数字油田模式与发展战略研究

作者:数字石油
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发布时间:2014-07-11 10:34:44
来源:数字石油

 基本情况

大庆油田有限责任公司(简称大庆油田公司或油田公司)为实现“高水平、高效益、可持续发展”的总体战略目标,对信息化建设寄予重望,确立了长远的信息化建设目标——数字油田(Digital Oilfield),并将其纳入公司的总体战略目标之中。

大庆油田有限责任公司是中国石油天然气股份有限公司(简称中国石油、PetroChina或股份公司)的全资控股子公司,于200011日经重组改制正式注册成立,是以油气勘探开发为主营业务的特大型企业。公司共有员工约9万人,注册资本475亿元,资产总额约850亿元。2002年,生产原油5013万吨、天然气20亿立方米,连续27年年产原油5000万吨以上。大庆油田开发建设43年来,已累计生产原油17.26亿吨,上缴各种资金并承担原油价差8000多亿元。2001年,实现销售收入789.8亿元,利润总额(国内准则)484.4亿元,实际上缴税费136.44亿元(不含所得税)。20004月,大庆油田有限责任公司随中国石油在境外上市,成为国际化石油公司。

大庆油田公司现有信息专业技术人员941人;油田计算机网络主干速度为155M,全公司建网结点共约20000个;在用计算机12700多台,其中超大规模并行机(包括机群)10台套;数据库表1945个,数据总量约515GB;在用应用软件系统共计396个(类)。近年来,油田企业网基本建成,信息系统应用初见成效,一直保持着国内同行业的先进水平。然而,同国外大型油公司相比,大庆油田的信息化建设差距还很大。

本文在深入分析大庆油田公司信息化建设需求的基础上,主要完成了下面的工作:(1)总结划分了数字油田的模式,并对各个模式数字油田进行了对比;(2)提出了广义数字油田的概念,并确定了它的基本框架;(3)使用SWOT方法制定了大庆油田有限责任公司数字油田的发展战略,并进行了战略评价与选择;(4)提出了数字油田的总体技术方案,并利用AHP法对实施方案进行了优选;(5)利用蒙特卡罗模拟对数字油田建设的经济效益和风险进行了定量分析。

数字油田发展现状

国际上各个大型石油公司都在加紧进行数字油田的模式研究和建设工作。他们的信息化基础设施已经比较完善,内部的勘探开发研究和生产、销售、技术服务等生产经营管理活动都运行在统一、稳定的网络和应用系统上,提高了工作效率,降低了运营成本。他们利用数据银行等数据管理与应用技术,实现了以集中的方式对勘探开发的原始数据和成果数据类信息进行统一的管理,为专业技术人员决策分析、科学研究(包括地球物理资料处理解释、地质综合解释、油藏描述等)和生产管理人员的决策提供全面的信息支持。另外,在信息管理方面,国外各油气公司均实现了规范化、系统化和网络化,能够为各层次的管理人员提供及时、全面的信息服务。

国内数字油田的研究与建设情况较为简单,国内各油田都处于研究和试验阶段。目前大庆油田有限责任公司处于领先地位。

数字油田模式研究与设计

3.1 数字油田概念的演变

数字油田的概念源于数字地球。数字油田是数字地球的概念在油气勘探开发和油田管理决策范畴的应用。仿照数字地球的定义(1999年,美国马里兰大学数字地球研讨会),数字油田可以定义为:“数字油田是某油田的虚拟表示,能够汇集该油田的自然和人文信息,人们可以对该虚拟体进行探查和互动。”

1999年末,大庆油田公司首次在全球范围内提出了数字油田的概念。20006月,在《大庆油田有限责任公司2001年信息化规划》中,数字油田的概念和建设目标被正式确立。从2000年下半年开始,在国内外的石油和IT领域的众多企业家、技术专家、学者、工程师以及管理人员中间,数字油田的概念得到进一步的研讨和发展。2001年,数字油田被列为“十五”国家科技攻关计划重大项目。2002年,大庆油田有限责任公司制订了《大庆油田有限责任公司信息化建设2003-2005年总体规划》,将数字油田确定为公司信息化建设的长远目标,制定了具体的实施方案,并着重制定了数据资产管理中心(数字油田的数据基础)和数字油藏(数字油田的工程技术应用)的总体技术方案,并将其作为数字油田的重要组成部分。企业模型研究、ERP应用研究正在进行。

 

3.2 数字油田的模式

各方面的专家和学者已经给数字油田做出了很多定义。虽然这些定义出发点不同,表述不一,内容亦有所差别,但是都对数字油田的概念进行了细化和扩展。总体来说,大部分专家和学者都侧重于数字油田的石油工程技术含义。

大庆油田公司从构想数字油田的时候就兼顾了数字油田在管理方面的内涵。我们认为,数字油田不仅是技术目标,更是管理目标。本文将一般的数字油田的概念称为狭义的数字油田,而将大庆油田公司提出的数字油田称为广义的数字油田。

在大庆油田有限责任公司数字油田的内涵中包括了以下几方面的含义:

l  数字油田是数字地球模型在油田的具体应用

l  数字油田是油田自然状态的数字化信息虚拟体

l  数字油田是油田应用系统的集成体

l  数字油田是企业的数字化模型

l  数字油田是数字化的企业实体

l  数字油田的能动者是数字化的人

 
 


为了对比不同专家与学者对数字油田的观点,笔者粗略地把各种观点划分了若干派别(模式),并用图4-1(为阅读方便,本摘要中的图表编号与原文一致,不重新编排)和图4-2加以表述。

文本框: 理论性强文本框: 实施难度大、投入大

3.3 数字油田的主要研究内容

 
 


关于数字油田的研究内容,不同的专家学者可能会根据自己对数字油田的理解而开列出不同的清单。这种差别估计会相当的大,因为目前不同流派的专家学者为数字油田设定的内涵虽有所重叠,但仍存在较大的分歧。参见图4-3。该图中笔者把数字油田的主要研究内容分为信息技术、地学/石油工程和管理学三个方面。从图4-3中可以看出,各流派数字油田的内涵互相重叠,但是企业再造流派的内涵覆盖了其它所有流派的内涵。实际上,所谓企业再造流派就是“全能”流派。

3.4 数字油田的基本架构

数字油田的框架结构与其内涵是密切相关的,所以不同流派的专家学者画出的数字油田架构图也会差别很大。大庆油田有限责任公司数字油田的基本架构如图4-4所示。大庆油田有限责任公司数字油田是广义的数字油田,属于企业再造流派的阵营。

在图4-4中,阴影部分表示狭义数字油田的覆盖范围,其核心是数字油藏(Digital Reservoir)。数字油藏是狭义数字油田的主要组成部分,主要是指数字化的石油地下储存地质构造。这些地质构造的模型从属于地质模型。因为油藏数字模拟要应用大型的软件系统,所以一部分专业应用系统被包括进来。数字油藏是地质模型流派数字油田的核心内容,被大批的地质学家和油藏工程师所推崇,在油田中具有广泛的影响力。要想实现数字油田,首先必须实现数字油藏。但是,数字油藏是数字油田的一部分,尤其是与广义数字油田的概念相比,它所占的份量更小一些。


阴影以外的大部分可归属到信息管理系统和ERPBPR等技术与思想的研究与建设范畴。其中,企业模型是实现企业再造的前提条件。具备企业模型的数字油田才是完整的。

数字油田发展战略分析

4.1 数字油田发展战略SWOT分析

5-4是大庆油田公司数字油田建设SWOT分析表。

5-4 大庆油田有限责任公司数字油田建设SWOT分析表

 

外部

因素

 

 

 

内部

因素

机会

威胁

+

-

公司规模大

公司经营状况好

数字油田需求明显

政府与社会重视大庆

公司管理水平提高

信息化资金渠道不畅通

石油降价

强制性高产

世界石油经济动荡

优势

领导重视

++

++

++

+

+

0

+

+/-

-

10

2

信息化基础牢固

+

+

+

+

+

-

-

0

+/-

6

3

资金雄厚

+

+

+

+

+

+/-

-

+

+/-

8

3

具有大客户优势

+

+/-

+

+

0

-

0

0

-

4

3

抗风险能力强

+

+

0

+

+

-

0

0

-

4

2

劣势

信息化资金投入少

--

-

+/-

-

-

--

-

+/-

-

2

10

数据共享度低

--

-

+/-

-

-

-

-

-

-

1

10

管理力度不够

-

+

0

0

0

-

-

-

-

1

5

应用系统建设重复

-

-

+/-

0

-

-

-

-

-

1

8

勘探开发一体化程度低

--

-

-

+

+

-

+

+

+/-

5

6

+

6

7

8

6

5

1

2

4

3

 

 

-

8

5

4

2

3

10

6

5

10

 

 

从表5-4种可以得到关于大庆油田有限责任公司数字油田建设战略的分析结论。

关键机会:数字油田需求明显、公司经营状况好、政府与社会重视大庆。关键威胁:信息化资金渠道不畅通、 世界石油经济动荡。关键优势:领导重视、资金雄厚、信息化基础牢固。关键劣势:信息化资金投入少、数据共享度低、应用系统重复建设。

4.2 数字油田发展战略制定与评价

6-1为大庆油田有限责任公司数字油田发展战略道斯矩阵。通过道斯矩阵分析,得出7条备选战略,详见图6-1

 

 

 

S-优势

1领导重视

2资金雄厚

3信息化基础牢固

 

W-劣势

1信息化资金投入少

2数据共享度低

3应用系统重复建设

 

O-机会

1数字油田需求明显

2公司经营状况好

3政府与社会重视大庆

 

SO战略

1发挥大庆的典范作用

(S1,O3)

2加快数字油田建设进程

(S2,S3,O1,O2)

 

WO战略

1加大数字油田投资

(W1,O2,O3)

2加强数据基础建设与应用

(W2,W3,O1)

 

T-威胁

1信息化资金渠道不畅通

2世界石油经济动荡

 

 

ST战略

1解决信息化资金渠道问题

(S1,S2,T1)

2建设数字油田,增强核心竞争力

(S3,T2)

 

WT战略

1加强信息化统一管理

(S1,S2,S3,O1,O2)

6-1 大庆油田有限责任公司数字油田发展战略道斯矩阵

 

 

1、可行发展战略

将经过道斯矩阵分析得出的备选战略加以综合得到了5条可行战略:

l  发挥示范作用,争取外部支持

l  建设数字油田,加速企业再造,抵御经营风险

l  开辟资金渠道,加大投资额度

l  加强数据基础和应用建设,加快数字油田发展进程

l  实施信息化统一管理,提高资源利用效率

2、具体对策

l  进一步解放思想,转变观念。

l  加大信息化资本投入,打好数据和应用基础,全面加快信息化建设进程,积极促进和参与大庆油田的业务流程再造(BPR)。

l  加强集中管理,改进现有的信息化建设管理模式,积极稳妥地建立科学的运行机制。

l  建立高效的数据和应用系统等信息资源的共享机制,特别是要加快数据中心的建设速度。

l  加快人员分化,建立结构合理的人才梯队。

l  加快技术更新,强化沟通与交流。

3、可行发展战略的评价

针对建立集中的数据资产管理中心和分布式的数据资产管理中心进行了QSPM分析,评价得分分别为4.574.86。结果表明,建立分布式的数据资产管理中心更具吸引力,但优势不明显。

数字油田实施方案制定与优选


根据选定战略制定了大庆油田有限责任公司数字油田总体方案,并制定了三个备选实施方案。采用AHP法选择最优方案。图7-6为方案层次分析结构图。

 

通过计算,得到总排序结果:

W=(0.418,0.379,0.204)

CI=0.009

RI=0.580

CR=0.016<0.10    (层次总排序一致性检验通过)

计算结果表明,应该选择方案一。

数字油田建设经济效益与风险分析

本文利用蒙特卡罗模拟对数字油田建设的经济效益与风险分析进行尝试。

数字油田的经济效益可以从三个方面来考虑:能够节约多少成本(TC)、能够增加多少收入(TI)、要投入多少资金(TK)。在上述三个数据的基础上,我们就可以计算数字油田的总体经济效益TR

TR = TC + TI - TK                             (8-1)

6.1 参数设定与估计

在进行蒙特卡罗模拟计算之前,必须对有关的参数进行设定和估计。受篇幅所限,此处没有列出计算方法,请参阅原文。

已知的固定参数包括原油现产量、原油年产量变化、现吨油成本、折现率(即期望收益率)、油气商品率、目前投资、评价年份跨度。

成本年均削减率和收入年均增长率可以经类比和推算估计。

首先选国际著名石油企业英国BP公司作为参考对象。该公司从1995年到19984年间因为信息化使年度单位工作成本从20000便士降低到8000便士,降幅达60%;年度总有效工作量从18000单位提升52000单位,升幅达189%。估计大庆油田有限责任公司经过十年可以达到同样效果。经过简单计算可得到成本年均削减率为8.76%,收入年均增长率为11.19%。与有关专家讨论后,均采用三角形概率分布,并采取保守估计。前者最大值取10%,最小值取1%,最可能值取5%;后者最大值取10%,最小值取2%,最可能值取5%

投资年均增长率概率服从三角形分布,最大值取25%,最小值取0%,最可能值取10%

原油价格采用三角形概率分布,最大值取25美元/桶,对应国内基准价为1508/吨;最小值取15美元/桶,对应国内基准价为946/吨;最可能值取20美元/桶,对应国内基准价为1207/吨。

数字油田效用系数概率服从三角形分布,最大值取100%,最小值取50%,最可能值取70%

6.2 蒙特卡罗模拟计算与结果分析

模拟计算的结果见图8-1

从模拟计算结果可知,数字油田建设的期望总体经济效益净现值(ETRNPV)为909亿元,期望总投资净现值(ETKNPV)为10.18亿元,期望净现值率(ETRNPVR)为89.3。这些数字看起来是不可思议的,但这是反复认真模拟的结果,是大庆油田有限责任公司的实际情况的反映。大庆油田自开发以来累计创造的价值相当于国家投资的80倍。与此相比,本文模拟计算的结果还是较为可信的。

模拟结果还显示,数字油田建设最少可获得298亿元的净现值收入,最多可获得2051亿元的净现值收入,有50%的概率能够获得887亿元以上的净现值收入,而获得909亿元(期望总体经济效益净现值)以上的可能性为46%

在模拟计算的结果中,还可以看到一点:本次模拟中敏感度最大的参数是数字油田引起的收入年均增长率。也就是说,这个参数对预测结果影响最大。本次预测中,我们对该参数的取值范围做了比较保守的估计。我们推算出的值为11.19%,但在模拟计算时给定的值是最大值10%、最小值2%、最可能值5%。可见我们设定的范围是比较保守的。如果该参数的值取得更大一些,则得到的期望总体经济效益会更大。

我们还可以对大庆油田公司过去十年和未来十年的经济指标加以简单估计,进而对上述模拟计算结果的准确性进行考察。首先设定过去十年和未来十年每年的总收入为500亿元人民币,那么十年的总收入为5000亿元人民币。回顾过去十年,大庆油田信息化建设大大地增强了油田的总体竞争力,特别是大型的地震勘探采集处理解释软件系统、测井资料采集处理解释软件系统、油藏数字模拟系统、地面工程信息系统、油田生产管理信息系统、财务资产管理信息系统、勘探开发数据库系统以及通用管理信息系统等为公司总体经济效益做出了巨大贡献。如果说过去十年间大庆油田信息化建设带来了20%的总收入——约合1000亿元人民币,是一点也不为过的,所有的管理和技术人员都会同意这是信息化建设总体经济效益的最低估算值。展望未来十年,信息化建设将产生的经济效益至少会达到以往十年的水平,本文预测的结果(909亿元人民币)是具有较高可信度的。

 

 

Forecast: 总体经济效益TRNPV:亿元

Statistic      Value         

Trials              5,000

Mean       909

Median      887

Mode         ---

Standard Deviation       259

Variance     67217

Skewness   0.54

Kurtosis     3.28

Coeff. of Variability     0.29

Range Minimum 298

Range Maximum 2051

Range Width       1754

Mean Std. Error  3.67

Forecast: 总体经济效益TRNPV:亿元

Percentile   Value         

100%         298

90%  595

80%  685

70%  757

60%  821

50%  887

40%  953

30%  1029

20%  1115

10%  1252

0%    2051

        

 

 

 
 
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