Optimization of Offshore Oil and Gas Logistics

Abstract

Summary of the thesis

This thesis considers the logistical task of supplying offshore oil and gas platforms using methodology from the field of Operations Research (OR) and is part of the research performed by the Center of Integrated Operations in the Petroleum Industry (IO Center). In this thesis, new mathematical models have been developed and tested on cases from the offshore oil and gas industry. The offshore oil and gas logistics is separated into two main sectors according to their mode of transportation. The first, offshore supply logistics, is the transportation of supplies in the form of equipment and tools for use in the production as well as the return of waste and other collectibles using specialized supply vessels. The second, offshore personnel transportation, is the transportation of workers and other personnel to and from offshore installations using helicopters. The focus of this thesis is on optimization models that can improve both these sectors.

This thesis consists of five research papers, the first three deal with offshore supply logistics and the last two offshore personnel transportation. In the first three papers some of the key topics that have been studied are:

•Order management/selection and order postponing strategies.

•Supply vessel routing and platform revisiting strategies.

•Optimization in a simulation framework.

For the offshore personnel transportation studied in the last two papers, the key topics include:

•Network design and fleet composition.

•Helicopter routing.

•Land base selection and helicopter allocation.

The problems presented in this thesis are solved and analyzed using a mix of solution methodologies from the field of OR, including exact solution methods as well as heuristics. These solution methodologies are either used as stand-alone analyses or as a component in a simulation framework that studies changes over time. The models solved by exact solution methods are solved either using branch-and-bound or branch-and-price. The latter is implemented from scratch as a part of this thesis. In addition, a metaheuristic based on the adaptive large neighbourhood search framework was implemented in one of the papers to find good solutions fast.

Sammendrag av avhandlingen

Denne avhandlingen studerer forsyningslogistikken til offshore olje- og gassinstallasjoner ved hjelp av metodikk fra operasjonsanalysefeltet. Avhandlingen er en del av forskningen til Senter for Integrerte Operasjoner i Petroleumsindustrien. Som en del av avhandlingen er nye matematiske modeller blitt utviklet og testet på problemstillinger hentet fra forsyningslogistikk. Denne kan for offshore olje- og gassproduksjon deles inn i to hovedgrupper etter transportmiddel. Den første, offshore forsyningslogistikk, er transport av forsyninger i form av utstyr og verktøy for bruk i oljeproduksjon, samt retur av avfall og andre utslitte komponenter ved hjelp av spesialiserte forsyningsskip. Den andre, offshore personelltransport, er transport av arbeidere og annet personell til og fra offshoreinstallasjoner ved hjelp av helikoptre. Fokuset i denne oppgaven er på optimaliseringsmodeller som kan forbedre begge disse sektorene.

Denne avhandlingen består av fem forskningsartikler, de tre første er basert i offshore forsyningslogistikk og de to siste i offshore personelltransport. De viktigste temaene som har blitt studert i de tre første artiklene er:

•Ordrehåndtering, valg og utsettelsesstrategier

•Skipsruting og gjenbesøksstrategier

•Optimering i et simuleringsrammeverk

De to siste artiklene som handler om offshore personelltransport har følgende temaer:

•Nettverksdesign og flåtesammensetning

•Helikopterruting

•Valg av forsyningsbase og allokering av helikopterflåte

Modellene som presenteres i denne avhandlingen er løst og analysert ved hjelp av en blanding av løsningsmetoder fra operasjonsanalysefeltet, og inkluderer både eksakte løsningsmetoder og heuristikker. Disse løsningsmetodene er enten brukt som frittstående analyser eller som en komponent i et simuleringsrammeverk som studerer endringer over tid. Eksakte løsningsmetoder som har blitt brukt inkluderer branch-and-bound og branch-and-price. Sistnevnte er implementert fra grunnen av som en del av denne avhandlingen. I tillegg ble en heuristikk basert på et adaptive large neighborhood search rammeverk implementert i en av de presenterte artiklene.