Умные алгоритмы управления факельным хозяйством как механизм сокращения сжигания попутного газа и снижения углеродного и химического загрязнения вблизи промыслов

Аннотация

Статья рассматривает проблему избыточного факельного сжигания попутного нефтяного газа на промыслах и предлагает интеллектуальную систему управления факельным хозяйством, ориентированную на проактивное снижение сбросов и сопутствующих выбросов парниковых и токсичных веществ на основе предиктивной аналитики и многокритериальной оптимизации. Эмпирической базой послужил обезличенный массив технологических данных за 2018-2022 гг. (более 50 ТБ) с более чем 800 датчиков (расход, давление, температура, состав ПНГ, режимы компрессорных и подготовительных установок); разработана верифицированная динамическая модель системы сбора и утилизации ПНГ в MATLAB/Simulink (среднее отклонение ключевых параметров не более 3,5%), предиктивный модуль на рекуррентной нейросети LSTM для прогнозов на горизонте 15 мин 6 ч (МАЕ по потоку ПНГ 1,27 тыс. куб. м/ч при типичных 80-100 тыс. куб. м/ч RMSE 2,03 тыс. куб. м/ч), а также оптимизационный модуль на основе роя частиц (PSO), минимизирующий взвешенную цель (объем факельного сжигания, электроэнергия на компримирование/транспорт, условные экологические штрафы) посредством управления уставками, производительностью компрессоров и распределением потоков между потребителями. В результате годовой имитации и квазиэкспериментального сравнения со стандартной реактивной стратегией получено сокращение объема факельного сжигания на 87,4% (148,72 18,74 млн куб. м/год) с пропорциональным снижением выбросов CO2-эквивалента, а также уменьшение среднегодовых концентраций SO2 и NOx в приземном слое в 8+ раз; корреляционно-регрессионный анализ подтвердил, что ключевыми факторами роста сжигания при традиционном управлении являются суммарный дебит жидкой фазы (r=0,893), давление в первой ступени сепарации (r=0,761) и ограниченная задействованность компрессорного парка (r=-0,684). Экономическая оценка демонстрирует высокую рентабельность: при САРЕХ 3,25 млн долл. и ОРЕХ 2,15 млн долл./год чистый годовой поток составил 17,35 млн долл./год, срок окупаемости 1,87 года, NPV за 5 лет (10%) — 62,58 млн долл. Сделан вывод о технологической и инвестиционной целесообразности внедрения умных алгоритмов управления и их масштабирования в составе единого цифрового контура промысла.