中海油勘探目標投資優化組合系統的技術設計

張厚和 高樂 劉鵬 高陽東 張錦偉

摘 要：經過近十年的探索，中國海洋石油集團有限公司（以下簡稱中海油）逐步形成了一套符合公司特點的勘探投資組合管理理念和方法，并據此研發了勘探目標投資優化組合軟件系統，旨在加強勘探目標管理，為中長期勘探規劃的合理編制提供重要的支撐，為勘探投資決策提供有效的技術支持。該系統實現了勘探目標的集中統一管理、優選排隊、優化組合等，對勘探投資決策具有重要意義。

關鍵詞：勘探目標;優化投資組合;勘探類比庫;目標風險評價

中圖分類號：F426.22文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）14-0125-05

Abstract： After nearly ten years of exploration， China National Offshore Oil Corporation （hereinafter referred to as CNOOC） has gradually formed a set of exploration portfolio management concepts and methods that are in line with the company's characteristics， and developed a software system for optimization of exploration target investment portfolios based on this， which aims to strengthen the management of exploration targets， provide important tools for the reasonable preparation of medium and long-term exploration plans， and provide effective technical support for exploration investment decisions. The system realizes the centralized and unified management of exploration targets， optimal queuing， optimized combination， etc.， which is of great significance to exploration investment decision-making.

Keywords： exploration target;optimized investment portfolio;exploration analog library;target risk evaluation

現代投資組合理論由美國經濟學家哈里·馬柯維茲（Harry Markowtiz）于1952年率先提出，他提供了一種在風險和回報之間達到最佳平衡的投資組合數學方法。使用該方法，投資者就能得到一個在一定收益水平下把風險減少到最小的投資組合，或者是在一定風險下取得最大回報的投資組合[1-2]。20世紀80年代，投資組合理論在石油工業中首次被使用，目前已知至少150家國際石油公司應用投資組合進行資產管理。

中海油從2004年開始嘗試投資組合管理，旨在從宏觀角度組合勘探項目、控制勘探預算投資，實現既定的勘探規劃目標。在全面調研國際大型石油公司勘探風險分析方法和投資組合優化技術的基礎上，中海油深入研究勘探目標經濟評價、區帶經濟評價、投資組合優化等方法，經過近十年的探索，逐步形成了一套適合自身的勘探投資組合管理理念和方法[3-6]。其在近幾年自營鉆探部署方面發揮了較大作用，取得了較好的勘探效益，為下一步建立勘探投資組合系統和推廣應用奠定了基礎。

當前，隨著中海油勘探工作量的逐年增加，勘探人員需要在眾多的有利圈閉中優選組合出有利的勘探目標[7-9]。每個目標都存在不同的風險和吸引力，如何科學選擇最有利目標組合進行鉆探，實現勘探效益最大化，是擺在決策者面前的一個重要難題。因此，有必要建立勘探投資組合系統。

1 系統構成

如圖1所示，一個完整的勘探投資組合目標優選系統主要包括五個方面：一是勘探風險分析;二是潛在資源量計算;三是勘探經濟評價;四是勘探投資優化組合;五是鉆后反饋。

2 系統設計

海上油氣開發工程方案遠比陸地復雜。目前，開發模式主要包括獨立開發、聯合開發和依托開發;工程方式主要包括全海式、海陸式和依托式;工程設施涉及平臺、海底管線、海底電纜、陸上終端和油氣集輸系統等[10-12]。因此，海上開發除勘探目標地質風險外，還有相比陸上更多的目標經濟評價參數。針對海上勘探目標評價的復雜性，本研究設計了勘探目標投資優化組合系統的主要功能，如圖2所示。勘探目標投資優化組合工作流程主要有5步，下面進行具體分析。

第一步，對所有候選目標進行勘探地質量化評價。一是進行勘探風險分析，包括地質風險、工程技術風險、商業技術風險和綜合分析評價四方面，評價方法主要包括模板打分法和主觀概率法;二是結合勘探風險分析結果，計算圈閉資源量，參數運算方法主要包括三點法和蒙特卡洛法。

第二步，對所有候選目標進行開發概要設計、投資測算和經濟評價。一是開發概要設計與投資測算，充分利用勘探類比庫數據進行參數設計，同時做出多個開發概要設計和投資方案;二是經濟評價，根據海上油（氣）田開發項目經濟評價規范，計算得到未風險和風險后經濟評價結果。

第三步，對勘探目標進行目標優選和審核入庫。依據勘探目標的地質風險、工程技術風險、商業風險、資源量規模、財務內部收益率和財務凈現值等指標，對勘探目標進行單因素、雙因素和多因素優選排隊。審核入庫是對分公司上報的候選勘探目標進行反饋與批復的流程操作。

第四步，開展勘探投資組合優化計算與分析。根據候選目標的勘探經濟評價結果，基于公司當前勘探投資組合管理理念和原則，例如，根據公司要求的勘探成熟區、滾動區與新區的投資比例、勘探儲量目標、開發產量目標等選擇投資組合模型，設定約束條件和商業規則，求取滿足公司戰略規劃目標的最佳組合。

第五步，做好鉆后反饋。鉆后反饋用來驗證鉆前地質風險預測的準確性，從而更好地把握地質風險因素和資源量計算參數的合理性，提高風險預測水平并不斷完善地質風險分析方法。

2.1 勘探目標地質評價

2.1.1 風險分析。勘探目標風險分為地質風險、工程技術風險、商業經濟風險和綜合風險[13-14]。

2.1.1.1 地質風險。地質風險分析主要包括三個層次：一是研究影響風險的主要地質條件，包括烴源條件、儲層條件、圈閉條件、保存條件和配置條件;二是研究各項地質條件包含的主要因素;三是分析各項主要因素的參數量化評分標準和權重值，對確定的各項主要因素進行統計分布研究，合理地確定分級門限，得到初步的參數體系與取值標準。勘探地質風險評價方法主要有模板法和主觀概率法。

2.1.1.2 工程技術風險。工程技術風險主要指水深、工程技術難度、氣候水文、經濟環境和政策等對油氣田勘探開發作業條件的影響。

2.1.1.3 商業經濟風險。商業經濟風險影響因素包括經濟模式、油價和物價。

2.1.1.4 綜合風險。綜合風險分析主要考慮地質成功概率、工程技術風險、商業經濟風險的評價值，分別設置不同的權系數，從而計算得到評價目標的綜合風險結果。

2.1.2 資源量計算。以勘探目的層（指地層組或油層組）為計算單元，原則上目的層至多不超過三個，一般只計算主要目的層的潛在資源量。潛在資源量計算方法主要采用圈閉體積法或圈閉容積法;參數運算方法采用三點法和蒙特卡洛法。單個計算單元用蒙特卡洛乘法運算;多個計算單元累加采用蒙特卡洛加法運算。

2.2 勘探目標經濟評價

勘探目標經濟評價的主要步驟如圖3所示。一是進行預審目標開發概要設計，根據潛在資源量和區域地質條件，開展開發概要設計，設定獨立開發、聯合開發、依托開發等開發模式;二是進行投資測算，包括勘探投資、開發投資、操作費和棄置費等;三是進行經濟評價，根據海上油（氣）田開發項目經濟評價方法，計算其財務內部收益率、財務凈現值、投資回收期、總成本和稅費等指標，并進行敏感性分析。

2.3 勘探目標優選

目標優選排隊采用單因素、雙因素和多因素三種方法。主要的優化因素有2類，其中吸引力因素包括資源量、內部收益率和凈現值;綜合風險因素包括地質風險、工程技術風險和商業風險。單因素優選就是選取6個因子之一作為排隊的約束條件;雙因素優選則是選擇吸引力因素和綜合風險因素中的2個因子進行約束劃分目標分類，如圖4所示;多因素優選考慮多個因素，采用線性加權求和模型消除可能存在相互沖突的多個目標從而進行目標排隊。

2.4 勘探目標投資組合

勘探目標組合包括兩個層次：一是多目標綜合排隊，二是多目標優化組合。

多目標優化組合的主要步驟如圖5所示。一是設定商業原則，包括投資原則、權益變化、時間推移和相關性原則;二是設定約束條件，包括基礎目標和分組條件，并結合中海油當前的勘探投資組合管理理念和原則;三是設定組合規劃目標;四是選擇組合優化模型和算法，得出多個優化組合方案，供管理層決策。

優化組合約束條件中，對于已確定的勘探目標，將其設定為必選目標，即任意一個組合中都必須包含該目標。

主要優化模型有3種：一是效益最大模型，即符合約束條件下求解項目投資產生的最大價值，約束條件有勘探投資、開發投資、整個投資組合最小儲量要求;二是風險最小模型，即以凈現值（NPV）作為項目的價值指標，以其半標準方差作為風險指標，結合約束條件求解;三是高效組合模型，即效益最大化模型與風險最小化模型二者的綜合，該模型的求解結果是一組高效組合。優化方法包括線性規劃法、整數規劃法和遺傳算法三種。

在開發過程中，中海油勘探目標投資優化組合系統融合國內勘探開發工作實際經驗，獨創了過程模擬算法。此方法以勘探開發一體化的風險與收益兩維度評價為前提，設定終止勘探的邊界條件，模擬最優目標的鉆探過程和結果。

2.5 勘探鉆后反饋

鉆后反饋的主要功能是探井信息錄入、地質參數落實、單目標鉆后對比和多目標鉆后統計。其中，單目標鉆后對比包括地質風險參數對比、資源量及其參數對比，通過軟件，用戶可以一目了然地了解鉆前、鉆后的差異。多目標鉆后統計主要是對地質參數的鉆后分析、探井成功率分析、儲量分布的柱狀與直方圖進行展示。目標鉆前鉆后定量參數對比示例如圖6所示，目標鉆前鉆后定性參數對比示例如圖7所示，目標鉆后儲量落實概率分布示例如圖8所示，目標鉆前鉆后儲量對比示例如圖9所示，目標鉆后風險評估示例如圖10所示。

3 系統的特點與創新

中海油勘探目標投資優化組合系統實現了目標評價數據的資產化：通過項目的實施，建立了完善的勘探地質風險評價標準知識庫以及開發指標、投資測算方法庫，隨著項目的推進，不斷完善類比數據庫。

一是多層圈閉地質風險分析技術，采用了共有因素條件下多層圈閉的風險相關性分析，提高了圈閉地質風險認識的細致性;二是區帶經濟評價技術，實現了勘探目標勘探過程和開發方式模擬評價的一體化，實現了單獨目標勘探經濟評價與區帶整體勘探經濟評價的一體化;三是優化投資組合技術，通過優化模型和開發配套軟件系統，目前已經首次實現了高效組合和項目組獨創的“過程模擬組合方法”，并將其成功應用到勘探目標優選工作中;四是鉆后分析反饋技術，對目標、探井評價參數進行鉆前與鉆后對比分析，為提升技術人員對地質參數認識的準確性并不斷完善地質風險分析模板提供支持。

4 應用實例

以中海油旗下某分公司的24個勘探目標的評價與優選為例，其中部分目標的基本情況如表1所示。

根據勘探領域分別設定勘探目標的預探數量比例，將勘探投資、儲量、開發投資和產量等因素設為約束條件，對24個目標進行優化組合分析，其高效組合結果如圖11所示。

5 結論

中海油勘探目標投資優化組合系統基于勘探地質風險評價、經濟評價、投資組合等理論和方法，將目標評價的不同階段有效銜接，為勘探目標評價科研人員和管理者提供了便捷實用的工具和管理平臺。但是，油氣勘探生產過程涉及因素眾多，是一個復雜的動態系統，加之措施決策與外部環境影響，勘探目標投資優化組合的難度和風險很大。勘探目標投資優化組合是一個不斷探索實踐與復雜漸進的過程，需要在勘探實踐中檢驗和改進優化模型及求解算法。由于石油企業發展戰略以及油氣藏地質類型的差異及變化，今后需要在勘探目標評價研究實踐中重點關注以下內容：公司勘探投資組合理念、地質因素與儲量、產量與投資、國家政策與匯率的變化、各類約束條件的變化與表達、計算機相關技術的發展、其他不確定性因素的變化等。因此，在風險與效益并存的國內外競爭環境下，中海油勘探目標投資優化組合系統在資金配置、統籌協調、決策管理等方面將進一步發揮重要的輔助支持效用。

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