勘探目标投资优化组合新方法

刘 鹏 高 乐 张厚和 高阳东 张锦伟

（1.中海油研究总院有限责任公司；2.中海石油（中国）有限公司勘探部）

1 勘探目标优化投资组合现状

油气勘探投资评价的关键是回答该勘探项目“是否要进行下去”和其后的“开发是否有经济效益”的问题，内容包括3个层次：一是对基本目标进行详细、客观、可靠的地质风险评价和经济评价；二是在多个目标中，选择最优目标，预备可行目标，剔除无效益目标；三是对优化选出的目标提出若干种勘探方案，分析最佳投资分配方式，进行勘探决策，即优化勘探投资组合。特别是海上油气田开发工程方案远比陆地复杂，目前开发模式主要包括独立开发、联合开发、依托开发，工程方式主要包括全海式、海陆式、依托式，工程设施涉及平台、海底管线、海底电缆、陆上终端、油气集输系统等，海上勘探目标经济评价参数更多、技术方法难度更大。如果能够解决这一问题，陆上勘探目标经济评价就可以据此简化处理。

勘探目标优化投资组合，是石油工业界根据1952年Markowitz提出的以风险最小为优化目标的均值—方差模型的证券投资组合理论，对其深入研究后，在考虑油气勘探开发产能建设等项目的特点和可操作性的前提下，建立了勘探开发目标（相当于证券投资中的股票）优选的高效投资组合（收益—风险两维优化）模型，从风险和收益两个方面为勘探投资决策提供依据。

壳牌、埃克森等国际石油公司早在20世纪60年代就开始在石油勘探开发投资评价中应用优化投资组合理论，取得了显著的经济效益[1]。根据油气勘探开发的风险不仅包括价格风险，还有政治、地质、技术、外部环境等多种风险，以及出售周期长、投资比重不允许随意分割等有别于证券投资风险的特点，利用IT技术，逐步形成了一些成熟勘探开发优化投资的计算方法和软件，并广泛应用于勘探开发项目的经济评价和风险分析、多项目投资优化方面。20世纪90年代后期，国内三大油公司开始关注和应用投资组合理论，引入成熟的商品软件，并自主研发应用软件[2]。成熟的勘探投资组合评价软件，其各阶段的分析评价都是假设上阶段是成功的基础上再进行下去，如地质、技术风险仅限于静态假设，缺少随勘探开发过程而变化的动态分析。

2 过程模拟新方法的提出

针对已钻勘探目标的分析普遍认为，已证实成功的勘探目标的生、储、盖、圈、运、保等油气成藏因素，在石油地质理论上都具有类似的组合特征。基于自然地理环境的不同，钻探技术风险与开发过程为勘探开发主要不确定性因素。而同区带中的目标则有着相对统一的成藏因素特征和差异较小的自然地理环境，它们的地质风险、技术风险和开发过程的不确定性应该有着相对类似的特点。

以此为基础，把油气成藏因素分为共享地质因素（如生、圈、运、保）和独立地质因素（如储、盖）两大类。共享地质因素是对成藏区带共性的描述，即在区带范围内，那些适用于所有圈闭的地质因素，是发现至少一个获得稳定油气流的油气田规模所必须满足的共享地质因素，其概率乘积表示为地质风险值的共享概率。独立地质因素是对成藏区带个性的描述，即在区带范围内可能会局部变化的因素，其存在的可能性用独立概率表示[3]。根据这两个概率值对目标群做出最优排序。

在设定终止勘探的边界条件下，模拟最优目标的钻探过程和结果。如果模拟最优目标被证实不成功，则预示着排在最优目标后的其他目标也不会成功；如果模拟证实最优目标能成功，再借鉴与其成藏因素、自然地理条件最为接近的油田开发情况，模拟最优目标的油气田开发全过程，完成单一目标的风险与收益的综合评价，回答该目标是否要投资进行下去的问题。该过程将以往独立的地质评价与技术评价融于一体，为建立过程模拟法优化组合模型创造了条件。

为了更加明确这一模拟勘探开发过程中风险和收益的关系，为决策者提供高效组合系列，可将Markowitz理论与这一模拟思路结合，形成一种全新的勘探目标投资组合理论方法，命名为过程模拟法。

3 过程模拟法原理

该方法理论的提出是基于前面提到的Markowitz提出的风险收益理论建立的优选高效投资组合模型，从风险和收益两方面为勘探投资决策提供依据。其模型和约束的数学表达式为：

式中xi—— 1或者0，如果项目i选中为1，如果项目i未被选中则为0；

f1——风险最小函数；

f2——效益最大函数；

ci——目标i的期望净现值；

qi——目标i的储量或产量；

ei——目标i的投资；

C——目标组合收益均值；

Irri——目标i的收益；

Q——目标组合的储量或产量下限；

E——目标组合的投资上限；

IRR——目标组合可接受的最低收益；

n——待选目标总数；

C——目标组合收益最低可接受值。

式（1）、式（2）、式（3）构成了模型的目标函数。

目标函数必须受如下条件约束：（1）目标组合收益必须在最低可接受范围内；（2）目标组合的储量必须满足要求储量的需要；（3）目标总投资控制在设定范围内；（4）每个目标的收益不能低于要求的最低收益。以上4个约束条件的相应表达式分别是式（6）至式（9）。

过程模拟法优化勘探投资组合评价模型，是基于现有优化投资组合理论提出一种全新的多目标综合评价方法。特别是，针对海上油气田不同的开发模式及其工程方式，建立了特有模型，开展区带经济评价，其评价思路见图1[3-4]。主要实现方法步骤包括：（1）输入参数，包括区带最小经济油气田规模、共享概率、独立概率、干井容限、可供钻探目标数等；（2）在区带下的所有圈闭列表中，随机抽取可供钻探目标数目的圈闭，形成一个目标组，产生随机数，与每一个实际目标的地质风险系数比较，判断地质成功或者干井；（3）如果模拟目标为地质成功，且实际目标资源量大于最小商业规模则模拟目标商业成功；（4）如果模拟目标地质成功，且实际目标资源量大于经济规模极限则模拟目标为经济成功；（5）根据前面的动态模拟结果，动态确定经济目标、商业目标的开发工程模式；（6）输出评价结果，包括钻探模拟结果、开发工程模式、开发过程动态模拟结果及区带经济评价结果；（7）根据经济评价指标，结合目标组合约束条件，通过遗传算法模拟出高效组合（即最优投资组合）。对于陆上勘探目标经济评价，可根据上述原理简化处理，完全适用。

4 应用实例

以中国海洋石油集团有限公司某分公司勘探目标评价与优化组合为例，共有21个圈闭目标、41个层圈闭。实际钻探结果表明，其中9个获得商业油气发现和地质成功。根据勘探领域分别设定勘探目标的预探数量比例，将勘探投资、储量、开发投资、产量等因素设为约束条件，对21个目标、41个层圈闭进行优化组合分析，其高效组合结果见图2。

图1 过程模拟法优化投资组合评价流程

图2 勘探目标投资高效组合

将分析结果与Merak软件优化结果进行对比，分别选取新模型的3个方案和Merak的2个方案。5个方案中的目标60%完全一致，部分方案目标一致率达80%～90%。21个目标的高效组合结果表明，其中已证实成功的目标约占组合目标的70%，证明了该方法与国外引进的权威商业软件的优化结果基本一致，优化结果符合生产实际。

5 过程模拟法创新点

过程模拟法根据经济评价原则，利用IT强大的数据库管理技术与数值算法，建立了过程模拟法优化组合模型。主要包括4方面优点：一是模拟目标的勘探开发全过程来完成单目标的经济评价，特别是针对海上油气田不同的开发模式及其工程方式的复杂性建立了特有评价模型，使各目标的经济评价更加贴近实际的业务开展过程，各阶段的评价结果更趋合理；二是单目标与同区带或同类圈闭的勘探经济评价标准、方法与结果趋于统一；三是可以一次完成所有勘探目标的经济评价，并对其进行筛选和依据结果作最优排序；四是应用所建立的高效投资组合（风险—效益两维优化）模型，从风险和收益两个方面为勘探投资决策提供依据，更加全面、方便、快捷地实现了勘探投资组合方案的优化，为减少勘探投资风险与油田减损增效提供了有效实用的勘探经济评价新方法。

本文所提出的新方法应用难点在于区带经济评价参数的确定和目标优选约束条件的设定。实际应用过程中不仅需要全面详实的基础数据，同时需要有具备很好专业功底的专家对参数进行严格把关，从而使方法能够很好地应用并服务于勘探决策。由于目前实际应用经验有限，后续还需要不断积累经验，对软件模型进行持续的改进和完善。