油價系統(tǒng)模擬及石油企業(yè)的最優(yōu)策略.pdf

1、本文的主要目的是通過研究中國石油生產(chǎn)企業(yè)在充分考慮油價因素下的最優(yōu)開發(fā)策略，豐富和完善油田開發(fā)規(guī)劃理論體系；研制油田開發(fā)規(guī)劃“決策支持系統(tǒng)”，為中國石油企業(yè)油田開發(fā)的最優(yōu)決策提供必要的理論及技術(shù)支撐。 在研究油價的模擬與預(yù)測過程中，打破傳統(tǒng)的時間序列與因果分析方法預(yù)測模式。從系統(tǒng)輸入、輸出角度，將油價作為系統(tǒng)的輸出，油價的所有影響因素作為系統(tǒng)的輸入?；谙到y(tǒng)、信息、控制的觀點，從歷史的輸入輸出信息實現(xiàn)功能的同構(gòu)。首先研究了油價系

2、統(tǒng)的微分模擬與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬，基于兩種方法的結(jié)合與改進，設(shè)計了基于時變系統(tǒng)的油價功能模擬系統(tǒng)，建立了系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)聯(lián)關(guān)系，這種輸入輸出關(guān)聯(lián)關(guān)系不僅可以用于本文下面研究所需的油價預(yù)測，而且為將來研究油價的控制，即驅(qū)動油價奠定了必要的理論基礎(chǔ)。在油價功能模擬的基礎(chǔ)上，本文還利用蒙特卡洛方法，進一步研究設(shè)計了油價功能預(yù)測的隨機模擬器，對油價進行了隨機預(yù)測，使油田企業(yè)在隨機油價下最優(yōu)開發(fā)策略的獲得得以實現(xiàn)。 全文共分為六章： 第

3、一章，引言：首先闡述本文研究的必要性；然后明確了本文的研究目的及意義，追蹤了研究過程及現(xiàn)狀；再根據(jù)研究現(xiàn)狀擬定了本文研究內(nèi)容；所采用的方法、原理及技術(shù)路線；最后給出了本文的創(chuàng)新點。 第二章，油價及其影響因素：本章在分析國際、國內(nèi)油價形成與發(fā)展的基礎(chǔ)上，將油價的影響因素分成了三類：供給、需求、非供給和需求因素。油價的非供給與需求因素主要指國際政治、軍事、經(jīng)濟綜合形勢、石油期貨市場等。其中，供給與需求又受其它諸多因素的影響，如探明石

4、油儲量、技術(shù)進步因子、石油儲備(庫存)、GDP值、替代能源的價格等。反之油價的影響因素又受油價的影響，這就使它們的關(guān)系錯綜復(fù)雜?；谟蛢r與其影響因素的這種復(fù)雜關(guān)系，用傳統(tǒng)的分析方法研究油價及其影響因素受到很多局限，導(dǎo)致很難對油價將來的變化做出準(zhǔn)確的預(yù)測，這正是本文引出第三章研究的原因所在。為油價預(yù)測研究做準(zhǔn)備，本章還研究了油價非定量化影響因素的量化方法； 第三章，油價系統(tǒng)模擬及預(yù)測：本章基于系統(tǒng)輸入輸出理論將油價的所有影響因素，

5、不管是供給、需求還是通過供給與需求影響油價的因素都作為油價系統(tǒng)的輸入(多輸入)，將油價作為系統(tǒng)的輸出，若只預(yù)測一種油價即為單輸出，若同時預(yù)測多種油價即為多輸出?；谙到y(tǒng)、信息控制的角度研究油價及其影響因素。首先建立了油價系統(tǒng)的微分模擬和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬模型，再基于兩種方法的結(jié)合與改進，設(shè)計了基于時變系統(tǒng)的油價功能模擬系統(tǒng)，建立了系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)聯(lián)關(guān)系，根據(jù)系統(tǒng)模擬模型的預(yù)測功能得到油價的預(yù)測。由于油價的許多影響因素帶有明顯的隨機特征，所以本

6、章又將油價的影響因素作為隨機過程，在任一時間點即為一隨機變量，油價在該時間點也是一隨機變量。再利用功能模擬的結(jié)論，從隨機變量函數(shù)的角度研究油價，由油價影響因素的概率分布特征，用蒙特卡洛方法進行隨機模擬，獲得將來任一時間點油價的概率分布，進而對未來油價的分布特征(如均值、方差等)進行預(yù)測，預(yù)測得到的均值即可作為該時間點的油價預(yù)測值。本章還以確定性模擬及隨機模擬為基礎(chǔ)，詳細(xì)設(shè)計了油價模擬系統(tǒng)，并用VB.NET為開發(fā)工具實現(xiàn)了油價系統(tǒng)的模擬與

7、預(yù)測；最后給出了軟件系統(tǒng)的運行實例，其中基于時變系統(tǒng)油價模擬預(yù)測得到的油價與歷史擬合精度明顯高于其它方法對油價的預(yù)測。 第四章，石油企業(yè)優(yōu)化決策模型：油價系統(tǒng)模擬及油價預(yù)測不是本文的最終目的，本文的最終目的是通過模擬得到的油價預(yù)測值，再將油價作為可以改變的參數(shù)來獲得油田企業(yè)未來的最優(yōu)決策(策略)，特別是最優(yōu)開發(fā)規(guī)劃。為此，本章首先分析了油田企業(yè)(油田公司)的生產(chǎn)經(jīng)營活動，重點分析了效益產(chǎn)量和無效益產(chǎn)量、成本構(gòu)成等，通過這些分析展

8、示了石油這種特殊的產(chǎn)品在產(chǎn)量、成本、效益方面與一般產(chǎn)品的重要區(qū)別：對于油田企業(yè)而言，即使是市場有足夠的需求，當(dāng)油田的產(chǎn)量達(dá)到一定的技術(shù)極限時，要增加產(chǎn)量，單位成本就會成倍的增長，對于確定油價，這部分產(chǎn)量就將成為無效益產(chǎn)量。正是基于這一原因，本章建立了確定油價與隨機油價下油田企業(yè)的各類優(yōu)化決策模型：從層次上分，有“單層優(yōu)化模型與多層優(yōu)化模型”；從目標(biāo)上分，有“單目標(biāo)優(yōu)化模型與多目標(biāo)優(yōu)化模型”；從時間上分，有“年度優(yōu)化模型與多年優(yōu)化模型(主

9、要是五年，因為油田開發(fā)規(guī)劃與國家發(fā)展規(guī)劃對應(yīng)，通常是五年規(guī)劃)”；從決策準(zhǔn)則上分，又有“產(chǎn)量最大優(yōu)化模型”、“成本最低優(yōu)化模型”、“效益最好優(yōu)化模型”。 第五章，石油企業(yè)優(yōu)化決策模型算法研究：本章首先闡述了求解第四章油田企業(yè)幾類基本優(yōu)化模型的算法及原理，含SUMT方法和多目標(biāo)優(yōu)化的評價函數(shù)法；然后設(shè)計了適合其中幾類特殊優(yōu)化模型的遺傳算法、改進遺傳算法及 Powell遺傳退火算法；再用VB.NET為開發(fā)工具，用軟件實現(xiàn)了這些算法；

10、最后，以國內(nèi)H-B油田的實際數(shù)據(jù)，用軟件求解獲得了在不同油價下(油價作為參數(shù)可以改變)幾類主要的油田企業(yè)優(yōu)化模型對應(yīng)的最優(yōu)策略：各分項產(chǎn)量、各分項產(chǎn)量對應(yīng)的成本、各分項產(chǎn)量對應(yīng)的工作量等的最優(yōu)構(gòu)成(這也是油田企業(yè)中長期開發(fā)規(guī)劃的最主要內(nèi)容)。 第六章，結(jié)論及有待進一步研究的工作：本章首先闡述了本文的主要結(jié)論，并對進一步的研究方向給出了建議。 本文的創(chuàng)新點： (1)通過研究中國石油企業(yè)在充分考慮油價因素下的最優(yōu)開發(fā)

11、策略，豐富和完善了油田開發(fā)規(guī)劃理論體系；研制油田開發(fā)規(guī)劃“決策支持系統(tǒng)”，為中國石油生產(chǎn)企業(yè)油田開發(fā)的最優(yōu)決策提供必要的理論及技術(shù)支撐。 (2)油價系統(tǒng)功能模擬與預(yù)測(帶控制的預(yù)測)。基于系統(tǒng)輸入與輸出的思想，在對油價影響因素定量化描述的基礎(chǔ)上，將變步長學(xué)習(xí)訓(xùn)練的BP網(wǎng)絡(luò)引入到微分模擬的參數(shù)識別中，設(shè)計了基于時變系統(tǒng)的油價功能模擬系統(tǒng)。該模擬系統(tǒng)既保留了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對歷史的高精度擬合特征，又使其在預(yù)測過程中具有微分模擬思想充分考慮輸

12、出變量自身變化趨勢的特點。建立的系統(tǒng)模擬輸入輸出關(guān)聯(lián)關(guān)系不僅能實現(xiàn)對油價的預(yù)測，而且為研究油價的控制(驅(qū)動油價)奠定了基礎(chǔ)，也為經(jīng)濟學(xué)中同時對多個指標(biāo)構(gòu)成的體系進行預(yù)測的類似問題研究開辟了一條新的途徑?；谀K化設(shè)計思想，利用嵌入式原理，在VB.NET環(huán)境下設(shè)計并開發(fā)了“油價預(yù)測軟件系統(tǒng)”。進一步分析油價影響因素的隨機特征，隨機模擬了油價的分布及特征，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了油價隨機模擬器，對油價進行隨機功能模擬預(yù)測。 (3)確定性油價

13、與隨機油價下油田企業(yè)各類優(yōu)化模型的建立?；谥袊推髽I(yè)所特有的上、下層結(jié)構(gòu)特征，作者首次提出了“產(chǎn)量構(gòu)成”、“產(chǎn)量分配”、“措施產(chǎn)量結(jié)構(gòu)”等油田開發(fā)規(guī)劃中的新概念；第一次將二層規(guī)劃應(yīng)用于油田開發(fā)規(guī)劃。建立了油田開發(fā)規(guī)劃的各類優(yōu)化決策模型，含年度優(yōu)化及多年優(yōu)化、單目標(biāo)及多目標(biāo)優(yōu)化、單層規(guī)劃與二層規(guī)劃模型。這些優(yōu)化模型成功地描述了中國石油企業(yè)的油田開發(fā)規(guī)劃決策問題，特別是中長遠(yuǎn)戰(zhàn)略規(guī)劃決策問題，豐富和完善了油田開發(fā)規(guī)劃理論體系。

14、(4)具有特殊結(jié)構(gòu)的油田企業(yè)優(yōu)化決策模型算法研究。首先在遺傳算法中定義Powell算子，得到一種求無約束優(yōu)化問題全局最優(yōu)解的混合遺傳算法，再通過自適應(yīng)的退火因子和罰函數(shù)來處理約束條件，使算法逐漸收斂于全局可行最優(yōu)解。這種基于Provell遺傳退火精確罰函數(shù)法可以有效的克服Powell方法只能搜索到局部最優(yōu)，而由人為給出多個初始點進行多次計算來求解最優(yōu)解時，成功概率不高的缺陷，又能顯著提高遺傳算法收斂到最優(yōu)解的概率。這一思想在具有多目標(biāo)、