Published January 1, 2021
| Version v1
Publication
Open
An MDP Model for Integrated Operational Decision Making Under Uncertainty in a Gas and Oil Separation Plant
- 1. King Fahd University of Petroleum and Minerals
- 2. University of Central Punjab
Description
Oil and gas supply chain (SC) plays key role in the global economy. Gas and oil separation plants (GOSP) belong to the upper stream of the oil and gas SC. In this article we study a GOSP that pumps oil to a stabilizing plant through a 600 KM pipeline. The purpose of this research is to develop an integrated mathematical model to support operational decision making regarding the optimal pumps scheduling and the dosage level of a drag reduction chemical, which is injected in the oil pipeline to stabilize the pressure and achieve higher oil flow rate. To the best of our knowledge, there is no MDP model in the literature that jointly considers pumps scheduling and oil flow control. A novel Markov decision process (MDP) model and two intuitive heuristic polices are proposed and simulated based on historical data. The heuristic policies are to operate the oil pumps in a cyclic weekly or biweekly patterns and to use a maximum likelihood rule to select the dosage level. Compared to the heuristic policies, our results demonstrated that MDP can lead to a substantial amount of savings in terms of the total system operating and maintenance costs. It also provides some practical insights on the interaction ways between the frequency of operating the pumps, the maintenance costs and the costs of a chemical that is used to control the pressure and flow rate of oil in a 600 KM oil pipeline.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تلعب سلسلة إمدادات النفط والغاز (SC) دورًا رئيسيًا في الاقتصاد العالمي. تنتمي محطات فصل الغاز والنفط (GOSP) إلى التيار العلوي من SC للنفط والغاز. في هذه المقالة، ندرس GOSP الذي يضخ الزيت إلى محطة تثبيت من خلال خط أنابيب بطول 600 كم. الغرض من هذا البحث هو تطوير نموذج رياضي متكامل لدعم اتخاذ القرار التشغيلي فيما يتعلق بجدولة المضخات المثلى ومستوى جرعة مادة كيميائية لتقليل السحب، والتي يتم حقنها في خط أنابيب النفط لتثبيت الضغط وتحقيق معدل تدفق نفط أعلى. على حد علمنا، لا يوجد نموذج MDP في الأدبيات التي تأخذ في الاعتبار بشكل مشترك جدولة المضخات والتحكم في تدفق النفط. يتم اقتراح نموذج جديد لعملية قرار ماركوف (MDP) واثنين من السياسات الاستكشافية البديهية ومحاكاتها بناءً على البيانات التاريخية. تتمثل السياسات الاستكشافية في تشغيل مضخات الزيت بشكل دوري أسبوعيًا أو كل أسبوعين واستخدام قاعدة الحد الأقصى للاحتمال لتحديد مستوى الجرعة. مقارنة بالسياسات الاستكشافية، أظهرت نتائجنا أن MDP يمكن أن يؤدي إلى قدر كبير من الوفورات من حيث إجمالي تكاليف تشغيل النظام وصيانته. كما يوفر بعض الأفكار العملية حول طرق التفاعل بين تواتر تشغيل المضخات وتكاليف الصيانة وتكاليف مادة كيميائية تستخدم للتحكم في ضغط ومعدل تدفق النفط في خط أنابيب نفط بطول 600 كم.Translated Description (French)
La chaîne d'approvisionnement en pétrole et en gaz joue un rôle clé dans l'économie mondiale. Les installations de séparation de gaz et DE pétrole (GOSP) appartiennent au flux supérieur du SC de pétrole et de gaz. Dans cet article, nous étudions un GOSP qui pompe le pétrole vers une usine de stabilisation à travers un pipeline de 600 km. Le but de cette recherche est de développer un modèle mathématique intégré pour soutenir la prise de décision opérationnelle concernant la programmation optimale des pompes et le niveau de dosage d'un produit chimique de réduction de traînée, qui est injecté dans le pipeline pétrolier pour stabiliser la pression et obtenir un débit d'huile plus élevé. À notre connaissance, il n'existe pas de modèle MDP dans la littérature qui considère conjointement la planification des pompes et le contrôle du débit d'huile. Un nouveau modèle de processus de décision de Markov (MDP) et deux politiques heuristiques intuitives sont proposés et simulés sur la base de données historiques. Les politiques heuristiques consistent à faire fonctionner les pompes à huile selon des schémas cycliques hebdomadaires ou bimensuels et à utiliser une règle de probabilité maximale pour sélectionner le niveau de dosage. Par rapport aux politiques heuristiques, nos résultats ont démontré que le MDP peut conduire à des économies substantielles en termes de coûts totaux d'exploitation et de maintenance du système. Il fournit également des informations pratiques sur les moyens d'interaction entre la fréquence de fonctionnement des pompes, les coûts de maintenance et les coûts d'un produit chimique utilisé pour contrôler la pression et le débit de pétrole dans un oléoduc de 600 km.Translated Description (Spanish)
La cadena de suministro de petróleo y gas (SC) desempeña un papel clave en la economía global. Las plantas de separación de gas y petróleo (GOSP) pertenecen a la corriente superior del SC de petróleo y gas. En este artículo estudiamos un GOSP que bombea aceite a una planta estabilizadora a través de un oleoducto de 600 KM. El propósito de esta investigación es desarrollar un modelo matemático integrado para apoyar la toma de decisiones operativas con respecto a la programación óptima de las bombas y el nivel de dosificación de un producto químico de reducción de la resistencia, que se inyecta en el oleoducto para estabilizar la presión y lograr un mayor caudal de aceite. Hasta donde sabemos, no existe un modelo de MDP en la literatura que considere conjuntamente la programación de las bombas y el control del flujo de aceite. Se propone y simula un nuevo modelo de proceso de decisión de Markov (MDP) y dos políticas heurísticas intuitivas basadas en datos históricos. Las políticas heurísticas son operar las bombas de aceite en un patrón cíclico semanal o quincenal y usar una regla de máxima probabilidad para seleccionar el nivel de dosificación. En comparación con las políticas heurísticas, nuestros resultados demostraron que el MDP puede conducir a una cantidad sustancial de ahorros en términos de los costos totales de operación y mantenimiento del sistema. También proporciona algunos conocimientos prácticos sobre las formas de interacción entre la frecuencia de funcionamiento de las bombas, los costes de mantenimiento y los costes de un producto químico que se utiliza para controlar la presión y el caudal de aceite en un oleoducto de 600 km.Files
09534752.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:797fbfb363b71c8de4446b31dca97cf4
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- نموذج MDP لاتخاذ القرارات التشغيلية المتكاملة في ظل عدم اليقين في محطة فصل الغاز والنفط
- Translated title (French)
- Un modèle MDP pour la prise de décision opérationnelle intégrée dans l'incertitude dans une usine de séparation de gaz et de pétrole
- Translated title (Spanish)
- Un modelo MDP para la toma de decisiones operativas integradas bajo incertidumbre en una planta de separación de gas y petróleo
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3201403182
- DOI
- 10.1109/access.2021.3111775
References
- https://openalex.org/W1497008084
- https://openalex.org/W1963982160
- https://openalex.org/W1978942630
- https://openalex.org/W1980773230
- https://openalex.org/W2004447156
- https://openalex.org/W2026536622
- https://openalex.org/W2030918926
- https://openalex.org/W2035120859
- https://openalex.org/W2036336974
- https://openalex.org/W2039677897
- https://openalex.org/W2042253695
- https://openalex.org/W2042424475
- https://openalex.org/W2048928770
- https://openalex.org/W2049919216
- https://openalex.org/W2053216094
- https://openalex.org/W2072459952
- https://openalex.org/W2083533727
- https://openalex.org/W2091708522
- https://openalex.org/W2107886881
- https://openalex.org/W2128725903
- https://openalex.org/W2152004941
- https://openalex.org/W2161069249
- https://openalex.org/W2247373973
- https://openalex.org/W2325532094
- https://openalex.org/W2340570661
- https://openalex.org/W2344244514
- https://openalex.org/W2521444200
- https://openalex.org/W2766507041
- https://openalex.org/W2909183615
- https://openalex.org/W3021243537
- https://openalex.org/W3033870679
- https://openalex.org/W3034896671
- https://openalex.org/W3041613420
- https://openalex.org/W3046891697
- https://openalex.org/W4298023569
- https://openalex.org/W62323249