中海油勘探目標(biāo)投資優(yōu)化組合系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)

張厚和 高樂 劉鵬 高陽東 張錦偉

摘 要：經(jīng)過近十年的探索，中國海洋石油集團(tuán)有限公司（以下簡稱中海油）逐步形成了一套符合公司特點(diǎn)的勘探投資組合管理理念和方法，并據(jù)此研發(fā)了勘探目標(biāo)投資優(yōu)化組合軟件系統(tǒng)，旨在加強(qiáng)勘探目標(biāo)管理，為中長期勘探規(guī)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(shù)支持。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了勘探目標(biāo)的集中統(tǒng)一管理、優(yōu)選排隊(duì)、優(yōu)化組合等，對(duì)勘探投資決策具有重要意義。

關(guān)鍵詞：勘探目標(biāo);優(yōu)化投資組合;勘探類比庫;目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：F426.22文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(xiàn)代投資組合理論由美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家哈里·馬柯維茲（Harry Markowtiz）于1952年率先提出，他提供了一種在風(fēng)險(xiǎn)和回報(bào)之間達(dá)到最佳平衡的投資組合數(shù)學(xué)方法。使用該方法，投資者就能得到一個(gè)在一定收益水平下把風(fēng)險(xiǎn)減少到最小的投資組合，或者是在一定風(fēng)險(xiǎn)下取得最大回報(bào)的投資組合[1-2]。20世紀(jì)80年代，投資組合理論在石油工業(yè)中首次被使用，目前已知至少150家國際石油公司應(yīng)用投資組合進(jìn)行資產(chǎn)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(xiàng)目、控制勘探預(yù)算投資，實(shí)現(xiàn)既定的勘探規(guī)劃目標(biāo)。在全面調(diào)研國際大型石油公司勘探風(fēng)險(xiǎn)分析方法和投資組合優(yōu)化技術(shù)的基礎(chǔ)上，中海油深入研究勘探目標(biāo)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、區(qū)帶經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、投資組合優(yōu)化等方法，經(jīng)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(fā)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(tǒng)和推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

當(dāng)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(yōu)選組合出有利的勘探目標(biāo)[7-9]。每個(gè)目標(biāo)都存在不同的風(fēng)險(xiǎn)和吸引力，如何科學(xué)選擇最有利目標(biāo)組合進(jìn)行鉆探，實(shí)現(xiàn)勘探效益最大化，是擺在決策者面前的一個(gè)重要難題。因此，有必要建立勘探投資組合系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

如圖1所示，一個(gè)完整的勘探投資組合目標(biāo)優(yōu)選系統(tǒng)主要包括五個(gè)方面：一是勘探風(fēng)險(xiǎn)分析;二是潛在資源量計(jì)算;三是勘探經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià);四是勘探投資優(yōu)化組合;五是鉆后反饋。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

海上油氣開發(fā)工程方案遠(yuǎn)比陸地復(fù)雜。目前，開發(fā)模式主要包括獨(dú)立開發(fā)、聯(lián)合開發(fā)和依托開發(fā);工程方式主要包括全海式、海陸式和依托式;工程設(shè)施涉及平臺(tái)、海底管線、海底電纜、陸上終端和油氣集輸系統(tǒng)等[10-12]。因此，海上開發(fā)除勘探目標(biāo)地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)外，還有相比陸上更多的目標(biāo)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)參數(shù)。針對(duì)海上勘探目標(biāo)評(píng)價(jià)的復(fù)雜性，本研究設(shè)計(jì)了勘探目標(biāo)投資優(yōu)化組合系統(tǒng)的主要功能，如圖2所示?？碧侥繕?biāo)投資優(yōu)化組合工作流程主要有5步，下面進(jìn)行具體分析。

第一步，對(duì)所有候選目標(biāo)進(jìn)行勘探地質(zhì)量化評(píng)價(jià)。一是進(jìn)行勘探風(fēng)險(xiǎn)分析，包括地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)、工程技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、商業(yè)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和綜合分析評(píng)價(jià)四方面，評(píng)價(jià)方法主要包括模板打分法和主觀概率法;二是結(jié)合勘探風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果，計(jì)算圈閉資源量，參數(shù)運(yùn)算方法主要包括三點(diǎn)法和蒙特卡洛法。

第二步，對(duì)所有候選目標(biāo)進(jìn)行開發(fā)概要設(shè)計(jì)、投資測算和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。一是開發(fā)概要設(shè)計(jì)與投資測算，充分利用勘探類比庫數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，同時(shí)做出多個(gè)開發(fā)概要設(shè)計(jì)和投資方案;二是經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，根據(jù)海上油（氣）田開發(fā)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)規(guī)范，計(jì)算得到未風(fēng)險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)后經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果。

第三步，對(duì)勘探目標(biāo)進(jìn)行目標(biāo)優(yōu)選和審核入庫。依據(jù)勘探目標(biāo)的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)、工程技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、資源量規(guī)模、財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率和財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值等指標(biāo)，對(duì)勘探目標(biāo)進(jìn)行單因素、雙因素和多因素優(yōu)選排隊(duì)。審核入庫是對(duì)分公司上報(bào)的候選勘探目標(biāo)進(jìn)行反饋與批復(fù)的流程操作。

第四步，開展勘探投資組合優(yōu)化計(jì)算與分析。根據(jù)候選目標(biāo)的勘探經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果，基于公司當(dāng)前勘探投資組合管理理念和原則，例如，根據(jù)公司要求的勘探成熟區(qū)、滾動(dòng)區(qū)與新區(qū)的投資比例、勘探儲(chǔ)量目標(biāo)、開發(fā)產(chǎn)量目標(biāo)等選擇投資組合模型，設(shè)定約束條件和商業(yè)規(guī)則，求取滿足公司戰(zhàn)略規(guī)劃目標(biāo)的最佳組合。

第五步，做好鉆后反饋。鉆后反饋用來驗(yàn)證鉆前地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測的準(zhǔn)確性，從而更好地把握地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)因素和資源量計(jì)算參數(shù)的合理性，提高風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測水平并不斷完善地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)分析方法。

2.1 勘探目標(biāo)地質(zhì)評(píng)價(jià)

2.1.1 風(fēng)險(xiǎn)分析?？碧侥繕?biāo)風(fēng)險(xiǎn)分為地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)、工程技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、商業(yè)經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)和綜合風(fēng)險(xiǎn)[13-14]。

2.1.1.1 地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)分析主要包括三個(gè)層次：一是研究影響風(fēng)險(xiǎn)的主要地質(zhì)條件，包括烴源條件、儲(chǔ)層條件、圈閉條件、保存條件和配置條件;二是研究各項(xiàng)地質(zhì)條件包含的主要因素;三是分析各項(xiàng)主要因素的參數(shù)量化評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)重值，對(duì)確定的各項(xiàng)主要因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分布研究，合理地確定分級(jí)門限，得到初步的參數(shù)體系與取值標(biāo)準(zhǔn)?？碧降刭|(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法主要有模板法和主觀概率法。

2.1.1.2 工程技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。工程技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)主要指水深、工程技術(shù)難度、氣候水文、經(jīng)濟(jì)環(huán)境和政策等對(duì)油氣田勘探開發(fā)作業(yè)條件的影響。

2.1.1.3 商業(yè)經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)。商業(yè)經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)影響因素包括經(jīng)濟(jì)模式、油價(jià)和物價(jià)。

2.1.1.4 綜合風(fēng)險(xiǎn)。綜合風(fēng)險(xiǎn)分析主要考慮地質(zhì)成功概率、工程技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、商業(yè)經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)值，分別設(shè)置不同的權(quán)系數(shù)，從而計(jì)算得到評(píng)價(jià)目標(biāo)的綜合風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果。

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

2.2 勘探目標(biāo)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

勘探目標(biāo)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的主要步驟如圖3所示。一是進(jìn)行預(yù)審目標(biāo)開發(fā)概要設(shè)計(jì)，根據(jù)潛在資源量和區(qū)域地質(zhì)條件，開展開發(fā)概要設(shè)計(jì)，設(shè)定獨(dú)立開發(fā)、聯(lián)合開發(fā)、依托開發(fā)等開發(fā)模式;二是進(jìn)行投資測算，包括勘探投資、開發(fā)投資、操作費(fèi)和棄置費(fèi)等;三是進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，根據(jù)海上油（氣）田開發(fā)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法，計(jì)算其財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率、財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值、投資回收期、總成本和稅費(fèi)等指標(biāo)，并進(jìn)行敏感性分析。

2.3 勘探目標(biāo)優(yōu)選

目標(biāo)優(yōu)選排隊(duì)采用單因素、雙因素和多因素三種方法。主要的優(yōu)化因素有2類，其中吸引力因素包括資源量、內(nèi)部收益率和凈現(xiàn)值;綜合風(fēng)險(xiǎn)因素包括地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)、工程技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。單因素優(yōu)選就是選取6個(gè)因子之一作為排隊(duì)的約束條件;雙因素優(yōu)選則是選擇吸引力因素和綜合風(fēng)險(xiǎn)因素中的2個(gè)因子進(jìn)行約束劃分目標(biāo)分類，如圖4所示;多因素優(yōu)選考慮多個(gè)因素，采用線性加權(quán)求和模型消除可能存在相互沖突的多個(gè)目標(biāo)從而進(jìn)行目標(biāo)排隊(duì)。

2.4 勘探目標(biāo)投資組合

勘探目標(biāo)組合包括兩個(gè)層次：一是多目標(biāo)綜合排隊(duì)，二是多目標(biāo)優(yōu)化組合。

多目標(biāo)優(yōu)化組合的主要步驟如圖5所示。一是設(shè)定商業(yè)原則，包括投資原則、權(quán)益變化、時(shí)間推移和相關(guān)性原則;二是設(shè)定約束條件，包括基礎(chǔ)目標(biāo)和分組條件，并結(jié)合中海油當(dāng)前的勘探投資組合管理理念和原則;三是設(shè)定組合規(guī)劃目標(biāo);四是選擇組合優(yōu)化模型和算法，得出多個(gè)優(yōu)化組合方案，供管理層決策。

優(yōu)化組合約束條件中，對(duì)于已確定的勘探目標(biāo)，將其設(shè)定為必選目標(biāo)，即任意一個(gè)組合中都必須包含該目標(biāo)。

主要優(yōu)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(xiàng)目投資產(chǎn)生的最大價(jià)值，約束條件有勘探投資、開發(fā)投資、整個(gè)投資組合最小儲(chǔ)量要求;二是風(fēng)險(xiǎn)最小模型，即以凈現(xiàn)值（NPV）作為項(xiàng)目的價(jià)值指標(biāo)，以其半標(biāo)準(zhǔn)方差作為風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，結(jié)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(fēng)險(xiǎn)最小化模型二者的綜合，該模型的求解結(jié)果是一組高效組合。優(yōu)化方法包括線性規(guī)劃法、整數(shù)規(guī)劃法和遺傳算法三種。

在開發(fā)過程中，中海油勘探目標(biāo)投資優(yōu)化組合系統(tǒng)融合國內(nèi)勘探開發(fā)工作實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，獨(dú)創(chuàng)了過程模擬算法。此方法以勘探開發(fā)一體化的風(fēng)險(xiǎn)與收益兩維度評(píng)價(jià)為前提，設(shè)定終止勘探的邊界條件，模擬最優(yōu)目標(biāo)的鉆探過程和結(jié)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(zhì)參數(shù)落實(shí)、單目標(biāo)鉆后對(duì)比和多目標(biāo)鉆后統(tǒng)計(jì)。其中，單目標(biāo)鉆后對(duì)比包括地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)對(duì)比、資源量及其參數(shù)對(duì)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(biāo)鉆后統(tǒng)計(jì)主要是對(duì)地質(zhì)參數(shù)的鉆后分析、探井成功率分析、儲(chǔ)量分布的柱狀與直方圖進(jìn)行展示。目標(biāo)鉆前鉆后定量參數(shù)對(duì)比示例如圖6所示，目標(biāo)鉆前鉆后定性參數(shù)對(duì)比示例如圖7所示，目標(biāo)鉆后儲(chǔ)量落實(shí)概率分布示例如圖8所示，目標(biāo)鉆前鉆后儲(chǔ)量對(duì)比示例如圖9所示，目標(biāo)鉆后風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估示例如圖10所示。

3 系統(tǒng)的特點(diǎn)與創(chuàng)新

中海油勘探目標(biāo)投資優(yōu)化組合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的資產(chǎn)化：通過項(xiàng)目的實(shí)施，建立了完善的勘探地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)庫以及開發(fā)指標(biāo)、投資測算方法庫，隨著項(xiàng)目的推進(jìn)，不斷完善類比數(shù)據(jù)庫。

一是多層圈閉地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)，采用了共有因素條件下多層圈閉的風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)性分析，提高了圈閉地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)的細(xì)致性;二是區(qū)帶經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了勘探目標(biāo)勘探過程和開發(fā)方式模擬評(píng)價(jià)的一體化，實(shí)現(xiàn)了單獨(dú)目標(biāo)勘探經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)與區(qū)帶整體勘探經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的一體化;三是優(yōu)化投資組合技術(shù)，通過優(yōu)化模型和開發(fā)配套軟件系統(tǒng)，目前已經(jīng)首次實(shí)現(xiàn)了高效組合和項(xiàng)目組獨(dú)創(chuàng)的“過程模擬組合方法”，并將其成功應(yīng)用到勘探目標(biāo)優(yōu)選工作中;四是鉆后分析反饋技術(shù)，對(duì)目標(biāo)、探井評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行鉆前與鉆后對(duì)比分析，為提升技術(shù)人員對(duì)地質(zhì)參數(shù)認(rèn)識(shí)的準(zhǔn)確性并不斷完善地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)分析模板提供支持。

4 應(yīng)用實(shí)例

以中海油旗下某分公司的24個(gè)勘探目標(biāo)的評(píng)價(jià)與優(yōu)選為例，其中部分目標(biāo)的基本情況如表1所示。

根據(jù)勘探領(lǐng)域分別設(shè)定勘探目標(biāo)的預(yù)探數(shù)量比例，將勘探投資、儲(chǔ)量、開發(fā)投資和產(chǎn)量等因素設(shè)為約束條件，對(duì)24個(gè)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化組合分析，其高效組合結(jié)果如圖11所示。

5 結(jié)論

中海油勘探目標(biāo)投資優(yōu)化組合系統(tǒng)基于勘探地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、投資組合等理論和方法，將目標(biāo)評(píng)價(jià)的不同階段有效銜接，為勘探目標(biāo)評(píng)價(jià)科研人員和管理者提供了便捷實(shí)用的工具和管理平臺(tái)。但是，油氣勘探生產(chǎn)過程涉及因素眾多，是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，加之措施決策與外部環(huán)境影響，勘探目標(biāo)投資優(yōu)化組合的難度和風(fēng)險(xiǎn)很大?？碧侥繕?biāo)投資優(yōu)化組合是一個(gè)不斷探索實(shí)踐與復(fù)雜漸進(jìn)的過程，需要在勘探實(shí)踐中檢驗(yàn)和改進(jìn)優(yōu)化模型及求解算法。由于石油企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略以及油氣藏地質(zhì)類型的差異及變化，今后需要在勘探目標(biāo)評(píng)價(jià)研究實(shí)踐中重點(diǎn)關(guān)注以下內(nèi)容：公司勘探投資組合理念、地質(zhì)因素與儲(chǔ)量、產(chǎn)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(dá)、計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展、其他不確定性因素的變化等。因此，在風(fēng)險(xiǎn)與效益并存的國內(nèi)外競爭環(huán)境下，中海油勘探目標(biāo)投資優(yōu)化組合系統(tǒng)在資金配置、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、決策管理等方面將進(jìn)一步發(fā)揮重要的輔助支持效用。

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