徐慶巖，雷 誠，袁新濤，石德佩，馮國杰，李忠杰

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石油海外勘探開發(fā)公司，北京 100085；3.中國石油大港油田勘探開發(fā)研究院,天津 300280；4.中國(天津)國際石油勘探開發(fā)技術(shù)有限公司，天津 300280)

近些年來，中石油在西非地區(qū)發(fā)現(xiàn)了數(shù)量眾多的復(fù)雜斷塊油田，不僅形成了規(guī)模斷塊油田群，而且類型多樣，油品性質(zhì)差異大，分布也十分零散。對(duì)于此類海外斷塊油田群，不僅要考慮斷塊間儲(chǔ)層流體特征的差異，還要兼顧地面分布的遠(yuǎn)近帶來的投資差異[1-3]。本文利用層次分析方法[4-5]，在考慮各斷塊油藏多個(gè)屬性的情況下，計(jì)算出每個(gè)斷塊的綜合得分，即綜合因子，然后根據(jù)綜合因子大小進(jìn)行排序，確定每個(gè)斷塊的開發(fā)動(dòng)用順序。

1 經(jīng)濟(jì)高效動(dòng)用順序優(yōu)化方法

1.1 建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

本次研究以西非某國A區(qū)域?yàn)槔?，該區(qū)累計(jì)發(fā)現(xiàn)了110個(gè)斷塊油田。各斷塊所處的地理位置、地質(zhì)條件、儲(chǔ)量規(guī)模、油品性質(zhì)等都各不相同。確定指標(biāo)參數(shù)的過程中，既要考慮指標(biāo)在投產(chǎn)規(guī)劃中的作用，又要考慮所選指標(biāo)在斷塊之間具有可比性和通用性。指標(biāo)參數(shù)的選取要因地制宜，具有代表性，兼顧技術(shù)和經(jīng)濟(jì)雙重考慮，且數(shù)量不宜過多，不能重復(fù)。從A區(qū)域復(fù)雜斷塊群開發(fā)實(shí)際情況出發(fā)，選出對(duì)開發(fā)效果和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等影響較大的因素，建立一個(gè)包含4個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)的評(píng)價(jià)指標(biāo)集。4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)分別為地質(zhì)儲(chǔ)量、斷塊產(chǎn)能、鉆采投資和地面投資。

本次評(píng)價(jià)指標(biāo)均為數(shù)量型指標(biāo)，可以進(jìn)行精確量化。此外，評(píng)價(jià)指標(biāo)還可分為正向型指標(biāo)和逆向型指標(biāo)。正向型指標(biāo)是指越大越好的指標(biāo)，又稱效益型指標(biāo)，如地質(zhì)儲(chǔ)量；逆向型指標(biāo)是指越小越好的指標(biāo)，又稱成本型指標(biāo)，如鉆采投資。

1.2 構(gòu)建層次分析模型

確定評(píng)價(jià)指標(biāo)后，依據(jù)復(fù)雜斷塊產(chǎn)能影響因素，構(gòu)建多層次、多因素風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)(見圖1)。該指標(biāo)體系由1個(gè)目標(biāo)層、4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)層以及110個(gè)方案層構(gòu)成。

第1層是總目標(biāo)層，即斷塊油田群綜合評(píng)價(jià)，主要是衡量各斷塊的開發(fā)順序。

第2層是評(píng)價(jià)指標(biāo)層，即4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。地質(zhì)儲(chǔ)量主要與含油面積、有效厚度、孔隙度和飽和度相關(guān)，屬于建產(chǎn)的關(guān)鍵指標(biāo)；平均單井產(chǎn)能為斷塊初期的平均單井日產(chǎn)油水平，主要與滲透率、有效厚度、原油黏度、彈性能量和天然水體能量等相關(guān)，不僅是建產(chǎn)的關(guān)鍵指標(biāo)，還直接影響鉆采和地面投資；單位產(chǎn)能鉆采投資包括各斷塊平均單位產(chǎn)能的鉆完井、采油、注水、防砂等投資；單位產(chǎn)能地面投資則是各斷塊平均單位產(chǎn)能的地面管線、泵站、營地等投資。

第3層是方案對(duì)象層，是具備第2層所列所有屬性、被評(píng)價(jià)的對(duì)象，在此指的是參與評(píng)價(jià)的A區(qū)塊110個(gè)斷塊。

圖1 油田群動(dòng)用順序優(yōu)化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)

1.3 指標(biāo)歸一化

分析采用的4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，可發(fā)現(xiàn)在各個(gè)指標(biāo)參與綜合評(píng)價(jià)的過程中有以下問題：(1)各數(shù)量型指標(biāo)量綱不同、數(shù)量級(jí)不同；(2)主觀定性指標(biāo)需要量化；(3)各指標(biāo)參與評(píng)價(jià)時(shí)所起的作用，即權(quán)重，不盡相同。因此，指標(biāo)必須進(jìn)行歸一化處理。歸一化的目的在于解決各個(gè)指標(biāo)之間量綱不同、數(shù)量級(jí)不同的問題，建立指標(biāo)之間的可比性。數(shù)量型指標(biāo)和主觀定性指標(biāo)在歸一化方法上略有不同。

對(duì)于數(shù)量性指標(biāo)歸一化，最常用的歸一化方法是分布函數(shù)法。利用分布函數(shù)將數(shù)量型指標(biāo)進(jìn)行歸一化的過程是：根據(jù)大量統(tǒng)計(jì)資料得到某一指標(biāo)(如指標(biāo)j)的概率分布函數(shù)，函數(shù)范圍必然在0到1之間，i斷塊指標(biāo)對(duì)應(yīng)的j指標(biāo)數(shù)值aij在概率分布函數(shù)上的概率值eij即為歸一化后的數(shù)值。

正、逆向指標(biāo)歸一化公式如下：

(1)對(duì)于正向型指標(biāo)aij，歸一化后得到標(biāo)準(zhǔn)因子值eij為：

(2)對(duì)于逆向型指標(biāo)aij，歸一化后得到標(biāo)準(zhǔn)因子值eij為：

式中：aij為斷塊i評(píng)價(jià)指標(biāo)j(數(shù)量型指標(biāo))的數(shù)值；ajmax、ajmin為參評(píng)斷塊中指標(biāo)j的最大、最小值。

1.4 形成標(biāo)準(zhǔn)因子集

將各指標(biāo)歸一化后稱為標(biāo)準(zhǔn)因子，各斷塊各指標(biāo)的眾多標(biāo)準(zhǔn)因子則構(gòu)成了標(biāo)準(zhǔn)因子集，選取部分?jǐn)鄩K部分指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)因子作為示例，如表1所示。

1.5 確定要素的權(quán)重

構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)因子集之后，還需要確定評(píng)價(jià)指標(biāo)各因素的權(quán)重。采用判斷矩陣法確定權(quán)重，其優(yōu)點(diǎn)是指標(biāo)之間的重要性兩兩比較重要程度，系統(tǒng)具有內(nèi)在邏輯性，數(shù)學(xué)處理過程使方法比專家直接強(qiáng)制規(guī)定權(quán)重更具有可信度。缺點(diǎn)是仍然存在一定主觀性，需要根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目因地制宜，指標(biāo)間的相對(duì)重要程度也因不同人的分析而不同。

所謂的判斷矩陣是指將指標(biāo)中所含的n個(gè)元素兩兩比較重要性，給每組比較結(jié)果賦值mij，形成n*n維矩陣M。賦值主要依據(jù)兩個(gè)元素對(duì)上一層的相對(duì)影響，賦值原則見表1。評(píng)價(jià)指標(biāo)層包含的元素需要構(gòu)造判斷矩陣。

表1 判斷矩陣賦值原則

依據(jù)上述原則，構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)層的各要素判斷矩陣如表2所示。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)層的判斷矩陣

該判斷矩陣可以相對(duì)定量確定每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在綜合評(píng)價(jià)中的權(quán)重。判斷矩陣的最大特征值和最大特征向量，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化之后即對(duì)應(yīng)各指標(biāo)的單層權(quán)重值。通過求解可得地質(zhì)儲(chǔ)量、斷塊產(chǎn)能、鉆采投資、地面投資在綜合評(píng)價(jià)中的權(quán)重分別為0.260，0.246，0.234，0.260。

1.6 計(jì)算綜合因子

應(yīng)用線性加權(quán)法計(jì)算各斷塊的綜合因子值。根據(jù)各斷塊的綜合因子，即可對(duì)各斷塊的開發(fā)動(dòng)用順序進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序。

其中：pi為斷塊i的綜合因子值；eij為斷塊i指標(biāo)j歸一化后的標(biāo)準(zhǔn)因子值；vj為指標(biāo)j在評(píng)價(jià)指標(biāo)中的權(quán)重。

2 優(yōu)化結(jié)果分析

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，綜合因子值大的先投產(chǎn)。綜合因子值大一般分兩類情況：一是地質(zhì)儲(chǔ)量較大、產(chǎn)能高的斷塊；二是雖然儲(chǔ)量規(guī)模不大，產(chǎn)能不是很高，但距離儲(chǔ)量規(guī)模大的斷塊很近，可以借助鄰近斷塊的地面設(shè)施，相應(yīng)單位產(chǎn)能地面投資比較小的斷塊。該油田群斷塊地面分布比較分散、零碎，地面投資對(duì)于開發(fā)效益影響較大。

對(duì)結(jié)果綜合分析后，考慮海外實(shí)際開發(fā)情況，外輸原油管道投資大，需要一定的產(chǎn)能規(guī)模和穩(wěn)產(chǎn)期，才能保障獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。為保障一定的產(chǎn)能建設(shè)，并兼顧較長的穩(wěn)產(chǎn)期，將110個(gè)斷塊根據(jù)綜合因子值劃分為兩類：一是作為主力建產(chǎn)的70個(gè)斷塊，綜合因子值在0.4以上，該部分?jǐn)鄩K相對(duì)優(yōu)質(zhì)且距離處理設(shè)施較近，單位產(chǎn)能地面投資小，建產(chǎn)順序可依據(jù)綜合因子值大小依次投產(chǎn)；二是作為接替開發(fā)的40個(gè)斷塊，綜合因子值都在0.4以下，這部分?jǐn)鄩K相對(duì)品質(zhì)差，距離處理設(shè)施遠(yuǎn)，投資偏高。

3 結(jié)論

(1)采用層次分析法，通過建立指標(biāo)體系，構(gòu)建層次分析模型，指標(biāo)歸一化，形成標(biāo)準(zhǔn)因子集，確定要素權(quán)重和計(jì)算綜合因子，可以有效地對(duì)數(shù)量眾多的斷塊進(jìn)行投產(chǎn)順序的優(yōu)先級(jí)排序。相比過去常見的定性分析，該方法可以定量地進(jìn)行快速評(píng)價(jià)。

(2)根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，不僅可以確定各個(gè)斷塊的優(yōu)先級(jí)順序，還可以考慮海外實(shí)際建產(chǎn)任務(wù)，根據(jù)產(chǎn)能確定臨界因子值，劃分出主力建產(chǎn)和接替穩(wěn)產(chǎn)兩部分，兼顧產(chǎn)能規(guī)模建設(shè)和較長穩(wěn)產(chǎn)期。

(3)該方法對(duì)于海外其他類似分散多數(shù)量斷塊油田群的高效開發(fā)具有重要參考價(jià)值和借鑒意義。