一种新的产量预测方法及其应用

郭晓飞 常毓文 闫伟 梁涛

（中国石油勘探开发研究院，北京 100083）

一种新的产量预测方法及其应用

郭晓飞 常毓文 闫伟 梁涛

（中国石油勘探开发研究院，北京 100083）

对于国家宏观预测要求而言，传统的石油产量预测模型大多不够准确。为此结合传统模型，基于时间序列的历史产量和具体国家石油政策及经济因素等，提出一套反馈机制下的产量预测方法。通过阿拉伯油田实例应用进行分析

产量预测；反馈机制；沙特阿拉伯

据2011年BP公司发布的数据，2010年全世界每天的原油消费量为8.738 2万桶，中国每天原油消费量为0.905 7万桶，超过世界总量的10%。中国原油的对外依存度已超过50%并呈逐年增长趋势，了解主要产油国产量的未来趋势对于中国制定未来石油发展战略意义重大。

目前主要的模型预测方法包括Logistic模型［1］、翁氏模型［2］、威布尔模型［3］、HCZ（胡—陈—张）模型、Arps 递减模型［4］等。

Logistic模型在国外运用比较广泛，对于采出程度大约50%时进入递减阶段的油气田，利用该模型可以得到相当满意的预测结果。国内各种预测方法常把某事物从兴起（如油气田投入开发），经过成长、成熟直到衰亡（如油气田产量枯竭）的全过程，称作生命旋回［5］，而把客观世界的一个局部称作体系。对于生命总量有限的一些体系 （如油田中的石油储量），翁文波教授提出了一种预测整个生命过程的模型——翁氏旋回（即Poisson旋回），该模型可以对油气田产量和储量进行预测［6］。

在一些石油储量丰富的国家，石油生产并不完全遵循自然生产规律，而是受政治、经济等因素影响显著，传统的产量预测模型根本无法拟合历史数据，从而无法进行预测。以沙特为例，其生产曲线虽有起伏，但是距传统模型的钟形曲线相差很远，数据拟合不上。这是因为传统预测仅从油气产量内部因素考虑，而忽略了外部环境对油气生产影响的结果。

本文以沙特阿拉伯为例，结合欧佩克石油限产等政治因素以及该国经济发展情况等，运用反馈机制下的产量预测方法对其进行预测分析。

1 研究方法

预测体系中的反馈，指的是整个预测体系为一个闭环系统，其预测的输出对于预测输入有影响，且这种影响不断修正预测结果，使得预测结果更加精确，整个预测系统也更加合理稳定［7］。当然这里所说的反馈包括正面影响的正反馈和负面影响的负反馈，其框架如图1所示。

在预测系统中，负反馈机制大量存在，如逻辑斯蒂(Logistic)方程，在有限的社会、经济和技术等资源下，其发展程度总是存在一个周期内的阈值，其曲线呈S形。

图1 生态经济反馈预测结构图

经济系统的正反馈机制，表现为经济要素和经济系统目标之间的反馈关系。经济系统的特点是受到人口增长和生活质量的影响，经济需求只能不断地得到满足，促使经济目标向正反馈方向移升，因而其本质是一个正反馈过程。经济增长需要增加投资，投资增长会促进经济增长。这是以经济增长为核心的经济模式的无阻滞理想化反馈过程［8］。

经济系统对预测系统的直接反馈手段是技术，其间接反馈手段是各种经济措施及政策、方针、计划、法令等，它们也构成一个相互耦合的体系。比如，价格看似与预测体系没有直接关系，但是提高价格可以刺激生产者的积极性，从而加强某种产品的生产，不断改进技术，扩大获取某种资源的生产规模。如果这个规模是在反馈机制限度内，生产可持续得到某种资源的最大持续生产量；如果超过反馈机制的限度，就要调整价格，减少生产量。提高价格是对某种资源生产量（经济系统）的正反馈，但对于预测系统来说就是负反馈（使系统内某种资源减少）；降价对于经济系统来说是负反馈，对预测系统是正反馈（给某种资源以再生更新的机会）［9］。

本研究中涉及到的关系式有：

（1）考虑石油投资

（2）石油产量：

（3）石油需求下限约束：

（4）目标函数：

式中：Y—石油产量；C—石油需求量；k—投资；Pr—国际油价；Q—自然生产情况下的产量，其计算方程取用 Hubbert模型［7］：

式中：NR—最终可采储量初估值；a、b—待定参数；t—时间。据优化后的Q调整NR，然后将新计算得出的Q代入优化模型进行新一轮计算直到结果收敛。

2 实例分析

当地政策对于国家石油生产的影响有时会非常显著。沙特阿拉伯是世界上最大的产油国和石油输出国，石油储量和产量均居世界首位，其储量占全球储量的1/4，同时它也是中东地区经济总量最大的国家。作为我国最大的石油来源国和西亚地区的最大贸易国，沙特阿拉伯石油产量的未来趋势对我国能源稳定和战略决策有重要意义。

近年来，得益于国际油价攀升，沙特石油出口收入颇丰，经济增长迅速。政府大力建设和改造基础设施，推进经济结构多元化、努力发展采矿和轻工业等非石油产业，积极吸引外资。2011年6月，在维也纳召开的欧佩克国家石油部长会议上，沙特提出增加石油产量配额的计划，但是未获通过。如果增产计划得以通过并执行，则需根据限额产量再进行预测。政治动态方面，沙特与伊朗局势日趋紧张。

沙特阿拉伯在欧佩克组织中长期处于领导地位，限产政策对其影响非常明显。从图1可以看出，1973年限产政策施行以后，历史产量数据就完全偏离了Hubbert模型曲线，自然生产规律显然不再适合此类产量预测。20世纪80年代初至90年代初，受石油危机和海湾战争的影响，沙特石油产量处于低谷。1992年至今，沙特的石油年产量基本稳定保持4.5~5亿t。虽然年产量持续高于OPEC限制产量中的4亿t，并有小幅波动，但相对稳定，这其中限产政策无疑起了主导作用。因此，历史产量数据统计规律、生产潜能（或者说剩余储量）、沙特国家的经济发展、政治环境和OPEC下一步的政策趋向将成为预测中直接而必要的因素。

基于上述反馈模式下的产量预测方法，综合沙特的历史产量数据、政治、经济和政策等多种因素，对其石油产量进行了整体预测，结果如图2所示。其中趋势预测线是已开发部分的基准预测线，反馈模式下的预测曲线是考虑经济政治等因素并加上待开发部分的总产量。

从图2中可以看出，Hubbert曲线和历史产量数据已经相交，但是由于之前累积未开采的那部分石油（阴影部分）数量巨大，可以保障石油年产量相当长一段时间的稳定。根据多种因素的相互牵制、反馈调节，对预测结果进行多次优化调整，得到最终预测数据（表1）。

图2 沙特阿拉伯石油产量预测

表1 预测结果表 亿t

如表1中预测结果所示，2025年之前的预测数据比EIA的数据偏高，差值逐渐变小，2030年预测数据比EIA的数据更低。整个预测数据比IEA的数据略偏高。本研究的预测结果显示，沙特的石油产量以比EIA预测数据更缓慢的速度逐渐增加，但IEA的预测数据过于保守，沙特的石油生产水平应该相对更高一点。本研究考虑到沙特经济的发展，待开发的一些新油田对产量的贡献以及世界石油供需情况等，认为沙特石油产量仍会有缓慢的增长。作为世界第一产油大国，沙特的石油生产从90年代开始虽有上升，却非常缓慢且相对稳定。缓慢而持续保持较高水平的生产将是沙特未来的趋势。

3 结 论

本次研究突破了传统模型预测的单一线性思维和理想化思维，根据反馈结果对预测不断进行优化调整，并综合考虑了石油生产整个环境中的多种因素，使得产量预测更加精确。模型预测主要取决于模型中各参数的确定，其中可采储量NR的初始值估计比较关键，需要结合模型拟合效果和相关统计资料来进行最终校正。一些受政策影响显著从而不遵循自然生产规律的欧佩克国家，要追踪其政策变化，结合历史开采差额累积量进行预测。在当今社会，产量预测已经成为综合政治、经济等多重因素的复杂过程，需要全方面结合各种影响参数对预测模型不断调整优化，直至得到合理的预测结果。

[1]陈元千，胡建国，张栋杰.Logistic模型的推导及自回归方法[J].新疆石油地质，1996，17(2):150-155.

[2]赵旭东.用Weng旋回模型对生命总量有限体系的预测[J].科学通报，1987，32(18)：1406-1409.

[3]陈元千，胡建国.预测油气田产量和储量的Weibull模型[J].新疆石油地质， 1995，16(3):250-255.

[4]陈涛平，胡靖邦.石油工程[M].北京：石油工业出版社,2000：460-472.

[5]翁文波.预测学[M].北京：石油工业出版社,1996.

[6]常毓文.油气开发战略规划理论与实践[M].北京：石油工业出版社,2010：198-200.

[7]胡寿松.自动控制原理：第四版 [M].北京:科学出版社,2000:1-5.

[8]龚德恩.经济控制论[M].北京:高等教育出版社,2009.

[9]沈满洪，高登奎.生态经济学[M].北京：中国环境科学出版社,2008:56-59.

Abstract：Traditional oil production forecast models are usually not exact for national level.Besides the traditional models,this paper also takes the historical production in time series,specific national oil policy and economic aspects into account,and forms a new model based on feedback mechanism.This paper makes an analysis with Saudi Arabia,and gets an fairly good prediction.

Key words：production forecast;feedback mechanism;Saudi Arabia

A New Method of Oil Production Forecast and Application

GUO XiaofeiCHANG Yuwen YAN WeiLIANG Tao
(Research Institute of Petroleum Exploration and Development,Beijing 100083)

TE32+8

A

1673-1980（2012）02-0099-03

2011-11-01

中国石油勘探开发研究院中青年创新基金项目（2009-A-17-16）

郭晓飞（1987-），女，河南济源人，中国石油勘探开发研究院在读硕士研究生，研究方向为油藏工程。