油氣開發多目標二層規劃投資決策模型研究及應用

陳普信

［摘 要］近年來，國內各大石油公司認真貫徹落實國家戰略，保障能源安全。在油氣田高質量發展的新形勢下，油田開發投資決策如何落實發展目標、優化投資結構、提升投資價值、確保發展規劃目標的實現已成為亟待解決的頭等要務。文章以X油田為例，采用單變量因素分析法、蒙特卡洛分析法等，建立一套多目標二層規劃投資決策模型，以期指導未來的投資規劃，為實現發展目標奠定基礎。

［關鍵詞］多目標二層規劃；投資決策；產量目標；盈虧平衡油價

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2023.12.051

［中圖分類號］F832.48［文獻標識碼］A［文章編號］1673-0194（2023）12-0157-04

0 ? ? 引 言

油田開發過程中，隨著資源量不斷的開采、利用，資源量逐漸減少，原油生產能力也在日益降低。為了保證油田的長期穩產與可持續發展，必須尋求新的資源接替區域，不斷地部署新井位、找資源，加大資金的投入力度，因此投資是具有連續性的。大部分油田隨著開發的深入，含水逐年上升，產量逐年下降；同時，隨著近幾年國外主要石油產區的動蕩，導致油價劇烈波動，需要將開發策略從原來的完成產量任務轉變為如何獲得較好的經濟效益。投資連續不斷地增加，除了會增加新井產量，還會造成折舊折耗成本的增加，導致油田生產成本的增加。如何優化好投資，協調好投資與產量之間的關系，既要完成產量任務，又要保證獲得較好的經濟效益成為投資決策者關心的主要

問題［1］。

以往基于產能項目投資及工作量的優化研究，未給出盈利目標，不能夠全面支撐新形勢下油田綜合投資決策。本文以X油田為例，在已有的二層規劃模型基礎上，以產量目標、盈虧平衡油價目標為基礎，采用單變量因素分析法、蒙特卡洛分析等，對項目影響因子進行定量分析，總結經驗公式，建立一套能夠反映開發規律、成本控制、效益敏感性分析的綜合投資決策模型，以此實現項目全生命周期的開發、投資、成本、效益評價的目標，為下一步產能建設項目的投資決策提供參考依據。

1 ? ? 多目標二層規劃投資決策模型建立

二層規劃是為了解決分層系統中決策對象的分散決策問題而發展出來的一門學科［2］。對于油田開發投資決策而言，石油公司及整體指標（產量目標、盈虧平衡目標、儲采比目標等）構成了上層決策體系，即領導體系；而開發單位及項目層面指標（財務內含報酬率、百萬噸開發工程投資、建產能力等）構成了下層配合體系，即追隨體系。石油公司層面要實現既定的產量目標、盈利目標需要不斷地進行投資、成本投入，通過新建產能彌補老井產量的遞減，從而保持一定規模的產量，必然要求產建項目層面不僅要實現產能目標，也要優化好投資，以美國證券交易委員會（United States Securities and Exchange Commission，SEC）儲量

為核心，通過一體化優化，控制折舊折耗等成本上漲，確保石油公司層面盈利目標的實現，這個交互迭代過程可以表述為

MinF=F（x，v）（1）

式（1）中，MinF為上層規劃目標，其決策向量為x，其目標為最小化函數F（x，v）。

s.t.G（x）≤0（2）

式（2）中，G（x）為上層約束函數。

Minv=f（x，y）（3）

式（3）中，Minv為下層規劃目標，其決策向量為y，其目標為最小化目標函數為f（x，y）。

s.t.g（x，y）≤0（4）

式（4）中，g（x，y）為下層約束函數。

上層決策作用于下層目標和下層約束，且下層以最優值反映到上層，實現上下層的相互作用。通過縱向的迭代循環，多輪次、多層次的優化，更為全面地描述兩級決策體系之間的交互過程。

多目標二層規劃決策模型框架中，其上層模型針對石油公司層面，上層模型目標是在完成產量任務下，保持一定的盈利能力，并且具有可持續發展潛力。下層模型針對增量新井產能建設項目，目標為產能規模及投資收益要求，投資收益要求包含兩個指標：一是投資項目財務內部收益率要滿足基準收益率要求［3］；二是百萬噸產能開發工程投資的投資規模要合理。

1.1 ? 上層模型建立

多目標二層規劃決策模型的上層模型以“盈虧平衡油價”為中心建立，滿足產量目標需求等約束條件，上層規劃模型中涉及盈虧平衡油價計算模型、產量模型、成本模型、稅費參數，其中盈虧平衡油價模型是根據本量利經濟模型公式推導得出［4］。

1.2 ? 下層模型建立

下層模型對象為增量新井產能建設項目投資規模預測，有兩個約束條件：一是新建（增）產能規模；二是產能項目投資決策財務可行性要求，即財務內部收益率要滿足基準收益率要求［5］。

本研究應用百萬噸產能開發工程投資進行開發工程投資規模預測，首先基于“現金流法”研究推導建立了百萬噸產能開發工程投資與財務內部收益率關系數學模型。油田產能建設項目現金流入主要為原油銷售收入，取決于原油價格與產量，評價期內各年產量可以用初產、遞減率來表示，因此決定現金流入的主要為初產、遞減率、原油價格；油田產能建設項目現金流出主要為建設投資、經營成本、稅金及附加等。

1.3 ? 整體模型求解算法

二層規劃模型的上層是一個非線性規劃問題，其決策變量是實值。下層模型是確定開發工程投資規模，已確定的開發工程投資規模影響上層模型中的成本，為了解決模型求解問題，根據油田決策指標的特點，改進了差分進化算法（Differential Evolution，DE），解決了二層規劃上層決策體系的問題。采用隱式枚舉方法來解決下層決策體系的問題，提高從下層到上層響應的準確性［6-7］。

2 ? ? 模型應用

X油田自2000年正式勘探開發以來，先后經歷了3個階段，一是區帶探索尋求突破階段，開展技術集中攻關；二是快速發展階段，開發全面展開，實現迅速生產；三是持續增儲穩產階段，原油產量持續穩增。

X油田經歷了20多年的持續勘探開發，取得了較大的成果，目前年生產原油120萬噸。近年來，X油田積極響應國家加大勘探開發力度的要求，規劃未來5年（2023—2027年）內年產量達到240萬噸，原油價格45美元/桶實現盈虧平衡。針對X油田，應用多目標二層規劃決策模型進行投資優化，實現上述目標主要方案如下。

2.1 ? 產量及產能預測

規劃未來5年年度產量從120萬噸上升至240萬噸。根據存量老井產量及遞減率預測未來存量產量，結合年度產量目標，倒減出增量新井產量，按照產能系數考慮新井遞減，采用疊加計算方法，預測出未來5年需新建產能207萬噸。

2.2 ? SEC儲量預測

SEC儲量采用“現金流法”預測，分為存量老井及增量新井。目前，油田存量老井產量持續上升，按照新老井構成采用簡化的“分年疊加”進行預測；增量新井按照評價口徑下的單井SEC儲量及新井工作量進行預測。

首先，預測指基準日后的產量指標，然后建立油氣價格、投資、操作成本和相關稅費的數學邏輯關系，估算凈現金流，根據SEC儲量判定標準，確定剩余SEC儲量。經濟極限產量是操作收入與操作支出相平衡的產量。

（1）存量老井SEC儲量。存量老井SEC儲量預測按照“老井+新井”構成的方法進行預測，分年預測疊加計算，預測結果如表1所示。

（2）增量新井SEC儲量。采用“現金流法”按照評價口徑成本取值進行預測，預測結果如表2所示。

（3）SEC儲量預測。結合本油田sec儲量預測軟件預計到第5年末45美元/桶下SEC儲量達到

1 862萬噸，儲采比達到7.7，預測結果如表3所示。

2.3 ? 開發投資預測

從模型預測結果可以看出，初期產量、遞減率、原油價格、稅金及附加、經營成本是決定百萬噸產能開發工程投資與收益率關系的主要因素。在影響因素分析基礎上，筆者以近10年油田投產新井為研究對象，運用大數據分析不同油藏類型新井初期產量及遞減規律，提煉出產量模型，建立百萬產能開發工程投資與財務內部收益率關系圖，得出財務內部收益率滿足基準收益率時的單井初期日產油量與百萬產能開發工程投資關系曲線，即為一定初產條件下的百萬噸產能開發工程投資控制界限。

2023—2027年未來5年，各年初產的確定參考歷史初產水平及下降趨勢，按照初產與百萬噸產能開發工程投資關系，預測未來5年開發工程投資為20.7億元。

2.4 ? 成本預測模型

油氣開發過程中涉及多種成本要素，根據成本要素與油氣產出量的敏感性，油氣田生產成本通常可分為固定成本和變動成本。固定成本是指發生額與當年產量沒有直接關系的費用支出，包括地面固定資產折舊、地下油氣資產折耗、人工成本等。變動成本是指費用與開井數、產量高低有關，主要包括與開井數有關的作業費、措施費等；與產液量有關的，如動力費、油氣處理費、污水處理費等；與驅油物注入有關的費用，如注水費、注蒸汽費、注聚合物費等；與產油量有關的費用，如燃料費、運輸費等。

固定成本中人工成本根據總額控制，考慮上漲，上漲率按照近年來消費者物價指數（Consumer Price Index，CPI）進行預測。折舊折耗中油氣資產按照月度折耗率計提，固定資產按照年限法計提，其中，油氣資產折耗率=當期產量/上期末SEC已開發儲量×100%；油氣資產折額=（上年期末油氣資產凈值+當年新增油氣資產）×油氣資產折耗率；固定資產折舊=固定資產原值×折舊率；變動操作成本采用單位成本控制，參考近年平均水平進行目標優化

預測。

期間費用中管理費用根據總額控制，考慮上漲，上漲率按照近年來CPI指數進行預測；銷售費用按照銷售收入的0.5%計取；勘探費用按照當年新增勘探費用計取，包含物化探、二三維、不成功探井。

2.5 ? 稅費預測模型

銷售稅金及附加主要城市維護建設稅、教育費附加及地方教育附加、資源稅、特別收益金等。其中，①原油增值稅按詳細估算方法計算，銷項稅按13%的稅率計算，進項稅根據不同的成本項按不同的比例抵扣，增值稅僅作為計算城市維護建設稅和教育費附加的依據，不作為項目的現金流出；②城市維護建設稅按增值稅額的7%計征；③教育費附加及地方教育附加按增值稅額的5%計征；④資源稅，根據財政部、國家稅務總局《關于調整原油、天然氣資源稅有關政策的通知》（財稅〔2014〕73號）規定，自2014年12月1日起，減征后勝利油田分公司原油資源稅實際征收率按銷售額4.56%計取；⑤特別收益金，根據財政部2014年12月下發的《關于提高石油特別收益金起征點的通知》（財稅〔2014〕115號），從2015年1月1日起，將石油特別收益金起征點提高至65美元/桶，仍實行5級超額累進從價定率計征。

2.6 ? 盈虧平衡油價預測及目標優化

在上述條件下，未來5年內盈虧平衡油價從53.1美元/桶降至46.7美元/桶，較45美元/桶的目標相差1.7美元/桶。要對盈虧平衡目標優化分析，主要包括單因素優化和雙因素優化。第一，單因素優化。僅考慮一個因素的變動，假設其他因素保持不變，計算每個因素對盈虧平衡油價的影響程度，確定每個因素敏感程度。第二，雙因素優化。單因素優化分析確定敏感性較大的因素，計算兩個因素同時變化時對盈虧平衡油價的影響。

首先，在二層規劃決策模型基礎上，采用試算法，計算其中某個因素的變化；其次，在二層規劃決策模型基礎上，采用試算法，計算其中兩個因素的變化，對盈虧平衡油價的影響。例如，操作成本降低7%及百萬噸產能開發工程投資降低10%可以實現5年末45美元/桶盈虧平衡；新增SEC儲量增加12%及百萬噸產能開發工程投資降低9%可以實現5年末45美元/桶盈虧平衡。

3 ? ? 結束語

為有效提升油氣田開發水平，本文建立了一套多目標二層規劃投資決策模型，該模型能夠實現既定產量目標、盈虧平衡油價目標下的勘探開發工程投資優化，解決了石油公司層面、產能建設項目層面決策對象的分散決策問題，為實現投資的高質量發展奠定了基礎。

主要參考文獻

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