石油（天然气）行业是一个高投入、高风险产业。无论是上游的勘探开发项目，还是下游的炼油化工项目，都需要承担巨大的风险与高额的资本投入。因此，科学合理的投资策略与规划，无疑是保证石油行业健康发展的首要前提。正是基于此，本文对处于高风险状态下的石油公司投资决策优化问题进行了系统研究，主要工作与研究内容包括： 1.根据我国石油行业上下游一体化发展特点，引入了投资组合思想；综述了投资组合理论发展的基本状况，对资本市场理论、资本资产定价模型以及套利定价理论进行了系统剖析；在此基础上，提出了本文研究的基本思路与研究内容。 2.以收益率最大化投资组合优化模型与风险最小化投资组合优化模型为基础，探讨了一期最小方差集中有效点与n期前沿上权衡点的关系；分析了基于组合偏差风险的数学规划模型。3.研究了投资项目经济评价方法以及投资项目风险评价原则，探讨了蒙特卡洛模拟方法在风险分析中的应用。4.分析了经济走势对石油公司投资规模的影响，研究了世界经济增长与世界能源需求增长关系、国际大石油公司资本支出与全球经济增长关系、国际原油价格及成品油价格对投资规模的影响，构建了影响石油公司发展的约束条件。5.建立了石油公司投资组合优化数学模型，构造了基于变量有上下界问题改进单纯型法的投资组合优化模型求解方法，研究了可行集计算、效益前沿曲线求解、石油公司独资项目优化以及完成生产经营指标和满足石油公司均衡发展所需最小投资规模问题。6.对于基于石油公司投资优化组合模型所开发的石油公司投资优化与决策支持系统进行了系统分析与说明。并以某石油公司勘探生产业务中195个待选油田开发项目为例进行了案例研究。优化结果为石油公司项目决策提供了科学依据。