中海油勘探目标投资优化组合系统的技术设计

张厚和 高乐 刘鹏 高阳东 张锦伟

摘 要：经过近十年的探索，中国海洋石油集团有限公司（以下简称中海油）逐步形成了一套符合公司特点的勘探投资组合管理理念和方法，并据此研发了勘探目标投资优化组合软件系统，旨在加强勘探目标管理，为中长期勘探规划的合理编制提供重要的支撑，为勘探投资决策提供有效的技术支持。该系统实现了勘探目标的集中统一管理、优选排队、优化组合等，对勘探投资决策具有重要意义。

关键词：勘探目标;优化投资组合;勘探类比库;目标风险评价

中图分类号：F426.22文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）14-0125-05

Abstract： After nearly ten years of exploration， China National Offshore Oil Corporation （hereinafter referred to as CNOOC） has gradually formed a set of exploration portfolio management concepts and methods that are in line with the company's characteristics， and developed a software system for optimization of exploration target investment portfolios based on this， which aims to strengthen the management of exploration targets， provide important tools for the reasonable preparation of medium and long-term exploration plans， and provide effective technical support for exploration investment decisions. The system realizes the centralized and unified management of exploration targets， optimal queuing， optimized combination， etc.， which is of great significance to exploration investment decision-making.

Keywords： exploration target;optimized investment portfolio;exploration analog library;target risk evaluation

现代投资组合理论由美国经济学家哈里·马柯维兹（Harry Markowtiz）于1952年率先提出，他提供了一种在风险和回报之间达到最佳平衡的投资组合数学方法。使用该方法，投资者就能得到一个在一定收益水平下把风险减少到最小的投资组合，或者是在一定风险下取得最大回报的投资组合[1-2]。20世纪80年代，投资组合理论在石油工业中首次被使用，目前已知至少150家国际石油公司应用投资组合进行资产管理。

中海油从2004年开始尝试投资组合管理，旨在从宏观角度组合勘探项目、控制勘探预算投资，实现既定的勘探规划目标。在全面调研国际大型石油公司勘探风险分析方法和投资组合优化技术的基础上，中海油深入研究勘探目标经济评价、区带经济评价、投资组合优化等方法，经过近十年的探索，逐步形成了一套适合自身的勘探投资组合管理理念和方法[3-6]。其在近几年自营钻探部署方面发挥了较大作用，取得了较好的勘探效益，为下一步建立勘探投资组合系统和推广应用奠定了基础。

当前，随着中海油勘探工作量的逐年增加，勘探人员需要在众多的有利圈闭中优选组合出有利的勘探目标[7-9]。每个目标都存在不同的风险和吸引力，如何科学选择最有利目标组合进行钻探，实现勘探效益最大化，是摆在决策者面前的一个重要难题。因此，有必要建立勘探投资组合系统。

1 系统构成

如图1所示，一个完整的勘探投资组合目标优选系统主要包括五个方面：一是勘探风险分析;二是潜在资源量计算;三是勘探经济评价;四是勘探投资优化组合;五是钻后反馈。

2 系统设计

海上油气开发工程方案远比陆地复杂。目前，开发模式主要包括独立开发、联合开发和依托开发;工程方式主要包括全海式、海陆式和依托式;工程设施涉及平台、海底管线、海底电缆、陆上终端和油气集输系统等[10-12]。因此，海上开发除勘探目标地质风险外，还有相比陆上更多的目标经济評价参数。针对海上勘探目标评价的复杂性，本研究设计了勘探目标投资优化组合系统的主要功能，如图2所示。勘探目标投资优化组合工作流程主要有5步，下面进行具体分析。

第一步，对所有候选目标进行勘探地质量化评价。一是进行勘探风险分析，包括地质风险、工程技术风险、商业技术风险和综合分析评价四方面，评价方法主要包括模板打分法和主观概率法;二是结合勘探风险分析结果，计算圈闭资源量，参数运算方法主要包括三点法和蒙特卡洛法。

第二步，对所有候选目标进行开发概要设计、投资测算和经济评价。一是开发概要设计与投资测算，充分利用勘探类比库数据进行参数设计，同时做出多个开发概要设计和投资方案;二是经济评价，根据海上油（气）田开发项目经济评价规范，计算得到未风险和风险后经济评价结果。

第三步，对勘探目标进行目标优选和审核入库。依据勘探目标的地质风险、工程技术风险、商业风险、资源量规模、财务内部收益率和财务净现值等指标，对勘探目标进行单因素、双因素和多因素优选排队。审核入库是对分公司上报的候选勘探目标进行反馈与批复的流程操作。

第四步，开展勘探投资组合优化计算与分析。根据候选目标的勘探经济评价结果，基于公司当前勘探投资组合管理理念和原则，例如，根据公司要求的勘探成熟区、滚动区与新区的投资比例、勘探储量目标、开发产量目标等选择投资组合模型，设定约束条件和商业规则，求取满足公司战略规划目标的最佳组合。

第五步，做好钻后反馈。钻后反馈用来验证钻前地质风险预测的准确性，从而更好地把握地质风险因素和资源量计算参数的合理性，提高风险预测水平并不断完善地质风险分析方法。

2.1 勘探目标地质评价

2.1.1 风险分析。勘探目标风险分为地质风险、工程技术风险、商业经济风险和综合风险[13-14]。

2.1.1.1 地质风险。地质风险分析主要包括三个层次：一是研究影响风险的主要地质条件，包括烃源条件、储层条件、圈闭条件、保存条件和配置条件;二是研究各项地质条件包含的主要因素;三是分析各项主要因素的参数量化评分标准和权重值，对确定的各项主要因素进行统计分布研究，合理地确定分级门限，得到初步的参数体系与取值标准。勘探地质风险评价方法主要有模板法和主观概率法。

2.1.1.2 工程技术风险。工程技术风险主要指水深、工程技术难度、气候水文、经济环境和政策等对油气田勘探开发作业条件的影响。

2.1.1.3 商业经济风险。商业经济风险影响因素包括经济模式、油价和物价。

2.1.1.4 综合风险。综合风险分析主要考虑地质成功概率、工程技术风险、商业经济风险的评价值，分别设置不同的权系数，从而计算得到评价目标的综合风险结果。

2.1.2 资源量计算。以勘探目的层（指地层组或油层组）为计算单元，原则上目的层至多不超过三个，一般只计算主要目的层的潜在资源量。潜在资源量计算方法主要采用圈闭体积法或圈闭容积法;参数运算方法采用三点法和蒙特卡洛法。单个计算单元用蒙特卡洛乘法运算;多个计算单元累加采用蒙特卡洛加法运算。

2.2 勘探目标经济评价

勘探目标经济评价的主要步骤如图3所示。一是进行预审目标开发概要设计，根据潜在资源量和区域地质条件，开展开发概要设计，设定独立开发、联合开发、依托开发等开发模式;二是进行投资测算，包括勘探投资、开发投资、操作费和弃置费等;三是进行经济评价，根据海上油（气）田开发项目经济评价方法，计算其财务内部收益率、财务净现值、投资回收期、总成本和税费等指标，并进行敏感性分析。

2.3 勘探目标优选

目标优选排队采用单因素、双因素和多因素三种方法。主要的优化因素有2类，其中吸引力因素包括资源量、内部收益率和净现值;综合风险因素包括地质风险、工程技术风险和商业风险。单因素优选就是选取6个因子之一作为排队的约束条件;双因素优选则是选择吸引力因素和综合风险因素中的2个因子进行约束划分目标分类，如图4所示;多因素优选考虑多个因素，采用线性加权求和模型消除可能存在相互冲突的多个目标从而进行目标排队。

2.4 勘探目标投资组合

勘探目标组合包括两个层次：一是多目标综合排队，二是多目标优化组合。

多目标优化组合的主要步骤如图5所示。一是设定商业原则，包括投资原则、权益变化、时间推移和相关性原则;二是设定约束条件，包括基础目标和分组条件，并结合中海油当前的勘探投资组合管理理念和原则;三是设定组合规划目标;四是选择组合优化模型和算法，得出多个优化组合方案，供管理层决策。

优化组合约束条件中，对于已确定的勘探目标，将其设定为必选目标，即任意一个组合中都必须包含该目标。

主要优化模型有3种：一是效益最大模型，即符合约束条件下求解项目投资产生的最大价值，约束条件有勘探投资、开发投资、整个投资组合最小储量要求;二是风险最小模型，即以净现值（NPV）作为项目的价值指标，以其半标准方差作为风险指标，结合约束条件求解;三是高效组合模型，即效益最大化模型与风险最小化模型二者的综合，该模型的求解结果是一组高效组合。优化方法包括线性规划法、整数规划法和遗传算法三种。

在开发过程中，中海油勘探目标投资优化组合系统融合国内勘探开发工作实际经验，独创了过程模拟算法。此方法以勘探开发一体化的風险与收益两维度评价为前提，设定终止勘探的边界条件，模拟最优目标的钻探过程和结果。

2.5 勘探钻后反馈

钻后反馈的主要功能是探井信息录入、地质参数落实、单目标钻后对比和多目标钻后统计。其中，单目标钻后对比包括地质风险参数对比、资源量及其参数对比，通过软件，用户可以一目了然地了解钻前、钻后的差异。多目标钻后统计主要是对地质参数的钻后分析、探井成功率分析、储量分布的柱状与直方图进行展示。目标钻前钻后定量参数对比示例如图6所示，目标钻前钻后定性参数对比示例如图7所示，目标钻后储量落实概率分布示例如图8所示，目标钻前钻后储量对比示例如图9所示，目标钻后风险评估示例如图10所示。

3 系统的特点与创新

中海油勘探目标投资优化组合系统实现了目标评价数据的资产化：通过项目的实施，建立了完善的勘探地质风险评价标准知识库以及开发指标、投资测算方法库，随着项目的推进，不断完善类比数据库。

一是多层圈闭地质风险分析技术，采用了共有因素条件下多层圈闭的风险相关性分析，提高了圈闭地质风险认识的细致性;二是区带经济评价技术，实现了勘探目标勘探过程和开发方式模拟评价的一体化，实现了单独目标勘探经济评价与区带整体勘探经济评价的一体化;三是优化投资组合技术，通过优化模型和开发配套软件系统，目前已经首次实现了高效组合和项目组独创的“过程模拟组合方法”，并将其成功应用到勘探目标优选工作中;四是钻后分析反馈技术，对目标、探井评价参数进行钻前与钻后对比分析，为提升技术人员对地质参数认识的准确性并不断完善地质风险分析模板提供支持。

4 应用实例

以中海油旗下某分公司的24个勘探目标的评价与优选为例，其中部分目标的基本情况如表1所示。

根据勘探领域分别设定勘探目标的预探数量比例，将勘探投资、储量、开发投资和产量等因素设为约束条件，对24个目标进行优化组合分析，其高效组合结果如图11所示。

5 结论

中海油勘探目标投资优化组合系统基于勘探地质风险评价、经济评价、投资组合等理论和方法，将目标评价的不同阶段有效衔接，为勘探目标评价科研人员和管理者提供了便捷实用的工具和管理平台。但是，油气勘探生产过程涉及因素众多，是一个复杂的动态系统，加之措施决策与外部环境影响，勘探目标投资优化组合的难度和风险很大。勘探目标投资优化组合是一个不断探索实践与复杂渐进的过程，需要在勘探实践中检验和改进优化模型及求解算法。由于石油企业发展战略以及油气藏地质类型的差异及变化，今后需要在勘探目标评价研究实践中重点关注以下内容：公司勘探投资组合理念、地质因素与储量、产量与投资、国家政策与汇率的变化、各类约束条件的变化与表达、计算机相关技术的发展、其他不确定性因素的变化等。因此，在风险与效益并存的国内外竞争环境下，中海油勘探目标投资优化组合系统在资金配置、统筹协调、决策管理等方面将进一步发挥重要的辅助支持效用。

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