Zastosowanie metody statystycznej do prognozowania wydobycia gazu z PMG



Podobne dokumenty
Szacowanie pojemności PMG utworzonych w sczerpanych złożach gazu w jednostkach energii

Analiza wpływu wytworzenia zapasu obowiązkowego na koszt świadczenia usług magazynowych

Parametry PMG Strachocina osiągnięte w pierwszym cyklu eksploatacji magazynu, po rozbudowie pojemności czynnej zakończonej w 2011 r.

Wpływ podziemnego magazynowania gazu na efektywność eksploatacji złóż w PGNiG SA, Odział w Sanoku

Sterowanie wielkością zamówienia w Excelu - cz. 3

Pobieranie prób i rozkład z próby

Mo liwoœci rozwoju podziemnych magazynów gazu w Polsce

Statystyki: miary opisujące rozkład! np. : średnia, frakcja (procent), odchylenie standardowe, wariancja, mediana itd.

Symulacje procesów eksploatacji złóż naftowych z zastosowaniem sterowania sprzężeniem zwrotnym.

Spis treści. Przedmowa... XI. Rozdział 1. Pomiar: jednostki miar Rozdział 2. Pomiar: liczby i obliczenia liczbowe... 16

FORECASTING THE DISTRIBUTION OF AMOUNT OF UNEMPLOYED BY THE REGIONS

Porównanie generatorów liczb losowych wykorzystywanych w arkuszach kalkulacyjnych

Podziemne magazyny gazu istotnym elementem gwarantującym bezpieczeństwo energetyczne Polski. Marzec 2011

Autor: Ireneusz Filarowski. Studium przypadku PMG Kosakowo/PMG Brzeźnica

Szczegółowy program kursu Statystyka z programem Excel (30 godzin lekcyjnych zajęć)

Magazyny gazu. Żródło: PGNiG. Magazyn gazu Wierzchowice /

Technologia. Praca magazynu gazu charakteryzuje się naprzemiennie występującymi cyklami zatłaczania i odbioru gazu.

Aproksymacja funkcji a regresja symboliczna

METODY STATYSTYCZNE W BIOLOGII

WYKŁAD 5 TEORIA ESTYMACJI II

System prognozowania rynków energii

Wykład Centralne twierdzenie graniczne. Statystyka matematyczna: Estymacja parametrów rozkładu

Wykorzystanie nowoczesnych technik prognozowania popytu i zarządzania zapasami do optymalizacji łańcucha dostaw na przykładzie dystrybucji paliw cz.

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

DOKUMENTACJA SYSTEMU ZARZĄDZANIA LABORATORIUM. Procedura szacowania niepewności

Wstęp do teorii niepewności pomiaru. Danuta J. Michczyńska Adam Michczyński

Statystyki: miary opisujące rozkład! np. : średnia, frakcja (procent), odchylenie standardowe, wariancja, mediana itd.

Inżynieria oprogramowania. Część 8: Metoda szacowania ryzyka - PERT

Zadania ze statystyki, cz.7 - hipotezy statystyczne, błąd standardowy, testowanie hipotez statystycznych

Wnioskowanie statystyczne. Statystyka w 5

Analiza niepewności określania zasobów złóż węglowodorów, na przykładzie złoża gazowokondensatowego

Korzystanie z podstawowych rozkładów prawdopodobieństwa (tablice i arkusze kalkulacyjne)

Rozbudowa Podziemnego Magazynu Gazu Strachocina

4. SPRZĘGŁA HYDRAULICZNE

LOGISTYKA. Zapas: definicja. Zapasy: podział

Prognozowanie i Symulacje. Wykład I. Matematyczne metody prognozowania

Weryfikacja hipotez statystycznych, parametryczne testy istotności w populacji

Spis treści 3 SPIS TREŚCI

Procedura szacowania niepewności

Prognoza terminu sadzenia rozsady sałaty w uprawach szklarniowych. Janusz Górczyński, Jolanta Kobryń, Wojciech Zieliński

Metoda określania pozycji wodnicy statków na podstawie pomiarów odległości statku od głowic laserowych

Statystyka w pracy badawczej nauczyciela Wykład 4: Analiza współzależności. dr inż. Walery Susłow walery.suslow@ie.tu.koszalin.pl

Algorytm hybrydowy dla alokacji portfela inwestycyjnego przy ograniczonych zasobach

Wprowadzenie do analizy korelacji i regresji

Zastosowanie symulacji komputerowych do modelowania pracy podziemnych magazynów gazu w Polsce

WYZNACZANIE NIEPEWNOŚCI POMIARU METODAMI SYMULACYJNYMI

w analizie wyników badań eksperymentalnych, w problemach modelowania zjawisk fizycznych, w analizie obserwacji statystycznych.

Program do obliczania zapasu przepustowości sieci gazowej o dowolnej strukturze

Symulacyjne modelowanie procesu konwersji złoża na PMG i regularnej jego pracy, z udziałem CO 2 jako gazu buforowego

Optymalizacja parametrów w strategiach inwestycyjnych dla event-driven tradingu - metodologia badań

Prawdopodobieństwo i statystyka r.

Analiza rynku gazu ziemnego w Polsce w latach i prognozy na lata

Weryfikacja hipotez statystycznych

Szczegółowy program kursu Statystyka z programem Excel (30 godzin lekcyjnych zajęć)

Maciej Piotr Jankowski

5 Błąd średniokwadratowy i obciążenie

SCHEMAT ROZWIĄZANIA ZADANIA OPTYMALIZACJI PRZY POMOCY ALGORYTMU GENETYCZNEGO

Działalność magazynowania gazu w ramach pgnig sa, jako operatora systemu magazynowania dla gazu wysokometanowego

ODRZUCANIE WYNIKÓW POJEDYNCZYCH POMIARÓW

3. Modele tendencji czasowej w prognozowaniu

Etapy modelowania ekonometrycznego

GAZ-3. Sprawozdanie o działalności przedsiębiorstw gazowniczych. za okres od początku roku do końca miesiąca: r.

Testowanie hipotez statystycznych. Wprowadzenie

MINISTERSTWO ENERGII, ul. Krucza 36/Wspólna 6, Warszawa Nazwa i adres jednostki sprawozdawczej GAZ-3

Korelacja oznacza współwystępowanie, nie oznacza związku przyczynowo-skutkowego

Polska Spółka Gazownictwa sp. z o.o. z siedzibą w Warszawie

GAZ-3. Sprawozdanie o działalności przedsiębiorstw gazowniczych. za okres od początku roku do końca miesiąca: r.

Metody matematyczne w analizie danych eksperymentalnych - sygnały, cz. 2

INSTYTUT METEOROLOGII I GOSPODARKI WODNEJ PAŃSTWOWY INSTYTUT BADAWCZY Oddział we Wrocławiu. Görlitz

STATYSTYKA MATEMATYCZNA

Generowanie ciągów pseudolosowych o zadanych rozkładach przykładowy raport

Ćwiczenie 5 PROGNOZOWANIE

Rynek energii. Charakterystyka rynku gazu w Polsce

LABORATORIUM Z FIZYKI

Teoretyczne podstawy analizy indeksowej klasyfikacja indeksów, konstrukcja, zastosowanie

Janusz Kośmider. Zjawiska przepływowe w odwiertach naftowych

Instytut Politechniczny Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa. Diagnostyka i niezawodność robotów

pętla nastrzykowa gaz nośny

Obliczanie niepewności rozszerzonej metodą analityczną opartą na splocie rozkładów wielkości wejściowych

Analiza możliwości szacowania parametrów mieszanin rozkładów prawdopodobieństwa za pomocą sztucznych sieci neuronowych 4

Statystyka i opracowanie danych Podstawy wnioskowania statystycznego. Prawo wielkich liczb. Centralne twierdzenie graniczne. Estymacja i estymatory

WSKAZÓWKI DO WYKONANIA SPRAWOZDANIA Z WYRÓWNAWCZYCH ZAJĘĆ LABORATORYJNYCH

Analiza wpływu zastosowania otworów typu slim hole na opłacalność eksploatacji niekonwencjonalnych złóż mioceńskich

GAZ-3. Sprawozdanie o działalności przedsiębiorstw gazowniczych. za okres od początku roku do końca miesiąca: r.

Badania właściwości dynamicznych sieci gazowej z wykorzystaniem pakietu SimNet TSGas 3

Dopasowywanie modelu do danych

Wykład 1 Próba i populacja. Estymacja parametrów z wykorzystaniem metody bootstrap

KARTA KURSU. (do zastosowania w roku akademickim 2015/16) Kod Punktacja ECTS* 3. Dr hab. Tadeusz Sozański

Analiza możliwości zwiększenia stopnia sczerpania zasobów złóż ropy naftowej w Polsce*

Symulacje procesów eksploatacji złóż naftowych z zastosowaniem sterowania sprzężeniem zwrotnym.

Analiza niepewności pomiarów

W kolejnym kroku należy ustalić liczbę przedziałów k. W tym celu należy wykorzystać jeden ze wzorów:

Kolokwium ze statystyki matematycznej

Wykład 10 Estymacja przedziałowa - przedziały ufności dla średn

REGRESJA I KORELACJA MODEL REGRESJI LINIOWEJ MODEL REGRESJI WIELORAKIEJ. Analiza regresji i korelacji

Mikroekonometria 6. Mikołaj Czajkowski Wiktor Budziński

Wyszukiwanie binarne

Testowanie hipotez statystycznych.

MINISTERSTWO GOSPODARKI, PRACY I POLITYKI SPOŁECZNEJ, Plac Trzech Krzyży 3/5, Warszawa GAZ-3

Jeśli powyższy opis nie jest zrozumiały należy powtórzyć zagadnienie standaryzacji zanim przejdzie się dalej!

Transkrypt:

NAFTA-GAZ, ROK LXX, Nr 2 / 2014 Tadeusz Kwilosz, Bogdan Filar Instytut Nafty i Gazu Państwowy Instytut Badawczy Zastosowanie metody statystycznej do prognozowania wydobycia gazu z PMG Opracowanie zawiera opis metod wykonywania prognoz wydobycia gazu z PMG z wykorzystaniem statystycznego szacowania niepewności parametrów modelu oraz uzyskanych rezultatów. Wyniki prognoz (dobowe wielkości odbioru gazu w jednostkach objętościowych) wyliczane są w postaci rozkładów prawdopodobieństwa zmiennej losowej. Przykładowe obliczenia wykonano dla jednego z PMG na terenie Polski. Opracowane algorytmy zaimplementowano w postaci procedur arkusza kalkulacyjnego Excel. Słowa kluczowe: prognozowanie, podziemne magazyny gazu, metoda Monte Carlo. The use of statistical methods for forcasting the recovery of natural gas from UGS The study contains a description of the methods used to forecast the recovery of natural gas from UGS using the statistical estimation of the uncertainty of model parameters and obtained results. The results of forecasts (daily production volumes presented in volumetric units) are calculated in the form of probability distributions of the random variable. Sample calculations were performed for one of the Polish underground gas storage. Case study algorithms were implemented as Visual Basic procedures in the form of an EXCEL spreadsheet. Key words: forecasting, underground gas storage, Monte Carlo method. Wstęp W zgodzie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) Nr 715/2009 z dnia 13 lipca 2009 r. w sprawie warunków dostępu do sieci przesyłowych gazu ziemnego i uchylającym rozporządzenie (WE) nr 1775/2005 PGNiG SA utworzyło spółkę celową: Operator Systemu Magazynowania Sp. z o.o. (OSM), której głównym zadaniem jest udostępnianie mocy i pojemności magazynowych gazu w celu zaspokojenia potrzeb uczestników rynku na usługi magazynowania. Obecność takiej spółki na rynku umożliwia optymalne wykorzystanie instalacji magazynowych. Wydzielona spółka, działając na podstawie Instrukcji Ruchu i Eksploatacji Sieci Przesyłowej (IRiESP) oraz Regulaminu Świadczenia Usług Magazynowania (RSUM), ma obowiązek rejestrowania i rozliczania ilości zatłaczanego do PMG i odbieranego z magazynu gazu [6]. Ponadto OSM ma obowiązek wykonywania 14-dniowych nominacji (prognoz) zatłaczania i odbioru gazu w celu oferowania mocy magazynowych swoim klientom oraz zawierania i realizacji kontraktów na usługi magazynowe. OSM dysponuje systemem informatycznym rejestrującym dobowe ilości zatłaczanego do PMG i odbieranego z niego gazu i potrzebuje narzędzia analityczno-informatycznego w celu wykonywania wiarygodnych prognoz odbioru i zatłaczania gazu w czasie rzeczywistym tzn. w dowolnym dniu eksploatacji magazynu gazu [3]. Niniejsza praca wychodzi naprzeciw temu zapotrzebowaniu. Opracowane i przetestowane algorytmy prognozowania pracy PMG będą zaimplementowane do systemu bazy danych PMG w postaci dodatkowych funkcjonalności i będą wykorzystywane w bieżącej pracy Działu Dyspozytorskiego OSM. Ograniczono się do przypadku prognozowania odbioru gazu, rezygnując z prognoz zatłaczania. Spowodowane to było tym, że zatłaczanie gazu uwarunkowane jest w większym stopniu czynnikami związanymi z instalacją napowierzchniową (systemy 87

NAFTA-GAZ sprężające) oraz z podażą gazu (czynniki po stronie systemu przesyłowego). W prezentowanym opracowaniu wykorzystano przygotowany wcześniej w Zakładzie Podziemnego Magazynowania Gazu INiG PIB deterministyczny model prognozowania pracy PMG i korzystając ze statystycznych metod analizy danych, uogólniono wyniki prognoz do postaci statystycznych rozkładów danych [3]. Zabiegu tego dokonano, ponieważ prognozowane wielkości dobowego odbioru gazu obarczone są sporą niepewnością, wnoszoną przez takie czynniki składowe jak ciśnienie gazu w punkcie zdawczo-odbiorczym. Dzięki temu można wyznaczyć wartości najbardziej prawdopodobne oraz przedział, do jakiego będą należały prognozowane wielkości oczywiście ze z góry zadanym prawdopodobieństwem. Algorytm deterministyczny powstał na podstawie analitycznego modelu prognozowania wydobycia gazu z PMG, wykorzystującego równania bilansu materiałowego i statystycznie skalibrowane krzywe spadku ciśnienia gazu. Należy zwrócić uwagę, że założeniem modelu jest optymalne i nieograniczone innymi czynnikami (jak warunki złożowe i ciśnienie odbioru) obliczanie wydajności odbioru gazu z PMG. Model jest przeznaczony dla magazynów gazu realizujących odbiór bez systemów sprężających i dla takiego PMG był testowany. W drugim wariancie wykorzystano ten sam model i posłużono się metodą Monte Carlo do wyznaczenia rozkładu prawdopodobieństwa wielkości dobowego odbioru gazu. W tym przypadku uwzględniono niepewność związaną z wyznaczeniem ciśnienia odbioru gazu. Wszystkie procedury zastosowanego modelu zostały zaimplementowane w postaci makra arkusza kalkulacyjnego Excel. Wszystkie dane użyte w obliczeniach są rzeczywiste i dotyczą jednego z PMG w Polsce. Model prognozowania dobowego wydobycia gazu z PMG w wersji deterministycznej Wydajność odwiertów zależy od ciśnienia złożowego, ciśnienia odbioru oraz od innych czynników odwiertowozłożowych. W praktyce wydajność każdego odwiertu jest wypadkową dwóch funkcji. Pierwsza z nich jest funkcją dopływu gazu do odwiertu w wyniku występowania różnicy ciśnień pomiędzy ciśnieniem złożowym a ciśnieniem dennym ruchowym (inflow). Z drugiej strony, wydajność zależy również od ograniczeń spowodowanych oporami przepływu gazu w odwiercie (outflow) [1, 2, 5]. Wydajność odwiertu jest wartością uzyskaną z przecięcia wymienionych krzywych. W przedstawionej pracy do prognozowania wydajności odwiertu wykorzystano formułę dwuczłonową: DP 2 = a Q d + b Q d 2 gdzie: DP ciśnienie różnicowe [MPa], Q d wydajność [m 3 ], a, b współczynniki. Bazując na tym modelu, zaproponowano następujący algorytm wyznaczania wydajności odbioru gazu w kolejnych krokach czasowych pracy PMG: 1. Danymi wejściowymi modelu są: bieżąca pojemność całkowita PMG, V c [m 3 ]; końcowa pojemność całkowita PMG, V ck [m 3 ]; projektowana wartość odbioru gazu w cyklu, Q [m 3 ]; ciśnienie złożowe przed rozpoczęciem fazy odbioru, P p [MPa]; ciśnienie złożowe po zakończeniu fazy odbioru, P k [MPa]; współczynniki korelacji pomiędzy ciśnieniem złożowym P ds a głowicowym P gs, a p, b p ; współczynniki korelacji pomiędzy ciśnieniem odbioru P odb a pojemnością całkowitą V c, a s, b s ; współczynniki korelacji wydajności poszczególnych odwiertów z depresją na dnie odwiertów, a i, b i, i = 1...l odw. ; graniczne wartości pojemności całkowitej, dla której spodziewane jest wyłączenie odwiertu ze względu na jego zawodnienie, V off,i [m 3 ], i = 1...l odw. ; maksymalny dobowy odbiór gazu z PMG, Q max [m 3 /d]; maksymalny dobowy odbiór gazu z odwiertów Q max,i [m 3 /d], i = 1...l odw.. 2. Na podstawie liniowych przekształceń wyrażonych funkcjami f 1 i f 2 wyliczane są współczynniki wiążące pseudociśnienie złożowe z całkowitą pojemnością magazynu oraz początkowe ciśnienie złożowe. a s = f 1 (P p, P k, Q) b s = f 2 (V c, P k ) P ds /z = a s V c + b s Powyższa formuła ma zastosowanie dla złóż wolumetrycznych. Pamiętać jednak należy, że ze względu na nieporównanie szybsze tempo wydobycia gazu z PMG w porównaniu ze złożami gazowymi (w 120 dni wydobywa się tyle gazu ile w całym okresie naturalnej eksploatacji złoża) efekt energetyczny naporu wód akiferów jest odpowiednio mniejszy. Dodatkowym czynnikiem przemawiającym za tym stwierdzeniem jest fakt, że po zakończeniu fazy zatłaczania gazu następuje okres przerwy technicznej (stójki), która trwa co najmniej dwa tygodnie. W tym czasie bezwładny i roz- 88 Nafta-Gaz, nr 2/2014

artykuły pędzony akifer pracuje nadal w przeciwnym kierunku do tego, w jakim przemieszcza się gaz w fazie odbioru. 3. W pętli na kolejne kroki czasowe (k) (1 krok = 1 doba) wyliczane jest sumaryczne wydobycie gazu Q d z odwiertów (i) oraz zmiana pseudociśnienia P ds /z, na skutek zmiany jego objętości. Q ( k) = d l. odw. i 1 q ( k) V c (k + 1) = V c (k) Q d (k) P ds /z(k + 1) = a s V c (k + 1) + b s i Kryterium zakończenia obliczeń jest zrealizowanie programu odbioru gazu lub wykonanie prognozy dla zadanej liczby dni (k = 14). Zakłada się, że odbiór gazu odbywa się bez sprężania. Wszystkie parametry wejściowe modelu (używane zarówno w wersji deterministycznej, jak i stochastycznej modelu) zostały wyznaczone przy pomocy statystycznych korelacji na podstawie danych z historycznych cykli pracy PMG [4]. W wyniku zastosowania algorytmu w wersji deterministycznej można otrzymać tablicę wydajności odbioru gazu w odniesieniu do całego PMG, jak i w rozbiciu na odwierty oraz tablicę zmiany ciśnienia złożowego. Opis modelu prognozowania dobowego wydobycia gazu z PMG w wersji stochastycznej Opisany wcześniej model reprezentuje deterministyczne podejście do ilościowej analizy szacowanych parametrów. Wejściowe parametry modelu oraz wyniki mają charakter jednoznaczny i pozbawione są oceny niepewności, z jaką zostały wyznaczone. Celem niniejszego opracowania jest uogólnienie tego podejścia, tzn. przedstawienie uzyskanych wyników w postaci rozkładu prawdopodobieństwa ich uzyskania. Wszystkie parametry modelu z wyjątkiem zmiennych niezależnych, takich jak startowa wielkość bieżącej pojemności całkowitej obarczone są niepewnością ich wyznaczenia. Mówiąc o niepewności, nie mamy tu na myśli niepewności dotyczącej istoty pomiaru wielkości historycznych, bo choć taka oczywiście istnieje, nie jest to przedmiotem tego rozważania. Chodzi tu o niepewność związaną z wyznaczeniem wielkości prognozowanych na podstawie znanej zmienności wielkości historycznych. Na użytek tej pracy dokonano statystycznej oceny wyznaczenia wejściowych parametrów modelu i ich wpływu na szacowaną wielkość prognozowanego wydobycia. Jak już wspomniano, badane parametry modelu zostały wyznaczone z korelacji statystycznych na podstawie danych z historii pracy PMG. W kolejnym kroku zbadano, jak zaburzenie tych danych w zakresie praktycznie prawdopodobnym (odchylonych od średniej o wartość jednego odchylenia standardowego) wpływa na prognozowane wielkości. W wyniku eksperymentów okazało się, że zaburzenie większości parametrów modelu nie ma praktycznego wpływu na uzyskiwane wyniki. Powodem takiego stanu rzeczy jest obserwowana silna korelacja między badanymi parametrami, skutkująca stosunkowo małą wartością odchy- P pzo [MPa] 5,0 4,8 4,6 4,4 4,2 y = 3,7781e 2E-07x R 2 = 0,13 y = 0,7527 ln(x) - 5,7664 R 2 = 0,1477 y = 9E-07x + 3,7362 R 2 = 0,1305 4,0 3,8 3,6 550 000 600 000 650 000 700 000 750 000 800 000 850 000 900 000 950 000 1 000 000 1 050 000 V c Rys. 1. Zależność ciśnienia gazu w punkcie zdawczo-odbiorczym (P pzo ) od pojemności czynnej w fazie odbioru gazu z PMG Nafta-Gaz, nr 2/2014 89

NAFTA-GAZ lenia standardowego od wyznaczonych wartości średnich oraz liniowym lub quasi-liniowym charakterem równań modelu w rozważanym zakresie zmienności. Wyjątkiem jest niepewność wyznaczenia charakteru zmiany ciśnienia w punkcie zdawczo-odbiorczym w trakcie realizacji programu odbioru gazu. Źródłem istotnej z punktu widzenia wykonywanej prognozy niepewności są warunki niezależne od złoża, a mianowicie zmienne warunki pogodowe, a co za tym idzie zapotrzebowanie na gaz, które skutkuje zmianami ciśnienia w gazociągach. Zgodnie z zasadą niekomplikowania modelu o czynniki nieistotne założono, że jedynym parametrem (o charakterze złożowym oraz związanym z systemem gazowniczym) o istotnej niepewności jest ciśnienie odbioru gazu. Założono, że rozpatrywane parametry posiadają rozkład prawdopodobieństwa estymowany rozkładem normalnym o znanej średniej i znanym odchyleniu standardowym. Zbiory danych podlegające analizie statystycznej nie powinny mieć własności zmienności czasowej (sezonowości, trendu). Jeśli takie zjawisko występuje, należy zmodyfikować dane, aby usunąć to ograniczenie. W tym celu dokonano analizy korelacji ciśnienia w punkcie zdawczo-odbiorczym (P pzo ) z pojemnością całkowitą PMG w kolejnych cyklach odbioru gazu. Wykonano próby dopasowania badanej statystyki do różnych funkcji modelowych: funkcji liniowej, wykładniczej i logarytmicznej. Jak widać na rysunku 1, w tym zakresie parametrów wszystkie funkcje aproksymujące badaną próbę statystyczną mają niemal identyczny przebieg, zbliżony do liniowego. Ze względu na prostotę obliczeń do identyfikacji trendu wybrano model liniowy. Choć współczynnik R 2 nie jest duży, istnieje wyraźny trend aproksymowany funkcją liniową o wyliczonych współczynnikach. W tym przypadku dokonano modyfikacji zbioru danych, odejmując od zmierzonych wartości wielkości rezydualne wyliczone na podstawie wyznaczonej funkcji trendu. Tak przygotowany zbiór danych poddano analizie statystycznej i wyznaczono wartość średnią x sr = 4,27 oraz odchylenie standardowe s = 0,2547, które przyjęto jako parametry rozkładu normalnego estymującego rzeczywisty rozkład zmierzonych wielkości. Algorytm Monte Carlo zastosowany do wyznaczenia rozkładu prawdopodobieństwa prognozowanych wielkości odbioru gazu Zasadniczym problemem związanym z rozwiązaniem głównego zadania tego opracowania jest wybór i zastosowanie metody, która na postawie rozkładów parametrów modelu wyznacza rozkład szacowanego wyniku. Główna trudność z tym związana wynika z faktu, że nie istnieją analityczne metody wyznaczania parametrów wynikowego rozkładu szacowanej wielkości w przypadku, gdy parametry wejściowe równania opisane są przy pomocy dowolnych rozkładów nawet jeśli są to teoretyczne rozkłady o znanych parametrach. Istnieje kilka metod służących do rozwiązania tego zagadnienia. Najczęściej stosowaną jest stochastyczna metoda Monte Carlo (Monte Carlo simulation MCS). MCS jest metodą opracowaną w 1964 r. przez Hertza w celu rozwiązania zagadnień z dziedziny ekonomii, dla których nie istniały rozwiązania analityczne. Zapisana w postaci punktów (kroków algorytmu) metoda ta polega na: 1) określeniu zależności pomiędzy zbiorem wielkości niezależnych oraz wielkością wynikową szacowaną, 2) wyznaczeniu rozkładu eksperymentalnego dla każdego parametru wejściowego skojarzonego ze zbiorem opisujących go wartości i dopasowaniu do tego rozkładu odpowiednio dobranego rozkładu teoretycznego, 3) wyznaczeniu dystrybuanty dla każdego rozkładu zdefiniowanego w punkcie 2, 4) dla każdego parametru wejściowego (zmiennej niezależnej) równania wylosowaniu liczby z przedziału (0, 1) i wyznaczeniu dla tak wylosowanej liczby (przy pomocy właściwej dystrybuanty) wartości tego parametru, 5) wyliczeniu wartości wynikowej poprzez zastosowanie formuły zdefiniowanej w punkcie 1 na podstawie wyznaczonych wartości parametrów wejściowych, 6) powtarzaniu punktów 4 i 5 zadaną liczbę razy i wygenerowaniu w ten sposób wynikowego rozkładu prawdopodobieństwa szacowanego parametru. Stosując opisaną metodę w wersji standardowej, zakładamy, że nie istnieje korelacja pomiędzy parami parametrów wejściowych. Jeżeli taka korelacja występuje, należy wziąć pod uwagę jej siłę, odpowiednio modyfikując metodę MCS. W przypadku nieuwzględnienia tego faktu, wygenerowany rozkład sumaryczny szacowanego parametru obarczony będzie dodatkowym błędem. Warto zwrócić jedynie uwagę, że w zależności od miary (siły) korelacji zmodyfikowany jest proces losowania liczb dla pary skorelowanych parametrów, tak aby utrudnić zestawienie ze sobą w jednej parze wartości, których wystąpienie w obrębie jednej badanej próbki jest mało prawdopodobne. W wersji metody Monte Carlo zaimplementowanej dla potrzeb niniejszego opracowania dla każdego z czternastu dni prognozy, na skutek zastosowania mechanizmu losowego, wyznaczane są wartości P pzo. Trzeba pamiętać, że wyznaczony został rozkład prawdopodobieństwa dla zbioru 90 Nafta-Gaz, nr 2/2014

artykuły zmodyfikowanego z którego usunięto trend. Po wylosowaniu każdej wartości P pzo należy posługując się równaniem funkcji trendu i znając wartość pojemności czynnej, dla której dokonano losowania zwrócić (dodać) wyliczoną wielkość rezydualną. Następnie tak wylosowane (i przetransponowane) wielkości wstawiane są do równania modelu i wyliczana jest prognozowana wartość dobowego odbioru gazu. Otrzymane w kolejnych przebiegach losowych metody wielkości podlegają rozkładowi estymowanemu krzywą gęstości rozkładu normalnego. Z dystrybuanty tak dopasowanego estymatora wyliczane są fraktyle: L10, L50 i L90, których wartości należy interpretować tak, że z 10-proc. prawdopodobieństwem wielkość dobowego odbioru gazu w danym dniu jest nie większa niż L10, z 50-proc. prawdopodobieństwem jest nie większa (oraz nie mniejsza) niż L50 oraz z 90-proc. prawdopodobieństwem jest nie większa niż L90. Inaczej rzecz ujmując, z prawdopodobieństwem 80% prognozowana wielkość mieści się w przedziale od L10 do L90. Tak przebiega klasyczna realizacja metody Monte Carlo. W tym przypadku dokonano jej modyfikacji. Należy zauważyć, że dla pierwszego dnia prognozy aktualna wartość pojemności całkowitej PMG (V c ) będąca parametrem równań modelu jest wielkością znaną i zakłada się, że nie jest obarczona niepewnością. Sytuacja zmienia się w kolejnych dniach prognozy, gdyż na kolejne wartości tego parametru (V c ) wpływa niepewność prognozowanej wielkości dobowego odbioru. Z każdym dniem prognozy zakres niepewności tego parametru zwiększa się na skutek kumulowania się kolejnych prognozowanych wielkości. Nie można tego faktu pominąć i w związku z tym w kolejnych dniach prognozy (z wyjątkiem pierwszego dnia) wyznaczany jest rozkład prawdopodobieństwa V c, jakiemu podlegał ten parametr w poprzednim dniu prognozy, i zgodnie z parametrami tego rozkładu losowane są wartości dla dnia bieżącego. Na tej podstawie wyznacza się kolejne parametry rozkładu prawdopodobieństwa V c na potrzeby losowania w dniu następnym. Zastosowanie tej modyfikacji skutkuje tym, że niepewność (wyrażona odchyleniami standardowymi) w kolejnych dniach prognozy rośnie, co zostało uwidocznione na rysunku 2. Obserwowany wzrost niepewności czynników składowych modelu (P pzo oraz V c ) skutkuje zwiększeniem niepewności prognozowanych parametrów, co widać w postaci rozszerzającego się z czasem kanału trendowego pokazanego na rysunku 3. Przykład zastosowania metody Opracowaną metodę przetestowano na danych pochodzących z jednego z podziemnych magazynów gazu w Polsce. Prognozy dokonano dla fazy odbioru gazu. Przyjęto następujące założenia dla prognozy: pojemność buforowa magazynu, V b = 612 mln m 3 ; pojemność całkowita magazynu w dniu poprzedzającym prognozę, V c = 100 mln m 3 (magazyn sczerpany w 70%); liczba dni prognozy = 14; liczba wykonanych iteracji w metodzie Monte Carlo = 30 000. Uzyskane wyniki zaprezentowano w tablicy 1 oraz na rysunkach 2 i 3. Dzień prognozy Średnie Q g Odch. stand. Q g Tablica 1. Wyniki prognozy odbioru gazu Q g (L10) Q g (L90) Średnie Q g Odch. stand. Q g Q g (L10) Q g (L90) 1 4 722 142,16 4 539 4 904 52 133 1 615 50 063 54 203 2 4 652 166,63 4 439 4 866 51 366 1 879 48 959 53 774 3 4 578 190,73 4 333 4 822 50 545 2 140 47 803 53 287 4 4 499 213,49 4 225 4 772 49 672 2 387 46 612 52 731 5 4 416 234,32 4 115 4 716 48 754 2 614 45 404 52 104 6 4 329 252,67 4 005 4 653 47 801 2 814 44 194 51 407 7 4 241 268,42 3 897 4 585 46 822 2 986 42 996 50 649 8 4 151 281,66 3 790 4 512 45 830 3 130 41 818 49 842 9 4 060 292,49 3 685 4 435 44 831 3 249 40 668 48 995 10 3 970 301,12 3 584 4 356 43 833 3 343 39 549 48 117 11 3 880 308,05 3 485 4 275 42 842 3 418 38 462 47 223 12 3 792 313,66 3 390 4 194 41 864 3 479 37 405 46 323 13 3 704 318,28 3 296 4 112 40 902 3 529 36 378 45 425 14 3 619 322,14 3 206 4 032 39 956 3 571 35 379 44 533 Nafta-Gaz, nr 2/2014 91

NAFTA-GAZ 350 Odchylenie standardowe 300 250 200 150 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Dzień prognozy Rys. 2. Odchylenie standardowe dla prognozowanej dobowej wielkości odbioru gazu, w jednostkach objętości 7 000 6 500 6 000 5 500 Q g 5 000 4 500 4 000 3 500 3 000 650,000 670,000 690,000 710,000 730,000 750,000 770,000 790,000 V c [mln m 3 ] Pomiar rzeczywisty Qg Prognoza Qg (L50) Prognoza Qg (L10) Prognoza Qg (L90) Rys. 3. Prognoza odbioru gazu Q g w jednostkach objętości Wnioski 1. Opracowana metoda wyliczania, dla potrzeb prognozy, wielkości odbioru gazu z PMG przy użyciu metod statystycznych może być zaimplementowana do systemu bazy danych PMG i służyć wsparciem dla służb dyspozytorskich OSM. 2. Wprowadzenie problemu stochastycznej oceny wiarygodności szacowanych parametrów jest podejściem po- żądanym oraz coraz częściej stosowanym w praktyce górnictwa nafty i gazu. 3. Algorytm jest prosty w zastosowaniu i daje, po uprzednim skalibrowaniu, możliwość szybkiego wyznaczenia prognozowanych wielkości odbioru gazu w dowolnym dniu pracy PMG. Algorytm ten będzie zaimplementowany w systemie bazy danych PMG. Prosimy cytować jako: Nafta-Gaz 2014, nr 2, s. 87 93 Artykuł powstał na podstawie pracy statutowej pt. Zastosowanie metody statystycznej do prognozowania wydobycia i zatłaczania gazu do PMG zleconej przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego zlec. wewn. 215/0063/12. 92 Nafta-Gaz, nr 2/2014

artykuły Literatura [1] Chierici G. L., Gottardi G. A., Guidorzi R. P.: Identified models for gas storage dynamics. SPE 1981, April. [2] Collier R. S., Monash E., Hultquist P.: Modeling natural gas reservoirs a simple model. SPE 1981, October. [3] Filar B., Kwilosz T.: Opracowanie komputerowego programu sluzacego do inzynierskiej obslugi pracy podziemnych magazynow gazu na przykladzie PMG Brzeznica. INiG, Krakow Krosno, 1999. [4] Kwilosz T.: Zastosowanie metody statystycznej do oszacowania zapasu strategicznego PMG, z uwzglednieniem niepewnosci wyznaczenia parametrow pracy systemu gazowniczego. Nafta- Gaz 2011, nr 3, s. 192 197. [5] Molinard J. E., Pelce V., Tek M. R.: Practical model for predicting pressure in gas-storage reservoirs. SPE 1990, November. [6] Rokosz W.: Dzialalnosc magazynowania gazu w ramach PGNiG SA, jako operatora systemu magazynowania dla gazu wysokometanowego. Nafta-Gaz 2010, nr 5, s. 345 351. Dr Tadeusz Kwilosz Adiunkt w Zakładzie Podziemnego Magazynowania Gazu. Instytut Nafty i Gazu Państwowy Instytut Badawczy ul. Lubicz 25A 31-503 Kraków E-mail: kwilosz@inig.pl Mgr inż. Bogdan Filar Starszy specjalista badawczo-techniczny; kierownik Zakładu Podziemnego Magazynowania Gazu. Instytut Nafty i Gazu Państwowy Instytut Badawczy ul. Lubicz 25A 31-503 Kraków E-mail: bogdan.filar@inig.pl OFERTA ZAKŁAD PODZIEMNEGO MAGAZYNOWANIA GAZU Zakres działania: analiza struktur geologicznych złóż gazu ziemnego, ropy naftowej oraz obiektów zawodnionych, pod kątem możliwości ich przekształcenia w PMG; szczegółowa analiza warunków geologiczno-złożowych, ocena dotychczasowej eksploatacji złoża, warunków hydrodynamicznych, zdolności wydobywczych odwiertów; ocena stanu technicznego istniejącej infrastruktury w aspekcie jej wykorzystania w pracy PMG; wykonywanie cyfrowych modeli geologicznych PMG, złóż gazu ziemnego i ropy naftowej; wykonanie projektu budowy PMG; analiza dotychczasowej pracy istniejących PMG w celu optymalizacji parametrów dalszej eksploatacji magazynów na bazie symulacji komputerowej; opracowanie projektów prac geologicznych, dotyczących poszukiwania i rozpoznawania złóż gazu ziemnego i ropy naftowej; opracowanie dokumentacji geologicznych złóż ropy naftowej i gazu ziemnego; opracowanie programu optymalnej eksploatacji złoża, wydajności poszczególnych odwiertów, tempa sczerpywania itp. Kierownik: mgr inż. Bogdan Filar Adres: ul. Armii Krajowej 3, 38-400 Krosno Telefon: 13 436-89-41 w. 202 Faks: 13 436-79-71 E-mail: bogdan.filar@inig.pl Nafta-Gaz, nr 2/2014 93