ENVIRONMENT AND TECHNOLOGIES

Smart flare management algorithms as a mechanism to reduce associated gas flaring and reduce carbon and chemical pollution near fields

Authors

  • Sergey S. Kolodeshnikov Moscow Institute of Modern Academic Education, 109316, г. Москва, Волгоградский проспект, д. 32, корп. 11

How to cite

GOST Kolodeshnikov S. S. Smart flare management algorithms as a mechanism to reduce associated gas flaring and reduce carbon and chemical pollution near fields // Environmental Management Issues. 2025. Vol. 4. No. 6. P. 10-20. DOI: 10.25726/u7759-0936-9148-z
APA Kolodeshnikov, S. S. (2025). Smart flare management algorithms as a mechanism to reduce associated gas flaring and reduce carbon and chemical pollution near fields. Environmental Management Issues, 4(6), 10-20. https://doi.org/10.25726/u7759-0936-9148-z

Abstract

The article addresses the problem of excessive flaring of associated petroleum gas at production sites and proposes an intelligent flare system management approach aimed at proactively reducing venting and concomitant emissions of greenhouse and toxic substances based on predictive analytics and multicriteria optimization. The empirical base comprised a de-identified corpus of process data for 2018-2022 (>50 TB) from more than 800 sensors (flow, pressure, temperature, APG composition, operating modes of compression and treatment units); a validated dynamic model of the APG gathering and utilization system was developed in MATLAB/Simulink (mean deviation of key parameters ≤3,5%), a predictive module based on an LSTM recurrent neural network for 15-minute to 6-hour horizons (MAE for APG flow 1.27 thousand m3/h at typical 80-100 thousand m3/h RMSE 2,03 thousand m3/h), and an optimization module using particle swarm optimization (PSO) that minimizes a weighted objective (flared volume, electricity for compression/transport, notional environmental penalties) by adjusting setpoints, compressor throughput, and flow distribution among consumers. Annual simulation and quasi-experimental comparison with a standard reactive strategy yielded an 87,4% reduction in flared volume (148,72 18,74 million m³/year) with proportional reductions in CO2-equivalent emissions, as well as an 8+-fold decrease in mean annual ground-level SO2 and NOx concentrations; correlation - regression analysis confirmed that under traditional control the key drivers of increased flaring are total liquid-phase throughput (r=0.893), first-stage separator pressure (r=0.761), and limited utilization of the compressor fleet (r=-0.684). The economic assessment shows high profitability: with CAPEX of $3,25 million and OPEX of $2,15 million/year, net annual cash flow was $17,35 million/year, payback period 1.87 years, and 5-year NPV (10%) $62.58 million. It is concluded that deploying smart control algorithms is both technologically and financially justified, and their scaling within a unified digital field architecture is warranted.

Keywords

smart control algorithms associated petroleum gas flaring predictive analytics PSO optimization

References

Абрамкин С.Е., Душин С.Е. Разработка комплексных алгоритмов для автоматизированных технологических комплексов // Проектирование и обеспечение качества информационных процессов и систем: мат. Межд. конф. СПб., 2022. С. 58-61.

Амерханов И.И., Григорьев Н.В. Проблемы учета попутного нефтяного газа на промысловых объектах подготовки нефти // Сборник научных трудов ТатНИПИнефть. М., 2012. С. 65-68.

Волков В.Ю., Аббас С.Б., Савкина Н.А. Автоматизированная система научных исследований распространения выбросов загрязняющих веществ в атмосферном воздухе // Вестник Международной академии системных исследований. Информатика, экология, экономика. 2012. Т. 14. № 1. С. 202-205.

Григорьев Г.Я. Повышение эффективности управления энергетическими комплексами в нефтегазодобыче: дис. ... канд. техн. наук. Тюмень, 2005.

Денисламов И.З., Сахаутдинов Р.В., Халимов Ф.Г., Зубаиров С.Г. Совершенствование техники и технологии учета добычи и подготовки нефти и воды на промыслах // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа: мат. ХVІ Межд. специал. выставки Газ. Нефть. Технологии 2008 . Уфа, 2008. С. 83-87.

Кибатоллаева А.А. Разработка системы управления установкой переработки товарной нефтина на нефти и газораспределительные станциях // Современные технологии: достижения и инновации-2020: мат. ІІ Всерос. науч.-прак. конф. 2020. С. 395-396.

Козаченко Е.М. Разработка автоматизированной системы управления аварийными выбросами в сточных водах промышленных предприятий: дис. ... канд. техн. наук. Ижевск, 2012.

Маслова А.А.Г. Разработка автоматизированной системы мониторинга загрязнения водных объектов и атмосферного воздуха предприятиями химической промышленности: отчет о НИР: грант № МД-3891.2018.5. М.: Совет по грантам Президента Российской Федерации. 2018.

Мельберт А.А., Оразмедова Е.А. Экологические проблемы сжигания попутного нефтяного газа в факельных установках и пути их решения // Актуальные проблемы производственной и экологической безопасности: сб. науч.-мет. тр., посв. 20-летию образования кафедры БЖД АлтГТУ. Барнаул, 2011. С. 69-75.

Новиков А.А., Назаренко Л.Т. Оптимизация технологических схем химической переработки попутного нефтяного газа // Условия успешного кластерного развития промышленного комплекса Ханты-Мансийского автономного округа Югры. Компоненты и технологии в автопроме и дорожном строительстве. мат. Регион. науч.-тех. конф. 2015. С. 105-106.

Оганджанян С.Б. Разработка автоматизированной системы газоснабжения промышленного предприятия сжиженным углеводородным газом // Экономика и управление в машиностроении. 2018. № 1. С. 20-23.

Попов Д.А., Гиричев В.А., Мельников Н.А., Досаев Р.И. Современная автоматизация производства газового промысла с использованием комплексных алгоритмов управления и регулирования технологических процессов добычи и подготовки газа // Нефть. Газ. Новации. 2024. № 4(281). С. 48-65.

Поспелова Т.А. Развитие методов регулирования работы скважин на основе цифровых технологий: дис. ... д-ра техн. наук. Тюмень, 2022.

Рашидов М.М.О. Оптимальное управление процессами глубинно-насосной нефтедобычи при неполной априорной информации: дис. ... канд. техн. наук. Баку, 1983.

Романов Д.А. Разработка автоматизированной системы управления и приложения по оценке углеродного следа процесса разделения воздуха на азот, кислород и отбросную фракцию и компримирования газообразного азота // Современные технологии: достижения и инновации: мат. IV Всерос. науч.-прак. конф. Уфа, 2022. C. 360-362.

Issue

Section

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

Machine-readable metadata

Similar Articles

1 2 3 4 5 6 7 8 > >> 

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