Kaya Gazı Üretiminde Karışık Tamsayılı Programlama Modelinin Uygulanması: EQT Şirketi Örneği
Editörün Notu:
Bu makale kısaca kaya gazı şirketlerinin doğal gaz üretimini optimize etmek için karma tamsayılı programlamayı nasıl kullandıklarını açıklamaktadır. Orijinal stratejiye kıyasla, optimize edilmiş stratejinin doğal gaz üretimini ve şirketin net bugünkü değerini büyük ölçüde artırabileceği sonuçlardan görülebilir.
1. EQT şirket profili
Merkezi Pennsylvania, Pittsburgh'da bulunan EQT, 131 yıllık bir geçmişe sahiptir ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki en büyük doğal gaz üreticisidir. EQT'nin ana işi kaya oluşumu keşfi, doğal gaz çıkarımı ve doğal gaz piyasası teslimatını içerir. Şirket, Pennsylvania, West Virginia ve Ohio'da bir milyon hektardan fazla arazinin madencilik haklarına sahiptir.Şirket, 2017'de günlük ortalama 70 milyon metreküp doğal gaz çıkarımı ve yıllık 3,38 milyar ABD doları gelire sahiptir. Toplam varlıklar yaklaşık 30 milyar ABD dolarıdır.
2. Sorunun arka planı: enerji sektöründe kaya gazı çıkarımı
Şeyl gazı, şeyl oluşumlarında depolanan doğal gazdır. Son on yılda kaya gazı, Amerika Birleşik Devletleri'nde giderek daha önemli bir doğal gaz kaynağı haline geldi ve aynı zamanda dünyadaki diğer ülkelerden de yoğun ilgi gördü. 2000 yılında, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki kaya gazı üretimi, toplam doğal gazın yalnızca% 1'ini oluşturuyordu; 2010 yılına kadar, hidrolik kırma ve yatay sondaj teknolojilerinin gelişmesi nedeniyle, kaya gazı% 20'den fazlasını oluşturuyordu. ABD Enerji Bilgi İdaresi (Enerji Bilgi İdaresi) tahminine göre, 2035 yılına kadar ABD doğal gaz arzının% 46'sı kaya gazından sağlanacak.
Şekil 1. Şeyl gazı kuyusunun kesit görünümü (solda), çoklu yatay kuyular (sağda)
Şekil 2. ABD'deki büyük kaya gazı kuyularının üretim eğrisi (birim: fit küp)
Kaya gazı kuyuları farklı kalitede doğal gaz üretebilir. Geleneksel olarak kuru gaz ve nem olarak ikiye ayrılır. İki gazın ana bileşeni metandır. Aralarındaki en önemli fark, nemin çok sayıda doğal gaz sıvısı (NGL) içermesidir. Bu NGL'ler, etan, propan, pentan, bütan ve doğal benzin dahil olmak üzere hafif hidrokarbonlardır. Bir üretici müşterilere doğal gaz teslim ettiğinde, farklı müşterilerin doğal gazın bileşimi ve ısıtma değeri için farklı gereksinimleri vardır. Aralık . Bu gereksinimleri karşılayabilmek için, çıkarılan doğal gazın, türüne bağlı olarak sıvı doğal gazın uzaklaştırılması için fabrikalarda farklı şekilde arıtılması gerekmektedir.
Basitçe ifade etmek gerekirse, kuru gaz nispeten yüksek oranda metan içerdiğinden, kalorifik değeri nispeten stabildir ve işlem görmeden doğrudan müşterilere tedarik edilebilir; bununla birlikte, ıslak gaz% 15'e kadar sıvı doğal gaz içerebilir, bu nedenle ek işlem gereklidir ve buna karşılık gelir maliyet. Bu nedenle piyasa fiyatları açısından, Nem fiyatı genellikle kuru gaza göre çok daha yüksektir . Ve aynı bölgede hem kuru gaz hem de ıslak gaz olabilir, bu da bir kaya gazı kuyusunun aynı anda kuru gaz ve ıslak gaz üretebileceği anlamına gelir. Bu durumlarla karşılaşıldığında, EQT'nin genellikle aşağıdaki kararları vermesi gerekir: 1) Piyasa fiyatı tahminlerine göre, hangi şeyl gazının kuyudan çıkarılacağını seçin; 2) müşteri ihtiyaçlarını karşılamak için kuru ve ıslak gazı ne zaman ve nasıl karıştıracağınıza; 3) üretimi iyileştirmeye nasıl karar verilir .
Şekil 3. Kaya gazı gelişiminin üstyapı modeli
Üç, karışık tamsayı programlama modellemesi
Aşağıda modelleme sürecini kısaca tanıtıyoruz. Şekil 3, bir bölgedeki kaya gazı üretiminin üst yapısını göstermektedir. Üst yapıda madencilik için uygun tüm kuyu sitelerine sahibiz (kırmızı harf p). Her bir kuyu sahasında birden fazla şeyl gazı kuyusu seçilebilir. Gaz nakil hatlarının olası yapısı şekilde kesik çizgilerle gösterilmektedir. Gaz toplamanın karıştırma düğümü (yani kırmızı harf ile siyah noktalı çizgi arasındaki bağlantı) j harfiyle temsil edilir. Çıkarılan gazın işlenmek üzere fabrikaya taşınması gerekir (işleme ünitesi). Doğal gaz daha sonra Amerika Birleşik Devletleri eyaletlerini birbirine bağlayan büyük doğal gaz boru hattı ağına enjekte edilir. EQT belirli bir kuyu sahasında maden çıkarmayı seçerse, orada bir sondaj platformu inşa etmek gerekir ve toplam sondaj platformu sayısı sabittir; aynı zamanda hidrolik kırma kullanma ihtiyacı nedeniyle, tüm alandaki su kaynakları ve basınç istasyonları da üst yapı çiziminde işaretlenmiştir. Dışarı.
Araştırmacılar, geçmiş keşif verilerinden her bir kuyu sahasındaki kaya gazı üretimini tahmin edebilirler. Bu nedenle model, her kuyunun üretim eğrisinin bilindiğini varsayar. Olası her gaz boru hattı şebekesindeki gaz akış yönü de varsayılır. Araştırmacılar, net bugünkü değeri (NPV) en üst düzeye çıkarmak için önümüzdeki iki yıl içinde kaya gazı sahalarının ve bu bölgedeki boru hattı ağının inşasının geliştirilmesini planlamayı umuyorlar.
Spesifik olarak, tüm karar verme süreci üç seviyeye ayrılmıştır: plan, tasarım ve strateji:
Planlama kararı Aşağıdaki içerik dahil: a) hangi şist kuyusunu ne zaman çıkaracak; b) her şist kuyusu için kaç yatay kuyunun çıkarılacağı; c) şist kuyusunun üretimde sınırlandırılıp sınırlandırılmayacağı ve ne kadar süreyle; d) sınırlı sondaj platformunun etkili bir şekilde nasıl tahsis edileceği; e) Bir şist kuyusu çıkarmak için ne kadar su kullanılır.
Tasarım kararı Aşağıdakiler dahil: a) nakliye boru hattının nasıl döşeneceği; b) boru hattının taşıma kapasitesinin nasıl seçileceği; c) basınç istasyonunun nereye inşa edileceği; d) basınç istasyonuna ne kadar elektrik sağlanması gerektiği.
Stratejik Karar Aşağıdaki içerik dahil: a) Tüm şebekenin çıkış noktasının tek veya çoklu olarak nasıl seçileceği; b) Doğal gazın partiler halinde dağıtımının genel düzeni; c) Arıtılması gereken miktar.
Modeldeki ana karar değişkenleri ve kısıtlamaları şunlardır:
0-1 tam sayı değişkenleri ve üretim kısıtlamaları: Her noktada kuyu sahasında sondaj yapılsın, birkaç yatay kuyunun üretimi bir dizi 0-1 değişken tarafından kontrol edilir. Kuyu sayısı, maksimum kuyu sayısından ve mevcut sondaj platformlarının sayısından az olmalıdır. Toplam üretim hacmi, her bir sondaj platformunun beklenen üretim hacmi ile kuyu sayısının çarpımından daha az olmalıdır.
Sürekli değişkenler ve akış dengesi kısıtlamaları: Her bir kuyu sahasından üretilen doğal gaz, Şekil 3'teki nakliye boru hattına girdi olacaktır. Bu nedenle, boru hattındaki her düğüm için, girdi kapasiteden daha az olmalı ve girdinin çıktıya eşit olması gerekir.
0-1 tamsayı değişkeni ve ekipman boyutu seçim kısıtlamaları : Boru hattının boyutu ve kompresörün boyutu, modelde ayrık değişkenler olarak ayarlanır. Her boru hattının boyutu akış ve basınca göre belirlenir Akış ne kadar büyükse, basınç o kadar büyük, boru hattının boyutu ve kalınlığı da o kadar büyük olur. Benzer şekilde, kompresörler farklı boru hatlarına doğal gaz pompalarken, her bir boru hattının taşıma kapasitesi dikkate alınmalıdır.Farklı kompresör türleri farklı basınçlar üretecektir. Ek olarak, boru hattı kurulum süresini yansıtmak için teslim süresi tanıtılır.Boru hattı yalnızca teslim süresinden önce kurulabilir ve boru hattı teslim süresinden sonra kullanılabilir.
Sürekli değişkenler ve su kaynakları kısıtlamaları
Hidrolik kırılma çok fazla su kaynağı gerektirir ve her şeyl kuyusu ortalama olarak milyon litre su gerektirir. Bu nedenle kaya gazı madenciliği sürecinde su kaynaklarının nasıl temin edileceği çok önemli bir konudur. Su kaynağı kısıtlamaları basittir, sadece arzın talepten daha büyük veya ona eşit olmasını sağlayın.
0-1 tamsayı değişkeni ve teçhizat sayısı
Her dönemde geliştirilen kaya gazı kuyularının sayısı, mevcut sondaj kulelerinin toplam sayısını aşamaz.
0-1 tamsayı değişken ve harici boru hattı arayüz seçimi
Bu karar değişkeni, her dönemde doğrudan müşteriye boru hattının mı yoksa arıtma ve arıtma tesisine giden boru hattının mı seçileceğini temsil eder. Birden fazla harici arayüz varsa ve modele çift doğrusal terimlerin dahil edilmesi gerekiyorsa, sorun artık doğrusal bir sorun olmayacaktır. . Doğal gazın müşteriler için ısıl değeri, ilgili gereksinimleri karşılamalıdır.
Aynı zamanda, EQT ve arıtma tesislerinin üç tür sözleşmesi vardır: işlem hacmi için ödeme yapan sözleşmeler, pazar gelirini paylaşan sözleşmeler ve maliyetleri düşürmek için doğrudan doğal gaz kullanan sözleşmeler Bu tür bir kısıtlama aynı zamanda bu üç sözleşmenin gelir üzerindeki etkisini de yansıtmalıdır.
Ek olarak, arıtma tesislerine veya müşterilere götüren doğal gazın harici boru hatları kiralaması gerekir ve bu harici boru hatlarının sahipleri genellikle minimum kullanımı garantilemek için bir sözleşme imzalamak için EQT'ye ihtiyaç duyar. Bu tür kısıtlamaların da modele eklenmesi gerekir.
Dördüncüsü, algoritmanın gerçek performansı
Şekil 4. Optimizasyon öncesi ve sonrası üretim karşılaştırması (aylık)
Şekil 4'te optimizasyon öncesi ve sonrası aylık doğal gaz üretim karşılaştırmasını gösteriyoruz Optimize edilmiş üretimin önemli ölçüde iyileştirildiği açıkça görülmektedir. Optimizasyon öncesi ve sonrası üretimin ilk 7 ayı arasında önemli bir fark olmadığı, günde sadece 1,7 milyon metreküp olduğu rakamdan görülebiliyor; ancak optimizasyondan sonra 8. aydan 24. aya çıktı önemli ölçüde artarak en yüksek üretim 4,5 milyona ulaştı. Kübik / gün. Net bugünkü değer karşılaştırıldığında, optimize edilmiş net bugünkü değerin 214 milyon ABD dolarına ulaştığı, önceden optimize edilmiş net bugünkü değerin ise sadece 80 milyon ABD doları olduğu görülebilir.
Beş, sonuç
Operasyon araştırması ve matematiksel planlama, işletmeler ve ülkeler için verimliliği artırmak ve kaynak tahsisini optimize etmek için tedarik zinciri, lojistik, enerji, ulaşım, ekonomi vb. Gibi çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bugün [OM] bölümü, enerji alanında yöneylem araştırması uygulamasını yaygınlaştırmak için Amerikan EQT şirketinin durumunu kullanmaktadır.
Yöneylem araştırmasında çalışan meslektaşlar da kendi alanlarındaki yöneylem araştırmasının uygulama vakalarına aktif olarak katkıda bulunabilirler ve bunları paylaşabilirler.
(Bu makale bir ağ alıntı veya yeniden basımdır, telif hakkı orijinal yazara veya yayın medyasına aittir. Çalışmanın telif hakkıyla ilgiliyseniz, lütfen bizimle iletişime geçin.)
