ENVIRONMENT AND TECHNOLOGIES

The role of SCADA systems in optimizing field production under environmental constraints

Authors

  • Ilya I. Karpets Moscow Institute of Modern Academic Education, 109129, Moscow, 11-ya Tekstilshchikov st., 7

How to cite

GOST Karpets I. I. The role of SCADA systems in optimizing field production under environmental constraints // Environmental Management Issues. 2025. Vol. 4. No. 5. P. 20-28. DOI: 10.25726/x9273-9259-6712-l
APA Karpets, I. I. (2025). The role of SCADA systems in optimizing field production under environmental constraints. Environmental Management Issues, 4(5), 20-28. https://doi.org/10.25726/x9273-9259-6712-l

Abstract

The article examines the role of modern SCADA systems as the core of digital production optimization at oil and gas fields amid tightening environmental requirements, aiming to quantitatively assess production, energy, and environmental effects from transitioning from local dispatching to a unified integrated platform with predictive analytics. The empirical base covers 12 fields over 7 years, comparing pre- and post-implementation periods: more than 50 TB of telemetry from 25,000+ sensors across wells, booster pump stations, oil treatment units, compressor assets, and power facilities were processed; data cleansing, correlation and regression analysis, Student’s t-test, time-series analysis, and ML algorithms (gradient boosting) were applied for predictive maintenance and operating mode optimization. The results show a 6,4% increase in average daily production alongside a 6,74% rise in well uptime and a 37,16% reduction in downtime, which lowered unit operating costs by 13,39% by shifting from a run-to-failure model to data-driven, proactive operations. Environmental effects include an 18,21% reduction in GHG emissions, a 63,19% decrease in fugitive methane leaks, a 68,72% reduction in flared associated petroleum gas, and a 72,22% drop in spill counts thanks to continuous monitoring, gas-flow balancing, and automatic isolating control. Energy efficiency improved: specific energy consumption per tonne of production -14,6%, artificial lift efficiency +20%, and network losses -29,35% due to SCADA integration with variable speed drives and network configuration optimization. Reliability increased: MTBF +147,06%, MTTR -62,35%, and critical shutdowns -72,00%, with a strong correlation between higher MTBF and fewer environmental incidents, and an inverse relationship between specific energy and OPEX. The conclusions confirm SCADA’s transformation from passive visualization to an intelligent platform for multicriteria optimization, and the next steps are integration with AI and digital twins for autonomous control scenarios and deeper eco-economic optimization.

Keywords

SCADA oil and gas field predictive analytics emissions reduction energy efficiency

References

Аксенова О.В., Гузенкова А.С. Экономические стимулы экологического управления в промышленности // Экономика промышленности. 2013. № 2. С. 97-100.

Афонина О.А., Красноштанов В.А., Сорокин А.Е. Внедрение системы экологического менеджмента как средство повышения экологических характеристик продукции авиационных предприятий // Мат. 14-й Межд. конф. «Авиация и космонавтика 2015». М: Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 2015. С. 350-352.

Бобошко В.И. Развитие системы экологического менеджмента в непромышленном секторе экономики // XII Межд. Плехановские чтения: тез. док. асп., докторант. и науч. раб. 1999. С. 127-128.

Бузмаков С.А. Основные направления оптимизации экологической политики при эксплуатации нефтяных месторождений // Географический вестник. 2007. № 1-2(5-6). С. 162-167.

Гайнутдинова Ю.А. Система показателей эффективности организации промышленного производства с учетом экологических мероприятий // Экономические науки. 2010. № 66. С. 103-107.

Гайрабеков У.Т. Загрязнение природной среды при строительстве нефтяных скважин и мероприятия по оптимизации природопользования // Вестник Чеченского государственного университета им. А.А. Кадырова. 2012. № 1. С. 167-175.

Гарифуллина А.Х. Разработка и внедрение системы инвестирования промышленных предприятий с учетом экологического фактора // Сегодня и завтра Российской экономики. 2009. № 30. С. 157-160.

Голубев А. Оптимизация производства с учетом экологических факторов // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 1993. № 4. С. 9-11.

Гусев В.А. Оптимизация процесса экологического регулирования хозяйственной деятельности // Гуманитарные, экономические и правовые проблемы современного общества: сб. науч. тр. сотр. М., 2015. С. 59-65.

Дебелая И.Д. Направления оптимизации природопользования на территории отрабатываемых россыпных месторождений золота // География Азиатской России на рубеже веков: мат. XI науч. совещ. географов Сибири и Дальнего Востока. 2001. С. 139-140.

Егорова Т.А., Лобанова И.А., Новиков А.В. Моделирование производственных систем с позиции экологической парадигмы // МАК: Математики Алтайскому краю: мат. Всерос. конф. по математике. 2017. С. 173-176.

Злоказов В.Ф. Системный характер управления процессами природопользования предприятий // Вестник Челябинского государственного университета. 2006. № 5. С. 59-61.

Иванова О.В., Гареева Р.И. Система экологического менеджмента на предприятиях России // Безопасность жизнедеятельности человека в среде обитания: проблемы, пути решения: мат. Всерос. науч.-прак. конференции с межд. участ. 2011. С. 78-80.

Мазлова Е.А., Гречищева Н.Ю. Анализ и использование опыта промышленных предприятий в организации системы экологического менеджмента // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2005. № 3. С. 61-64.

Мельников Н.Н., Месяц С.П. Концепция оптимизации экологического состояния горно-промышленных регионов // Освоение недр и экологические проблемы взгляд в XXI век: мат. Межд. конф.: доклады. 2001. С. 196-204.

Топольский Н.Г., Самарин И.В., Строгонов А.Ю. Модель оценки обеспечения комплексной безопасности в АСУТП с применением диагностики пожарных извещателей для построения автоматизированной системы поддержки управления // Пожаровзрывобезопасность. 2018. Т. 27, № 11. С. 15-22.

Самарин И.В. Стратегическое планирование: модифицированный метод парных сравнений для задач высокой размерности // Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина. 2016. № 1(282). С. 121-134.

Issue

Section

ENVIRONMENT AND TECHNOLOGIES
Want to publish with us?
Submit an article

Machine-readable metadata

Similar Articles

1 2 > >> 

You may also start an advanced similarity search for this article.