基于SPSS主成分分析的油田采油成本控制研究

[摘 要] 本文以勝利油田為例，采用主成分分析方法，分析了原油開采過程中各成本指標間的系統聯系，并確定了3個主成分，達到在保證信息量的同時簡化分析的目的。研究結果表明，主成分分析方法能從本質上揭示影響石油企業開采成本的各因素關系，并且能為各油井給出成本分析的綜合評價，從而可以為高層決策提供理論依據。

[關鍵詞] 采油成本;主成分分析;主成分綜合模型

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2010 . 03 . 016

[中圖分類號]F275.3 [文獻標識碼]A [文章編號]1673 - 0194(2010)03 - 0038 - 04

1 油田采油成本構成及現狀

目前，在各大油田采油成本方面普遍存在的問題是，現在原油的開采大都處于開發的中后期階段，油田的生產成本資源條件不斷變差而油田開采程度不斷加大，使得采油成本不斷攀升，嚴重地影響了石油公司的利潤水平。因此，分析采油成本并對其進行有效控制十分必要。油田企業成本的構成包括固定成本和變動成本， 比較2004-2008 年各油田的總成本可以看出， 在企業成本的構成中， 固定費用支出的比例太大，并且有逐漸上升的趨勢。固定費用占總成本的比例2008年比2004年上升了近30%。另外，在總費用中， 工人工資所占比例， 2004 年為20.18 % ， 2008 年為17.56 % 較2004年有所下降;折舊占固定費用的比例，2004 年為32.178 % ，2008 年為40.96%。

從變動成本構成看， 材料、 燃料和動力支出， 這幾項費用的支出占企業的比例較大，特別是動力的消耗，成為企業生產成本的主要消耗。

因此，為提高石油公司的利潤水平，我們必須對采油成本的影響因素，如折舊、工人工資、材料費、燃料費、動力費等做科學的分析，搞清楚采油成本諸因素之間的聯系及其對總的采油成本的影響程度。這樣我們所選取的控制成本的措施才會更科學更合理。而主成分分 析法正是研究因素對總體影響程度、因素之間相互關系及縮減因素數量簡化運算的有效數學工具。

本文將以勝利油田為例，利用主成分分析法對油田采油成本進行分析。

2主成分分析法介紹

2.1 主成分分析原理

主成分分析是設法將原來眾多具有一定相關性的指標，重新組合成一組新的互相無關的綜合指標。通常數學上的處理就是將原來P個指標作線性組合，作為新的綜合指標。最經典的做法就是用F1(選取的第一個線性組合，即第一個綜合指標)的方差來表達，即Var(F1)越大，表示F1包含的信息越多。因此在所有的線性組合中選取的F1應該是方差最大的，故稱F1為第一主成分。如果第一主成分不足以代表原來P個指標的信息，再考慮選取F2即選第二個線性組合，為了有效地反映原來信息，F1已有的信息就不需要再出現在F2中，用數學語言表達就是要求Cov(F1，F2) = 0，則稱F2為第二主成分，依此類推可以構造出第三個，第四個，…，第P個主成分。

2.2 主成分分析數學模型

F1 = a11ZX1 + a21ZX2 + … + ap1ZXp

F2 = a12ZX1 + a22ZX2 + …+ ap2ZXp

…

Fp = a1mZX1 + a2mZX2 + … + apmZXp

式中，a1i，a2i， …，api(i = 1，…，m)為X的協方差陣∑的特征值多對應的特征向量，ZX1， ZX2， …， ZXp是原始變量經過標準化處理的值，因為在實際應用中，往往存在指標的量綱不同，所以在計算之前須先消除量綱的影響，而將原始數據標準化。本文所采用的數據就存在量綱影響(本文指的數據標準化是指Z標準化)。

A = (aij)p×m = (a1，a2，…，am)，Rai = λiai，R為相關系數矩陣，λi、ai是相應的特征值和單位特征向量，λ1 ≥ λ2 ≥ … ≥ λp ≥ 0 。

進行主成分分析主要步驟如下:

(1)指標數據標準化(SPSS軟件自動執行);

(2)指標之間的相關性判定;

(3)確定主成分個數m;

(4)主成分Fi表達式;

(5)主成分Fi命名;

(6)主成分與綜合主成分(評價)值。

3 勝利油田采油成本的主成分分析

3.1 對采油成本的主成分分析

油田的采油成本有很多種分類方式，通過廣泛地查閱資料及聽取專家的意見，本文遵循客觀、科學、可比、定量和定性相結合的原則設計了材料費、直接工資及附加、折舊、井下作業費、其他開采費、油田維護費、儲量使用費、動力費、大修費、燃料費等10個指標，對勝利油田的采油成本進行評價。本文以2008年勝利油田各油井的采油成本為原始數據，該數據基本覆蓋了整個勝利油田的采油成本狀況，數據來源可靠，翔實準確(由于本文所用數據條目過多，此處以SPSS處理過的系數矩陣開始)。

由表1可以看到:直接工資及附加、油田維護費、材料費三者的相關系數皆大于0.9，說明這3項費用有較強的相關性。另外，還有幾個指標的相關系數在0.7以上，這說明存在信息的重疊，適合運用主成分分析法來進行分析。

主成分個數提取原則為主成分對應的特征值大于1的前m個主成分。特征值在某種程度上可以被看成是表示主成分影響力度大小的指標，如果特征值小于1，說明該主成分的解釋力度還不如直接引入一個原變量的平均解釋力度大，因此一般可以用特征值大于1作為納入標準。由表2(總方差解釋)可知，提取3個主成分，即m=3。3個主成分的貢獻率分別為:44.481%，26.185%，15.303%。累計貢獻率為85.970%。累計貢獻率>80%，說明3個主成分基本上保留了原數據的方差信息。

3個主成分的特征值λ1 = 4.448，λ2 = 2.619，λ3 = 1.530。

第一主成分中直接工資及附加、油田維護費用、材料費3個指標值大于0.9，說明第一主成分主要說明這3個指標的信息。同理，第二主成分主要說明大修費、其他開采費、儲量使用費和動力費4個指標的信息。第三主成分主要說明折舊費和燃料費的指標信息。3個主成分基本包含了總體的全部信息。

設主成分向量為 βi(i = 1，2，3)，則特征向量γi = βi λi(i = 1，2，3)。

γi=0.068 217-0.010 790.760 5360.464 6560.108 57-0.011 140.463 6560.042 579-0.034 340.253 6260.167 476-0.136 310.323 54-0.029 190.526 7230.442 879-0.049 41-0.058 590.167 0270.510 759-0.071 870.245 346-0.463 02-0.260 950.300 692-0.433 26-0.130 990.144 354 0.540 167-0.175 02

主成分Fi =γiZX(ZX為X標準化后所得矩陣，因為X樣本空間太大，本文將不引入X、ZX的原數據矩陣，而將直接運算結果)。

所以:

F1= 0.068 217ZX1+0.464 656ZX2+0.463 65ZX3 + 0.253 626ZX4+0.323 54ZX5+0.442 879ZX6+0.167 027ZX7+0.245 346ZX8+ 0.300 692ZX9 + 0.144 354ZX10

F2= -0.010 97ZX1+0.108 571ZX2+0.042 579ZX3+0.167 476ZX4-0.029 19ZX5-0.049 41ZX6+0.510 759ZX7-0.463 02ZX8-0.433 26ZX9+0.540 167ZX10

F3 = 0.760 536ZX1- 0.011 14ZX2 - 0.034 34ZX3 - 0.136 31ZX4+ 0.526 723ZX5-0.058 59ZX6-0.071 87ZX7-0.26095ZX8 - 0.1309ZX9 - 0.17502ZX10

則主成分綜合模型為:

F = 0.167 304ZX1+ 0.271 5ZX2 + 0.246 748ZX3 + 0.157985ZX4 +0 . 252244ZX5 +0.203663ZX6+ 0 . 229 226ZX7- 0.06056ZX8 + 0.000275ZX9 + 0.208096ZX10

3.2 主成分分析結果

通過對勝利油田的采油成本進行主成分分析，根據SPSS運算過程，可以得出以下結論:

(1)由主成分綜合模型F = 0.167304ZX1 + 0.27 1 5ZX2 +0.246748ZX3+ 0.157985ZX4+ 0.252 244ZX5+ 0.203663ZX6 +0.229226ZX7 -0.06056ZX8+0.000275ZX9+ 0.208096ZX10知:直接工資及附加(X2)，油田維護費(X3)，燃料費(X5)，材料費(X6)，大修費(X7)，動力費(X10)系數皆 大于 0.2，說明這些費用對油田采油成本影響較大，需主要控制。

(2)由表1(相關系數矩陣)知:直接工資及附加、油田維護費、材料費三者的相關系數皆大于0.9，這3項費用有較強的相關性，在控制采油成本時應弄清楚三者之間的特殊聯系和因果關系。這樣有利于更有效地對此3項費用進行控制。

(3)根據主成分綜合模型F = 0.167304ZX1 + 0.271 5ZX2 +0.246748ZX3+0.157985ZX4+0. 252244ZX5+0. 203663ZX6+0.229 226ZX7-0.060 56ZX8+0.000 275ZX9+0.208 096ZX10及標準化后的所采集數據ZX，可以給每一口井的成本控制情況打出一個具體分值，并對其進行比較評價。

4 采油成本控制建議

根據主成分分析的結果，可以找出采油成本控制的關鍵環節，據此，筆者對于如何降低采油成本提出如下建議:

(1)嚴格控制材料費用。采油成本控制的關鍵就在于降低直接材料費用，在確保流程正確輸出的前提下，力爭使流程快速、容易、便宜。為此應采取以下措施:減少流程步驟，剔除流程中的非增值性活動，減少輔助性增值活動的過程;減少流程瓶頸;提高活動效率;合理設計材料流程中的關鍵點;清除流程閉環;流程模板化。

(2)加強對燃料費和動力費的控制。因為動力費用和燃料費用都是生產一線產生的直接生產成本，對此可以采取以下措施:現場作業以定員定崗為基礎，以勞動定額為前提，制定工時定額和工時工資標準;根據行業區別， 明確工時成本消耗定額;建立相應的考核辦法，簡化指標，明確職責;明確崗位職責，加強責任制建設，確保企業長期效益。

(3)加強單井日常管理力度，優化資產結構。抓好油水井日常管理，降低企業的無效作業工作量，提高企業油水井作業免修周期。做好基礎研究， 降低油田綜合含水率，包括有效注水、開發速度等方面的控制。

(4)盤活資產，發揮資產效能，降低固定費用在噸油成本中的攤銷比例。對無用資產如無工業油氣流的油井等， 要堅決進行處理， 該報廢的報廢， 以減少低效無效資產。對新度系數低，但社會化程度強的資產，如常規的運輸車輛， 到了報廢時間后堅決予以報廢， 但不用再購置，走企業與社會接軌合作的方式，減少企業資產存量。

主要參考文獻

[1]劉光祖.概率論與應用數理統計[M]. 北京:高等教育出版社，2000.

[2]夏紹瑋.系統工程概論[M].北京:清華大學出版社，1995.