油田开发增产措施优化的目标规划模型

油田开发增产措施优化的目标规划模型张在旭侯风华付峰姜梅芳范水清（石油大学经济管理学院，山东东营257061）摘要根据油田生产实际，确定了油田开发措施增油中的多目标体系，建立了措施增油的目标规划模型，给出了油田开发目标权重的计算方法，进行了目标规划的求解和优化策略分析，为油田开发措施增油提供了定量的决策依据。关键词油田开发目标规划增油措施最优决策策略分析1引言我国大多数油田已进入递减阶段，表现为后备储量不足，资源接替困难，高含水，高采出程度，稳定产量难度大；原油成本迅速上升；资金短缺，难以筹集；设备新度系数低，老化严重。面对这种形势，油田须充分利用现有的资源、资金、劳动力和技术措施，优化资源配置，实现石油资源开发的良性可持续发展。因此，本文提出用现代管理方法——目标规划研究油田开发的最优化管理问题，依据自身资源、技术、资金、人力等条件，在建立效益、成本、产油量等多种目标的规划模型下，求得增加效益的各种措施优化方案，实现油田开发的全局管理，为油田开发管理者提供定量依据。2模型形成2.1目标的确定在油田开发追求效益实现增油的过程中，从各方面考虑，可涉及到多种目标,有些目标是互相矛盾的，通常相关的目标包括:资金投资目标；成本目标；措施增油目标；措施量目标等。1.2模型建立对于处于稳定后期的石油开采，需要采取大量增油措施，以确保稳定的石油产量和较高的采收率，依据确定的目标和各种约束条件，其模型如下：(1)资金投资目标(2)生产成本目标(3)措施增油量约束(4)总措施量约束(5)单个措施工作量式中：xj—第j项增油措施量；cj—第j项增油措施所需的单位投资；TI—所有措施的总资金投入量；pj—第j项措施的单位采油成本；(Po)j—第j项措施的单位增油量；TC—规划期总采油成本；TP—规划期措施全部增油量；M—规划期内所有措施总量；Dj—第j项措施的最大提供量；di+—目标的正偏差变量，di+≥0；di-—目标的负偏差变量,di-≥0；d5j+—各措施工作量的正偏差变量，d5j+≥0；d5j-—各措施工作量的山东省自然科学基金资助项目（Q99G02）)1(111TIddxcnjjj)2(221TCddxPjnjj)3()(331TPddxPojnjj)4(441Mddxnjj)5(55jjjjDddx负偏差变量，d5j-≥0；j=1,2,…,n,i=1，2，3，4。根据目标规划目标的描述形式，油田开发措施增油的目标规划模型可表示为各偏差变量的函数，即minF(d1+,d2+,d3-,d4+,d5j+)j=1,2,…,n（6）式(6)中的目标函数的各个目标，可以根据油田面临的国内外环境的变化，可定性地划分为若干层次的优先等级，经研究，未给予优先权重的目标规划模型为：min(w1d1++w2d++w3d3-+w4(d4++d5j+))j=1,2,…,n(7)1.3优先权重的确定这里应用三点估计法，由各个专家对目标规划中目标的重要程度分别确定三个估计值，即最大值、最可能值和最小值，再应用Beta分布计算每个目标的期望值，然后根据所有目标的优先估计值，求每个目标的组合权重。其过程为：(1)计算某个目标的期望值式中rlj—第l目标第j个专家的估计权重（期望值）；rljmax—第l目标第j项专家的最大估计值；rljmid—第l目标第j项专家的最可能估计值；rljmin—第l项目标第j专家的最小估计值。(2)计算某个目标的权重(9)式中wlj—第l项目标由第j个专家所算出的权重。(3)计算某个目标的组合权重(10)其中Wl—第l目标的组合权重。对于式（7），可求得某一组合权重为：：w1=0.30；w2=0.25；w3=0.24；w4=0.213措施增油目标规划模型与优化策略在油田开发后期，有效增油措施项目减少，增产难度加大。因此，从优先目标出发，应尽量采取投入少，产出多的措施，获取各种措施的优化配置方案，为此结合SL油田的实际，构建了基于目标规划的油田开发措施增油模型。(8)461minmaxljjmidlljljrrrrmlljljljrrWnjmlljnjljlddxxxxxxxxx8.4961696.144.679.982.173.1989.434.132.6885.3622987654321ddxxxxxxxxx218000086283430808672155863000161933987654321ddxxxxxxxxx21051511ddx11))(21.024.025.030.0min(5958575655545352514321ddddddddddddd536044987654321ddxxxxxxxxxxj≥0di－≥0di+≥0d5j－≥0d5j+≥0(i=1,2,3,4；j=1,2,……,9)4增油措施策略分析对上述模型，由计算机求得油田开发增油措施目标规划模型的组合策略，其各阶段的最优结果如表（1）。表（1）油田开发措施增油目标规划组合优化结果由表（1）看出：(1)在达到目标最优值时，现阶段资金量均未超过目标值，保证了投资不增的目标，但从资金约束的影子价格看，其影子价格为y1=0.001，若放宽投资目标，可使用目标最优值下降，因此资金是油田开发的短缺资源。(2）油田开发的直接采油成本低于目标值6万元，因此降低成本是具体操作中可予以采取的措施之一。（3）措施增油量达到了目标规划值，保证了产量的完成，实现了规划目标的产油量，但此产油量是在降低成本下的产量，因此，体现了提高经济效益的思想。（4）对于措施工作量，总目标工作量过剩873井次，而总措施工作量约束的影子价格为零，表现为长线资源，说明目标规划中措施工作量有浪费，可对总工作量进行资源重新优化分配，发挥其应有效益。（5）由各项分措施工作量最优结果分析，酸化措施表现为工作量不足，短缺53井次，资源短缺明显，其影子价格表现为最大。而防沙工作量过剩，一井次未用。其余措施工作量均全部满足。但从资源的影子价格分析，均表现为短线资源，放宽其资源量限制，均使各目标值有不同程度地改善。因此，要针对实际情况，重新调整油田开发增油措施，优化资源配置。(6)根据不同时期的需要和安排，可对资金，开发成本，增油量，措施工作量等权重重新调整，以适应不同阶段，不同油田的开发需要，增加其决策的科学性和灵活性，提高油田开发的经济效益。5结论结果资金（亿元）直接采油成本（万元）增油量（万吨）措施量(井次)压裂(井次)酸化(井次)补孔(井次)堵水(井次)转抽(井次)防砂(井次)热采（井次）大修（井次）其它（井次）目标40802.549616.821853602107014012001505002140600350实际40802.549610.721844872101231401200150021401743507052522ddx14053533ddx120054544ddx15055555ddx50056566ddx214057577ddx60058588ddx35059599ddx对于油田开发，一方面要以国家的宏观计划为准则，结合油田外部环境和内部条件，在整个管理经营战略指导下，制定出一套完整合理的整体优化方案；另一方面，是随着油田内外部环境的发展变化，方便于及时控制、调整、监督和协调方案的实施，并不断对实施效果进行评价，以利于决策部门的总结提高。本文就是以此出发，提出了油田开发和多目标问题，确定了油田开发措施增油中的多目标体系，建立了措施增油的多目标规划模型，研究了油田开发目标权重的计算方法。以油田开发措施增油方案为例，进行了目标规划的建立，求解和优化策略分析，为油田开发措施增油提供了定量的决策依据。其方法可行，对石油资源的开发具有一定的指导意义。参考文献1K.Muknerjee,A.Bera,ApplicationofgoalProgramminginProjectSelectiondecision—AcasestudyfromtheIndiancoalminingindustry,EuropeanJournalofOperationalResearch,1995(82):18～252S.L.,Gass,AProcessfordeterminingPrioritiesandweightsforlarge-scalelineargoalprograms.JournaloftheoperationalResearchSociety,1986,37(8):779～7853张在旭,冯德田.油田开发规划模型.系统工程理论与实践,1997,17(15):124~1274张在旭.石油开发投入产出系统的优化与控制.系统工程理论与实践,1998,18(15):107~1115侯风华.油田增产措施优化方法,石油大学学报（自然科学版）2000,24(6):686,90GoalProgrammingModelofMeasuresforIncreasingOutputinOilfieldDevelopmentZhangZaixu,HouFenghua,Fufeng,JiangMeifang（theSchoolofEconomicManagementofPetroleumUniversity）AbstractBasedontheoilfieldcircumstance,themulti-targetssystemofincrementoilproductionbymeasuresaredetermined.Agoalprogrammingmodelofincrementalpetroleumproductionissetup.Thecomputationofalgorithmoftargetweightsinpetroleumdevelopmentisintroduced.Thesolutionandtheoptimumdecisionanalysishavebeentakenup.Aquantativedecisionbasishasbeenprovidedfortheincrementaloilproductionofoilfield.KeywordsOilfielddevelopmentGoalprogrammingIncreasingoiloutputmeasurementOptimaldecision,strategyanalysis.