基于系统动力学的石油勘探开发投入产出规律研究

基于系统动力学的石油勘探开发投入产出规律研究
鞠小玉;邢梓;刘清志
【摘要】针对现阶段石油资源的约束性以及增储上产形势的紧迫需要，选取石油价格、采收率和每万t探明石油地质储量需直接投资3项不确定因素进行灵敏度分析，得出不同变量对投入产出指标的敏感性大小。

据此总结石油勘探开发投入产出规律，以便于企业在实际操作中科学合理的运用，保证油田投入产出的稳步发展。

%For the binding of petroleum resources at this stage and the urgent need of increasing reserves and production in this situation,the paper proposes the law of oil exploration and development based on input-output system dynamics studies. Select oil prices,recovery,and every ten thousand tons of proven oil reserves need to direct investment three uncertain factors to conduct the sensitivity analysis,we can analyze the different sensitivity of different variables on the input and output index. According to the results,we can summarize laws and conclusions of the input and output,which are facilitate for enterprises to use rationally and scientifically in practice,ensuring the steady development of input and output.
【期刊名称】《河南科学》
【年(卷),期】2014(000)010
【总页数】6页(P2162-2167)
【关键词】系统动力学;石油勘探;投入产出;规律
【作者】鞠小玉;邢梓;刘清志
【作者单位】中国石油大学华东经济管理学院，山东青岛 266580; 中国石油冀东油田分公司工程造价中心，河北唐山 064300;中国石油大学华东经济管理学院，山东青岛 266580;中国石油大学华东经济管理学院，山东青岛 266580
【正文语种】中文
【中图分类】F402
在我国能源生产中，石油是工业的血液，是国民经济的命脉.但是，近几年来石油生产受资源约束及开采的逐渐深入，成本逐年递增，含水率上升，产量和经济效益下降.目前，全国各油田平均综合含水已达84.1%，其中，东部老油田综合含水已超过90%，但可采储量占全国的68.7%.最大限度利用那些深埋于地下的资源，合理权衡石油勘探开发的投入和产出，让其为人们的生产和生活带来最大的效益成为政府和其他相关工作者共同追求的目标［1］.
油田企业勘探开发投入产出目标的核心是整体盈利能力、抗风险能力和综合竞争能力的集合，一个好的油田投入产出要求尽可能全面的考虑各种因素，油藏自身的渗流特性具有一定的规律，并且油气勘探开发活动的耗资巨大.例如，一口陆上探井的成本大都在百万或是千万水平，海上钻井成本则会达到更高，因此，如何利用有限的自然资源取得最大的勘探开发投资效益，减少油气勘探中不必要的损失，是提高油气勘探开发效益的关键步骤［2］.本文运用系统动力学的方法对投入产出变量进行关系整合，在因果与相互关系回路图和系统流图的基础上分析出各变量之间的影响关系，在软件中进行数值模拟，计算出相对误差后再进行灵敏度分析，找出影响投入产出指标的变量及影响程度，并从所构建的模型中总结出相关规律及关系.
1.1 勘探开发因果关系回路图
勘探过程直接获得的数据大多是石油储量［3］，例如，年新增探明石油地质储量、年新增可采储量等等，其中，年新增探明石油地质储量受每万t探明石油地质储量需直接投资的影响，将年新增探明石油地质储量逐年依次相加，可以得到累计探明石油地质储量的数值；同理，将年新增动用地质储量逐年依次相加，即得到累计动用地质储量，据此可以计算出未动用地质储量的数值，计算公式为累计探明石油地质储量减去累计动用地质储量［4］；采收率和采油速度为常量，可通过实地调研取得，并据此计算出年采出量.与勘探子块不同的是，开发子块中主要涉及与投资
相关的变量.其中，储采平衡率、自然递减率、综合递减率、石油价格和销售百分
比会动态影响石油的年产量和年产能；通过收入与成本的差值可以计算出利润，利润会导致开发直接投资比例的变化，进而影响勘探直接投资和总投资，由此可得出勘探开发系统因果关系回路图（图1）.
1.2 勘探开发系统流图
绘制出因果与相互关系回路图后，将各变量的种类和性质进行分类，利用Vensim 软件绘制出勘探开发投入产出的系统流图（图2），在流图中涉及单位不一致的情况，利用单位转换将其统一，数值均设为1［5］.
1.3 规律模型的构建
为验证本研究建立的基于系统动力学石油勘探开发投入产出规律研究的有效性，使用我国东部某油田的勘探开发数据进行规律分析.根据收集的数据筛选整理出某油
田2003—2012年投入产出指标数据，并对原始数据进行必要的预处理（表1）.
本文所确立的系统常量为采收率、自然递减率和综合递减率以及销售百分比；系统变量为年油产量、储采平衡率以及开发直接投资比例.由系统流图中各个变量之间
的关系以及系统变量的确定，可得出整个勘探开发投入产出系统的动力学方程［6］.
1）年新增探明石油地质储量（万t）=勘探直接投资/每万t探明石油地质储量需
直接投资.
2）累计探明石油地质储量（万t）=INTEG｛年新增探明石油地质储量×单位转换1，45 016｝.
3）年新增动用地质储量（万t）=年新增探明地质储量.
4）累计动用地质储量（万t）=INTEG｛年新增动用地质储量×单位转换2，1920｝.
5）未动用地质储量（万t）=累计探明石油地质储量-累计动用地质储量.
6）年新增可采储量（万t）=采收率×年新增动用地质储量.
7）剩余可采储量（万t）=INTEG｛年新增可采储量-年采出量，2145｝.
8）年采出量（万t）=采油速率×累计探明地质储量.
9）年油产能（万t）=INTEG｛年新增油产能-年油产能递减，327｝.
10）年油产能递减（万t）=年油产能×自然递减率.
11）年油产量（万t）=（0.55×年油产能+1.78×剩余可采储量+85.29）×（1-综合递减率）.
12）储采平衡率（%）=年新增可采储量/年油产量×单位转换3.
13）成本（万元）=单位成本×年油产量.
14）收入（万元）=石油价格×年油产量×销售百分比×单位转换4.
15）利润（万元）=收入-成本.
16）开发直接投资比例=0.15×储采平衡率-2.42E-05×利润×单位转换5+83.68. 17）总投资（万元）=WITH LOOK UP（未动用地质储量×单位转换6，（［（40 000，40 000）-（150 000，150 000）］，（50 764.5，69 429.8），（58 165.1，74 254.4），（65 229.4，78 596.5），（73 639.1，86 315.8），（81 039.8，95 482.5），（89 113.1，101 754），（96 513.8，110 921），（103 914，118 158），（107 615，127 807），（116 361，135 044），
（121 743，139 868）））.
18）勘探直接投资（万元）=总投资×（1-开发直接投资比例）.
19）开发直接投资（万元）=总投资-勘探直接投资.
20）每万t探明石油地质储量需直接投资（万元）=12 000.
21）采收率（%）=40.4.
22）采油速率（%）=0.42.
23）自然递减率（%）=14.81.
24）综合递减率（%）=7.03.
25）单位成本（万元/万t）=800.
26）石油价格（万元/万t）=6348.
27）销售百分比（%）=98.
上述公式中的单位转换数值均取1，将上述方程运用到Vensim软件中，即可计算出相关投入产出指标的模拟值.
2.1 模拟结果分析
在进行进一步的数据分析之前，先对模型进行一个直观上的结构检验.由于本文的
数据是采用实地调研方法得到，因此，具有较高的准确性，同时参考了多种相关文献和论文，故模型在结构上是有效的.模型结构有效性检验完成之后，就可以将上
述变量的计算公式和系统动力学方程代入Vensim软件中运行，时间单位为年，
步长为1，可得到10年内各模拟数据的数值.选取累计探明石油地质储量、年油产量和总投资3项为投入产出的代表指标，模拟结果如图3～图5所示.
由上述3项指标的结果可知，相对误差都控制在15%之内，对于石油系统来说运
行结果较为理想.由以上散点图可看出，各变量的实际值与模拟值的趋势基本一致，模拟值能够较好地反映出实际数值的变化情况.另外，累计探明石油地质储量、年
油产量和总投资3项分别为油田投入产出中较为重要的指标，可以大致表示出勘
探开发过程的产量情况和经济投资情况.因此，模拟结果也具有代表性.由此可知，系统动力学模型对于某油田的投入产出描述情况较好，能够用于该油田勘探开发投入产出规律的研究，可以进一步进行灵敏度分析.
2.2 灵敏度分析
系统动力学模型对于投入产出指标的模拟度较高，为更好地分析不同变量对投入产出的影响程度及敏感性大小，我们选取系统流图中的3个外部变量来对投入产出指标进行灵敏度分析，即石油价格、采收率和每万t探明石油地质储量需直接投资.以2012年为时间点，在-6%至6%的范围内以2个单位变化，分别分析各灵敏度因素对系统的影响.
1）石油价格的灵敏度分析.石油价格的变化分别导致年新增探明石油地质储量、年油产量及利润不同程度上的改变（图6）.由图6可以看出，年新增探明石油地质储量、年油产量和利润都随着石油价格的升高而上升，且利润的变化幅度在三者之中最大，即敏感性较高，而年新增探明石油地质储量和年油产量相比而言变化趋势较小.产生这种结果的原因较为明显，提高石油价格最直接的影响会使得油田的收入增加，在成本变动不大的情况下，利润会有显著的升高；而年新增探明石油地质储量和年油产量都直接与勘探过程相关，受自然因素影响较大，与石油价格的起伏关系相对较弱一些.因此，虽然三者与石油价格都是正反馈关系，但石油价格对于利润来说是敏感性较大的因素.
2）采收率的灵敏度分析.采收率的变化分别导致年新增探明石油地质储量、年油产量及利润不同程度上的改变（图7）.
图7 中显示，采收率的变化与年油产量和利润是正相关关系，且变动幅度基本一致，而与年新增探明石油地质储量呈现负反馈关系.产生这种变化趋势的原因在于采收率的变化是与年油产量的变化直接相关，当采收率上升时，说明石油的采出程度增加，年油产量自然会随之上升，因此，变化趋势相同；产量上升也会导致收入
的增加，从而提高利润.但是，年新增探明石油地质储量则不同，由于年新增探明石油地质储量等于勘探直接投资除以每万t探明石油地质储量需直接投资，而采收率的升高会使得开发阶段投入更多的资金，开发直接投资比例也会上升，这就必然导致勘探直接投资的下降，也就会使得年新增探明石油地质储量有所下降，因此，二者呈现相反的变化趋势.
3）每万t探明石油地质储量需直接投资灵敏度分析.每万t探明石油地质储量需直接投资的变化分别导致年新增探明石油地质储量、年油产量及利润不同程度上的改变（图8）.
由图8可看出，年新增探明石油地质储量等3项投入产出指标都随着每万t探明石油地质储量需直接投资的增加而减少，即三者与每万t探明石油地质储量需直接投资为负反馈关系.
由于年新增探明石油地质储量等于勘探直接投资除以每万t探明石油地质储量需直接投资，因此，年新增探明石油地质储量与每万t探明石油地质储量需直接投资是负因果关系，且是直接关系，因此，变化趋势相较其他两项指标而言更大.由上述因果与相互关系回路图可看出，包含年新增探明石油地质储量与年油产量的反馈回路中，二者呈现正相关关系.因此，年油产量与年新增探明石油地质储量变化趋势也应该是一致的，他们会随着每万t探明石油地质储量需直接投资的增加而减少；由于年油产量增加会导致收入增加，因此，利润也会增加，利润与每万t探明石油地质储量需直接投资变化方向相反.
2.3 投入产出规律分析
首先，对年新增探明石油地质储量这一指标来说，石油价格的上升会导致其储量上升，而采收率和每万t探明石油地质储量需直接投资的上升会导致其下降.由此可得出，若想要提高年新增探明石油地质储量，可以降低采收率，减少开采出的石油数量，从而保证储量的升高，同时，应减少直接投资的数目，使得探明地质储量增
加.其次，对于年油产量这一产出指标来说，石油价格、采收率都是与年油产量有
正反馈关系的敏感因素，而每万t探明石油地质储量需直接投资与其变化趋势相反.因此，若要提高年油产量，石油企业应注重提高采收率，降低每万t探明石油地质储量需直接投资，加大开采的规模和程度，同时减少勘探部分的投资，提升开发直接投资比例，使年油产量随之升高.最后，对于利润这一经济指标而言，事实上它
是企业一直致力于研究的目标.由上述分析结果可得出，石油价格会较大程度上影
响企业利润，油价的攀升会大大增加石油系统的整体利润，而采收率虽然与利润也呈正相关关系，但敏感程度与油价相比较弱，每万t探明石油地质储量需直接投资则与利润的变化趋势相反.因此，企业想要获得最大利益，可以采取提升石油价格、提高采收率、降低每万t探明石油地质储量需直接投资的措施.由于石油价格难以
控制，企业无法直接改变，因此，应更多地考虑其他两个因素.采收率的提高会导
致产量的提高，能够直接影响利润，促使其增加；降低每万t探明石油地质储量需直接投资相当于降低了勘探的成本，由于利润为收入与成本之差，因此，也会使利润提高.
文章选取投入产出中产量和效益的代表指标进行灵敏度分析，来寻找3个外部变
量对于投入产出代表性指标的影响程度.研究认为，年新增探明石油地质储量与石
油价格的变化趋势一致，而与采收率和每万t探明石油地质储量需直接投资的变化趋势相反；年油产量和利润都与石油价格和采收率的变化方向一致，与每万t探明石油地质储量需直接投资的变化方向相反，但石油价格对利润的敏感性更大.除此
之外，结合灵敏度分析的结果，可以总结出相关的结论与规律，即在油田的具体运营中，仍然要以勘探开发为主，重点是陆上新油田和海上石油项目，挖掘潜力，增加产量.同时，要增大总投资，并努力提高采收率，增加开发程度.但为了实现油田
的可持续发展，也要保持适当的勘探开发比例，减少成本和支出，降低每万t探明石油地质储量需直接的投资，始终把提升利润作为企业目标，合理安排勘探开发工
作.
【相关文献】
［1］白方涛.胜利油田有限公司发展战略研究［D］.青岛：中国海洋大学，2006.
［2］张在旭，王只坤，候风华，等.石油勘探开发可持续发展SD模型的建立与应用［J］.工业工程，2002，5（2）：1-6.
［3］张立伟，杨宪一.油气勘探开发投资比例与储量接替率关系探讨［J］.资源与产业，2009，11（3）：74-78.
［4］张正卿，曲海潮，倪红.关于石油储采比、储采平衡率的研究［J］.石油勘探与开发，2000，27（3）：53-54.
［5］刘清志，鞠小玉.油藏经营单元投入产出管理信息系统设计［J］.河南科学，2013，31（10）：1748-1751.
［6］殷爱贞，夏宇.油气勘探项目优选指标体系研究［J］.河南科学，2013，31（10）：1759-1763.。