高成熟探区圈闭经济评价系统及其应用

刘金连，张建宁

（1.中国石化油田勘探开发事业部，北京100828；2.中国石化石油物探技术研究院，江苏南京210014）

高成熟探区圈闭经济评价系统及其应用

刘金连1，张建宁2

（1.中国石化油田勘探开发事业部，北京100828；2.中国石化石油物探技术研究院，江苏南京210014）

摘要：为了提高高城熟探区圈闭经济评价的水平，服务于油田的勘探决策，建立了高成熟探区圈闭经济评价系统。系统主要功能有：①根据建立典型油气圈闭参数数据库，应用人工神经网络方法进行非线性“类比”，确定圈闭的油藏类型、勘探开发和生产模式，模拟油气藏勘探开发全过程，开展圈闭定量经济评价，克服了传统评价方法的缺陷；②采用蒙特卡罗仿真估算，开展圈闭经济评价敏感因素和不确定性分析，实现圈闭勘探风险的量化研究；③应用最优化线性理论，完成圈闭勘探投资效益与勘探风险的优化分析，解决了过去圈闭经济评价中缺少风险分析和投资组合一体化评价的问题。该系统已经在胜利油田应用，胜利油田年钻预探井30余口，成功率在40％以上，效果良好。

关键词：不确定性；组合优化；风险分析；高成熟探区；圈闭经济评价

圈闭勘探决策是否可行不仅仅取决于地质、技术评价，而且与经济分析有密切的关系。目前，圈闭经济评价国内进行了比较深入的研究，采用的方法很多［1－8］，也形成了一些商业性的分析软件。但是，中石化高成熟探区圈闭勘探经济评价存在以下问题［9－16］：①评价需要的数据和参数不全面；②勘探开发一体化环节相对比较薄弱，难以实现开发和生产等过程的客观模拟，导致评价结果不客观；③缺少风险评价、投资效益与风险的优化分析。

针对圈闭经济评价中存在的问题，本文以胜利油田多年勘探开发实际资料及经验为依据研发了圈闭经济评价系统。

1　设计指导思想

根据国际流行的经济学效用价值理论，勘探作为油田勘探开发全过程的一个环节，勘探的经济效益和勘探成果的价值并不来源于勘探本身，而来源于未来的开发与生产的经济效益。因此，勘探活动着眼于未来开发，圈闭的经济评价是勘探开发一体化评价系统。系统从圈闭的基本特征出发，以勘探开发成熟区的油气圈闭为样本，模拟圈闭勘探、开发和生产全过程：应用人工神经网络方法进行“类比”，定量地对圈闭进行地质储量、勘探投入、开发投资和基本建设等过程模拟计算，克服传统评价方法的缺陷，完善了经济评价的方法；通过采用蒙特卡罗仿真模拟，研究圈闭经济评价的不确定性，完成圈闭勘探决策的风险分析；应用最优化线性理论，开展圈闭勘探投资效益与勘探风险的最优化分析，实现圈闭勘探过程中辅助决策手段的创新。本系统是建立在圈闭地质评价、经济评价、风险分析和勘探组合优化基础上，实现对同级的圈闭进行综合评价（图1）。

系统考虑到在圈闭经济评价中，方法仅仅是基础，参数才是关键，经济评价结果的准确度取决于参数取定的合理性。建立了已深度开发的典型油气圈闭比较完整的参数数据库，为圈闭评价提供了可靠的样本，可很好地应用人工神经网络方法进行“类比”，保证评价结果客观合理。

在评价过程中，系统针对由于勘探成果存在不确定性带来对开发方案的变化，导致开发指标、经济参数不同，计算结果存在较大风险的问题，分析不同约束条件的变化（地质储量、勘探投资、预测利润、净现值等因素）对某个目标因素的影响和进行优化计算，并完成敏感性分析；也考虑某个因素要求差异变化对评价结果不同，使用蒙特卡罗仿真模拟，研究评价过程中的不确定性，突出风险评价，较好地满足实际油气勘探决策的需要。

图1　圈闭一体化经济评价系统流程

圈闭勘探效益和风险的双目标评价带来投资决策的双目标优化。系统通过采用国际通用的现金流量法计算经济评价指标，以目标收益率判断勘探投资是否有经济效益，并根据石油圈闭投资阶段性决策的特征，以勘探阶段的储量成果体现储量价值，实现经济价值评估。采用线性规划最优化方法，根据勘探决策的不同要求和约束条件，对圈闭勘探组合进行效益评估和勘探风险分析，使勘探组合在满足特定约束条件下达到效用最高，实现整个圈闭勘探在风险与收益之间达到平衡。

2　系统功能模块

2.1经济评价模块

经济评价过程如图2所示，经济评价以地质储量为核心，以获得油气产量、经济收入为目的。从预测储量开始，计算控制储量、探明储量、可采储量，最后得到油气产量，计算其经济收入，实现经济评价。它包括预探、详探、开发建设和生产运行过程。在经济运行过程中包括勘探投资、开发投资和操作成本等几个方面。因此，本系统经济评价模块是对圈闭在客观、全面的地质评价的基础上，结合已经开发油气藏实际，根据具体地质规律，确定圈闭的油藏类型、开发模式。选择适宜的计算模型，对圈闭的勘探、开发建设和生产运行等过程实现模拟。

通过经济评价可得到圈闭的可能的控制储量、探明储量、可采储量和油气产量；预测其勘探、开发中可能需要的勘探投资、开发投资、操作成本等费用。并在明确已知原油价格的条件下，计算出可能的销售收入、期间费用和现金流量。最后计算出圈闭的内部收益率、净现值和净现值率。

2.2敏感性分析模块

在圈闭经济评价中所使用的数据，大部分是在一定的假设前提下通过预测和估计确定的，由于假设条件的主观随意性和各种预测方法的局限性，经济评价结果存在不确定性。敏感性分析是一种对圈闭不确定因素进行系统分析的方法，通过分析可能的不确定性因素对经济评价指标的影响，以估计影响圈闭经济评价结果最主要的因素，确认圈闭在经济评价中主要的因素。系统敏感性分析模块是通过分别对价格、产量、投资和成本变化，计算圈闭的净现値（NPV）变化特点，确定其中主要的敏感因素，进一步分析经济评价结果。

2.3风险分析模块

由于计算储量所需的含油面积、油层有效厚度、油层孔隙度、含油饱和度、原油比重、原油体积系数等参数都存在很大的不确定性，计算出的储量成果必然存在很大风险。因此，圈闭评价必须突出风险评价。

系统采用蒙特卡罗法进行圈闭经济评价风险分析，蒙特卡罗法的实质是通过生成伪随机数的方法，使经济评价数学模型中的各参数变量进行随机的相乘或相加，以取得净现值估算的概率值的解。在具体计算时，首先确定含油面积、油层有效厚度、油层孔隙度、含油饱和度等参数的分布规律，给出其分布范围，然后用蒙特卡罗法进行圈闭风险分析，得到圈闭经济评价指标概率分布（图3），计算出圈闭的净现值的数学期望、标准差等。

本系统在充分考虑油气圈闭技术、商业等风险的基础上，建立圈闭决策树，对圈闭的净现值进行分析，有效地量化它的可靠性和稳定性，判断圈闭勘探的经济价值，为油气圈闭决策提供坚实的基础。

图2　圈闭经济评价流程

图3　圈闭勘探蒙特卡罗法风险分析流程

2.4组合优化模块

圈闭组合优化是应用最优化理论对各个圈闭进行最优化计算，得到最优化圈闭组合［14］。本模块主要是在地质储量、勘探投资等因素的约束下，对圈闭组合进行最优化计算，它包含0～1最优化计算、0～1整数最优化计算，共有3个部份：基础数据准备、0～1最优化、0～1整数最优化。

圈闭经过经济评价、风险分析，得到各圈闭蒙特卡罗模拟出的财务内部收益率的所有模拟值，各圈闭的投资、工作量、收益率、净现值的数学期望、标准差等。在此基础上，根据勘探决策要求，勘探投资在一定范围内，必须完成一定地质储量等约束条件下，采用线性规划理论，求出圈闭组合最优化结果（图4），实现勘探的效益和风险双目标优化。通过组合优化，使其在满足特定约束条件时达到效用最高，使整个圈闭勘探在风险与收益间达到平衡。即在一定风险范围内，获得圈闭组合的地质储量最大。在地质储量一定时，圈闭组合的风险最小。

图4　圈闭勘探组合优化计算流程

垦16砂体位于东营凹陷陈家庄凸起东部，分别在馆陶组和沙河街组形成岩性地层圈闭，面积为3.7km2，储层总厚度为40m，埋深为1800m （图5）。陈家庄油田自1973年钻探陈7井获日产4.7 t的工业油流以来，1986年上报了陈25井区探明石油地质储量655×104t；1987年度整体上报陈25井区探明含油面积8.6km2，石油地质储量1399×104t；1994年度陈40块计算新增探明含油面积0.6km2，石油地质储量108×104t；1995年度陈21—陈33块控制储量升级为探明石油地质储量291×104t；2000年在陈376井区上报探明石油地质储量1234×104t。1992年2月开始对老井陈36、陈38两口井进行常规稠油试采，日产油分别为27.0和37.0 t，利用天然能量开采，采用正方形反九点井网，井距250m×353m方案投入开发，开发井110口，建成产能23×104t。

由于陈家庄凸起东部与西部具有相似的地质特征和成藏条件，勘探开发目标都是第三系的超覆与岩性油藏。因此，用陈家庄油田的历史数据和基本模式，模拟垦16砂体勘探开发和生产过程，即采用一样的开发、地面建设等方案，使用相同的探明率、采收率、单位成本（地震、钻井、采油、地面建设）和原油价格等参数分别计算垦16砂体

3　应用实例

3.1经济评价实例［1］在风险概率为95％，50％，5％时，石油地质储量的勘探投资、开发投资和内部收益率和净现值等经济参数（表1），完成经济评价。

图5　垦东油田综合评价

评价结果表明，虽然模拟过程和计算参数相同，但地质储量不同，内部收益率和净现值也不一样。实际上由于勘探、开发和建设等投资的差异，内部收益率和净现值并不一定随着地质储量的增大而提高。因此，在对圈闭进行勘探投资决策时，仅考虑圈闭地质储量的大小是不全面的，只有开展经济评价，对勘探目标进行组合优化，圈闭勘探决策才会更加科学。同时，由于地质储量计算、圈闭勘探开发和生产模拟过程都存在一定的不确定性，在进行经济评价时，必须进行风险分析，避免错误决策。

表1　垦16砂体圈闭经济评价Table 1　Econom ic evaluation of traps in Ken 16 sandbody

3.2组合优化分析实例［12］

东营凹陷2003年度有21个石油储备圈闭，圈闭面积106.5km2，石油地质储量12 260×104t。由于计划投资总额的限制，不可能对这21个圈闭全部都进行钻探，必须对它们进行优化。在计划投资总额要求小于5×108元，控制地质储量大于3000×104t条件限制下，传统的方法选择了9号、10号和13号等8个圈闭进行勘探，他们的地质储量是3 028×104t，圈闭组合风险的累计方差（风险）为1720×104t（表2）。

为了研究这个组合是否达到最优，应用本系统对21个石油储备圈闭进行最优化分析，结果表明传统组合既没有达到效益最优，也没有实现风险最小。系统效益最优组合选择的是1，6，7和18号等4个圈闭，与传统组合结果比较，在风险差不多的条件下，石油地质储量增加了1899×104t，达到了效益优化的目的。风险最优组合选择的是6号和7号两个圈闭，在可控制石油地质储量3 020× 104t的情况下，勘探风险较传统组合减少730× 104t，实现降低风险的目标。

因此，在计划投资总额小于5×108元、石油地质储量要求大于3000×104t的约束条件下，通过应用本系统分析，实现东营凹陷储备圈闭勘探的效益和风险双目标优化，突出圈闭勘探的效益、降低可能发生的风险，为科学决策提供依据。

表2　圈闭组合优化对比Table 2　Comparison of portfolio optim ization of traps

4　结论

1）本系统通过确定圈闭勘探、开发模式，建立完善数学模型，计算地质储量和油气产量，模拟勘探、开发、生产到销售的全过程，估算内部收益率和净现值，并进行风险分析，实现圈闭勘探效益与风险的优化。经过测试和应用，操作方便，实用性强，满足圈闭经济评价要求，具有应用和推广价值。

2）系统采用的是一种“类比”方法，以已经开发多年的油藏为样本进行评价计算，因此，大量、丰富和全面的样本圈闭是经济评价的基础。胜利油田经过30多年的勘探开发，拥有大量已经开发多年的油藏的基本模式和基础参数，为开展圈闭经济评价奠定了基础。

3）系统使用的数据大部分是在一定的假设前提下通过预测和估计确定的，在计算概率条件下的地质储量、勘探投资、预测利润、净现值和数学期望、方差的过程中，都要求圈闭评价基础数据真实可靠。因此，本系统的计算方法仅是基础，客观合理的参数数据才是关键。

4）对一组圈闭勘探进行优化之前，必须对每个圈闭进行地质评价，选择同级地质评价结果的圈闭，应用地质、油藏、经济和油价对照等参数数据库和“类比”分析，客观地引入有关的勘探、开发、油藏和经济等计算参数，才能完成圈闭勘探组合效益和风险的优化分析。

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（编辑高岩）

中图分类号：TE155

文献标识码：A

文章编号：0253－9985（2011）02－0280－07

收稿日期：2010－08－16。

第一作者简介：刘金连（1965—），男，高级工程师，地震综合解释、油气勘探。

Econom ic evaluation system for traps in a highly-explored area and its application

Liu Jinlian1and Zhang Jianning2
（1.SINOPEC Oilfield Exploration and Development Department，Beijing 100828，China；
2.SINOPEC Geophysical Research Institute，Nanjing，Jiangsu 210014，China）

Abstract：To improve economic evaluation of traps in a highly-explored area and serve for exploration decision of oilfield，an economic evaluation system for traps in a highly-explored areawas developed.Themain functions of the system include the followings.①The artificial neutral networkmethod can be used to carry out non-linear“analogy”on the available typical trap parameters database，so as to confirm trap types and themode of exploration，development and production，to simulate the full process of oil/gas exploration and development，and to conduct quantitative economic evaluation of traps，which overcomes the disadvantages of traditional evaluationmethod；②Monte Carlo simulationmethod can be used to carry out sensitive factor and uncertainty analysis of trap economic evaluation，and realize quantification of trap risks；③The optimal linearity theory can be used to perform optimization analysis of investment income and exploration risks，realizing integral evaluation of risk and portfolio.The system has been applied in Shenglioilfield，which drills over 30 exploration wells every yearwith a success rate of over 40％.

Key words：uncertainty，portfolio optimization，risk analysis，highly-explored area，trap economic evaluation