油田企业限产关井优化模型研究

摘 要：在原油销售价格伴随供求关系及国际政治大幅振荡的背景下，围绕如何合理控制企业生产规模、优化生产结构、提高生产效益，开展限产关井优化模型的研究和建立工作。该模型的总体思路就是按照油井的生产方式、油品性质、成本区间划分分析单元，以原油价格、限产指标为输入变量，以是否关井为决策变量，以损失最小、效益最佳为目标变量，以管输安全和炼厂需求为约束条件，应用高级规划软件求解不同油价下最优化的关井实施方案。

关键词：限产 优化 模型 效益

中图分类号：T32 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（c）-0193-02

作为探索新型生产组织管理机制的重要组成部分，在上级下达的生产指标动态变化的情况下，如何突出效益原则，快速准确制定科学的生产方案，优化实施关井限产，我们对此进行了深入研究，开展原油限产模型的建设工作，为油田的生产管理逐步由经验管理向科学管理转变提供相应的技术手段。

1 基本理论与技术

1.1 数学建模

数学建模就是把现实世界中的实际问题加以提炼，抽象为数学模型，求出模型的解，验证模型的合理性，并用该数学模型所提供的解决方案来解释现实问题，我们把数学知识的这一应用过程称为数学建模。

1.2 优化模型

最优化模型是为了使某个目标达到最优化目的而对实际问题建立的数学模型。一般包括决策变量、约束条件和目标函数三要素：（1）决策变量：指最优化问题中待确定的某些量，即允许决策者选择其值的变量。（2）约束条件：指在求最优解时对变量的某些限制，包括技术上的约束、资源上的约束和时间上的约束等。列出的约束条件越接近实际系统，则所求得的系统最优解也就越接近实际最优解。（3）目标函数：最优化有一定的评价标准。目标函数就是这种标准的数学描述，目标函数可以是系统功能的函数或费用的函数。它必须在满足规定的约束条件下达到最大或最小。

1.3 优化求解

最优化问题的解一般称为最优解。如果只考察约束集合中某一局部范围内的优劣情况，则称为局部最优解。如果是考察整个约束集合中的情况，则称为总体最优解（全局最优解）。在解决实际问题时情况错综复杂，有时这种理想的最优解不易求得，或者需要付出较大的代价，因而对解只要求能满足一定限度范围内的条件，不一定过分强调最优。

2 建立数学模型

根据原油市场价格及销售情况，集团总部为了保证企业利润，可能会随时调减地区公司原油产量指标。因此，我们需要转变开发生产理念，建立适应市场需求和经济状况的常态化限产管理机制，必须配套建立既能保证完成生产指标，又能实现经济效益最大化的原油限产方案优化数学模型。

2.1 限产损失分析

限产工作就是要关掉一部分生产油井来降低整个油田的日产油量。主要涉及以下两个方面的效益问题。

利润损失。就是待关油井在限产时间内如果正常生产所能获得的利润，也就是税后销售总收入减掉生产总成本费用。税后销售总收入=原油净产量×税后销售价格，生产总成本费用=折旧折耗+操作成本+期间费用（含勘探费用）。其中，折旧折耗、期间费用以及操作成本中的管理费用、人员工资等相对固定费用对具体单井是否生产不起决定作用。我们在模型中主要考虑与油井生产直接相关、并且对总操作成本起决定性作用的动力费、作业费、注汽费、原油处理费，我们把上述四项成本称为可控成本。

关井费用。对油井进行关井也需要投入相应的费用，不同的油井关井所需的费用不同，主要包括以下三个部分。

第一，油井关井后，需要对油井管网继续采取地面循环，特别是在冬季部分进站管线需要组织压风机扫线，防止管线冻堵，保证恢复生产后管网畅通。

第二，由于稠油和超稠油粘度大，关井后需要实施替油或提出井内泵挂，防止出现井筒“灌肠”、卡管柱等问题。

第三，部分油井关井后需要对地面设备采取保护措施。对井口采油树、电器设备、抽油机易拆卸配件采取紧固、焊点回收等防喷防盗措施；对井口加热炉进行盘管扫线防止冻堵；对地面裸露电缆回收保管。

此外，有些油井关掉的同时还需要关掉配套的注水井，也会产生相应的费用，而这些费用应折合到相关油井的关井费用中。

2.2 问题简化与假设

把全油田的高成本井、管理难度较大的井，按照油品性质分为稀油、稠油、高凝油；按照油井类别分为捞油井、间开井、边远井以及其它油井；按照油汽比分为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；按照原油含水分为fw≥98%、98%>fw≥95%、95%>fw≥90%；按照吨油成本分为C≥3000、3000>C≥2000、2000>C≥1000、1000>C≥800。全油田下设13个采油单位，根据每个采油单位的不同油品类型（22个），结合上面介绍的相关油井分类（16个），共形成352个（22×16）不同的计算单元。如表1。

对上述352个分析单元分别统计井数、原油日产、平均吨油成本、关井费用，结合不同油品的销售价格，就可以计算该单元在一定关井时间内的经济效益损失。公式如下：

其中：L为经济效益损失；

Q为原油限产量；

P为原油销售价格；

C为相对变动成本；

SC为关井费用。

3 模型求解

利用Frontline System公司的Premium Solver作为优化求解的工具，通过标准线性/二次算法，就可以在完成限产指标及相关约束条件的情况下，对352个分析单元进行关井组合方案的优化求解，保证关井限产后全油田损失最小、经济效益最佳。

以辽河油田某年数据为例。全公司捞油井、间开井、边远井以及含水大于90%，油汽比低于0.3，吨油操作成本大于800元等生产管理难度相对较大、效益相对较低的油井共计9620口、日产油14798吨，吨油可控成本753元。在日限产5000吨、国际原油销售价格50美元/桶、限产时间30天的条件下，通过限产模型求解提供的关井方案为：关井3217口，关井产量4980吨，分别占统计总油井的33.4%和33.7%。需要投入关井费用504.6万元，总效益损失2357.5万元。

按油品类型分，稀油关井348口，关井产量297吨；稠油关井2869口，关井产量4684吨；高凝油未关井限产。按油井类型分，捞油井关井341口，关井产量110吨；间开井关井275口，关井产量337吨；边远井关井26口，关井产量46吨；低油汽比井关井962口，关井产量2721吨；高含水井关井1329口，关井产量1198吨；其它类型油井关井284口，关井产量568吨。按油井成本区间分，吨油操作成本≥3000的关井401口，关井产量262吨；2000≤吨油操作成本﹤3000的关井317口，关井产量396吨；1000≤吨油操作成本﹤2000的关井807口，关井产量1259吨；800≤吨油操作成本﹤1000的关井374口，关井产量709吨；吨油操作成本﹤800的关井1318口，关井产量2354吨。

4 结语与展望

我们通过对原油限产优化方法的研究与分析，以单井经济效益评价为依托，建立了原油限产数学模型，为科学组织油田生产提供了技术保障，促进了油田管理由定性化向定量化的转变。同时，由于受到整型问题求解运算量大以及Premium Solver对决策变量个数的限制，使得我们目前无法实现对全油田的每一口单井单独进行考虑。不过，随着计算机硬件性能的提升以及软件算法的改进，将来我们可以将限产模型中的油井分类区间不断细化，最终实现以单井作为决策变量来制定优化方案，进一步增强方案的科学性、实用性，更好地指导生产决策。