Le défi
par Martin M. Franklin, Kevin R. Hanson
Présenté lors de la Conférence d'hiver sur la simulation 2019
La modélisation et la simulation ont joué un rôle clé dans la résolution d'un problème important dans l'industrie pétrolière et gazière ; comment atténuer les perturbations dues aux arrêts d'un seul pipeline et maintenir l'approvisionnement des clients avec un minimum d'interruptions nécessaires pour maintenir des niveaux de service élevés. Le client a lancé plusieurs projets d'expansion pour ajouter de la capacité de stockage à une station de pompage existante. Il craignait que la demande future ne dépasse la capacité. Le client souhaitait identifier le nombre, la taille et la disposition optimaux des réservoirs du nouveau terminal afin d'obtenir l'utilisation la plus rentable du capital en vue de gains opérationnels pour son client final. Les avantages du nouveau terminal devaient inclure des améliorations dans la capacité à recevoir des intrants de la ligne principale au terminal malgré la variabilité dans l'envoi de lots aux clients finaux, et inversement en cas de perturbations en amont, en fournissant la cohérence et la prévisibilité des livraisons de lots à leurs clients finaux.
Introduction
Le client possédait et exploitait un réseau d'oléoducs au Canada et aux États-Unis et, dans le cadre d'une étude de rentabilité portant sur l'augmentation de la capacité des oléoducs, il évaluait les besoins de stockage en ligne. Une série de configurations et de tailles différentes de réservoirs de stockage devaient être prises en compte et analysées, et l'utilisation d'une modélisation et d'une simulation avancées a permis de prendre des décisions éclairées, reconnues comme meilleures pratiques. Plus précisément, un modèle prenant en compte diverses entrées et sorties séquencées par lots de la ligne principale selon le principe du premier entré - premier sorti (FIFO), la maintenance programmée et les ralentissements de service aléatoires ou les événements de défaillance en amont ou en aval du terminal était souhaité.
Cet article et la présentation qui l'accompagne fournissent une vue d'ensemble du système modélisé, une démonstration du modèle tel qu'il a été développé, et partagent certaines des meilleures pratiques et approches appliquées dans la représentation du jumeau numérique du terminal.
Énoncé du problème
L'objectif de cette étude de simulation était d'évaluer les performances d'un futur terminal en ligne. Une analyse de la capacité de stockage était nécessaire pour déterminer si l'équipement de stockage proposé pouvait répondre aux demandes de livraison de la production future. L'identification des contraintes de capacité, ainsi que les solutions financièrement réalisables pour atténuer l'impact des perturbations en amont et en aval, étaient intéressantes. Le modèle de simulation a également servi de jumeau numérique, avec lequel le client a pu tester différentes charges d'ordonnancement des lots et différentes règles et méthodes d'exploitation des réservoirs.
La solution
Méthodologie
Les logiciels de simulation préférés du client n'ont pas été spécifiés, mais compte tenu du court délai disponible, du souhait du client d'exploiter le modèle à long terme et des résultats de la phase initiale de spécification de la conception fonctionnelle, le logiciel Simio a été sélectionné.
La spécification de la conception fonctionnelle initiale a fourni une description détaillée du système et a identifié le modèle et les hypothèses du projet pour toutes les parties prenantes impliquées. En outre, les entrées et sorties du modèle ainsi que l'approche de modélisation ont été développées, examinées, affinées et approuvées dès le début de cette phase de spécification, afin de s'assurer que le développement du modèle puisse être exécuté rapidement sans retards imprévus.
MOSIMTEC a mis en œuvre une combinaison de logiques d'objets discrets (batch) et continus pour représenter les produits présents à différents stades du pipeline et de l'installation de stockage prévue. La demande du système, ou dans ce cas les lots de produits provenant de l'approvisionnement du pipeline en amont, a été conçue pour être basée sur des programmes d'entrée déterministes définis par l'utilisateur ou sur des événements aléatoires. L'infrastructure du système, c'est-à-dire les réservoirs et les connexions, a été conçue pour être configurable en termes de nombre déployé et de capacité correspondante.
Le modèle a été conçu pour tenir compte de la variabilité attendue des débits aux différents nœuds du système, compte tenu de la maintenance planifiée et non planifiée, ainsi que de la variabilité due à la sélection latérale et aux changements de débit entre les lots. Les résultats du modèle ont permis de visualiser l'état actuel du système et de mettre en évidence les goulets d'étranglement en termes d'utilisation du stockage et de blocage des flux.
Afin de soutenir la vérification et la validation ainsi que l'analyse détaillée des causes et des effets, des journaux détaillés ont été configurés pour signaler les événements liés au flux de produits dans le système ainsi que les changements dans l'état du système.
L'impact sur l'entreprise
Conclusion de l'étude
En collaboration avec le client, MOSIMTEC a été en mesure de visualiser et d'analyser statistiquement le flux terminal prévu et, plus précisément, de quantifier avec un degré élevé de certitude les gains de performance et les impacts attendus pour différentes configurations de conception et d'exploitation. Le modèle de simulation dynamique a permis de mieux représenter la combinaison unique d'événements et les impacts qui en résultent, contrairement aux calculs statiques traditionnels. Plus précisément, la variabilité intermittente et aléatoire du débit au sein du système complexe, en termes d'étendue et de durée de l'événement, n'aurait pas pu être représentée avec précision dans un calcul statique.
Le niveau d'information fourni par le modèle a facilité la profondeur de l'analyse requise pour justifier pleinement l'augmentation de la capacité, de sorte que le client a été en mesure de comprendre pleinement les conditions dans lesquelles l'approvisionnement et la livraison devaient fonctionner - compte tenu des décisions techniques qu'il prenait en fin de compte.
Le client a pu utiliser les résultats de l'analyse du scénario du modèle pour aller de l'avant en toute confiance avec des recommandations sur les besoins en réservoirs et les philosophies d'exploitation afin d'atteindre les niveaux de service souhaités. Le modèle sert également de base solide pour une utilisation future en tant que jumeau numérique pour l'intégration en termes d'aide à la décision opérationnelle et d'atténuation des risques.