年度产量构成计划优化研究及应用

姚胜林，张军连，高 毅

(延长油田股份有限公司，陕西 延安 716000)

年度产量构成计划优化研究及应用

姚胜林，张军连，高 毅

(延长油田股份有限公司，陕西 延安 716000)

为提高油田产出投入比，以油田年度计划中的投资和成本最小化为研究分析的目标，以年度总产量、新钻井资源潜力、措施增油潜力和合理储采比为相关约束条件，建立了年度产量计划投资成本最小化技术经济数学模型。应用该模型对YX油田2015年度产量构成进行了结构优化，可节约投资3.4亿元，证明该模型可应用于油田产量结构的优化配置，对油田投资决策具有重要的参考价值。

产量计划；油田投资；结构优化；模型

在国内外经济进入新机制、新常态，国际原油价格跌入冰点的形势下，为尽力提高油田开发经济效益，年度计划优化比以往显得尤为重要。前人在油田开发规划方面以不同的优化目标研究了许多规划优化方法[1-4]。在年度原油生产投资计划中控制和优化投资和成本是提高开发效益的重要一环，本文以年度投资和成本最小化为目标函数，在分析约束条件的基础上，建立了优化产量构成的数学模型，可以应用于油田产量计划的宏观决策。

1 年度投资成本最小化表达式

油田开发年度计划实质是一个上层决策的过程，决策就需要决策人在不同的方案下进行选择，以达到设定的一个或多个目标。在油田可用资金紧张情况下，将年度投资成本最小化的同时完成政策产量任务即可作为一个决策目标。

一个油田年度产量投资和成本计划主要包括两部分，一部分是维持老井在自然递减状态下生产所需的成本，另一部分是为了弥补老井自然递减产量而实施的增油方式(新井、措施井及三次采油)所新增加的投资。要控制油田原油生产投资成本，就是要分别使这两部分的总额最小化。在实际生产中第一部分成本只能通过加强油井过程管理，采取适当的措施从而节约成本，第二部分投资则需要在年度计划中合理地进行分配才能在完成产量任务的同时使其最小化。依此思路，建立使年度投资和成本最小化的数学表达式(1)，该式是以投资和成本最小作为目标函数，以增油量作为决策变量的线性函数。而各类增油方式下的增油量还受到其他因素的约束和影响。

(1)

式中：C(t)—计划当年的总投资和成本；Qlj(t)—当年老井自然产量；Clj(t)—维持单位老井自然产量所需的成本；Ci(t)—第i种增油量方式下的单位增油量所需的投资；Qi(t)—第i种增油量方式下的总增油量。

2 约束条件

2.1年度总产量约束

根据自身生产经营特点，结合国家政策变化和国内外原油经济形势，油田决策层会制定一段时期内的原油生产的总趋势(持续上产、稳产或不断减产)。当年度总产量目标确定后，总产量Q(t)的数学表达式为：

(2)

准确测算式(2)中的当年老井自然产量的实质就是合理地确定老井自然递减率，自然递减率的确定不仅要准确测算上一年度的自然递减率，而且还要考虑前几个年度实际发生的自然递减率，从而综合确定一个能体现目前油田整体开发趋势的老井自然递减率。式(2)中的各类增油方式下的总增油量，用以弥补当年老井自然产量与总产量的差额。

2.2老井措施增油约束

老井措施增油约束包含两个方面的内容，一方面是指可实施措施增油的措施类型(如压裂类、解堵类、酸化类等)、措施井数及单井增油潜力，主要通过分析历年特别是近三年来油田主要增产措施的实施效果、增油量变化、产出投入比等主要指标来确定。另一方面是指油田为了提高油藏最终采收率，每年必须计划一定量的措施增油任务。通过分析近五年措施增油量在年度产量构成中的比例，确定本年度应完成的一个合理的措施增油量任务范围，这个范围可表示为：

Qcs,min≤Qcs(t)≤Qcs,max

(3)

式中：Qcs(t)—当年措施增油量；Qcs,min—当年最低措施增油量；Qcs,max—当年最高措施增油量。

2.3新钻井开发资源潜力约束

开展资源潜力评价，清楚掌据油田可开发资源量及资源潜力，有利于制定出更加符合实际的油田开发计划。新钻井开发资源潜力约束在年度产量计划制定中是一个最强的约束条件，资源潜力是新井产量计划的前提条件，用数学表达式可表示为：

Qxj(t)≤Nxj(t)·Vxj(t)

(4)

式中：Qxj(t)—年计划新井产量；Nxj(t)—潜力评价中新老区未开发探明地质储量；Vxj(t)—新井采油速度。

当年新钻井开发资源潜力包括新区资源潜力和老区资源潜力。新区资源潜力的评价依据主要来自近年勘探成果；老区资源潜力评价主要是通过已开发区域地质油藏再认识、油藏精细描述、剩余油研究、可采储量标定等工作，掌据已开发老区通过井网调整、井网完善和扩边开发等方式提高油藏开发层次的潜力。

2.4合理储采比约束

油田要在一定时期内保持油田资源接替的良性循环，就需要勘探和开发做好协调，使油田储采比保持在一个合理的范围内。合理的储采比(ω)应处于最大经济效益储采比(ωmin)和经济有效储采比(ωmax)之间[5]，如图1 所示。

在实际年度产量计划制定过程中，合理储采比的确定可根据储采比的定义，充分分析往年储采比与油田开发时间、总产量变化率、储量增长率、采出程度等相关参数的关系，同时结合国内外同类油田的储采比，综合确定一个合理的采储比区间。

3 年度产量计划技术经济模型及求解

以年投资成本最小化作为目标函数，以构成总产量的各分产量作为决策变量，以资源潜力、储采比、措施潜力、总产量为约束条件，建立年度产量计划投资成本最小化技术经济数学模型，模型表述如下：

(5)

(6)

该数学模型是一个单目标线性规划问题，满足所有约束条件的决策变量的解称为可行解，使目标函数达到最小值的可行解称为最优解。求解线性规划问题的目的就是要找出最优解。单目标线性规划问题的求解可采用通用的单纯形法[6]并借助计算机编程来解决。

4 应用实例

YX油田2010—2014年期间各年原油产量构成主要分三部分(老井自然产量、新井产量、措施产量)，各年相关历史数据见表1。

表1 YX油田2010—2014年相关历史数据

依据近五年产量稳步上升的趋势，2015年上级下发YX油田原油产量生产任务894.1万t，YX油田沿用各采油区块上报产量构成计划，油田汇总并按比例上下调整的传统方法对原油产量任务进行了分解，制定了年度原油生产计划，老井自然产量799.48万t，新井产量67.89万t，措施产量26.82万t，全年投资和成本共243.2亿元。

本文对老井自然递减情况、措施和新钻井开发潜力及近年油田开发形势进行了分析，标定2015年自然递减率应为9.3%，未开发探明地质储量约1.76亿t，措施产量控制在老井自然产量的3%～5%，储采比应控制在10%～16%，吨油操作成本应控制在1970元以内，单井平均建产投资176万元。然后应用投资成本最小化技术经济数学模型对YX油田产量构成计划进行了结构优化，最优解为：老井自然产量801.4万t，新井产量64.15万t吨，措施产量28.53万t，投资和成本共239.8亿元，低于实际投资成本。

5 结论

在原油价格持续走低，而政策产量任务必须完成的情况下，以最大限度地降低投资成本为目标，综合产量需求、开发趋势、开发潜力，建立优化年度产量计划构成的数学模型，是以用数学的方法科学地解决油田面临的实际问题。应用年度产量计划优化模型对YX油田产量构成结构优化后可节约投资3.4亿元，证明此模型可为油田年度产量计划决策提供参考。

[1] 张广杰，常毓文，曲德斌，等．油田开发五年(滚动)规划的逐年实施方法研究[J]．石油学报，2007，28(2)：79-82．

[2] 凡哲元，邴绍献，苏映红，等．油田开发规划优化决策系统研究[J]．油气地质与采收率，2003，10(6)：34-36．

[3] 程伟，张广杰，董伟宏，等．油气田开发规划模型的建立及求解[J]．大庆石油学院学报，2006，30(2)：112-115．

[4] 杨菊兰，常毓文，王燕灵，等．油田开发规划计划编制的产量构成方法[J]．大庆石油学院学报，2009，33(1)：36-40．

[5] 王立军，杨海玉，韩军．油田合理储采比的确定及其影响因素[J]．大庆石油地质与开发，2008，27(2)：64-67．

[6] 马立平，任宝生，刘志斌．最优化方法及其在油田开发规划中应用综述[J]．石油规划设计，2008，20(5)：10-14．

ResearchandApplicationofPlanOptimizationofAnnualProductionComposition

YAO Sheng-lin， ZHANG Jun-lian， GAO Yi

(Yanchang Oilfield Co., LTD， Yan’an 716000， Shaanxi, China)

Oilfields had a sharp decline of investment and costs in the situation of low oil prices, while crude oil production needed to remain stable. In order to improve the output-input ratio of exploitation, the article defined investment and costs minimization as object function, total annual production, resource potential of drilling, stimulation potential and reasonable reserve-production ratio as constraints. Then, a technical and economic mathematical model of minimizing the investment and costs in the annual production plan was established. The model was applied to optimize the annual production plan of YX oilfield in 2015. The result can save 340 million yuan. The study proved that the model can be applied to optimize oilfield yield structure and provide aid in making decision of investment.

production plan; oilfield investment; structure optimization; model

TE29

B

1008-9446(2017)04-0034-03

2017-02-03

姚胜林(1984-)，男，甘肃天水人，工程师，硕士，主要从事油藏管理及油田开发规划等方面的工作，E-mail:30239355@qq.com。