低渗透油田开发的规划优化

蒋维东 吴艳华 马庆喜

1哈尔滨工业大学管理学院；2大庆油田海塔指挥部 3大庆技师学院

1 优化设计思想

低渗透油田一般表现为单井产量低、稳产期短，基本处于经济开发的边际。这样，经济效益问题对低渗透油田来说就显得十分突出，如果仍沿用老油田的开发模式，其经济效益就会很差[1]。为此，建立低渗透油田开发规划优化理论系统模型，即以大系统论、系统工程、运筹学融为一体的思想，在此模式下层层递进分析，可实现低渗透油田的科学、有效开发。

“大系统理论”是大规模复杂控制与信息系统分析和综合的方法学，并不是关于系统大、小的“分类学”，它是研究各种大系统的控制与信息过程，分析与综合方法的系统科学[2]。运筹学是系统工程的基础理论之一，是为系统工程提供数学理论和方法的科学，它是在系统思想指导下采用建立数学模型和模型求解等定量化方法为系统决策服务的技术科学。系统工程立足于整体指导局部的思想，把辩证唯物论与现代科学技术相结合，把定性分析与定量分析相结合，从这个意义上说，系统工程强调系统思想，运筹学强调数学方法，二者相辅相成才能使低渗透油田开发问题得到合理的解决。

目前，无论是在石油业界，还是在其他学界，很多人把系统工程与运筹学搞混淆，更有甚者将二者看成为一个内容，这是完全错误的。系统工程和运筹学是既有联系又有区别的两类不同层次的科学：系统工程是运筹学的实践内容，属于工程技术；运筹学则是从系统工程中提炼出来的基础理论，其属于技术科学[3]。

从低渗透油田开发规划优化系统设计过程来看，它是大规模复杂控制与信息系统分析的过程。由于地质条件的复杂性，在开发实施前不可预测的因素很多，只有一些勘探时获取的原始数据，掌握到的储层具有典型的低渗透地质特征，表现为：①储层物性差，沉积物成熟度低，但后生成岩作用往往比较强烈；②孔隙度低，孔喉半径小，毛细管压力高，原始含油饱和度低；③基质渗透率低；④裂缝往往比较发育；⑤非均质性强；⑥黏土矿物含量高，水敏、酸敏、速敏严重。通过打试验井等手段，表现出来低渗透油田的特征，如油井自然产能低，采收率低，采油速度低。通过和其他国内外油田资料对标分析，进行地下、地上总体规划开发具有很大的风险性，涉及若干子系统。

透过对霍尔三维结构模型分析，知识维列举需要运用包括工程技术、法律、经济、管理、社会科学、环境科学等各种知识和技能，其含有工程技术、社会科学、控制论、运筹学等诸方面的技术方法体系，由此基于低渗透油田开发规划优化设计，可以构建以大系统理论、系统工程、运筹学、技术方法体系为顶点，以大系统理论、系统工程、运筹学所构成的面为底面的四面体结构。此结构筑牢了理论、思想、基础、方法的根基，进而形成相互作用、相互依赖、相互支撑的体系，如图1所示。

图1 低渗透油田开发规划优化设计思想

2 决策方法和技术经济评价层级

2.1 开发规划设计的决策层级

在低渗透油田开发规划优化设计思想主导下，可将决策方法和手段运用看成大系统理论中的多级递阶控制结构。不妨将大型油田企业开发低渗透油田规划设计为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ六个层级，分别对应底层（基层项目组）、中低层（矿、大队、项目部）、中层（厂、公司）、中高层（研究院、所）、高层（油田勘探开发指挥部、大型油田企业）、顶层（石油财团、集团乃至国家机关部门和领导）。每一层级的数据信息输出都是上一级的数据信息输入，每一层级所用的决策方法都有所不同，形成了由简单定量分析到定性与定量相结合的决策模式，每一级所涉及的因素不同，越往上一级涉及的因素就越多，越复杂，越难以判断和决策。从单纯的以经济效益最大化到整体优化，有精确的定量描述、运算到人机相互、专家系统，最终是战略决策而绝非是战术层面的问题。

2.2 开发规划设计的技术经济评价方法

前面阐释了低渗透油田开发规划优化设计四面体结构立体思维模式中的大系统理论、系统工程、运筹学三个方面，而对于四面体结构顶点的技术方法体系所涉及的内容是开发规划中最为常用且必不可少的方面。

管理学中技术方法体系内容很多，在低渗透油田开发规划设计中，尤其要将折现现金流技术、相关于回归分析技术和预测技术三种技术，价值评估方法、敏感性分析方法、概率分析方法、风险分析方法四种方法，技术经济学基本理论（时间价值、盈亏平衡、边际理论）、规划方法理论、投资组合理论三种理论加以综合应用，以形成较为完备的油田开发经济评价分析方法及综合应用技术。从决策层级来看，其采用的技术、方法、理论虽没有严格的界限，但总的来看，决策层级越高，所采用的技术、方法、理论就越复杂。

若将大型油田企业开发低渗透油田规划设计归并为基层、中层和高层三个层级，则在运用技术方法体系上各层级所用的技术经济学方法也有很大的差别。通常来说，基层往往采用静态分析方法较多，到了厂、公司一级就会用到动态分析方法，而大型油田企业，因其需要全面规划设计，考虑的因素必然较多，往往需要较为完备的综合分析技术。

3 评价工作流程模型

建立低渗透油田开发规划设计评价流程，需融大系统论、系统工程、运筹学为一体，采取层层递进分析，才能实现低渗透油田的科学、有效开发。针对某一低渗透油田开发来说，所追求的开发规划总目标是一个复杂的综合性的受诸多约束条件限制的目标，需要统筹协调、平衡才得以实现的目标。该目标需要高产量、低含水率、经济效益好等多方面的统筹规划，需要多种技术措施和手段找到产能与成本控制最佳结合点。基于此目标，需要细分油田区块，建立各子系统规划模型，将运筹学理论应用到油田区块开发这个系统工程实践中。在定量分析基础上，通过对各子系统的方案优选评判，加之定性分析，形成对整个低渗透油田开发规划设计方案。该方案经过反复调优、判断，不断经过各种分析，如风险评估、数值模拟、历史拟合、专家决策、人机交互系统等，最终形成切实可行的可操作性的方案，指导低渗透油田开发。

4 结语

低渗透油田开发规划优化设计是一个复杂系统，需要以大系统理论为主导思想，需要有一整套的、较为完善的技术经济评价方法，更需要建立完整的递阶式评价层级结构和评价工作流程。只有采取顶层设计方式，才能做出较为科学的决策，有效地指导油田开发，确保油田的可持续开采。否则，不把握系统性、科学性、可行性、动态性、可操作性的统一，不进行系统分析和评价，盲目开发，破坏性开采，将会在低渗透油田开发过程中遭到不可预见性的难题，进而使油田开发难以实现预定的目标，或者造成油田开发变得不经济或不可持续。

[1]刘扬，赵洪激，周士华．低渗透油田地面工程总体规划方案优化研究[J]．石油学报，2000，21（2）：88-95.

[2]马铁林，马东立．大系统理论体系下的飞行器多学科设计优化方法[J]．系统工程理论与实践，2009，29（9）：186-190.

[3]汪应洛．系统工程（第3版）[M]．北京：机械工业出版社，2007．