И.М.Губкина, Московским Строительным Университетом имени В.В.Куйбышева, институтом ВНИПИМорнефтегаз. Определенный опыт и потенциал накоплен также в Дальневосточном Политехническом институте, Нижегородском предприятии ЦКБ "Лазурит", Волгоградском предприятии ЦКБ "Титан", некоторых других организациях оборонного комплекса, входящих в настоящее время в объединение Росшельф, а также в ряде организаций стран СНГ: институте Гипроморнефтегаз (Азербайджан), институте ВНИПИШельф и предприятии "Коралл" (Украина). Среди советских и российских ученых и инженеров, внесших значительный вклад в теорию и практику освоения шельфа: П.П.Бородавкин, В.Л.Березин, С.И.Левин, Ф.М.Гаджиев, О.Б.Шадрин, Г.В.Симаков, Д.А.Мирзоев, С.А.Вершинин, Д.Д.Лаппо, К.Н.Шхинек, В.А.Лобанов, Б.Д.Носков, И.Ш.Халфин и др. [21, 22, 23, 31, 44, 113, 118, 142,201]. Основными направлениями работы советских и российских исследователей является разработка новых технологий и технических средств освоения нефтегазовых месторождений применительно к российскому шельфу, в частности с учетом сложных ледовых и климатических условий, больших глубин; разработка новых технологий и методов проектирования технических систем освоения шельфа. Проектирование сооружений континентального шельфа является важной, сложной, продолжительной, трудоемкой и наукоемкой задачей. Дело в том, что современное МНГС работает в экстремальных условиях. В ряде районов освоения морских нефтегазовых месторождений скорость ветра достигает 65 м/сек, высота волн 36 м при периоде волн 18 с, скорость течения на поверхности превышает 5 м/сек, масса айсбергов достигает 10-50 млн. т. На разработку индивидуального проекта современной глубоководной платформы или системы трубопроводов уходит свыше двух лет при интенсивной работе сотен специалистов высокой квалификации и использовании аналитических, информационных и вычислительных мощностей, и экспериментальных полигонов ведущих компаний и университетов. Проектирование - это только только первый этап (этап D) в; жизненном цикле сооружения. Зарубежные нормативные документы делят этот этап на стадии: "screeningphase" (ознакомительная стадия), "feasibility phase" (стадия обоснования возможностей строительства), "conceptional phase" (стадия концептуального проектирования), "detail design phase" (стадия рабочего проектирования). Зависимость количества специалистов, участвующих в проектировании крупного МНГС от стадий его проектирования, показана на рис. 1.11. Проектирование МНГС осуществляется с использованием общестроительных, кораблестроительных и других общих и специальных нормативных документов. К числу наиболее известных и авторитетных из них относятся американские нормативные документы:
Информационное обеспечение автоматизированной системы АС Шельф
Все эти определения правильно отражают отдельные аспекты и разнообразие приемов процесса проектирования, но не дают, да и не могут дать тем не менее его полной и однозначной формулировки. Стараясь подняться над ограниченностью перечисленных формулировок, Дж.К.Джонс в своей книге делает попытку дать определение проектирования, исходя не из течения самого процесса, а из его результатов [58]. Для этого делается попытка рассмотреть конец той цепочки событий, которая начинается с желаний заказчика, включает в себя проектирование, производство, сбыт, потребление и заканчивается влиянием вновь спроектированного объекта на мир в целом. Таким образом цель проектирования - положить начало изменениям в окружающей человека искусственной среде. Этот процесс подразумевает научные исследования, опытно - конструкторские разработки, разработку технологий, подготовку производства, системное проектирование и т.д.
Если объект разрабатывается для того, чтобы вызвать определенные изменения в мире, то проектировщик должен предвидеть конечный результат осуществления своего проекта и определить меры, необходимые для достижения этого результата. Проектирование оказывается все меньше направленным на сам разрабатываемый объект и все больше - на те изменения, которые должны претерпеть производство, потребитель и общество в целом в ходе освоения и использования нового объекта.
Формируя таким образом окончательный образ объекта в качестве чертежей проектировщик должен представить, смоделировать его функционирование и взаимосвязь с окружающей средой в течении всей жизни - всего жизненного цикла (ЖЦ), состоящего из четырех основных этапов: проектирование (D), изготовление и строительство (С), эксплуатация (Е), утилизация (U).
На вопрос о том, что же такое проектирование - искусство, наука или математика - необходимо ответить, что это и то, и другое и третье.
Одним из традиционных методов проектирования является создание чертежей в определенном масштабе. Вместе с тем усложнение и удорожание объектов проектирования, желание адекватно моделировать его взаимосвязь с усложняющейся окружающей средой в настоящем и будущем вызвали к жизни новые методы, основанные на системном подходе к проблеме. Пространство, в котором при проектировании приходится вести поиск новых систем, реализуемых на основе оригинальных решений модулей и узлов, слишком велико, чтобы в нем могли разобраться только люди, ограниченные рамками одной специальности и использующие традиционные методы. Новая философия представляет проектирование как последовательность принятия решения в интересах проектируемой системы на любом уровне, от общественно -политического до конструкции деталей.
Среди новых методов проектирования - "мозговая атака", "сенектика", "ликвидация тупиковых ситуаций", "морфологические карты", "упорядоченный поиск", "системотехника", "стоимостной анализ", "переключение стратегий", "трансформация системы" и т.д. Эти методы дают возможность "объективировать" процесс проектирования, вырвать объект из "субъективных объятий" узкого проектировщика, схематизировать задачу пректирования путем разделения ее на части, выделить взаимные связи между частями? не теряя ее целостности и целенаправленности. Все новые методы проектирования можно оценить в зависимости от того, насколько они отвечают процессу творчества, насколько они логичны и насколько они позволяют управлять процессом проектирования, что характеризуется как "черный ящик", "прозрачный ящик" и "самоорганизующаяся система" (см. рис. 1.12) . Методы черного ящика ориентированы на "озарение" проектировщика и не поддаются логическому описанию. К недостаткам этих методов можно отнести невысокий общий уровень проектирования "массовых" объектов, узость решаемых задач. Методы "прозрачного ящика" дают возможность видеть логику и системность мышления. Они характеризуются определенностью целей, переменных и критериев, проведением анализа, предшествующего поиску решений; анализу результатов в словесной форме; фиксированной стратегией поиска решений. Важнейшим достоинством методов "прозрачного ящика" является возможность автоматизировать, а следовательно, и ускорить детальные и многократно повторяющиеся операции проектирования.
Методы "черного ящика" и "прозрачного ящика" позволяют расширить область поиска при решении задач проектирования. Основным недостатком в обоих случаях является то, что проектировщик вырабатывает множество неизученных альтернатив, слишком большое для того, чтобы его можно было исследовать медленным способом сознательного осмысления. Он не может использовать методы "черного ящика", так как при этом вновь вступят ограничения, налагаемые опытом прошлого; в то же время он лишен возможности ускорить и автоматизировать поиск с помощью вычислительной техники, т.к. для составления программы для ЭВМ необходимо знать цели и критерии отбора, а они сами зависят от имеющихся вариантов.
Выходом из дилеммы, связанной с обилием нового материала и необходимостью сразу оценить его в целом, может явиться разделение работы проектировщика на две части: осуществление поиска подходящей конструкции; контроль и оценка схемы поиска (управление стратегией). Это дает возможность вместо слепого перебора вариантов применить осознанный поиск. Такая технология проектирования характеризуется как "самоорганизующаяся", "самонастраиваемая" система.
Участие в процессе проектирования и управления двух субъектов -человека и автоматизированной системы предопределяет оптимальное распределение их ролей в этом процессе. Будем считать, что такая гармония в нашем случае существует и АС генерирует для проектировщика множество альтернативных решений, помогает найти оптимальное из них, а в ряде случаев находит его по критериям, назначенным проектировщиком. Окончательное же решение остается за человеком, то есть лицом, принимающим решение (ЛПР) (см. рис. 1.13). В этом случае автоматизированная человеко - машинная система моделирует "самоорганизующийся" процесс проектирования, используя преимущества "черного" и "прозрачного" ящиков.
Основные нагрузки и воздействия на сооружение, влияющие на его прочность
На проектные условия оказывают также влияния нормативные акты и решения международных организаций в области раздела территориальных вод, судоходства, экологии и т.д. Решение ООН об экономических санкциях против Ирака, например, резко изменило ситуацию, связанную с проектированием МНГС в этой стране. Более весома роль "национального" уровня 2 системы в формировании проектных и управленческих условий. Государство определяет приоритетные направления своего развития ( цели 2.1; 2.2; 2.3; 2.4 ) и регулирует взаимоотношения с нижележащими уровнями системы (уровень 3). Это характерно, например, для России, где в настоящее время создаются предпосылки для ускоренного освоения шельфа, но которая вынуждена очень осторожно и ответственно относиться к амбициям регионов развивать "свой собственный шельф". Так, например, местные власти Чукотки пытаются организовать разведку и освоение морских нефтегазовых месторождений в Беринговом и Чукотском море, и решить свои местные проблемы за счет быстрого получения валюты и ускоренного экономического развития ( цели 3.1; 3.2; 3.3; 3.4; 3.5 ), т.е. как бы превращения региона в "Чукотские Эмираты". Это противоречит долговременным политическим, экономическим и экологическим интересам России, т.к. интенсивное освоение этого шельфа здесь в настоящее время без соответствующей региональной геологоразведочной подготовки, при отсутствии инфраструктуры, в крайне экологически ранимом районе приведет к колоссальным потерям для страны в целом. В настоящее время, в соответствии с государственными программами развития отрасли на ближайшие 1 - 2 десятилетия, приоритетными районами для освоения шельфа Российской Федерации определены Северо - Западный регион и шельф острова Сахалин [32, 43, 49, 128, 157].
Уровнем, непосредственно определяющим для МНГО внешнюю проектную среду, является уровень 4 со своими целями 4.1; 4.2; 4.3; 4.4. Естественно желание МНГК получить наибольший доход от эксплуатации месторождения за счет использования оптимальных проектных решений для МНГО и достижения за счет этого минимального уровня себестоимости углеводородов. Цели МНГО, таким образом, должны соответствовать целям МНГК.
Представляя из себя сложную систему и функционируя в среде МНГК (МНГМ), оказывающего на него непосредственное проектное (управленческое ) влияние, МНГО, в соответствии со своими целями (5.1 -5.9 ), оказывает определяющее влияние на нижележащий уровень 6. На этом уровне (уровне модулей, узлов, элементов) происходит проектирование и управление объектами, подчиненными МНГО, и имеющими свои цели существования ( цели 6.1 - 6.8 ).
Конструктивно и функционально МНГС устроены по-разному, но для задач АС эти МНГО можно сгруппировать: например группа платформ (Р), группа трубопроводов (PL). Это дает возможность в системе МНГО выделить общие модули. Опыт проектирования и эксплуатации платформ показывает, что их основными модулями являются: - верхнее строение (SPS); - опорный модуль (SBS); - скважины (W) ( см. рис. 2.2). Для трубопроводной системы (TR) такими модулями могут быть: - собственно трубопровод (PL); - перекачивающие станции (PS); - хранилища углеводородов (ST). Выделение основных модулей системы важно для их дальнейшей структуризации и построения подсистем их проектирования - управления. Как известно, системы ("родительские системы"(Р ) состоят из отдельных подсистем различного уровня иерархии. Рассматриваемая сложная техническая система МНГС также не может быть спроектирована сразу и требует своей декомпозиции. На рисунке 2.2 представлена декомпозиция системы нефтегазопромысловой платформы для решения задачи конструкторского проектирования. Разбиение системы предполагает "прорисовку" структурных связей между ее подсистемами, которые могут отражать: - строгую последовательную связь между разными уровнями подсистем в одном "прямом" вертикальном направлении (FVI), "обратном" вертикальном направлении (RVI) или же в обоих направлениях одновременно; - взаимосвязь между подсистемами одного уровня системы или же разных систем (Ы). Например, размер SPS зависит от возможностей опорной части, а также от количества скважин. Конструкция самого опорного блока будет определятся размерами, функциями, производительностью SPS, а количество скважин определяется параметрами SPS и SBS ( см. рис. 2.3). Такая же взаимозависимость существует между модулями PL, PS, ST, транспортной трубопроводной системы. Очевидно, что структуризацию и декомпозицию проектируемого объекта можно производить до определенных разумных пределов, которыми являются границы поставленной задачи, возможности информационной базы и трудозатраты на подготовку информации.
Задача выбора оптимальной трассы при проектировании подводного трубопровода
Движение в глубину системы с целью ее декомпозиции и более подробного ее описания, а также перемещения по координате времени ЖЦ (от предварительного проектирования системы к детальному и далее к другим этапам ЖЦ), требует вовлечения в процесс моделирования все большего количества параметров и моделей функционирования системы и ее моделей.
Моделирование МНГС на этапе предварительного проектирования отражает основные характеристики системы и формирует концептуальную модель сооружения. Опыт проектирования МНГС показывает, что для платформы на верхнем уровне параметрического описания системы основными характеристиками (параметрами) будут: - производительность платформы; - стоимость; - вес; - габаритные размеры; - глубина установки; - предельные боковые нагрузки. Для трубопровода параметрами модели верхнего уровня иерархии системы являются: - производительность; - стоимость трубопровода; - длина трассы. Проектирование МНГО как поиск оптимальных проектных и управленческих решений в многомерном пространстве инженерных решений осуществляется на многомерном оргграфе М, где узлы графа представляют из себя инженерные решения, а дуги отражают функционально - целевую взаимосвязь узлов, и представляют из себя способ и цену достижения этих точек пространства.
Каждая система МНГО имеет свой "вход" и "выход". Входами этих систем будут управляющие параметры МНГК - {X}, а выходами -функциональные параметры МНГО - {Y}.
Как уже было сказано выше, освоение шельфа в современной его интерпретации является относительно новой отраслью для отечественной нефтегазовой технологии, еще не накопившей достаточного опыта в области проектирования современных сооружений шельфа. Можно сказать, что проектирование МНГС как научно - техническая и технологическая дисциплина в стране только складывается. Существующие в России и странах СНГ немногочисленные проектные организации (ВНИПИморнефтегаз - г. Москва, Гипроморнефтегаз - г. Баку, ВНИПИшельф г. - Симферополь) основываются в своей деятельности на опыте проектирования наземных нефтегазовых сооружений, объектов гражданского и гидротехнического строительства, а также судовых систем, наследуя вместе с накопленным опытом консерватизм и ограниченность специализированного мышления проектировщиков. Так, например, в представлении "чистых строителей" нефтегазопромысловая платформа является в первую очередь гидротехническим сооружением. Кораблестроители предпочитают видеть в МНГС судно. В представлении же нефтяников - это площадка, где расположено буровое и промысловое оборудование, хотя эти уникальные сооружения являются одновременно и тем, и другим и третьим, представляя из себя совершенно новый тип технических систем.
Проектирование - важнейший этап в жизни сооружения. Как процесс принятия последовательных и конкурентных решений он характеризуется тем, что от их правильности во многом зависит в дальнейшем эффективность, надежность, безотказная работа МНГС, т.е. те параметры, изменить которые будет трудно или невозможно на более поздних этапах ЖЦ.
В процессе проектирования происходит формирование модели объекта и ее постепенное уточнение. При этом используются формальные и неформальные методы принятия решений, использующие проектную информацию. Часть этой информации является объективной (в английских публикациях "hard"), основанной на аналитических моделях и научных принципах. Другая часть информации получена неформальным путем и базируется на опыте и интуиции проектировщиков.
Анализ публикаций в области методологии проектирования, а также опыта проектирования МНГС показывает, что в основе его лежит циклический, итеративный процесс, т.е. процесс последовательного постепенного приближения первоначально сформированной модели МНГС через стадии проектирования к ее окончательному варианту (см. рис. 2.7). Сначала анализируются всевозможные альтернативные варианты МНГС для данного месторождения. Затем из этого множества выбираются принципиальные конструкции, которые подходят для данного месторождения исходя из функциональных, геолого - гидро метеорологических, экономических и других соображений. Далее определяются точки их установки по площади месторождения. После этого процесс проектирования вступает в фазу уточнения проектных решений по МНГС и их модулям, конструирования отдельных узлов и элементов сооружения, уточнения их стоимостных характеристик, а также всего сооружения в целом. По мере углубления процесса проектирования в него вовлекается все большее количество людей и проектных мощностей, что похоже на "снежный ком", который по мере скатывания с горы становится все больше и его все труднее становится остановить.
Методику проектирования МНГС определяют нормативные документы. К настоящему времени выпущено несколько общегосударственных и ведомственных документов (см. табл. 2.2).