低滲透油田開發(fā)的規(guī)劃優(yōu)化

蔣維東 吳艷華 馬慶喜

1哈爾濱工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院；2大慶油田海塔指揮部 3大慶技師學(xué)院

1 優(yōu)化設(shè)計(jì)思想

低滲透油田一般表現(xiàn)為單井產(chǎn)量低、穩(wěn)產(chǎn)期短，基本處于經(jīng)濟(jì)開發(fā)的邊際。這樣，經(jīng)濟(jì)效益問題對(duì)低滲透油田來說就顯得十分突出，如果仍沿用老油田的開發(fā)模式，其經(jīng)濟(jì)效益就會(huì)很差[1]。為此，建立低滲透油田開發(fā)規(guī)劃優(yōu)化理論系統(tǒng)模型，即以大系統(tǒng)論、系統(tǒng)工程、運(yùn)籌學(xué)融為一體的思想，在此模式下層層遞進(jìn)分析，可實(shí)現(xiàn)低滲透油田的科學(xué)、有效開發(fā)。

“大系統(tǒng)理論”是大規(guī)模復(fù)雜控制與信息系統(tǒng)分析和綜合的方法學(xué)，并不是關(guān)于系統(tǒng)大、小的“分類學(xué)”，它是研究各種大系統(tǒng)的控制與信息過程，分析與綜合方法的系統(tǒng)科學(xué)[2]。運(yùn)籌學(xué)是系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)理論之一，是為系統(tǒng)工程提供數(shù)學(xué)理論和方法的科學(xué)，它是在系統(tǒng)思想指導(dǎo)下采用建立數(shù)學(xué)模型和模型求解等定量化方法為系統(tǒng)決策服務(wù)的技術(shù)科學(xué)。系統(tǒng)工程立足于整體指導(dǎo)局部的思想，把辯證唯物論與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，把定性分析與定量分析相結(jié)合，從這個(gè)意義上說，系統(tǒng)工程強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)思想，運(yùn)籌學(xué)強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)方法，二者相輔相成才能使低滲透油田開發(fā)問題得到合理的解決。

目前，無論是在石油業(yè)界，還是在其他學(xué)界，很多人把系統(tǒng)工程與運(yùn)籌學(xué)搞混淆，更有甚者將二者看成為一個(gè)內(nèi)容，這是完全錯(cuò)誤的。系統(tǒng)工程和運(yùn)籌學(xué)是既有聯(lián)系又有區(qū)別的兩類不同層次的科學(xué)：系統(tǒng)工程是運(yùn)籌學(xué)的實(shí)踐內(nèi)容，屬于工程技術(shù)；運(yùn)籌學(xué)則是從系統(tǒng)工程中提煉出來的基礎(chǔ)理論，其屬于技術(shù)科學(xué)[3]。

從低滲透油田開發(fā)規(guī)劃優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程來看，它是大規(guī)模復(fù)雜控制與信息系統(tǒng)分析的過程。由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，在開發(fā)實(shí)施前不可預(yù)測(cè)的因素很多，只有一些勘探時(shí)獲取的原始數(shù)據(jù)，掌握到的儲(chǔ)層具有典型的低滲透地質(zhì)特征，表現(xiàn)為：①儲(chǔ)層物性差，沉積物成熟度低，但后生成巖作用往往比較強(qiáng)烈；②孔隙度低，孔喉半徑小，毛細(xì)管壓力高，原始含油飽和度低；③基質(zhì)滲透率低；④裂縫往往比較發(fā)育；⑤非均質(zhì)性強(qiáng)；⑥黏土礦物含量高，水敏、酸敏、速敏嚴(yán)重。通過打試驗(yàn)井等手段，表現(xiàn)出來低滲透油田的特征，如油井自然產(chǎn)能低，采收率低，采油速度低。通過和其他國內(nèi)外油田資料對(duì)標(biāo)分析，進(jìn)行地下、地上總體規(guī)劃開發(fā)具有很大的風(fēng)險(xiǎn)性，涉及若干子系統(tǒng)。

透過對(duì)霍爾三維結(jié)構(gòu)模型分析，知識(shí)維列舉需要運(yùn)用包括工程技術(shù)、法律、經(jīng)濟(jì)、管理、社會(huì)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等各種知識(shí)和技能，其含有工程技術(shù)、社會(huì)科學(xué)、控制論、運(yùn)籌學(xué)等諸方面的技術(shù)方法體系，由此基于低滲透油田開發(fā)規(guī)劃優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以構(gòu)建以大系統(tǒng)理論、系統(tǒng)工程、運(yùn)籌學(xué)、技術(shù)方法體系為頂點(diǎn)，以大系統(tǒng)理論、系統(tǒng)工程、運(yùn)籌學(xué)所構(gòu)成的面為底面的四面體結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)筑牢了理論、思想、基礎(chǔ)、方法的根基，進(jìn)而形成相互作用、相互依賴、相互支撐的體系，如圖1所示。

圖1 低滲透油田開發(fā)規(guī)劃優(yōu)化設(shè)計(jì)思想

2 決策方法和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)層級(jí)

2.1 開發(fā)規(guī)劃設(shè)計(jì)的決策層級(jí)

在低滲透油田開發(fā)規(guī)劃優(yōu)化設(shè)計(jì)思想主導(dǎo)下，可將決策方法和手段運(yùn)用看成大系統(tǒng)理論中的多級(jí)遞階控制結(jié)構(gòu)。不妨將大型油田企業(yè)開發(fā)低滲透油田規(guī)劃設(shè)計(jì)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ六個(gè)層級(jí)，分別對(duì)應(yīng)底層（基層項(xiàng)目組）、中低層（礦、大隊(duì)、項(xiàng)目部）、中層（廠、公司）、中高層（研究院、所）、高層（油田勘探開發(fā)指揮部、大型油田企業(yè)）、頂層（石油財(cái)團(tuán)、集團(tuán)乃至國家機(jī)關(guān)部門和領(lǐng)導(dǎo)）。每一層級(jí)的數(shù)據(jù)信息輸出都是上一級(jí)的數(shù)據(jù)信息輸入，每一層級(jí)所用的決策方法都有所不同，形成了由簡(jiǎn)單定量分析到定性與定量相結(jié)合的決策模式，每一級(jí)所涉及的因素不同，越往上一級(jí)涉及的因素就越多，越復(fù)雜，越難以判斷和決策。從單純的以經(jīng)濟(jì)效益最大化到整體優(yōu)化，有精確的定量描述、運(yùn)算到人機(jī)相互、專家系統(tǒng)，最終是戰(zhàn)略決策而絕非是戰(zhàn)術(shù)層面的問題。

2.2 開發(fā)規(guī)劃設(shè)計(jì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法

前面闡釋了低滲透油田開發(fā)規(guī)劃優(yōu)化設(shè)計(jì)四面體結(jié)構(gòu)立體思維模式中的大系統(tǒng)理論、系統(tǒng)工程、運(yùn)籌學(xué)三個(gè)方面，而對(duì)于四面體結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的技術(shù)方法體系所涉及的內(nèi)容是開發(fā)規(guī)劃中最為常用且必不可少的方面。

管理學(xué)中技術(shù)方法體系內(nèi)容很多，在低滲透油田開發(fā)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，尤其要將折現(xiàn)現(xiàn)金流技術(shù)、相關(guān)于回歸分析技術(shù)和預(yù)測(cè)技術(shù)三種技術(shù)，價(jià)值評(píng)估方法、敏感性分析方法、概率分析方法、風(fēng)險(xiǎn)分析方法四種方法，技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)基本理論（時(shí)間價(jià)值、盈虧平衡、邊際理論）、規(guī)劃方法理論、投資組合理論三種理論加以綜合應(yīng)用，以形成較為完備的油田開發(fā)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)分析方法及綜合應(yīng)用技術(shù)。從決策層級(jí)來看，其采用的技術(shù)、方法、理論雖沒有嚴(yán)格的界限，但總的來看，決策層級(jí)越高，所采用的技術(shù)、方法、理論就越復(fù)雜。

若將大型油田企業(yè)開發(fā)低滲透油田規(guī)劃設(shè)計(jì)歸并為基層、中層和高層三個(gè)層級(jí)，則在運(yùn)用技術(shù)方法體系上各層級(jí)所用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)方法也有很大的差別。通常來說，基層往往采用靜態(tài)分析方法較多，到了廠、公司一級(jí)就會(huì)用到動(dòng)態(tài)分析方法，而大型油田企業(yè)，因其需要全面規(guī)劃設(shè)計(jì)，考慮的因素必然較多，往往需要較為完備的綜合分析技術(shù)。

3 評(píng)價(jià)工作流程模型

建立低滲透油田開發(fā)規(guī)劃設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)流程，需融大系統(tǒng)論、系統(tǒng)工程、運(yùn)籌學(xué)為一體，采取層層遞進(jìn)分析，才能實(shí)現(xiàn)低滲透油田的科學(xué)、有效開發(fā)。針對(duì)某一低滲透油田開發(fā)來說，所追求的開發(fā)規(guī)劃總目標(biāo)是一個(gè)復(fù)雜的綜合性的受諸多約束條件限制的目標(biāo)，需要統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、平衡才得以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。該目標(biāo)需要高產(chǎn)量、低含水率、經(jīng)濟(jì)效益好等多方面的統(tǒng)籌規(guī)劃，需要多種技術(shù)措施和手段找到產(chǎn)能與成本控制最佳結(jié)合點(diǎn)?；诖四繕?biāo)，需要細(xì)分油田區(qū)塊，建立各子系統(tǒng)規(guī)劃模型，將運(yùn)籌學(xué)理論應(yīng)用到油田區(qū)塊開發(fā)這個(gè)系統(tǒng)工程實(shí)踐中。在定量分析基礎(chǔ)上，通過對(duì)各子系統(tǒng)的方案優(yōu)選評(píng)判，加之定性分析，形成對(duì)整個(gè)低滲透油田開發(fā)規(guī)劃設(shè)計(jì)方案。該方案經(jīng)過反復(fù)調(diào)優(yōu)、判斷，不斷經(jīng)過各種分析，如風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、數(shù)值模擬、歷史擬合、專家決策、人機(jī)交互系統(tǒng)等，最終形成切實(shí)可行的可操作性的方案，指導(dǎo)低滲透油田開發(fā)。

4 結(jié)語

低滲透油田開發(fā)規(guī)劃優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，需要以大系統(tǒng)理論為主導(dǎo)思想，需要有一整套的、較為完善的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法，更需要建立完整的遞階式評(píng)價(jià)層級(jí)結(jié)構(gòu)和評(píng)價(jià)工作流程。只有采取頂層設(shè)計(jì)方式，才能做出較為科學(xué)的決策，有效地指導(dǎo)油田開發(fā)，確保油田的可持續(xù)開采。否則，不把握系統(tǒng)性、科學(xué)性、可行性、動(dòng)態(tài)性、可操作性的統(tǒng)一，不進(jìn)行系統(tǒng)分析和評(píng)價(jià)，盲目開發(fā)，破壞性開采，將會(huì)在低滲透油田開發(fā)過程中遭到不可預(yù)見性的難題，進(jìn)而使油田開發(fā)難以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)，或者造成油田開發(fā)變得不經(jīng)濟(jì)或不可持續(xù)。

[1]劉揚(yáng)，趙洪激，周士華．低滲透油田地面工程總體規(guī)劃方案優(yōu)化研究[J]．石油學(xué)報(bào)，2000，21（2）：88-95.

[2]馬鐵林，馬東立．大系統(tǒng)理論體系下的飛行器多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法[J]．系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2009，29（9）：186-190.

[3]汪應(yīng)洛．系統(tǒng)工程（第3版）[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007．