油田開發(fā)增產(chǎn)措施優(yōu)化的目標(biāo)規(guī)劃模型.doc

管理科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究新進展第6屆全國青年管理科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集 2001年大連 油田開發(fā)增產(chǎn)措施優(yōu)化的目標(biāo)規(guī)劃模型* 山東省自然科學(xué)基金資助項目（Q99G02） 張在旭 侯風(fēng)華 付峰 姜梅芳 范水清 （石油大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，山東東營 257061） 摘要 根據(jù)油田生產(chǎn)實際，確定了油田開發(fā)措施增油中的多目標(biāo)體系，建立了措施增油的目標(biāo)規(guī)劃模型，給出了油田開發(fā)目標(biāo)權(quán)重的計算方法，進行了目標(biāo)規(guī)劃的求解和優(yōu)化策略分析，為油田開發(fā)措施增油提供了定量的決策依據(jù)。關(guān)鍵詞 油田開發(fā) 目標(biāo)規(guī)劃 增油措施 最優(yōu)決策 策略分析1 引言我國大多數(shù)油田已進入遞減階段，表現(xiàn)為后備儲量不足，資源接替困難，高含水，高采出程度，穩(wěn)定產(chǎn)量難度大；原油成本迅速上升；資金短缺，難以籌集；設(shè)備新度系數(shù)低，老化嚴重。面對這種形勢，油田須充分利用現(xiàn)有的資源、資金、勞動力和技術(shù)措施，優(yōu)化資源配置，實現(xiàn)石油資源開發(fā)的良性可持續(xù)發(fā)展。因此，本文提出用現(xiàn)代管理方法目標(biāo)規(guī)劃研究油田開發(fā)的最優(yōu)化管理問題，依據(jù)自身資源、技術(shù)、資金、人力等條件，在建立效益、成本、產(chǎn)油量等多種目標(biāo)的規(guī)劃模型下，求得增加效益的各種措施優(yōu)化方案，實現(xiàn)油田開發(fā)的全局管理，為油田開發(fā)管理者提供定量依據(jù)。2 模型形成2.1 目標(biāo)的確定在油田開發(fā)追求效益實現(xiàn)增油的過程中，從各方面考慮，可涉及到多種目標(biāo),有些目標(biāo)是互相矛盾的，通常相關(guān)的目標(biāo)包括:資金投資目標(biāo)；成本目標(biāo)；措施增油目標(biāo)；措施量目標(biāo)等。1.2 模型建立對于處于穩(wěn)定后期的石油開采，需要采取大量增油措施，以確保穩(wěn)定的石油產(chǎn)量和較高的采收率，依據(jù)確定的目標(biāo)和各種約束條件，其模型如下：(1)資金投資目標(biāo) (2)生產(chǎn)成本目標(biāo) (3)措施增油量約束 (4)總措施量約束 (5)單個措施工作量 式中：xj第j項增油措施量；cj第j項增油措施所需的單位投資；TI所有措施的總資金投入量；pj第j項措施的單位采油成本；(Po)j第j項措施的單位增油量；TC規(guī)劃期總采油成本；TP規(guī)劃期措施全部增油量；M規(guī)劃期內(nèi)所有措施總量；Dj第j項措施的最大提供量；di+目標(biāo)的正偏差變量，di+0；di-目標(biāo)的負偏差變量,di-0；d5j+各措施工作量的正偏差變量，d5j+0；d5j-各措施工作量的負偏差變量，d5j-0； j=1,2,n, i=1，2，3，4。根據(jù)目標(biāo)規(guī)劃目標(biāo)的描述形式，油田開發(fā)措施增油的目標(biāo)規(guī)劃模型可表示為各偏差變量的函數(shù)，即minF(d1+,d2+,d3-,d4+,d5j+) j=1,2,n （6）式(6)中的目標(biāo)函數(shù)的各個目標(biāo)，可以根據(jù)油田面臨的國內(nèi)外環(huán)境的變化，可定性地劃分為若干層次的優(yōu)先等級，經(jīng)研究，未給予優(yōu)先權(quán)重的目標(biāo)規(guī)劃模型為：min(w1d1+w2d+w3d3-+w4(d4+d5j+) j=1,2,n (7)1.3 優(yōu)先權(quán)重的確定這里應(yīng)用三點估計法，由各個專家對目標(biāo)規(guī)劃中目標(biāo)的重要程度分別確定三個估計值，即最大值、最可能值和最小值，再應(yīng)用Beta分布計算每個目標(biāo)的期望值，然后根據(jù)所有目標(biāo)的優(yōu)先估計值，求每個目標(biāo)的組合權(quán)重。其過程為：(1)計算某個目標(biāo)的期望值 式中rlj第l目標(biāo)第j個專家的估計權(quán)重（期望值）；rljmax第l目標(biāo)第j項專家的最大估計值；rljmid第l目標(biāo)第j項專家的最可能估計值；rljmin第l項目標(biāo)第j專家的最小估計值。 (2)計算某個目標(biāo)的權(quán)重 (9) 式中wlj第l項目標(biāo)由第j個專家所算出的權(quán)重。(3)計算某個目標(biāo)的組合權(quán)重 (10)其中Wl第l目標(biāo)的組合權(quán)重。對于式（7），可求得某一組合權(quán)重為：w1=0.30；w2=0.25；w3=0.24；w4=0.213 措施增油目標(biāo)規(guī)劃模型與優(yōu)化策略在油田開發(fā)后期，有效增油措施項目減少，增產(chǎn)難度加大。因此，從優(yōu)先目標(biāo)出發(fā)，應(yīng)盡量采取投入少，產(chǎn)出多的措施，獲取各種措施的優(yōu)化配置方案，為此結(jié)合SL油田的實際，構(gòu)建了基于目標(biāo)規(guī)劃的油田開發(fā)措施增油模型。 xj0 di0 di+0 d5j0 d5j+0 (i=1,2,3,4；j =1,2,9)4 增油措施策略分析對上述模型，由計算機求得油田開發(fā)增油措施目標(biāo)規(guī)劃模型的組合策略，其各階段的最優(yōu)結(jié)果如表（1）。結(jié)果資金（億元）直接采油成本（萬元）增油量（萬噸）措施量(井次)壓裂(井次)酸化(井次)補孔 (井次)堵水 (井次)轉(zhuǎn)抽(井次)防砂(井次)熱采（井次）大修（井次）其它（井次）目標(biāo)40802.549616.821853602107014012001505002140600350實際40802.549610.72184487210123140120015002140174350表（1） 油田開發(fā)措施增油目標(biāo)規(guī)劃組合優(yōu)化結(jié)果由表（1）看出：(1)在達到目標(biāo)最優(yōu)值時，現(xiàn)階段資金量均未超過目標(biāo)值，保證了投資不增的目標(biāo)，但從資金約束的影子價格看，其影子價格為y1=0.001，若放寬投資目標(biāo)，可使用目標(biāo)最優(yōu)值下降，因此資金是油田開發(fā)的短缺資源。 (2）油田開發(fā)的直接采油成本低于目標(biāo)值6萬元，因此降低成本是具體操作中可予以采取的措施之一。 （3）措施增油量達到了目標(biāo)規(guī)劃值，保證了產(chǎn)量的完成，實現(xiàn)了規(guī)劃目標(biāo)的產(chǎn)油量，但此產(chǎn)油量是在降低成本下的產(chǎn)量，因此，體現(xiàn)了提高經(jīng)濟效益的思想。 （4）對于措施工作量，總目標(biāo)工作量過剩873井次，而總措施工作量約束的影子價格為零，表現(xiàn)為長線資源，說明目標(biāo)規(guī)劃中措施工作量有浪費，可對總工作量進行資源重新優(yōu)化分配，發(fā)揮其應(yīng)有效益。 （5）由各項分措施工作量最優(yōu)結(jié)果分析，酸化措施表現(xiàn)為工作量不足，短缺53井次，資源短缺明顯，其影子價格表現(xiàn)為最大。而防沙工作量過剩，一井次未用。其余措施工作量均全部滿足。但從資源的影子價格分析，均表現(xiàn)為短線資源，放寬其資源量限制，均使各目標(biāo)值有不同程度地改善。因此，要針對實際情況，重新調(diào)整油田開發(fā)增油措施，優(yōu)化資源配置。 (6)根據(jù)不同時期的需要和安排，可對資金，開發(fā)成本，增油量，措施工作量等權(quán)重重新調(diào)整，以適應(yīng)不同階段，不同油田的開發(fā)需要，增加其決策的科學(xué)性和靈活性，提高油田開發(fā)的經(jīng)濟效益。5 結(jié)論對于油田開發(fā)，一方面要以國家的宏觀計劃為準(zhǔn)則，結(jié)合油田外部環(huán)境和內(nèi)部條件，在整個管理經(jīng)營戰(zhàn)略指導(dǎo)下，制定出一套完整合理的整體優(yōu)化方案；另一方面，是隨著油田內(nèi)外部環(huán)境的發(fā)展變化，方便于及時控制、調(diào)整、監(jiān)督和協(xié)調(diào)方案的實施，并不斷對實施效果進行評價，以利于決策部門的總結(jié)提高。本文就是以此出發(fā)，提出了油田開發(fā)和多目標(biāo)問題，確定了油田開發(fā)措施增油中的多目標(biāo)體系，建立了措施增油的多目標(biāo)規(guī)劃模型，研究了油田開發(fā)目標(biāo)權(quán)重的計算方法。以油田開發(fā)措施增油方案為例，進行了目標(biāo)規(guī)劃的建立，求解和優(yōu)化策略分析，為油田開發(fā)措施增油提供了定量的決策依據(jù)。其方法可行， 對石油資源的開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。參考文獻1 K. Muknerjee, A. Bera, Application of goal Programming in Project Selection decision A case study from the Indian coal mining industry , European Journal of Operational Research , 1995(82):18252 S. L. ,Gass, A Process for determining Priorities and weights for large-scale linear goal programs. Journal of the operational Research Society , 1986, 37(8):7797853 張在旭,馮德田.油田開發(fā)規(guī)劃模型.系統(tǒng)工程理論與實踐,1997,17(15):1241274 張在旭. 石油開發(fā)投入產(chǎn)出系統(tǒng)的優(yōu)化與控制.系統(tǒng)工程理論與實踐,1998,18(15): 1071115 侯風(fēng)華. 油田增產(chǎn)措施優(yōu)化方法,石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）2000,24(6):6 86,90Goal Programming Model of Measures for Increasing Output in Oilfield DevelopmentZhang Zaixu, Hou Fenghua, Fu feng, Jiang Meifang（the School of Economic Management of Petroleum University ）Abstract Based on the oilfield circumstance, the multi-targets system of increment oil production by measures are determined. A goal programming model of incremental petroleum production is set up. The computation of algorithm of target weights in petroleum development is introduced. The solution and the optimum decision analysis have been taken up . A quantat