页岩气勘探开发投资决策的仿真优化方法研究

Shale gas revolution in U.S. and Jiaoye 1# well in Chongqing initiate exploration and development of unconventional oil and gas in China. The project aims to improve the whole decision-making process with extremely complexities, significant uncertainties, and dynamic adjustments by integrating different disciplines such as operation research, decision science and simulation. Firstly, the combinatorial optimization models under uncertainty are presented based on the characteristics and complexities of investment decisions. Secondly, the simulation-based optimization method is used to deal with the investment problems of shale gas exploration and development according to the heuristic searching algorithms. Thirdly, the mathematical models are set up and converted to system simulation models. Fourthly, the algorithm based on experts’ experience and state space-based search theory is put forward, which is beneficial to realizing the research design “mathematical models--reducing solution spaces--simulation optimization models--intelligent algorithm--investment schemes optimization”. This project will provide a novel approach to generating and analyzing investment decisions for shale gas exploration and development, which improves the dynamic, scientific and intelligent decision-making process. This study not only contributes to the combination of computer simulation and optimization problem, but also makes further study of the NP-hard problem for shale gas exploration and development investment under uncertainty.

美国页岩气革命和重庆焦页1#井的成功开发，开启了我国非常规油气勘探开发的新篇章。本项目针对页岩气勘探开发的投资决策难题，以提高投资方案的科学性和实用性为目标，以决策者可在仿真环境下“观察”到不同方案产生的效果并可优化决策为突破口，融合决策科学、系统仿真和人工智能等学科理论，重点研究投资决策的仿真优化模型和求解方法，提出基于启发式搜索策略的仿真优化方法，创建基于专家经验和智能优化算法的求解策略，实现由“原始系统数学模型--缩减解答空间--仿真系统模型--智能求解--投资方案生成”的问题研究，并开展应用研究。本项目为求解页岩气投资决策难题提高建模的科学性和实用性，有利于实现仿真模拟和决策优化的有机结合，为化解页岩气勘探开发投资这一NP-hard问题提供新的思路。

国际形势不稳定不确定环境下，国家能源安全形势严峻复杂，各大石油集团按照党中央决策部署加大加快国内油气勘探开发力度，努力实现“能源的饭碗必须端在自己手里”。页岩气是最重要的非常规油气资源之一，其能否实现规模化和商业化开发对于提升国家能源安全具有重要战略意义。因此，本项目是从实际问题“如何合理进行页岩气投资决策并促使其产业化和商业化开发”而引申的科学问题--“页岩气资源勘探开发投资决策的仿真优化方法研究”。. 本项目主要研究了页岩气勘探开发投资决策复杂性及其特殊性、页岩气勘探开发投资决策问题的数学模型构建、仿真模型构建、仿真优化模型的求解方法以及页岩气勘探开发投资决策方案在线生成系统等五方面内容。通过上述研究，得出七个重要结果即页岩气资源勘探开发投资是一个不确定条件下的多阶段多目标多属性决策优化问题、创新页岩气区块优选方法以指明勘探开发投资方向和优先次序是能否商业化开发的前提基础、“合零为整-化整为零”策略有利于石油企业长短期投资决策目标的协调统一、复杂大系统理论中的“分解-协调”思想在页岩气实际勘探开发投资决策过程中具有很强的实用性、基于Simulink/Monte Carlo仿真建模环境的投资决策方案生成和经济效益分析是有效的、石油企业应重视页岩气资源开发过程中的生态环境监测-预警以实现可持续发展、政府应加强页岩气开采技术研发的直接支持力度且针对不同区块资源禀赋条件可实施“一区一策”等。. 本项目的科学意义在于为求解页岩气勘探开发投资决策难题，提出了由计算机在决策者“指引”下实现投资方案在线生成、分析和调整的新方法，提高了投资决策方案制定的科学性和实用性，揭示了页岩气产业化和商业化开发投资的新规律，并深化了计算机仿真、决策科学和人工智能的交叉渗透和融合，为化解非常规油气资源勘探开发投资这一复杂决策优化问题提供新的思路和途径。