在油田开发过程中,采油井单井生产的效益如何将直接影响整个油田的开发经-济效益。因此,对油井单井特别是那些产油量低、含水高的低效井进行投入产出效益分析,将为优化油田开发调整方案、提高油田开发经-济效益提供可靠依据。本文对超稠油开发中单井的费用构成进行了分析,运用数据包络分析方法建立了单井效益评价模型,并结合某区块单井数据进行了实证分析。
在超稠油投入开发过程中,往往没有可供借鉴的经-验规律和成熟的开采工艺技术,加之超稠油本身难以开采的物理性质,客观上决定了超稠油开发这一世界级难题在经-济上的“三高一低”,既高投入、高风险、高成本、低效益。同时,由于超稠油油品物性差造成市场价格低,操作成本高造成对价格敏感性强,从而使得石油公司抗风险能力差、对市场需求变化的抗变能力弱。因此,经-济上的“三高一低”成为石油公司发展和超稠油持续开发的瓶颈。由于超稠油粘度高、密度大、流动性差,可流动温度在80℃左右,因而开发的整个过程,包括开发生产、井筒举升、输油、联合站脱水、外销等每个环节都必须加温伴热。又由于超稠油所具有蒸汽吞吐周期产油量低、油汽比低、油井汽窜、出砂、套损严重等开采特点,加之先导试验项目多,管理难度大等诸多因素的影响,采油成本居高不下约为普通稠油的2倍多。超稠油开发生产周期短、注采交替频繁、动态变化快;开发环节多、管理难度大,尤其是进入高轮次吞吐后,开发矛盾日益增多。不同开发单元,不同开发阶段,都有新的矛盾出现。
单井效益分析研究的基本任务就是通过研究反映油田单井效益成果的各项经-济指标,检查各项经-营计划的执行情况,评价油田劳动资源和物质资源的利用效果,查明积极因素和消极因素及其对经-济指标的影响程度,预测油田经-济活动的预期效果和发展前景,促进油田管理者改善经-营管理,寻求有效利用现有人力、物力、财力的途径,挖掘和动员企业内部活力,为企业内部的经-营管理人员在制订经-营管理决策时提供必要的情报信息,以帮助他们做出科学合理的决策,全面提高油田经-济效益。
一、超稠油开发费用构成
与普通稠油对比,超稠油周期生产时间短、周期递减快、产油量低、油汽比低。超稠油蒸汽吞吐有独特的开采规律,周期产油量、油汽比呈先升后降变化。为了如实统计单井发生的费用,我们将发生的油气操作成本分为直接费用和间接费用两部分;其中直接费用是指能直接落实到单井的费用;间接费用是指不能直接落实到单井的共性费用,需按一定的标准分摊到单井的费用。
1．直接材料
直接材料指油气生产过程中,直接耗用于油气水井、计量站、中转站、站间管网(联合站入口前)等生产设施的各种材料。
2．直接燃料
直接燃料指油气生产过程中,直接耗用于油气水井、计量站、中转站等生产设施的各种燃料。
3．直接动力
直接动力指油气生产过程中,直接耗用于油气水井、计量站、中转站等生产设施的水、电等各种动力。
4．直接人员费用
直接人员费用指油气生产过程中直接从事油气水井、计量站、中转站等生产设施维护管理人员的工资、提取的职工福利费、工会经-费、职工教育经-费、劳动保险、住房公积金、误餐费、午餐费、各种津贴和补贴等。
5．驱油物注入费
驱油物注入费指为提高采收率,对油气储层进行注水、注汽或注入化学物作业过程中所发生的材料、燃料、动力、人员费用、维护及修理费用等。
6．井下作业费
井下作业费指为提高油、气、水井生产能力及维护油、气、水井正常生产而发生的井下技术措施作业费用及维护性作业费用。
7．测井试井费
测井试井费指油气生产过程中为掌握油气田地下油气水分布动态所发生的监测费用。
8．维护及修理费
维护及修理费指为了维持油气田生产的正常运行,保证地面设施、设备原-有的生产能力,对地面设施设备(包括油气水井、计量站、中转站、井网管线、电机、抽油机、配电线路等)进行维护、修理所发生的费用。
9．稠油热采费
稠油热采费指采取蒸汽吞吐、汽驱或其他热采方式开采稠油、进行热采作业过程中发生的生产蒸汽、注入蒸汽、保温等费用。
10．单井汽驱注汽费。
11．油气处理费
油气处理费指油气生产过程中对油、气、水等混合物分离处理所发生的费用。包含稠油伴热降粘发生的掺油、掺水费;稀油、高凝油的防蜡降粘发生的掺药、加药费。不含注水注汽、轻烃回收、对外输油输气而发生的费用。
12．厂矿管理费
厂矿管理费指直接从事油气生产的采油厂、作业区(矿)两级生产管理部门为组织和管理生产所发生的各项费用。
二、单井效益分析模型
对于单井经-济效益的评价分析应是一种对应同一类型单位的多指标投入和多指标产出的有效性评价方法,即一个经-济系统或一个生产过程在一定范围内,通过投入一定量的生产要素,产出一定“效益”的活动。因此,在单井经-济效益分析中,本文拟运用数据包络分析(Data Envelopment Analysis,DEA)进行有效性分析。数据包络分析方法是美国著名运筹学家查恩斯(A. Charnes)、库伯(W.W.Cooper)和罗兹(E.Rhodes)等人于1978年首先提出的。DEA把单输入、单输出的工程效率的概念推广到了多输入输出的同类决策单元(Decision Making Units,DMU)的有效性评价中去。由于DEA的实用性和无需任何权重假设的特性,使其得到了广泛的应用。目前,DEA已成为管理科学、系统工程和决策分析、评价技术等领域的一种常用的分析工具和手段。
1.DEA单井效益评价思路
DEA方法是使用数学规划模型比较具有多输入、多输出决策单元之间相对效率问题的多目标决策方法。它以数学规划为工具,依据决策单元的输入、输出,评价若干同一类决策单元的有效性。DEA又被称作评价生产前沿面有效性的非参数方法。该方法将工程上的单输入、单输出的有效性分析推广到多输入、多输出复杂系统的相对有效性分析中去。DEA的基本思想就是某个DMU的输出向量被其他DMU输出向量的集合从“上面”包络,其输入向量被其它输入向量从“下面”包络,如果某个DMU的输入输出向量不能同时被包络时,就认为该DMU为DEA有效决策单元,反之则为无效决策单元。数据包络分析名称由此而来。
DEA应用的一般步骤:(1)确定评价目的;(2)选择决策单元;(3)建立输入/输出指标体系;(4)DEA模型的选择和建立;(5)评价工作的设计与表述。
2.DEA有效性分析模型
设有n个待评价的决策单元(Decision Making Units,DMUj) (j=1,2,...,n)。有m种类型的“输入”以及s种类型的“输出”。现在我们以第 j0个决策单元的效率指数为目标,以所有决策单元(包括第 j0个决策单元)的效率指数必须小于等于1(即 hjU1)为约束,得到如下的最优化模型—— C2R模型。
式中, Xj、Yj表示第j个评价决策单元的输入量和输出量; νi、цr表示评价决策单元的输入量和输出量; νi、цr 表示第i种输入和第r种输出的权重,通过求解得出。
该模型是一个分式规划,使用Charnes-Cooper变换,将它转化为一个等价的线性规划问题后,再运用线性规划对偶理论转化为对偶规划问题,得到基于输入的带有非阿基米德无穷小量ε的C2R模型(ε为无穷小的正数,可取 10-6 )。
其中,θ为相对有效性值,λj 是νi、цr转变而来的, s-为输入资源的松驰变量,s+为输出资源的剩余变量,eT为单位转置矩阵,Z为目标函数值,ε为无穷小的正数,可取10-6。上述模型是评价综合技术规模效率的,设其最优解为:θ*,λ*j,s*+,s*-。
(1)若模型的有效性值θ*等于1, s*+≠0或 s*-≠0,则说明被评价决策单元 j0为DEA弱有效。
(2)若θ*=1,s*+=0 s*-=0,则说明被评价决策单元 j0为DEA有效,即综合技术规模效率有效。
(3)若θ*小于1,说明被评价决策单元j0非DEA有效,即综合技术规模效率无效。
3.C2R模型DEA“投影”分析原-理
设模型最优解为: θ*,λ*j,s*+,s*-。
称(X0’,Y0’)为被评价决策单元对应的 (X0,Y0)在DEA相对有效面上的“投影”,可以得到:
若DMU0为DEA有效,则X0’＝X0 ,Y0’＝Y0由此可以得到如下定理。
设X0’＝θ* X0－s*-,Y0’＝Y0 + s*+其中θ*,λ*j,s*+,s*-为被评价决策单元DMU0对应模型的最优解,则称(X0’,Y0’)相对于原-来的n个决策单元来说是DEA有效的。
上述定理表明被评价决策单元DMU0对应的(X0,Y0)在DEA相对有效面上的“投影” (X0’,Y0’)构成了一个新的决策单元,它是DEA有效的。由此可见DEA方法有助于估计未知的经-济生产函数。
称△X0为输入剩余,△Y0为输出亏空。所以有:△X0和△Y0分别表示被评价决策单元DMU0转变成DEA有效时在输入和输出方面变化的估计量。
三、单井效益分析在超稠油开发中的应用示例
应用上述模型,对超稠油开发中的单井效益进行分析评价。下面以某超稠油开发区块三口采油井为例,对其经-济效益进行评价与系统分析。结合油田超稠油开发的实际,全面考虑人、财、物的因素,确定输入指标有:稠油热采费、井下作业费用、直接动力费、油气处理费、直接材料费、人员费用、措施费、直接燃料费、厂矿管理费、电缆租赁费(单位:万元)。对于油田企业来讲,石油价格被国家调控,产量由国家下达计划,原-油产量成为经-济上唯一产出指标,因此我们把原-油产量(单位:千吨)作为输出指标。
运用C2R模型对某区块单井上述数据进行分析。
(1)DEA有效,相对有效值为1,松弛变量均为0,表明在保持产出不变的前提下,各项投入均不能再减少,意味着投入产出是最优的。
(2)弱DEA有效,相对有效值为1,松弛变量有不为0的情况,表明尽管决策单元已经-处于该生产可能集的有效前沿面上,但是投入产出并没有达到最优,在保持产出不变的前提下,投入可以再减少。
(3)非DEA有效,相对有效值不为1,松弛变量有不为0的情况,表明决策单元没有达到生产可能集的有效前沿面上,在保持产出不变的前提下,投入可以再减少,意味着投入产出并没有达到最优。
四、结束语
(1)本文将数据包络分析(DEA)评价模型运用于超稠油开发中单井效益的评价,突破了在该研究领域中常规的分析方法,且方法简便,可操作性强。
(2)本文所建评价模型着重从定量的角度对单井经-济效益进行评价, 确定单井、区块、油田的经-济产量,关闭无效益井,优化投资方向,实现企业效益最大化,为生产经-营提供决策的依据。
(3)本文提出DEA模型的目的,是比较被评价单元(如各单井)之间经-济效益的相对有效性,并非是用一个统一的标准来衡量各个决策单元,因此它可以揭示某些内在规律性。
(4)若决策单元DEA有效,则说明在超稠油开发中的单井处于理想状态。
(5)若决策单元非DEA有效,则说明单井投入较大而产生效益较小,或者是投入和产出均较大,但产出相对投入而言效率偏低。