基于層次分析法的海外斷塊油田群經濟高效動用順序優化

徐慶巖，雷 誠，袁新濤，石德佩，馮國杰，李忠杰

(1.中國石油勘探開發研究院，北京 100083；2.中國石油海外勘探開發公司，北京 100085；3.中國石油大港油田勘探開發研究院,天津 300280；4.中國(天津)國際石油勘探開發技術有限公司，天津 300280)

近些年來，中石油在西非地區發現了數量眾多的復雜斷塊油田，不僅形成了規模斷塊油田群，而且類型多樣，油品性質差異大，分布也十分零散。對于此類海外斷塊油田群，不僅要考慮斷塊間儲層流體特征的差異，還要兼顧地面分布的遠近帶來的投資差異[1-3]。本文利用層次分析方法[4-5]，在考慮各斷塊油藏多個屬性的情況下，計算出每個斷塊的綜合得分，即綜合因子，然后根據綜合因子大小進行排序，確定每個斷塊的開發動用順序。

1 經濟高效動用順序優化方法

1.1 建立評價指標體系

本次研究以西非某國A區域為例，該區累計發現了110個斷塊油田。各斷塊所處的地理位置、地質條件、儲量規模、油品性質等都各不相同。確定指標參數的過程中，既要考慮指標在投產規劃中的作用，又要考慮所選指標在斷塊之間具有可比性和通用性。指標參數的選取要因地制宜，具有代表性，兼顧技術和經濟雙重考慮，且數量不宜過多，不能重復。從A區域復雜斷塊群開發實際情況出發，選出對開發效果和經濟指標等影響較大的因素，建立一個包含4個關鍵指標的評價指標集。4個評價指標分別為地質儲量、斷塊產能、鉆采投資和地面投資。

本次評價指標均為數量型指標，可以進行精確量化。此外，評價指標還可分為正向型指標和逆向型指標。正向型指標是指越大越好的指標，又稱效益型指標，如地質儲量；逆向型指標是指越小越好的指標，又稱成本型指標，如鉆采投資。

1.2 構建層次分析模型

確定評價指標后，依據復雜斷塊產能影響因素，構建多層次、多因素風險綜合評價指標體系層次結構(見圖1)。該指標體系由1個目標層、4個評價指標層以及110個方案層構成。

第1層是總目標層，即斷塊油田群綜合評價，主要是衡量各斷塊的開發順序。

第2層是評價指標層，即4個評價指標。地質儲量主要與含油面積、有效厚度、孔隙度和飽和度相關，屬于建產的關鍵指標；平均單井產能為斷塊初期的平均單井日產油水平，主要與滲透率、有效厚度、原油黏度、彈性能量和天然水體能量等相關，不僅是建產的關鍵指標，還直接影響鉆采和地面投資；單位產能鉆采投資包括各斷塊平均單位產能的鉆完井、采油、注水、防砂等投資；單位產能地面投資則是各斷塊平均單位產能的地面管線、泵站、營地等投資。

第3層是方案對象層，是具備第2層所列所有屬性、被評價的對象，在此指的是參與評價的A區塊110個斷塊。

圖1 油田群動用順序優化評價指標體系層次結構

1.3 指標歸一化

分析采用的4個評價指標，可發現在各個指標參與綜合評價的過程中有以下問題：(1)各數量型指標量綱不同、數量級不同；(2)主觀定性指標需要量化；(3)各指標參與評價時所起的作用，即權重，不盡相同。因此，指標必須進行歸一化處理。歸一化的目的在于解決各個指標之間量綱不同、數量級不同的問題，建立指標之間的可比性。數量型指標和主觀定性指標在歸一化方法上略有不同。

對于數量性指標歸一化，最常用的歸一化方法是分布函數法。利用分布函數將數量型指標進行歸一化的過程是：根據大量統計資料得到某一指標(如指標j)的概率分布函數，函數范圍必然在0到1之間，i斷塊指標對應的j指標數值aij在概率分布函數上的概率值eij即為歸一化后的數值。

正、逆向指標歸一化公式如下：

(1)對于正向型指標aij，歸一化后得到標準因子值eij為：

(2)對于逆向型指標aij，歸一化后得到標準因子值eij為：

式中：aij為斷塊i評價指標j(數量型指標)的數值；ajmax、ajmin為參評斷塊中指標j的最大、最小值。

1.4 形成標準因子集

將各指標歸一化后稱為標準因子，各斷塊各指標的眾多標準因子則構成了標準因子集，選取部分斷塊部分指標的標準因子作為示例，如表1所示。

1.5 確定要素的權重

構建標準因子集之后，還需要確定評價指標各因素的權重。采用判斷矩陣法確定權重，其優點是指標之間的重要性兩兩比較重要程度，系統具有內在邏輯性，數學處理過程使方法比專家直接強制規定權重更具有可信度。缺點是仍然存在一定主觀性，需要根據實際項目因地制宜，指標間的相對重要程度也因不同人的分析而不同。

所謂的判斷矩陣是指將指標中所含的n個元素兩兩比較重要性，給每組比較結果賦值mij，形成n*n維矩陣M。賦值主要依據兩個元素對上一層的相對影響，賦值原則見表1。評價指標層包含的元素需要構造判斷矩陣。

表1 判斷矩陣賦值原則

依據上述原則，構建的評價指標層的各要素判斷矩陣如表2所示。

表2 評價指標層的判斷矩陣

該判斷矩陣可以相對定量確定每個評價指標在綜合評價中的權重。判斷矩陣的最大特征值和最大特征向量，經過標準化之后即對應各指標的單層權重值。通過求解可得地質儲量、斷塊產能、鉆采投資、地面投資在綜合評價中的權重分別為0.260，0.246，0.234，0.260。

1.6 計算綜合因子

應用線性加權法計算各斷塊的綜合因子值。根據各斷塊的綜合因子，即可對各斷塊的開發動用順序進行優先級排序。

其中：pi為斷塊i的綜合因子值；eij為斷塊i指標j歸一化后的標準因子值；vj為指標j在評價指標中的權重。

2 優化結果分析

根據計算結果，綜合因子值大的先投產。綜合因子值大一般分兩類情況：一是地質儲量較大、產能高的斷塊；二是雖然儲量規模不大，產能不是很高，但距離儲量規模大的斷塊很近，可以借助鄰近斷塊的地面設施，相應單位產能地面投資比較小的斷塊。該油田群斷塊地面分布比較分散、零碎，地面投資對于開發效益影響較大。

對結果綜合分析后，考慮海外實際開發情況，外輸原油管道投資大，需要一定的產能規模和穩產期，才能保障獲得較好的經濟效益。為保障一定的產能建設，并兼顧較長的穩產期，將110個斷塊根據綜合因子值劃分為兩類：一是作為主力建產的70個斷塊，綜合因子值在0.4以上，該部分斷塊相對優質且距離處理設施較近，單位產能地面投資小，建產順序可依據綜合因子值大小依次投產；二是作為接替開發的40個斷塊，綜合因子值都在0.4以下，這部分斷塊相對品質差，距離處理設施遠，投資偏高。

3 結論

(1)采用層次分析法，通過建立指標體系，構建層次分析模型，指標歸一化，形成標準因子集，確定要素權重和計算綜合因子，可以有效地對數量眾多的斷塊進行投產順序的優先級排序。相比過去常見的定性分析，該方法可以定量地進行快速評價。

(2)根據優化結果，不僅可以確定各個斷塊的優先級順序，還可以考慮海外實際建產任務，根據產能確定臨界因子值，劃分出主力建產和接替穩產兩部分，兼顧產能規模建設和較長穩產期。

(3)該方法對于海外其他類似分散多數量斷塊油田群的高效開發具有重要參考價值和借鑒意義。