CC BY
500
УДК 553.048
Ю.Н. Васильев, Р.Н. Гимадеева, В.Г. Ильницкая
Неопределенности и риски при проектировании и управлении разработкой газовых месторождений
Ключевые слова:
неопределенность
и риски,
управление
рисками,
классификация
неопределенностей
и рисков,
разработка газовых месторождений.
Keywords:
uncertainty and risks, risk management, classification of uncertainties and risks, gas field development.
Разрабатываемое газовое месторождение является многоцелевой сложной системой однократного жизненного цикла с неопределенностями. Для систем такого типа весьма важно оценивать риски, разрабатывать и осуществлять мероприятия для их снижения, т.е. «управлять рисками». Основная задача при этом состоит в минимизации рисков проекта на любом этапе его исполнения.
Риск - это возможная опасность потерь, возникновение убытков, снижение доходов при создании и управлении функционированием системы по сравнению с прогнозом для того же объекта или процесса.
Степень риска - это вероятность наступления случая, который приведет к потерям, и величина этих потерь (ущерба).
Если известен закон распределения этой вероятности, то приходится принимать решение в условиях стохастической неопределенности; если он неизвестен - в условиях статистической неопределенности с известными (математическое ожидание, дисперсия и др.) либо неизвестными параметрами распределения [1].
Оценка вероятности степени риска требует большого объема статистической информации, которая чаще всего отсутствует. В этом случае решение принимается в условиях неопределенности, при которой вероятности тех или иных исходов неизвестны. Принятие решений при этом требует глубоких экспертных заключений высококвалифицированных специалистов, а также целенаправленного введения в общие и частные математические модели исследуемой системы этих неопределенностей с использованием теории нечетких множеств и интервальной математики.
При решении слабоструктуризованных проблем, к которым относится разработка любого крупного газового месторождения, требуется учитывать и преодолевать неопределенности различной природы, т.е. управлять этими неопределенностями.
Управление рисками является частным случаем управления неопределенностями при принятии решений по проектированию и управлению функционированием систем, решающих слабоструктуризованные проблемы.
Для оценки рисков обычно строятся деревья причин их возникновения и вызываемых рисками последствий. Чаще всего источником неопределенностей является среда, окружающая систему.
Снижение риска всегда требует дополнительных расходов. Поэтому при управлении рисками возникает проблема определения уровня расходов на снижение риска (чтобы функционирование объекта или отдельных его частей оставалось рентабельным).
Риск - это опасность потерь.
Неопределенность - это недостаточная, недостоверная информация или ее отсутствие при принятии решения.
Если опасность потерь в будущем можно оценить некоторым значением вероятности, то предполагают риск с такой-то вероятностью; если этого сделать не удается, то решение приходится принимать в условиях неопределенности без ее численной, пусть даже в вероятностном смысле, оценки.
Риск при принятии решения возникает как следствие неопределенности. По этой причине во многих случаях вместо классификации неопределенностей классифицируют риски, хотя правильнее начинать с видов неопределенности.
Приведем краткий перечень видов неопределенности, с которыми имеют дело специалисты по проектированию и управлению разработкой газовых месторождений [1]:
• перспективная - прогнозирование процессов, происходящих в пласте; при недостаточной информации о его физических свойствах и активности пластовых вод выполняется с большими погрешностями;
• технологическая - возможность прогнозировать обводнение добывающих скважин на завершающей стадии разработки месторождения практически отсутствует;
• стохастическая - недостаточность статистической информации (за исключением информации по пористости) для оценки вероятностных характеристик параметров пласта и происходящих в нем процессов;
• «неопределенность цели» - проблема разработки крупного газового месторождения преследует не одну, а несколько целей;
• «неопределенность природы» - частичное незнание строения пласта и происходящих в нем процессов;
• экономическая, политическая, социальная и другие - возможность достоверного прогнозирования экономических, политических, социальных и других условий на далекую перспективу отсутствует.
Также выделяют неопределенности:
• истинные, обусловленные объективной невозможностью прогнозировать процесс (например, экономический - на далекую перспективу);
• информационные (например, геологические), когда по тем или иным причинам нельзя получить необходимую для принятия решения информацию (в частности, если ее получение требует неоправданно больших затрат; например, для детализации геологического строения продуктивного пласта необходимо бурение большого числа дорогостоящих разведочных скважин, что может быть целесообразным только до определенного предела, при котором выгоды от дополнительных сведений сравняются с затратами на их получение).
Геологический риск является следствием геологической неопределенности, так как практически невозможно с необходимой детализацией построить геологическую модель газового месторождения, его продуктивного пласта (пластов) и окружающего водоносного бассейна.
Как правило, на крупных газовых месторождениях площадью в несколько тысяч квадратных километров бурится три-пять десятков разведочных скважин, геологические разрезы которых плохо коррелируются (особенно при сложном строении продуктивного пласта). Проведенная до этого сейсмическая разведка выявляет структурные формы пластов, но не позволяет определить необходимые для построения геологической модели физические свойства пласта (пористость, проницаемость, водо- и газонасыщенность). Эти свойства изучаются по кернам, отобранным в разведочных скважинах. Например, для сеноманских залежей месторождений Западной Сибири продуктивный разрез, вскрытый каждой разведочной скважиной, содержит 30-40 пропластков с различными физическими свойствами, значения которых изменяются в широких пределах.
С использованием различных методов интерполяции, усредненных значений пористости и проницаемости, экспертных гипотез о протяженности прерывистых пропластков по простиранию пласта на регулярной или неравномерной объемной сетке строится геологическая модель с численными значениями параметров пласта в узлах этой сетки. По коэффициентам пористости и газонасыщенности такие модели имеют ошибки в 15-20 % (и более), о чем свидетельствуют повторные пересчеты запасов газа в процессе разработки месторождений. Ошибки распределения по пласту значений коэффициента проницаемости, как правило, значительно больше. Для сеноманских залежей спрогнозированные по средним значениям проницаемостей различия в пластовых давлениях центральных разрабатываемых и крыльевых зон фактически оказались намного больше расчетных.
Геологическая модель является основой для построения гидрогазодинамической модели. Чаще всего построенная геологами сетка параметров пласта (пористости, проницаемости, насыщенности, толщин пропласт-ков и др.) гидродинамиками укрупняется. Это, разумеется, не может снизить погрешность принимаемых для модели и используемых для расчета значений физических свойств пласта. Следовательно, уже на этапе первоначального проектирования возникают геологические неопределенности. Поэтому для последующих прогнозных расчетов применяют не одну альтернативу (геологическую модель)
продуктивного пласта, а несколько. При этом для каждой из этих моделей необходимо определить степень риска ее применения.
Геологическая (и следовательно, газогидродинамическая) модель уточняется в течение всего жизненного цикла газодобывающего предприятия по мере поступления новой дополнительной геофизической и геолого-промысловой информации. Риски от использования новых моделей будут снижаться, но технологические риски будут возрастать, вследствие того что к этому времени большинство добывающих скважин уже пробурены и расставлены на структуре с учетом первой наиболее грубой геологической модели.
Геологические неопределенности, вызванные отсутствием необходимых данных о продуктивном пласте и окружающем его водоносном бассейне, приводят к ошибкам в подсчете геологических и извлекаемых запасов газа и конденсата, от которых зависят система расстановки добывающих скважин на площади месторождения, значения текущих и конечных коэффициентов газоотдачи.
Еще большей неопределенностью, а следовательно, и большими рисками характеризуются прогнозы обводнения отдельных зон и месторождения в целом. Совсем непредсказуемыми по причине негерметичности цементного камня оказываются сроки обводнения отдельных добывающих скважин и целых кустов, особенно в случае наклонных и горизонтальных скважин.
Следствием геологических неопределенностей являются также и технологические риски. В первую очередь требуют оценки риски при прогнозировании дебитов добывающих скважин, особенно на завершающей стадии разработки месторождений. При проектировании разработки газового месторождения риск оценки дебита «средней» скважины связан с ограниченностью числа исследованных разведочных скважин и большого разброса в значении их дебитов.
Еще сложнее прогнозировать дебиты скважин при массовом обводнении их пластовыми и конденсационными водами. Такое положение наступает на завершающей стадии жизненного цикла месторождения. Оценка рисков в этот период становится необходимой и весьма проблематичной.
Особо следует отметить сложность оценки экономических рисков как следствия
экономической неопределенности, потребность в которой возникает на всех стадиях жизненного цикла месторождения: от проектирования до завершения разработки.
При проектировании разработки крупного месторождения с большими затратами материальных и финансовых ресурсов требуется из нескольких альтернатив проекта (возможных вариантов) отобрать наилучший в соответствии с целевыми критериями.
Проектируемое газодобывающее предприятие - система, решающая многоцелевую проблему. На достижение каждой цели требуется затрата материальных, финансовых, людских, информационных и других ресурсов. Лидирующей целью при этом является обеспечение заданного отбора газа по годам разработки. Ее выполнение должно быть обеспечено с минимальной затратой ресурсов - только таким образом может быть получена максимальная прибыль (достижение которой также является одной из основных целей).
При разных степенях достижения отдельных целей, ради которых создается система, требуются различные затраты ресурсов как для каждой цели, так и для всей системы в целом. Поэтому уже на этапе проектирования возникает неопределенность в степенях достижения отдельных целей, преодолеваемая в основном экспертным путем. Экспертное решение по компромиссу степени достижения отдельных целей строится на результатах прогнозных расчетов по функционированию системы за весь ее жизненный цикл. При проектировании разработки газового месторождения рассчитываются такие показатели, как изменение пластового давления и газонасыщенности продуктивного пласта (внедрение пластовых вод) при разном числе добывающих скважин и различной расстановке их по площади месторождения.
Долгосрочный прогноз не обладает необходимой достоверностью ввиду недостаточной информации. Поэтому каждое принятое решение по компромиссу степеней достижения отдельных целей имеет определенный риск, который также требует расчета или экспертной оценки. Рассмотрение не одной, а нескольких альтернатив построения системы (в данном случае - нескольких проектов разработки месторождения) обусловлено необходимостью экономии ресурсов, которые всегда ограничены. Из одинаковых по эффективности альтернатив (проектов разработки) отбирают
наименее затратную. При этом следует учитывать риски каждой альтернативы (чего при проектировании, как правило, не наблюдается), так как менее затратная альтернатива может оказаться в высшей степени рискованной. При наступлении случая риска размеры потерь могут намного превысить сэкономленные по выбранному варианту затраты.
Во многих случаях степень риска можно понизить дополнительной затратой ресурсов, поэтому перед проектировщиками стоит задача определения компромисса между вероятностью риска и возможными дополнительными затратами в случае его наступления.
Выбор наиболее предпочтительного варианта разработки, как правило, обосновывается экономическими расчетами по критериям экономической эффективности. Но результаты этих расчетов ввиду экономических неопределенностей имеют еще большие риски, чем риски геологические и технологические в сконструированных для отбора альтернативах.
Высокие значения вероятности экономических рисков объясняются рядом причин.
Экономическая эффективность той или иной альтернативы (проекта разработки месторождения) оценивается за длительный прогнозный период (15-25 лет), в то время как экономические процессы весьма динамичны и не могут быть достоверно предсказуемы из-за случайных факторов.
Действия самостоятельных экономических субъектов, в том числе компаний зарубежных стран, исключают возможность предвидеть их потребности и взаимодействие на такой длительный период в будущем.
В экономике построение моделей опирается на результаты статистических закономерностей, полученных в результате массовых наблюдений. Сначала применялись жестко детерминистические модели, затем - учитывающие стоха-стичность процессов и неопределенность.
В настоящее время при создании экономических и эконометрических (основанных на статистических данных) моделей используются методы теории вероятностей и математической статистики, теории игр и статистических решений, стохастическое программирование и теория случайных процессов. Но никакими методами прогнозы на 10-20 лет вперед, полученные по экономической модели, нельзя подтвердить практически, потому что экономические процессы в будущем не совпадают с процесса-
ми прошлого и настоящего. В связи с этим при создании таких моделей полагаются на опыт и интуицию квалифицированных экономистов, а также на некоторые аналогии с процессами прошлого и настоящего. Количественная оценка связей между экономическими показателями устанавливается применением корреляционного анализа, а краткосрочный прогноз экономических процессов и явлений - с помощью регрессионного анализа.
Эконометрические модели оказываются более точными, чем аналитические, так как позволяют учесть большее число фактов, но долгосрочный прогноз по ним также недостоверен.
Экономико-математические модели подразделяются на две большие группы:
• теоретико-аналитические, применяемые при проведении научно-исследовательских работ общего характера по экономике;
• прикладные, используемые в основном при оценке инвестиционных проектов для выбора наиболее предпочтительного варианта или наилучшего управляющего воздействия.
Приведем некоторые экономические неопределенности (вообще не прогнозируемые либо трудно прогнозируемые, являющиеся источниками высокой степени рисков), связанные:
• с будущей рыночной ситуацией (в том числе с потребностями в газе у покупателя);
• колебаниями цен на газ на внутреннем и мировом рынках (инфляция - обесценивание денег, дефляция - снижение цен и, следовательно, снижение доходов);
• возможностью изменения курса валют;
• задержкой платежей;
• изменением законодательства, налогообложения и текущей экономической политики;
• необходимостью вложения капитала на завершающей стадии разработки месторождения на его реконструкцию и техническое перевооружение;
• оценкой перспектив и результатов научно-исследовательских работ по созданию новых технологий и технических средств добычи и подготовки газа и их внедрения;
• нарушением контрактов на добычу и транспорт газа;
• возникновением непредвиденных затрат.
Следует обратить внимание на то, что одни
виды неопределенностей (следовательно, и обусловливаемые ими виды рисков) могут быть причиной других (т.е. другого вида рисков). Например, нередко отсутствие необходимого
финансирования, которое не могло быть учтено на этапе первоначального проектирования (экономический риск), задерживает строительство и своевременный ввод в эксплуатацию компрессорных станций. Это в свою очередь нарушает запланированные проектом отборы по отдельным зонам месторождения и приводит к преждевременному обводнению добывающих скважин. Необходимо оценивать технологические риски, вызываемые экономическими рисками, как правило, не известные проектировщикам.
Следовательно, степень риска зависит от степени неопределенности информации, имеющейся у проектировщика или специалиста по управлению.
Создание информационных систем, в том числе в проектировании и управлении разработкой газовых месторождений, требует затрат ресурсов, но снижает неопределенность при принятии решений. Экономия на создании информационных систем, как правило, повышает степень рисков принимаемых решений. Поэтому задача о соотношении объема затрат на получение необходимой для проектирования и управления геофизической и геолого-промысловой информации и ее качества является чрезвычайно актуальной.
Опыт разработки большинства газовых месторождений (в первую очередь с уникальными (более 500 млрд м3) и крупными (от 30 до 500 млрд м3) запасами) свидетельствует о том, что заключительная стадия разработки таких месторождений по причинам снижения пластового давления, уменьшения общего отбора газа, усложнения и удорожания эксплуатации обводняющихся скважин при резком росте себестоимости добываемого газа является самостоятельной сложной задачей, требующей составления специального проекта доразработки месторождения и использования добытого газа (по современной терминологии - новой редакции технологического проекта разработки).
При составлении проекта доразработки газового месторождения проектировщикам приходится иметь дело с многократно возросшим числом возможных рисков, повышением их степени и увеличением потерь при их наступлении.
Целями разработки на этой стадии являются:
• наиболее полное (возможное по техническим и экономическим условиям) извлечение газа из залежи;
• социальные гарантии и нормальные условия проживания на долгосрочную перспективу жителям района и работникам газодобывающего предприятия (особенно это касается моногородов в газодобывающих районах или при крупных месторождениях).
Также следует отметить, что при составлении проекта доразработки газового месторождения технологическая неопределенность, вызванная сложностью прогноза дебитов прогрессивно обводняющихся скважин, накладывается на экономическую. Экономический анализ интегрирует геологические, технологические, технические, социальные и экологические аспекты вариантов инвестиционных проектов по доразработке месторождения. При этом специалисты компании, разрабатывающей месторождение, осуществляют экономическую оценку возможных вариантов с использованием коммерческой эффективности. Однако доразработка крупного газового месторождения относится к крупномасштабному инвестиционному проекту, реализация которого существенно влияет на экономическую, социальную и экологическую ситуацию в районе расположения месторождения [2]. Поэтому при проведении экономического анализа альтернатив будут использованы те же критерии финансового анализа (чистый дисконтированный доход, внутренняя норма рентабельности и др.), но без учета трансфертных платежей, которые в общенациональном масштабе не создают ни затрат, ни выгод (налоги, внутренние кредиты и др.).
При положительном результате экономического анализа (положительной общественной эффективности), даже в случае если добыча газа оказывается нерентабельной при существующих ценах и налогах добывающей компании, государство может снять с предприятия налоги и выделить субсидии производителю или потребителю. Но в связи с трудностью прогноза технологических показателей на период завершения разработки месторождения и большой степенью рисков мероприятий по поддержанию добычи газа на необходимом уровне не всегда возможно провести убедительный экономический анализ.
При принятии решений по управлению сложными системами (проектирование для таких систем также относится к управлению) следует не избегать рисков, а управлять ими, снижая их уровень.
Управление рисками включает их прогнозирование и реализацию системы мер для снижения ситуаций, приводящих к ущербу и потерям. Состоит из ряда логических этапов:
• составление перечня возможных рисков по всем принимаемым решениям (идентификация рисков);
• количественная оценка потерь (ущерба) от наступления каждого случая риска с использованием экспертных построений сценариев случая риска и прогнозирующих математических моделей. При проектировании разработки газового месторождения используются прогнозирующие гидрогазодинамические модели для оценки значений возможных параметров процессов, которые будут происходить в продуктивном пласте, и экономические модели для расчета возможного ущерба. Далее анализируется влияние одних случаев риска на другие;
• разработка мероприятий по снижению степеней риска.
• оценка стоимости реализации разработанных мероприятий, ее сравнение со стоимостью ущерба по каждому случаю риска в случае его наступления. Сопоставление показывает, насколько эффективны/неэффективны разработанные мероприятия по снижению степени рисков. После этого экспертами делаются окончательные выводы о применении тех или иных мероприятий по снижению рисков.
Риски, рассматриваемые на стадии первоначального проектирования разработки газовых месторождений и при составлении проекта доразработки, являются стратегическими.
В процессе разработки месторождения при проведении тех или иных геолого-промысловых операций специалистам приходится управлять многочисленными операционными рисками с гораздо меньшими последствиями в случаях осуществления рискованных событий.
Большое значение при выявлении возможных рисков имеет изучение истории рисков. Мнение специалиста, хорошо знакомого с историей фактических погрешностей подсчета запасов газа и глубоко понимающего влияние величины этих погрешностей на оценку рисков многих других параметров разработки, зачастую является решающим при выборе наиболее эффективного проекта разработки.
Мероприятия по управлению рисками следует разрабатывать для всех этапов жизненного цикла функционирующей системы (при про-
ектировании, на стадиях нарастающей, постоянной, падающей добычи).
Рассчитывать риски необходимо на всех стадиях проектирования разработки месторождения и управления его функционированием, оценивая риск каждой альтернативы при принятии очередного решения, так как вероятность риска и ущерб в случае наступления неблагоприятного события должны обязательно входить в набор показателей (критериев) при выборе альтернатив проектируемых действий.
Долгосрочный прогноз экономической эффективности для той или иной альтернативы проекта разработки обязательно должен сопровождаться оценкой риска при реализации каждой из них, так как высокоэффективный вариант может иметь большой риск, и при выборе альтернативы может оказаться, что лучше остановиться на менее эффективном, но более надежном в технологическом отношении варианте.
Снижение рисков при разработке газовых месторождений и эксплуатации промысловых сооружений осуществляется по следующим направлениям:
• снижение вероятности риска путем обеспечения надежности функционирования объекта (в частности, резервирования числа скважин и промысловых аппаратов);
• совершенствование методов и средств контроля над технологическими процессами (например, установка на устье скважин датчиков давления, расхода и температуры);
• разработка и внедрение систем автоматизированного проектирования и управления разработкой газовых месторождений.
Следует иметь в виду, что риск при функционировании динамических систем обусловлен недостаточностью или отсутствием информации об объекте и происходящих внутри него процессах или о возможных временных изменениях во внешней по отношению к системе среде.
Полностью устранить рискованные случаи невозможно ввиду либо больших затрат на получение дополнительной информации (если риск связан с ее отсутствием), либо принципиальной невозможностью достоверного прогнозирования будущего состояния системы и окружающей внешней среды (например, экономической обстановки в мире на длительный срок).
В настоящее время актуальной является задача создания экспертных систем по проектированию и управлению разработкой газовых месторождений, содержащих формализованное описание накопленного специалистами опыта в этих направлениях. Это ускорит про-
цессы проектирования и управления, а также повысит их качество. Нельзя допустить, чтобы накопленный за десятилетие опыт в области проектирования и управления разработкой газовых месторождений пришлось приобретать заново.
Список литературы
1. Васильев Ю.Н. Применение системного подхода и методов системного анализа при проектировании и разработке газовых месторождений / Ю.Н. Васильев, Н.И. Дубина. - М.: Недра, 2011. - 208 с.
2. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов. -2-я ред. / Мин. экон. РФ, Мин. фин. РФ,
ГК по строительству, архитектуре и жилищной политике; под рук. В.В. Коссова, В.Н. Лившица, А.Г. Шахназарова. - М.: Экономика, 2000. - 421с.
References
1. Vasiliev Yu.N. Application of a system approach and system analysis methods for design and development of gas fields / Yu.N. Vasiliev,
N.I. Dubina. - Moscow: Nedra, 2011. - 208 p.
2. Kossov V.V. Methodological recommendations for evaluation of investment project efficiency / V.V. Kossov, V.N. Livshits, A.G. Shakhnazarov; Ministry of Economy of the Russian Federation, Ministry of Finance of the Russian Federation, State Committee of Construction, Architecture and Housing Policy. - Moscow: Ekonomika, 2000. -421 p.
