基于層次分析法的油田開發(fā)方案優(yōu)選

，，，

(1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065；2.西安石油大學(xué)理學(xué)院，陜西西安 710065；3.中海油田服務(wù)股份有限公司 油田生產(chǎn)事業(yè)部 完井中心，天津 300459)

油田開發(fā)方案優(yōu)選是油田開發(fā)設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)，同時也是一個多目標(biāo)決策問題[1]，某些評價指標(biāo)往往相互沖突，難以確定。近年來，國內(nèi)外不少學(xué)者采用不同的數(shù)學(xué)方法從定性、定量的角度對油田開發(fā)方案進(jìn)行了優(yōu)選，并取得了一些成果[2-6]。但是，在大多數(shù)研究中，主要是從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)對油田開發(fā)方案進(jìn)行優(yōu)化。同時在進(jìn)行油田開發(fā)方案優(yōu)選過程中，又不能將其中的某一個因素孤立起來討論評價，必須同時考慮與其相關(guān)的各種因素。本文為了客觀綜合地對不同油田開發(fā)方案進(jìn)行評價，在分析油田開發(fā)方案影響因素的基礎(chǔ)上，選取反映油田開發(fā)方案經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性的5個評價指標(biāo)(原油采收率、總投資、采油速度、年遞減率和動態(tài)投資回收期)，應(yīng)用層次分析法(AHP)基本原理對油田開發(fā)方案進(jìn)行優(yōu)選，從而為油田高效開發(fā)提供了可靠的依據(jù)。

1 層次分析法(AHP)基本原理與步驟[7-9]

(1)建立層次模型。根據(jù)主導(dǎo)關(guān)系，形成目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的層次結(jié)構(gòu)。

(2)計算各指標(biāo)相對權(quán)重。由專家來評判，并參考1-9重要性度量表，建立判斷矩陣，來確定各評價指標(biāo)在此層次結(jié)構(gòu)中的重要性等級(相對權(quán)重)。

(4)指標(biāo)綜合。計算目標(biāo)單元系統(tǒng)各層次結(jié)構(gòu)的合成權(quán)值，并進(jìn)行總排序，以確定總體目標(biāo)中層次結(jié)構(gòu)圖最低層次結(jié)構(gòu)中各指標(biāo)的重要性。

(5)決策分析。

2 油田開發(fā)方案基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

根據(jù)J油田現(xiàn)狀，并結(jié)合油氣田開發(fā)專家和經(jīng)濟(jì)學(xué)家的建議，設(shè)計了 5種不同開發(fā)方案，分別為U1，U2，U3，U4和U5；并確定出反映油田開發(fā)方案經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性的5個評價指標(biāo)(原油采收率、總投資、采油速度、年遞減率和動態(tài)投資回收期)，其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表1。

表1 不同開油田發(fā)方案的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

3 應(yīng)用層次分析法優(yōu)選油田開發(fā)方案

3.1 建立層次分析模型

在分析油田開發(fā)方案影響因素的基礎(chǔ)上，選取反映油田開發(fā)方案經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性的5個評價指標(biāo)(原油采收率、總投資、采油速度、年遞減率和動態(tài)投資回收期)，應(yīng)用層次分析法(AHP)基本原理建立層次指標(biāo)體系，如圖1。

圖1 油田開發(fā)方案優(yōu)選層次結(jié)構(gòu)模型

3.2 計算各標(biāo)相對權(quán)重

3.2.1 建立A-B 判斷矩陣

根據(jù)J油田現(xiàn)狀，并結(jié)合石油氣田開發(fā)專家和經(jīng)濟(jì)學(xué)家的建議，確定在油田開發(fā)方案優(yōu)選過程中，技術(shù)性比經(jīng)濟(jì)性重要，參考1-9重要性度量表，建立A-B 判斷矩陣，見式(1)。

(1)

根據(jù)層次分析法原理計算A-B判斷矩陣的最大特征值，B1、B2的相對權(quán)重，其結(jié)果如下：

相對權(quán)重：W=(0.75，0.25)T

3.2.2 建立B1-C判斷矩陣

根據(jù)J油田現(xiàn)狀，并結(jié)合石油氣田開發(fā)專家和經(jīng)濟(jì)學(xué)家的建議，確定在油田開發(fā)方案優(yōu)選過程中，原油采收率相對重要，采油速度與年遞減率同等重要，參考1-9重要性度量表，建立B1-C判斷矩陣，見式(2)。

(2)

根據(jù)層次分析法原理計算B1-C判斷矩陣的最大特征值，并計算B1、B2的相對權(quán)重，其結(jié)果如下：

相對權(quán)重：W=(0.6，0.2，0.2)T

最大特征值：λmax=3

3.2.3 建立B2-C判斷矩陣

根據(jù)J油田現(xiàn)狀，并結(jié)合石油氣田開發(fā)專家和經(jīng)濟(jì)學(xué)家的建議，確定在油田開發(fā)方案優(yōu)選過程中，動態(tài)投資回收期比總投資重要，參考1-9重要性度量表，建立B2-C判斷矩陣，見式(3)。

(3)

根據(jù)層次分析法原理計算B2-C判斷矩陣的最大特征值，并計算B1、B2的相對權(quán)重，其結(jié)果如下：

相對權(quán)重： W=(0.25，0.75)T

最大特征值：λmax=2

3.3 一致性檢驗(yàn)

各判斷矩陣的CI及CR值如表2所示，皆滿足一致性條件。

3.4 各評價指標(biāo)層次總排序

根據(jù)層次分析法(AHP)原理，計算各個評價指標(biāo)相對于總目標(biāo)層(油田開發(fā)方案優(yōu)選)的相對總權(quán)系數(shù)為W=(0.45，0.15，0.15，0.062 5，0.187 5)T。

如果按關(guān)聯(lián)度大小將每個評價參數(shù)排隊，即得出它們的相關(guān)排序?yàn)椋涸筒墒章?動態(tài)投資回收期>年遞減率=采油速度>總投資。

表3 不同開油田開發(fā)方案綜合評價結(jié)果

3.5 不同油田開發(fā)方案優(yōu)選

由于不同評價指標(biāo)的量綱不同，數(shù)值差異大，為了使各評價指標(biāo)具有可比性，首先需要對各評價指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[10-11]：(1)對于數(shù)值與油田開發(fā)方案優(yōu)選效果正相關(guān)的評價指標(biāo)，直接除以本參數(shù)的最大值；(2)對于數(shù)值與油田開發(fā)方案優(yōu)選效果負(fù)相關(guān)的評價指標(biāo)，則用本參數(shù)的最大值減去單項(xiàng)參數(shù)之差再除以最大值；(3)對所涉及的5個評價指標(biāo)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，存在一種中性指標(biāo)〔采油速度 〕，其值越接近于某一最佳數(shù)值越好 。但是，在評價過程中，中性指標(biāo)的最佳參考標(biāo)準(zhǔn)值不確定性相對較大 。這里，

通過對各個評價指標(biāo)的分析，將中性指標(biāo)處理為數(shù)值與油田開發(fā)方案評價效果呈負(fù)相關(guān)的參數(shù)，以便于計算。這樣各個評價指標(biāo)就具有了可比性，然后對不同油田開發(fā)方案進(jìn)行綜合評價，其相對排序結(jié)果，見表3。

4 結(jié)語

(1)在分析油田開發(fā)方案優(yōu)選影響因素的基礎(chǔ)上，選取反映油田開發(fā)方案經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性的5個評價指標(biāo)(原油采收率、總投資、采油速度、年遞減率和動態(tài)投資回收期)，應(yīng)用層次分析法(AHP)基本原理對不同評價指標(biāo)進(jìn)行了定量評價，認(rèn)為影響油田開發(fā)方案優(yōu)選效果的各評價指標(biāo)相對重要性排序?yàn)椋涸筒墒章?動態(tài)投資回收期>年遞減率=采油速度>總投資。

(2)應(yīng)用層次分析法(AHP)基本原理對5種不同油田開發(fā)方案進(jìn)行綜合評價，認(rèn)為方案U3應(yīng)作為該油田開發(fā)方案，與油田實(shí)際情況基本一致，說明該方法具有較強(qiáng)的可操作性和廣泛的適用性。

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