油田开发增产措施优化的目标规划模型.doc

管理科学与系统科学研究新进展
——第6届全国青年管理科学与系统科学学术会议论文集 2001年·大连
油田开发增产措施优化的目标规划模型* 山东省自然科学基金资助项目（Q99G02）

张在旭 侯风华 付峰 姜梅芳 范水清
（石油大学经济管理学院，山东东营 257061）

摘要 根据油田生产实际，确定了油田开发措施增油中的多目标体系，建立了措施增油的目标规划模型，给出了油田开发目标权重的计算方法，进行了目标规划的求解和优化策略分析，为油田开发措施增油提供了定量的决策依据。
关键词 油田开发 目标规划 增油措施 最优决策 策略分析

1 引言
我国大多数油田已进入递减阶段，表现为后备储量不足，资源接替困难，高含水，高采出程度，稳定产量难度大；原油成本迅速上升；资金短缺，难以筹集；设备新度系数低，老化严重。面对这种形势，油田须充分利用现有的资源、资金、劳动力和技术措施，优化资源配置，实现石油资源开发的良性可持续发展。因此，本文提出用现代管理方法——目标规划研究油田开发的最优化管理问题，依据自身资源、技术、资金、人力等条件，在建立效益、成本、产油量等多种目标的规划模型下，求得增加效益的各种措施优化方案，实现油田开发的全局管理，为油田开发管理者提供定量依据。

2 模型形成

2.1 目标的确定
在油田开发追求效益实现增油的过程中，从各方面考虑，可涉及到多种目标,有些目标是互相矛盾的，通常相关的目标包括:资金投资目标；成本目标；措施增油目标；措施量目标等。

1.2 模型建立
对于处于稳定后期的石油开采，需要采取大量增油措施，以确保稳定的石油产量和较高的采收率，依据确定的目标和各种约束条件，其模型如下：
(1)资金投资目标

(2)生产成本目标

(3)措施增油量约束

(4)总措施量约束

(5)单个措施工作量
式中：xj—第j项增油措施量；cj—第j项增油措施所需的单位投资；TI—所有措施的总资金投入量；pj—第j项措施的单位采油成本；(Po)j—第j项措施的单位增油量；TC—规划期总采油成本；TP—规划期措施全部增油量；M—规划期内所有措施总量；Dj—第j项措施的最大提供量；di+—目标的正偏差变量，di+≥0；di-—目标的负偏差变量,di-≥0；d5j+—各措施工作量的正偏差变量，d5j+≥0；d5j-—各措施工作量的负偏差变量，d5j-≥0； j=1,2,…,n, i=1，2，3，4。
根据目标规划目标的描述形式，油田开发措施增油的目标规划模型可表示为各偏差变量的函数，即
minF(d1+,d2+,d3-,d4+,d5j+) j=1,2,…,n （6）
式(6)中的目标函数的各个目标，可以根据油田面临的国内外环境的变化，可定性地划分为若干层次的优先等级，经研究，未给予优先权重的目标规划模型为：
min(w1d1++w2d++w3d3-+w4(d4++d5j+)) j=1,2,…,n (7)

1.3 优先权重的确定
这里应用三点估计法，由各个专家对目标规划中目标的重要程度分别确定三个估计值，即最大值、最可能值和最小值，再应用Beta分布计算每个目标的期望值，然后根据所有目标的优先估计值，求每个目标的组合权重。其过程为：
(1)计算某个目标的期望值

式中rlj—第l目标第j个专家的估计权重（期望值）；rljmax—第l目标第j项专家的最大估计值；rljmid—第l目标第j项专家的最可能估计值；rljmin—第l项目标第j专家的最小估计值。
(2)计算某个目标的权重
(9)

式中wlj—第l项目标由第j个专家所算出的权重。
(3)计算某个目标的组合权重

(10)

其中Wl—第l目标的组合权重。
对于式（7），可求得某一组合权重为：：w1=0.30；w2=0.25；w3=0.24；w4=0.21

3 措施增油目标规划模型与优化策略
在油田开发后期，有效增油措施项目减少，增产难度加大。因此，从优先目标出发，应尽量采取投入少，产出多的措施，获取各种措施的优化配置方案，为此结合SL油田的实际，构建了基于目标规划的油田开发措施增油模型。

xj≥0 di－≥0 di+≥0 d5j－≥0 d5j+≥0 (i=1,2,3,4；j =1,2,……,9)

4 增油措施策略分析
对上述模型，由计算机求得油田开发增油措施目标规划模型的组合策略，其各阶段的最优结果如表（1）。
结果
资金
（亿元）
直接采油成本
（万元）
增油量
（万吨）
措施量
(井次)
压裂
(井次)
酸化(井次)
补孔 (井次)
堵水
(井次)
转抽
(井次)

防砂
(井次)

热采
（井次）

大修（井次）

其它
（井次）
目标
40802.5
49616.8
218
5360
210
70
140
1200
150
500
2140
600
350
实际
40802.5
49610.7
218
4487
210
123
140
1200
150
0
2140
174
350
表（1） 油田开发措施增油目标规划组合优化结果
由表（1）看出：
(1)在达到目标最优值时，现阶段资金量均未超过目标值，保证了投资不增的目标，但从资金约束的影子价格看，其影子价格为y1=0.001，若放宽投资目标，可使用目标最优值下降，因此资金是油田开发的短缺资源。
(2）油田开发的直接采油成本低于目标值6万元，因此降低成本是具体操作中可予以采取的措施之一。
（3）措施增油量达到了目标规划值，保证了产量的完成，实现了规划目标的产油量，但此产油量是在降低成本下的产量，因此，体现了提高经济效益的思想。
（4）对于措施工作量，总目标工作量过剩873井次，而总措施工作量约束的影子价格为零，表现为长线资源，说明目标规划中措施工作量有浪费，可对总工作量进行资源重新优化分配，发挥其应有效益。
（5）由各项分措施工作量最优结果分析，酸化措施表现为工作量不足，短缺53井次，资源短缺明显，其影子价格表现为最大。而防沙工作量过剩，一井次未用。其余措施工作量均全部满足。但从资源的影子价格分析，均表现为短线资源，放宽其资源量限制，均使各目标值有不同程度地改善。因此，要针对实际情况，重新调整油田开发增油措施，优化资源配置。
(6)根据不同时期的需要和安排，可对资金，开发成本，增油量，措施工作量等权重重新调整，以适应不同阶段，不同油田的开发需要，增加其决策的科学性和灵活性，提高油田开发的经济效益。

5 结论
对于油田开发，一方面要以国家的宏观计划为准则，结合油田外部环境和内部条件，在整个管理经营战略指导下，制定出一套完整合理的整体优化方案；另一方面，是随着油田内外部环境的发展变化，方便于及时控制、调整、监督和协调方案的实施，并不断对实施效果进行评价，以利于决策部门的总结提高。本文就是以此出发，提出了油田开发和多目标问题，确定了油田开发措施增油中的多目标体系，建立了措施增油的多目标规划模型，研究了油田开发目标权重的计算方法。以油田开发措施增油方案为例，进行了目标规划的建立，求解和优化策略分析，为油田开发措施增油提供了定量的决策依据。其方法可行， 对石油资源的开发具有一定的指导意义。

参考文献
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):18～25
2 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):779～785
3 张在旭,冯德田.油田开发规划模型.系统工程理论与实践,1997,17(15):124~127
4 张在旭. 石油开发投入产出系统的优化与控制.系统工程理论与实践,1998,18(15): 107~111
5 侯风华. 油田增产措施优化方法,石油大学学报（自然科学版）2000,24(6):6 86,90

Goal Programming Model of Measures for Increasing Output in Oilfield Development

Zhang 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 quantative decision basis has been provided for the incremental oil production of oilfield.
Keywords Oilfield development Goal programming Increasing oil output measurement Optimal decision,strategy analysis.

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