油田企業限產關井優化模型研究

摘 要：在原油銷售價格伴隨供求關系及國際政治大幅振蕩的背景下，圍繞如何合理控制企業生產規模、優化生產結構、提高生產效益，開展限產關井優化模型的研究和建立工作。該模型的總體思路就是按照油井的生產方式、油品性質、成本區間劃分分析單元，以原油價格、限產指標為輸入變量，以是否關井為決策變量，以損失最小、效益最佳為目標變量，以管輸安全和煉廠需求為約束條件，應用高級規劃軟件求解不同油價下最優化的關井實施方案。

關鍵詞：限產 優化 模型 效益

中圖分類號：T32 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0193-02

作為探索新型生產組織管理機制的重要組成部分，在上級下達的生產指標動態變化的情況下，如何突出效益原則，快速準確制定科學的生產方案，優化實施關井限產，我們對此進行了深入研究，開展原油限產模型的建設工作，為油田的生產管理逐步由經驗管理向科學管理轉變提供相應的技術手段。

1 基本理論與技術

1.1 數學建模

數學建模就是把現實世界中的實際問題加以提煉，抽象為數學模型，求出模型的解，驗證模型的合理性，并用該數學模型所提供的解決方案來解釋現實問題，我們把數學知識的這一應用過程稱為數學建模。

1.2 優化模型

最優化模型是為了使某個目標達到最優化目的而對實際問題建立的數學模型。一般包括決策變量、約束條件和目標函數三要素：（1）決策變量：指最優化問題中待確定的某些量，即允許決策者選擇其值的變量。（2）約束條件：指在求最優解時對變量的某些限制，包括技術上的約束、資源上的約束和時間上的約束等。列出的約束條件越接近實際系統，則所求得的系統最優解也就越接近實際最優解。（3）目標函數：最優化有一定的評價標準。目標函數就是這種標準的數學描述，目標函數可以是系統功能的函數或費用的函數。它必須在滿足規定的約束條件下達到最大或最小。

1.3 優化求解

最優化問題的解一般稱為最優解。如果只考察約束集合中某一局部范圍內的優劣情況，則稱為局部最優解。如果是考察整個約束集合中的情況，則稱為總體最優解（全局最優解）。在解決實際問題時情況錯綜復雜，有時這種理想的最優解不易求得，或者需要付出較大的代價，因而對解只要求能滿足一定限度范圍內的條件，不一定過分強調最優。

2 建立數學模型

根據原油市場價格及銷售情況，集團總部為了保證企業利潤，可能會隨時調減地區公司原油產量指標。因此，我們需要轉變開發生產理念，建立適應市場需求和經濟狀況的常態化限產管理機制，必須配套建立既能保證完成生產指標，又能實現經濟效益最大化的原油限產方案優化數學模型。

2.1 限產損失分析

限產工作就是要關掉一部分生產油井來降低整個油田的日產油量。主要涉及以下兩個方面的效益問題。

利潤損失。就是待關油井在限產時間內如果正常生產所能獲得的利潤，也就是稅后銷售總收入減掉生產總成本費用。稅后銷售總收入=原油凈產量×稅后銷售價格，生產總成本費用=折舊折耗+操作成本+期間費用（含勘探費用）。其中，折舊折耗、期間費用以及操作成本中的管理費用、人員工資等相對固定費用對具體單井是否生產不起決定作用。我們在模型中主要考慮與油井生產直接相關、并且對總操作成本起決定性作用的動力費、作業費、注汽費、原油處理費，我們把上述四項成本稱為可控成本。

關井費用。對油井進行關井也需要投入相應的費用，不同的油井關井所需的費用不同，主要包括以下三個部分。

第一，油井關井后，需要對油井管網繼續采取地面循環，特別是在冬季部分進站管線需要組織壓風機掃線，防止管線凍堵，保證恢復生產后管網暢通。

第二，由于稠油和超稠油粘度大，關井后需要實施替油或提出井內泵掛，防止出現井筒“灌腸”、卡管柱等問題。

第三，部分油井關井后需要對地面設備采取保護措施。對井口采油樹、電器設備、抽油機易拆卸配件采取緊固、焊點回收等防噴防盜措施；對井口加熱爐進行盤管掃線防止凍堵；對地面裸露電纜回收保管。

此外，有些油井關掉的同時還需要關掉配套的注水井，也會產生相應的費用，而這些費用應折合到相關油井的關井費用中。

2.2 問題簡化與假設

把全油田的高成本井、管理難度較大的井，按照油品性質分為稀油、稠油、高凝油；按照油井類別分為撈油井、間開井、邊遠井以及其它油井；按照油汽比分為0.00≤OSR<0.10、0.10≤OSR<0.15、0.15≤OSR<0.20、0.20≤OSR<0.25、0.25≤OSR< 0.30；按照原油含水分為fw≥98%、98%>fw≥95%、95%>fw≥90%；按照噸油成本分為C≥3000、3000>C≥2000、2000>C≥1000、1000>C≥800。全油田下設13個采油單位，根據每個采油單位的不同油品類型（22個），結合上面介紹的相關油井分類（16個），共形成352個（22×16）不同的計算單元。如表1。

對上述352個分析單元分別統計井數、原油日產、平均噸油成本、關井費用，結合不同油品的銷售價格，就可以計算該單元在一定關井時間內的經濟效益損失。公式如下：

其中：L為經濟效益損失；

Q為原油限產量；

P為原油銷售價格；

C為相對變動成本；

SC為關井費用。

3 模型求解

利用Frontline System公司的Premium Solver作為優化求解的工具，通過標準線性/二次算法，就可以在完成限產指標及相關約束條件的情況下，對352個分析單元進行關井組合方案的優化求解，保證關井限產后全油田損失最小、經濟效益最佳。

以遼河油田某年數據為例。全公司撈油井、間開井、邊遠井以及含水大于90%，油汽比低于0.3，噸油操作成本大于800元等生產管理難度相對較大、效益相對較低的油井共計9620口、日產油14798噸，噸油可控成本753元。在日限產5000噸、國際原油銷售價格50美元/桶、限產時間30天的條件下，通過限產模型求解提供的關井方案為：關井3217口，關井產量4980噸，分別占統計總油井的33.4%和33.7%。需要投入關井費用504.6萬元，總效益損失2357.5萬元。

按油品類型分，稀油關井348口，關井產量297噸；稠油關井2869口，關井產量4684噸；高凝油未關井限產。按油井類型分，撈油井關井341口，關井產量110噸；間開井關井275口，關井產量337噸；邊遠井關井26口，關井產量46噸；低油汽比井關井962口，關井產量2721噸；高含水井關井1329口，關井產量1198噸；其它類型油井關井284口，關井產量568噸。按油井成本區間分，噸油操作成本≥3000的關井401口，關井產量262噸；2000≤噸油操作成本﹤3000的關井317口，關井產量396噸；1000≤噸油操作成本﹤2000的關井807口，關井產量1259噸；800≤噸油操作成本﹤1000的關井374口，關井產量709噸；噸油操作成本﹤800的關井1318口，關井產量2354噸。

4 結語與展望

我們通過對原油限產優化方法的研究與分析，以單井經濟效益評價為依托，建立了原油限產數學模型，為科學組織油田生產提供了技術保障，促進了油田管理由定性化向定量化的轉變。同時，由于受到整型問題求解運算量大以及Premium Solver對決策變量個數的限制，使得我們目前無法實現對全油田的每一口單井單獨進行考慮。不過，隨著計算機硬件性能的提升以及軟件算法的改進，將來我們可以將限產模型中的油井分類區間不斷細化，最終實現以單井作為決策變量來制定優化方案，進一步增強方案的科學性、實用性，更好地指導生產決策。