油田企業(yè)限產(chǎn)關(guān)井優(yōu)化模型研究

摘 要：在原油銷售價(jià)格伴隨供求關(guān)系及國(guó)際政治大幅振蕩的背景下，圍繞如何合理控制企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模、優(yōu)化生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、提高生產(chǎn)效益，開(kāi)展限產(chǎn)關(guān)井優(yōu)化模型的研究和建立工作。該模型的總體思路就是按照油井的生產(chǎn)方式、油品性質(zhì)、成本區(qū)間劃分分析單元，以原油價(jià)格、限產(chǎn)指標(biāo)為輸入變量，以是否關(guān)井為決策變量，以損失最小、效益最佳為目標(biāo)變量，以管輸安全和煉廠需求為約束條件，應(yīng)用高級(jí)規(guī)劃軟件求解不同油價(jià)下最優(yōu)化的關(guān)井實(shí)施方案。

關(guān)鍵詞：限產(chǎn) 優(yōu)化 模型 效益

中圖分類號(hào)：T32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（c）-0193-02

作為探索新型生產(chǎn)組織管理機(jī)制的重要組成部分，在上級(jí)下達(dá)的生產(chǎn)指標(biāo)動(dòng)態(tài)變化的情況下，如何突出效益原則，快速準(zhǔn)確制定科學(xué)的生產(chǎn)方案，優(yōu)化實(shí)施關(guān)井限產(chǎn)，我們對(duì)此進(jìn)行了深入研究，開(kāi)展原油限產(chǎn)模型的建設(shè)工作，為油田的生產(chǎn)管理逐步由經(jīng)驗(yàn)管理向科學(xué)管理轉(zhuǎn)變提供相應(yīng)的技術(shù)手段。

1 基本理論與技術(shù)

1.1 數(shù)學(xué)建模

數(shù)學(xué)建模就是把現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)際問(wèn)題加以提煉，抽象為數(shù)學(xué)模型，求出模型的解，驗(yàn)證模型的合理性，并用該數(shù)學(xué)模型所提供的解決方案來(lái)解釋現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，我們把數(shù)學(xué)知識(shí)的這一應(yīng)用過(guò)程稱為數(shù)學(xué)建模。

1.2 優(yōu)化模型

最優(yōu)化模型是為了使某個(gè)目標(biāo)達(dá)到最優(yōu)化目的而對(duì)實(shí)際問(wèn)題建立的數(shù)學(xué)模型。一般包括決策變量、約束條件和目標(biāo)函數(shù)三要素：（1）決策變量：指最優(yōu)化問(wèn)題中待確定的某些量，即允許決策者選擇其值的變量。（2）約束條件：指在求最優(yōu)解時(shí)對(duì)變量的某些限制，包括技術(shù)上的約束、資源上的約束和時(shí)間上的約束等。列出的約束條件越接近實(shí)際系統(tǒng)，則所求得的系統(tǒng)最優(yōu)解也就越接近實(shí)際最優(yōu)解。（3）目標(biāo)函數(shù)：最優(yōu)化有一定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。目標(biāo)函數(shù)就是這種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)描述，目標(biāo)函數(shù)可以是系統(tǒng)功能的函數(shù)或費(fèi)用的函數(shù)。它必須在滿足規(guī)定的約束條件下達(dá)到最大或最小。

1.3 優(yōu)化求解

最優(yōu)化問(wèn)題的解一般稱為最優(yōu)解。如果只考察約束集合中某一局部范圍內(nèi)的優(yōu)劣情況，則稱為局部最優(yōu)解。如果是考察整個(gè)約束集合中的情況，則稱為總體最優(yōu)解（全局最優(yōu)解）。在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)情況錯(cuò)綜復(fù)雜，有時(shí)這種理想的最優(yōu)解不易求得，或者需要付出較大的代價(jià)，因而對(duì)解只要求能滿足一定限度范圍內(nèi)的條件，不一定過(guò)分強(qiáng)調(diào)最優(yōu)。

2 建立數(shù)學(xué)模型

根據(jù)原油市場(chǎng)價(jià)格及銷售情況，集團(tuán)總部為了保證企業(yè)利潤(rùn)，可能會(huì)隨時(shí)調(diào)減地區(qū)公司原油產(chǎn)量指標(biāo)。因此，我們需要轉(zhuǎn)變開(kāi)發(fā)生產(chǎn)理念，建立適應(yīng)市場(chǎng)需求和經(jīng)濟(jì)狀況的常態(tài)化限產(chǎn)管理機(jī)制，必須配套建立既能保證完成生產(chǎn)指標(biāo)，又能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化的原油限產(chǎn)方案優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。

2.1 限產(chǎn)損失分析

限產(chǎn)工作就是要關(guān)掉一部分生產(chǎn)油井來(lái)降低整個(gè)油田的日產(chǎn)油量。主要涉及以下兩個(gè)方面的效益問(wèn)題。

利潤(rùn)損失。就是待關(guān)油井在限產(chǎn)時(shí)間內(nèi)如果正常生產(chǎn)所能獲得的利潤(rùn)，也就是稅后銷售總收入減掉生產(chǎn)總成本費(fèi)用。稅后銷售總收入=原油凈產(chǎn)量×稅后銷售價(jià)格，生產(chǎn)總成本費(fèi)用=折舊折耗+操作成本+期間費(fèi)用（含勘探費(fèi)用）。其中，折舊折耗、期間費(fèi)用以及操作成本中的管理費(fèi)用、人員工資等相對(duì)固定費(fèi)用對(duì)具體單井是否生產(chǎn)不起決定作用。我們?cè)谀Ｐ椭兄饕紤]與油井生產(chǎn)直接相關(guān)、并且對(duì)總操作成本起決定性作用的動(dòng)力費(fèi)、作業(yè)費(fèi)、注汽費(fèi)、原油處理費(fèi)，我們把上述四項(xiàng)成本稱為可控成本。

關(guān)井費(fèi)用。對(duì)油井進(jìn)行關(guān)井也需要投入相應(yīng)的費(fèi)用，不同的油井關(guān)井所需的費(fèi)用不同，主要包括以下三個(gè)部分。

第一，油井關(guān)井后，需要對(duì)油井管網(wǎng)繼續(xù)采取地面循環(huán)，特別是在冬季部分進(jìn)站管線需要組織壓風(fēng)機(jī)掃線，防止管線凍堵，保證恢復(fù)生產(chǎn)后管網(wǎng)暢通。

第二，由于稠油和超稠油粘度大，關(guān)井后需要實(shí)施替油或提出井內(nèi)泵掛，防止出現(xiàn)井筒“灌腸”、卡管柱等問(wèn)題。

第三，部分油井關(guān)井后需要對(duì)地面設(shè)備采取保護(hù)措施。對(duì)井口采油樹、電器設(shè)備、抽油機(jī)易拆卸配件采取緊固、焊點(diǎn)回收等防噴防盜措施；對(duì)井口加熱爐進(jìn)行盤管掃線防止凍堵；對(duì)地面裸露電纜回收保管。

此外，有些油井關(guān)掉的同時(shí)還需要關(guān)掉配套的注水井，也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的費(fèi)用，而這些費(fèi)用應(yīng)折合到相關(guān)油井的關(guān)井費(fèi)用中。

2.2 問(wèn)題簡(jiǎn)化與假設(shè)

把全油田的高成本井、管理難度較大的井，按照油品性質(zhì)分為稀油、稠油、高凝油；按照油井類別分為撈油井、間開(kāi)井、邊遠(yuǎn)井以及其它油井；按照油汽比分為0.00≤OSR<0.10、0.10≤OSR<0.15、0.15≤OSR<0.20、0.20≤OSR<0.25、0.25≤OSR< 0.30；按照原油含水分為fw≥98%、98%>fw≥95%、95%>fw≥90%；按照噸油成本分為C≥3000、3000>C≥2000、2000>C≥1000、1000>C≥800。全油田下設(shè)13個(gè)采油單位，根據(jù)每個(gè)采油單位的不同油品類型（22個(gè)），結(jié)合上面介紹的相關(guān)油井分類（16個(gè)），共形成352個(gè)（22×16）不同的計(jì)算單元。如表1。

對(duì)上述352個(gè)分析單元分別統(tǒng)計(jì)井?dāng)?shù)、原油日產(chǎn)、平均噸油成本、關(guān)井費(fèi)用，結(jié)合不同油品的銷售價(jià)格，就可以計(jì)算該單元在一定關(guān)井時(shí)間內(nèi)的經(jīng)濟(jì)效益損失。公式如下：

其中：L為經(jīng)濟(jì)效益損失；

Q為原油限產(chǎn)量；

P為原油銷售價(jià)格；

C為相對(duì)變動(dòng)成本；

SC為關(guān)井費(fèi)用。

3 模型求解

利用Frontline System公司的Premium Solver作為優(yōu)化求解的工具，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)線性/二次算法，就可以在完成限產(chǎn)指標(biāo)及相關(guān)約束條件的情況下，對(duì)352個(gè)分析單元進(jìn)行關(guān)井組合方案的優(yōu)化求解，保證關(guān)井限產(chǎn)后全油田損失最小、經(jīng)濟(jì)效益最佳。

以遼河油田某年數(shù)據(jù)為例。全公司撈油井、間開(kāi)井、邊遠(yuǎn)井以及含水大于90%，油汽比低于0.3，噸油操作成本大于800元等生產(chǎn)管理難度相對(duì)較大、效益相對(duì)較低的油井共計(jì)9620口、日產(chǎn)油14798噸，噸油可控成本753元。在日限產(chǎn)5000噸、國(guó)際原油銷售價(jià)格50美元/桶、限產(chǎn)時(shí)間30天的條件下，通過(guò)限產(chǎn)模型求解提供的關(guān)井方案為：關(guān)井3217口，關(guān)井產(chǎn)量4980噸，分別占統(tǒng)計(jì)總油井的33.4%和33.7%。需要投入關(guān)井費(fèi)用504.6萬(wàn)元，總效益損失2357.5萬(wàn)元。

按油品類型分，稀油關(guān)井348口，關(guān)井產(chǎn)量297噸；稠油關(guān)井2869口，關(guān)井產(chǎn)量4684噸；高凝油未關(guān)井限產(chǎn)。按油井類型分，撈油井關(guān)井341口，關(guān)井產(chǎn)量110噸；間開(kāi)井關(guān)井275口，關(guān)井產(chǎn)量337噸；邊遠(yuǎn)井關(guān)井26口，關(guān)井產(chǎn)量46噸；低油汽比井關(guān)井962口，關(guān)井產(chǎn)量2721噸；高含水井關(guān)井1329口，關(guān)井產(chǎn)量1198噸；其它類型油井關(guān)井284口，關(guān)井產(chǎn)量568噸。按油井成本區(qū)間分，噸油操作成本≥3000的關(guān)井401口，關(guān)井產(chǎn)量262噸；2000≤噸油操作成本﹤3000的關(guān)井317口，關(guān)井產(chǎn)量396噸；1000≤噸油操作成本﹤2000的關(guān)井807口，關(guān)井產(chǎn)量1259噸；800≤噸油操作成本﹤1000的關(guān)井374口，關(guān)井產(chǎn)量709噸；噸油操作成本﹤800的關(guān)井1318口，關(guān)井產(chǎn)量2354噸。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

我們通過(guò)對(duì)原油限產(chǎn)優(yōu)化方法的研究與分析，以單井經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)為依托，建立了原油限產(chǎn)數(shù)學(xué)模型，為科學(xué)組織油田生產(chǎn)提供了技術(shù)保障，促進(jìn)了油田管理由定性化向定量化的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，由于受到整型問(wèn)題求解運(yùn)算量大以及Premium Solver對(duì)決策變量個(gè)數(shù)的限制，使得我們目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)全油田的每一口單井單獨(dú)進(jìn)行考慮。不過(guò)，隨著計(jì)算機(jī)硬件性能的提升以及軟件算法的改進(jìn)，將來(lái)我們可以將限產(chǎn)模型中的油井分類區(qū)間不斷細(xì)化，最終實(shí)現(xiàn)以單井作為決策變量來(lái)制定優(yōu)化方案，進(jìn)一步增強(qiáng)方案的科學(xué)性、實(shí)用性，更好地指導(dǎo)生產(chǎn)決策。