油氣藏勘探目標評價與投資組合優選

付兆輝，秦偉軍，蔡利學，張中華

( 1.電力規劃設計總院，北京 100120；2.中國石化石油勘探開發研究院，北京 100083 )

0 引 言

近年來，中國對石油、天然氣的需求不斷增長，油氣勘探領域不斷擴大，勘探對象逐漸多元化、復雜化，勘探工作需要在收集、分析大量地質和地球物理信息的基礎上，利用經濟和計算機等技術方法，建立統一決策平臺，分析勘探風險，進行科學的決策與合理的部署，以實現勘探的效益化。在石油公司勘探決策過程中，降低勘探風險、優化勘探投資成為決策的主要內容。

1 油氣藏勘探目標評價內容及模型

1.1 油氣藏勘探目標評價范圍及內容

早期的油氣勘探目標評價主要是圍繞地質因素開展評價[1-2]。20世紀80年代以來，國外石油公司針對預探區帶、圈閉、油氣藏3類勘探目標，嘗試采用風險分析技術和投資組合理論相結合進行綜合評價，提高油氣勘探成效[3-4]。 Peter Rose提出了地質風險分析和投資決策理念；20世紀90年代末又出現了TrapDES、OE等圈閉優選評價系統；近年來，國外石油公司廣泛采用儲量商業價值評價技術對油氣藏開展評價。進入21世紀以來，中國勘探目標評價研究也有了較大進展。針對預探區帶和圈閉2類勘探目標評價，出現了一些新的研究成果[5-6]，但在油氣藏目標評價方面開展的研究較少。目前石油公司仍然基于傳統的勘探程序和認識部署勘探評價井，而沒有對地質和經濟風險進行深入研究。這就忽視了地質、經濟等因素的不確定性帶來的鉆探風險，而這恰恰是評價井失利或沒有開發效益的主要原因。

此次所研究的油氣藏勘探目標，是指為開展油氣藏評價描述而部署鉆探的油氣藏目標。與傳統的靜態油氣藏相區別，油氣藏評價目標強調資源風險和經濟性，是一個動態概念。

1.2 評價模型構建

在區帶、圈閉等勘探目標評價優選研究過程中，部分國內學者積極探索形成了以風險分析-資源價值為核心的勘探目標優選決策模型[7-8]。

在油氣藏勘探目標評價過程中，可以借鑒風險分析-資源價值優選決策模型框架。但由于油氣藏勘探評價階段已有油氣發現，并可能上報了預測儲量，因此，該階段資源價值應修正為“儲量價值”，模型進而演化為“風險分析-儲量價值”模型。同時，因為油氣藏評價目標落實程度要高于圈閉目標，所以需要更加詳細地評價模型和指標體系，進行儲量價值的估算，并進行投資組合分析。

2 地質風險分析

2.1 地質風險識別

對某石油公司2015年評價井失利原因進行統計分析(表1)。結果表明，評價井失利原因可以歸納為4類[9-10]，失利的主要地質因素為圈閉、儲層、油氣充注和保存條件。

表1 評價井失利分類及地質原因解析

2.2 地質風險表征

綜合國內外開展風險分析的技術方法，提出油氣藏勘探目標地質風險用“油氣藏鉆探成功概率”來表征，其含義是當油氣圈閉鉆獲工業油氣流后，在有效圈閉區內部署鉆探的評價井獲得工業油氣流的概率。油氣藏是已有探井證實發現了油氣的圈閉，必須同時具備有效圈閉、有效儲層、有效充注、有效保存4個成藏條件(圖1)。這4項條件互相獨立、缺一不可。根據概率論原理，相互獨立事件同時發生的概率等于每一事件單獨發生概率的乘積，通過對油氣圈閉4項成藏條件的地質分析和概率賦值，可以定量評價油氣藏勘探目標鉆探成功的可能性。

圖1 油氣藏評價鉆探成功4要素匹配圖

油氣藏勘探目標鉆探成功概率可表征為：

P鉆探成功=P圈閉條件·P儲層條件·P充注條件·P保存條件

(1)

式中：P鉆探成功為鉆探成功的概率；P圈閉條件為圈閉存在且完整的概率；P儲層條件為儲層存在且連續的概率；P充注條件為運移和充注存在且有效的概率；P保存條件為蓋層存在且有效的概率。

油氣藏評價過程中部署的評價井，都是針對已有預探井證實有油氣發現的層系進行評價。因此，油氣藏評價鉆探目標可以以單目標的方式出現，也

可以以有成因聯系的油氣藏群方式出現，而且后者更為普遍。因此，勘探優選和決策時，既需要對單目標進行評價，也需要對油氣藏鉆探目標群開展評價。其中，單目標評價是基礎，采用式(1)進行評價。

目標群評價則是針對多個油氣藏單目標開展評價，多個單目標地質要素的相關性普遍存在，尤其是儲層的發育和烴類的充注相關性非常高。因此，在計算目標群鉆探成功發生概率時，首先要判斷各單目標之間的相關性，即有無共同的地質風險或有無共享的概率因素。“目標群鉆探成功概率”用至少一個單目標鉆探成功發生的概率來表征。若各單目標相互獨立，則計算公式為：

(2)

式中 ：Pi鉆探成功為某一單目標鉆探成功的概率。

若目標群之間具有相關性，即有共享的風險概率因素，則其鉆探成功的概率表征為：

(3)

式中：P共享為2個有相關性因素的共享概率；P共享=Pa·Pb；Pa、Pb為有相關性因素的概率；Px鉆探成功為某一目標群其他條件的概率乘積。

2.3 地質風險指標體系

根據地質構造特征，在建立地質風險指標體系過程中，圈閉、儲層、充注及保存條件4項主因素，根據物理性質及橫向變化情況等，又可分解成9項因子。其所包含的關鍵地質參數見表2。

表2 評價目標鉆探成功發生概率評價參數體系

2.4 概率賦值原則

概率賦值主要根據對地質特征的認識程度以及資料的豐富程度進行。總的原則是：有更多的資料證明某地質條件的存在性，此地質因素可賦值較高，位于[1.0，0.8)之間；如果可證明某地質條件存在的資料越少，賦值范圍就越低，可根據情況賦值[0.8，0.0)；若有資料證明某地質條件不存在的，則可直接賦值為0.0。

在4類地質主因素分別賦值后，根據式(1)，可以計算出單目標油氣藏的鉆探成功概率；根據式(2)、(3)，可計算出多目標油氣藏群的鉆探成功概率。

3 儲量價值評價與投資組合優選

3.1 儲量風險分析

評價模型的第2個主要方面是儲量價值。儲量價值的計算基礎是儲量，根據國內外技術發展趨勢，儲量計算用蒙特卡洛模擬法更為準確[11]。蒙特卡洛模擬法總體思路是對油氣藏含油氣面積、油氣層有效厚度、單儲系數等儲量計算參數進行論證，在構建各參數分布函數的基礎上，通過隨機模擬和迭代，擬合出儲量累計概率曲線，并得到不同概率值的對應儲量，得出的是油氣藏一個合理的儲量分布范圍。在此基礎上，根據油氣藏實際情況，確定合理的采收率，計算出油氣藏的可采儲量。

蒙特卡洛模擬計算的儲量有平均值、標準方差、Swanson均值及P90、P75、P50、P25、P10等各種結果。借鑒國內外石油公司的成熟技術經驗，選取Swanson均值作為儲量價值評價的基礎數據。Swanson均值代表了儲量最佳估值，公式為：

PSwanson=0.3P90+0.4P50+0.3P10

(4)

式中：PSwanson為Swanson均值；P90為油氣藏鉆探評價有90%概率能獲得的儲量；P50為油氣藏鉆探評價有50%概率能獲得的儲量；P10為油氣藏鉆探評價有10%概率能獲得的儲量。

3.2 儲量價值計算

儲量價值計算的目的是判斷在現有經濟條件下油氣藏投入開發后的經濟效益。國外通行的是采用現金流評價法，國內近些年也大多應用該方法。通過投資、成本等指標，建立項目現金流入、流出模型，應用評價期分年度現金流入、流出及行業基準收益率，進行效益指標測算。測算指標中最直觀的是凈現值，亦即評價模型中的“儲量價值”。

將現金流原理應用于油氣藏勘探目標評價項目中，以油氣藏的模擬開發方案為基礎，測算現金流出項、流入項指標。其中，流入項主要為分年度的油氣產量銷售收入，其與產量模型相關；流出項包括分年度開發鉆井及地面建設投資及成本。基于上述原理，可以構建現金流模型：

(5)

式中：NPV為凈現值，104元；CI為現金流入量，104元；CO為現金流出量，104元；ic為基準收益率；t為時間序列數(取值1，2……T)；T為項目評價期時間，a。

3.3 投資組合優選

美國經濟學家Markowitz提出投資組合理論，包含均值-方差分析方法和投資組合有效邊界模型2個重要內容。均值是指投資組合的期望收益率，是單目標的期望收益率的加權平均，權重為相應的投資比例。方差是指投資組合的收益率的方差，收益率的標準方差刻畫了投資組合的風險。

利用投資組合原理，進行油氣藏鉆探目標評價和優選，需要解決收益問題和風險問題[12]。考慮到風險和收益相互影響，也考慮多目標帶來多個組合的情況，在油氣藏鉆探目標完成地質風險評價和價值評價后，可以初步進行一次目標過濾。一般對地質風險和價值評價設一個門檻值(如凈現值NPV≥0)，達不到門檻值的目標舍棄，減少參與組合的目標數量。然后采用蒙特卡羅法對不同目標進行模擬抽樣，進行油氣藏鉆探目標優化組合。在投資總量約束條件下的投資組合計算，需對每個目標提交2個參數：一個是儲量價值期望值E(r)，亦即投資組合價值，實際計算過程中采用NPV表示；另一個是標準方差σ(r)，亦即風險，實際計算過程中采用標準方差。以這2個基礎參數作“投資組合價值-風險”分布圖(圖2)，畫出有效前沿曲線(圖2中各種投資組合散點前沿形成的曲線)，并在前沿曲線上尋找最優組合。

其中，有效前沿曲線基于以下思路和公式得出[13]：達到門檻值的油氣藏目標為N個，N個目標形成所有組合的集合中，假定S是其中的可行集合(滿足約束條件的組合構成的集合)，如果其中存在一個有效子集r(p)，在給定的方差中，r(p)在S中具有最大的期望收益，則計算公式為：

圖2投資組合收益-風險分布及有效前沿曲線

(6)

式中：max[E(rp)]為最大期望收益；E(rt)為不同組合的期望收益。

在給定的期望經濟可采儲量中，r(p)在S中具有最小方差(或標準差)，計算公式如下：

(7)

式中：min[σ2(rp)]為最小方差；COV(rirj)為不同組合的方差。

則稱r(p)為有效前沿。從有效前沿的性質知道，可先從目標可行集中找到有效前沿(有效組合)，然后投資者只需在有效前沿上選出一個最優目標組合即可(最優組合)。最優組合處在有效前沿曲線斜率最大的切點附近，如圖2上的001-better5點。越過該點，價值變大，但伴隨的風險(標準方差)也增大。確定最優投資組合，從而實現效益最大化、風險最小化，為高勘探決策提供依據[14-15]。

4 應用實例

以2016年某石油公司計劃鉆探的17個氣藏目標為例，利用該方法進行目標優選，執行氣藏鉆探目標評價優選決策流程，提出氣藏評價勘探部署建議。前期評價在完成地質風險分析、可采儲量計算和儲量價值計算后，對17個油氣藏目標進行優化投資組合分析。根據石油公司勘探戰略和下年度評價規劃，給出的投資組合約束條件是：方案需新增天然氣可采儲量大于500×108m3；勘探投資控制在10×108元以內；根據戰略布局，zsh1、zsh2、zsh4、zsh7、zsh15、zsh17號目標具有戰略突破意義，可優先考慮。在組合優化時，根據各目標風險系數，采用蒙特卡羅法對不同方案進行模擬抽樣。用線性優選算法產生多達11 000個可能的鉆探目標組合，作收益-風險分布圖及有效前沿曲線圖。在有效前沿曲線切線斜率突變點附近，優選投資組合最佳方案。

根據石油公司穩定發展的勘探戰略，最終傾向于選擇更加保險的投資組合。表3中優選了除zsh8、zsh11外的其他15個評價目標組合，經過評價，最后一列組合風險最小，可采儲量和NPV居中。因此，優先推薦該組合為油氣藏評價鉆探部署方案。

5 結 論

(1) 構建了油氣藏鉆探目標“地質風險-儲量價值”評價模型，評價模型符合國際技術發展趨勢，符合石油公司效益勘探的發展方向。

(2) 油氣藏評價目標優選模型包括地質風險分析與儲量價值分析2部分內容。“油氣藏鉆探成功概率”表征油氣藏鉆探目標地質風險，可分為4個主因素：圈閉、儲層、油氣充注、保存條件。“儲量價值”用凈現值來表征，采用蒙特卡洛模擬法，擬合出儲量累計概率曲線，得出合理的儲量分布范圍，并采用現金流評價法，計算油氣藏開發的經濟效益。

表3 鉆探目標評價前基礎數據與評價結果

注：地質風險概率取值為0～1，鉆探成功概率取值為1減去地質風險概率。

(3) 利用投資組合原理，在石油公司發展戰略和投資總量約束條件下，進行油氣藏評價目標優化組合，計算儲量價值期望值和標準差，并作“收益-風險”分布圖和有效前沿曲線，在有效前沿曲線切線斜率突變點附近，確定最佳投資組合。

(4) 利用優選模型和投資組合原理，對某石油公司17個油氣藏評價目標的部署方案進行了優選，最優組合為除zsh8、zsh11外的其他15個目標組合，該組合風險最小，可采儲量和NPV居中。

(5) 通過構建油氣藏評價目標優選模型和實踐優選，確立完善了符合油氣經濟技術發展要求的鉆探目標評價體系，推動了油氣勘探向效益勘探轉型，對油氣藏勘探評價及投資組合優選具有一定的指導意義。