頁巖氣資源的經(jīng)濟(jì)性分析——以Marcellus頁巖氣區(qū)帶為例

高世葵 朱文麗 殷誠

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）人文經(jīng)管學(xué)院

據(jù)美國能源信息署（EIA）2013年的資料［1］，中國頁巖氣技術(shù)可采資源量為31.57×1012m3，居世界首位，發(fā)展?jié)摿^大。隨著2012年中國頁巖氣“十二五”規(guī)劃的發(fā)布及一系列支持政策的出臺(tái)，包括中石油、中石化、中海油和延長石油在內(nèi)的國內(nèi)四大石油公司率先開展了頁巖氣勘探開發(fā)實(shí)踐并已取得重要突破，中國華電、國開投、神華等企業(yè)也積極投身頁巖氣勘探開發(fā)并取得了部分礦權(quán)，四川、重慶、遼寧等地方政府則迅速組建了相關(guān)機(jī)構(gòu)力求有所發(fā)展［2］。由此可見，國內(nèi)頁巖氣熱已成必然趨勢。

對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，不僅可以為投資決策提供科學(xué)合理的依據(jù)，在項(xiàng)目或方案比選中起到重要的作用，而且還可以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)政策的實(shí)現(xiàn)、促使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與規(guī)模結(jié)構(gòu)合理化，從社會(huì)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)人、財(cái)、物等資源的優(yōu)化配置［3］，意義十分重大。因此，在投資油氣資源項(xiàng)目時(shí)，需要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。與常規(guī)油氣資源相比，作為非常規(guī)天然氣資源之一的頁巖氣具有開采成本高、鉆探工程工藝技術(shù)復(fù)雜、生產(chǎn)過程產(chǎn)量遞減快、最終產(chǎn)量不易準(zhǔn)確預(yù)測［4］等特點(diǎn)，使得頁巖氣資源開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)大，科學(xué)決策更加不易。因此，對(duì)頁巖氣資源的經(jīng)濟(jì)性分析就顯得尤為重要。

目前，國內(nèi)外針對(duì)頁巖氣資源的經(jīng)濟(jì)性研究都較少。為此本文以北美已實(shí)現(xiàn)商業(yè)開采的頁巖氣區(qū)帶之一的Marcellus頁巖氣區(qū)帶為例，進(jìn)行頁巖氣資源的經(jīng)濟(jì)性分析與研究，以期從經(jīng)濟(jì)的視角來探討開發(fā)頁巖氣資源的價(jià)值和風(fēng)險(xiǎn)。

1 Marcellus頁巖氣區(qū)帶經(jīng)濟(jì)參數(shù)

Marcellus頁巖氣區(qū)帶位于美國東部的阿巴拉契亞盆地，頁巖面積約24.28×104km2。該區(qū)帶分為2個(gè)核心區(qū)：東北核心區(qū)主要產(chǎn)干氣；西南核心區(qū)處于濕氣窗，產(chǎn)凝析油和天然氣凝液（NGL）。Marcellus頁巖氣可采資源量為5.3×1012m3，可供應(yīng)全美20多年的天然氣消費(fèi)量。Marcellus頁巖氣區(qū)帶的第一口頁巖氣井完鉆于1880年，該井位于紐約州Ontario郡的Naples［5］。由于Marcellus頁巖氣區(qū)帶在北美擁有技術(shù)可采資源量最大、產(chǎn)量增長最快的特點(diǎn)［6－7］，迄今為止已吸引了120多家大大小小的能源公司參與頁巖氣勘探開發(fā)。

本次研究選取了Marcellus頁巖氣區(qū)帶內(nèi)的11家主要能源公司（表1），對(duì)這11家具有典型代表性的能源公司從2011年第二季度到2012年第三季度的頁巖氣開采數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)采集與分析，最終得到了Marcellus頁巖氣區(qū)帶的經(jīng)濟(jì)參數(shù)簡表（表2）。

表1 Marcellus頁巖氣區(qū)帶11家主要能源公司統(tǒng)計(jì)表

2 Marcellus頁巖氣經(jīng)濟(jì)性分析

本研究以凈現(xiàn)值（NPV，Net Present Value）為經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行現(xiàn)金流量分析，在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)行敏感性分析［8－10］，分析流程如圖1所示。

2.1 樣本分組

頁巖氣的資源等級(jí)本身就是影響其經(jīng)濟(jì)性的根本因素之一。單井初始產(chǎn)量是頁巖氣資源等級(jí)劃分的標(biāo)準(zhǔn)之一，也是判斷頁巖氣井能否收回投資最主要的因素，因此對(duì)單井初始產(chǎn)量遞補(bǔ)減規(guī)律的準(zhǔn)確預(yù)測十分重要，所以需要對(duì)其進(jìn)行專門的分析。

根據(jù)Marcellus頁巖氣區(qū)帶內(nèi)11家主要能源公司大量的單井30天的平均初始產(chǎn)量的分布繪制其初始生產(chǎn)量（IP）概率分布圖（圖2）。從圖2可以看出：約65%的井IP＞4×106ft3／d（1ft3＝0.028 316 8m3，下同），約40%的井IP＞6×106ft3／d，只有不到8%的井IP＞8×106ft3／d，不到3%的井IP＞10×106ft3／d。

將單井初始產(chǎn)量按由高到低的序列排列，并取其第10%、50%、90%的初始產(chǎn)量數(shù)據(jù)為節(jié)點(diǎn)，把頁巖氣資源劃分為P10、P50、P90這3個(gè)等級(jí)。其中P10為高產(chǎn)井，IP 為7.9×106ft3／d，對(duì)應(yīng)EUR（最終采收量）為9.0×109ft3；P50為中等產(chǎn)量井，IP 為4.66×106ft3／d，對(duì)應(yīng)EUR 為4.76×109ft3；P90為低產(chǎn)井，IP 為3.52×106ft3／d，對(duì)應(yīng)EUR 為3.97×109ft3。以此3個(gè)資源等級(jí)展開如下頁巖氣經(jīng)濟(jì)性分析如圖1所示。

2.2 經(jīng)濟(jì)參數(shù)范圍設(shè)定

為進(jìn)行頁巖氣資源的敏感性分析，需要對(duì)相關(guān)的經(jīng)濟(jì)參數(shù)的范圍設(shè)定。根據(jù)Marcellus頁巖氣區(qū)帶中11家公司的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并結(jié)合整個(gè)北美的情況，相關(guān)經(jīng)濟(jì)參數(shù)的設(shè)定范圍如表3所示。

表2 Marcellus頁巖氣區(qū)帶經(jīng)濟(jì)參數(shù)簡表

圖1 頁巖氣經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)流程圖

圖2 Marcellus頁巖氣區(qū)帶單井IP概率分布圖

開發(fā)成本以單井為單位計(jì)算，在本研究中計(jì)為單井投資，根據(jù)Marcellus頁巖氣區(qū)帶中11家主要公司的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，開發(fā)成本平均為5.44×106＄，綜合考慮該區(qū)帶內(nèi)眾多其他公司及整個(gè)北美地區(qū)的頁巖氣單井投資情況，將開發(fā)成本的范圍設(shè)定為2.5×106～10.5×106＄。氣價(jià)是影響頁巖氣經(jīng)濟(jì)效果的最重要因素之一，它具有極大的不穩(wěn)定性，會(huì)受到季節(jié)、供需及其他事件（如地震、颶風(fēng)等）等的影響。根據(jù)EIA公布的2011年—2012年的天然氣價(jià)的波動(dòng)情況，將氣價(jià)的最小值設(shè)定為2＄／103ft3，最大值設(shè)定為6＄／103ft3。各公司在Marcellus頁巖氣區(qū)帶的資源稅率多數(shù)為15%，綜合考慮整個(gè)北美地區(qū)的資源稅率，將頁巖氣資源稅率變動(dòng)范圍設(shè)定為10%～30%。操作成本和折現(xiàn)率的設(shè)定范圍綜合了Marcellus頁巖氣區(qū)帶東北和西南兩個(gè)核心區(qū)的數(shù)據(jù)［11－12］，其中操作成本的設(shè)定范圍為1～3＄／103ft3，折現(xiàn)率的設(shè)定范圍為7.5%～12.5%。同理，井距的范圍設(shè)定為60～120英畝／井。

表3 Marcellus頁巖氣區(qū)帶經(jīng)濟(jì)參數(shù)范圍設(shè)定表

2.3 單井經(jīng)濟(jì)性測算

現(xiàn)金流量分析是從現(xiàn)金的流入和流出情況來分析把握企業(yè)或項(xiàng)目在一定期間內(nèi)的經(jīng)營、投資和籌資活動(dòng)所產(chǎn)生的現(xiàn)金流量［13］。本次研究中，采用的計(jì)算現(xiàn)金流量方法簡化為：

現(xiàn)金流量＝總收入－資源稅－開發(fā)成本－操作成本－稅收［14］，即

NCF＝GR－ROY－CAPEX－OPEX－TAX式中NCF表示現(xiàn)金流量；GR表示總收入，等于產(chǎn)量與氣價(jià)之乘積；ROY表示資源稅，是最主要的礦區(qū)資源使用成本，資源稅率高低由政府規(guī)定；CAPEX表示開發(fā)成本，以單井為單位，以鉆井、完井成本為主，還包括土地征用、開采設(shè)備、管道建設(shè)等費(fèi)用；OPEX表示操作成本，包括生產(chǎn)成本、綜合管理費(fèi)等，操作成本與產(chǎn)量密切相關(guān)；TAX表示向政府交納的稅費(fèi)。

本研究采用NPV作為頁巖氣經(jīng)濟(jì)分析的指標(biāo)，NPV的計(jì)算方法為：

式中NCF表示現(xiàn)金流量，k表示基準(zhǔn)折現(xiàn)率，在研究中取10%，t表示時(shí)間。

2.4 主控因素的確定

為了確定影響NPV值的參數(shù)（即主控因素）及其作用程度，本研究在分析現(xiàn)金流量的基礎(chǔ)上，以NPV為指標(biāo)進(jìn)行各參數(shù)敏感性分析，根據(jù)不同參數(shù)的變化所帶來的NPV的變化（率）而確定其主控因素。敏感性分析基準(zhǔn)方案為：氣價(jià)4＄／103ft3，單井初始產(chǎn)量5×106ft3／d，操作成本1.5＄／103ft3，開發(fā)成本5 ＄／103ft3，資源稅率15%，根據(jù)基準(zhǔn)方案而計(jì)算的NPV為1.02×106＄。把氣價(jià)、初始產(chǎn)量、操作成本、開發(fā)成本和資源稅率的參數(shù)值分別進(jìn)行20%、40%、60%的上下變化，計(jì)算由此導(dǎo)致的NPV的變化，分析結(jié)果如表4及圖3所示。

表4 頁巖氣經(jīng)濟(jì)參數(shù)敏感性分析（NPV的變化率）表

圖3 頁巖氣經(jīng)濟(jì)參數(shù)敏感性分析（NPV變化率）圖

由此確定出影響頁巖氣開發(fā)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的3大主控因素為價(jià)格、成本和初始產(chǎn)量。

2.5 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)圖版建立

經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)圖版的構(gòu)建是指通過敏感性分析不確定性因素帶來的經(jīng)濟(jì)效果的變動(dòng)，尋找經(jīng)濟(jì)邊界，繪制出包含這種經(jīng)濟(jì)邊界的圖示模版。顯然上述3大主控因素都屬于不確定性因素，此外雖然資源稅率對(duì)NPV的影響程度只有4%，但由于其人為可控性使得對(duì)資源稅率的研究能指導(dǎo)政府相關(guān)政策的制定。因此，本研究也把資源稅率也作為不確定性因素，一并構(gòu)建評(píng)價(jià)圖版。此外，本研究對(duì)產(chǎn)量這一不確定性因素進(jìn)行分析時(shí)，是基于所劃分的3個(gè)資源等級(jí)而建立經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)圖版的。

2.5.1 氣價(jià)—開發(fā)成本的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)圖版

氣價(jià)—開發(fā)成本的NPV敏感性分析：在不同氣價(jià)下，3個(gè)資源等級(jí)的頁巖氣開發(fā)成本不同時(shí)的NPV變化如表5所示。基于表5繪制的氣價(jià)—開發(fā)成本經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)圖版如圖4所示。當(dāng)氣價(jià)為2＄／103ft3時(shí)，只有P10井在開發(fā)成本小于2.5×106＄時(shí)才具經(jīng)濟(jì)性；當(dāng)氣價(jià)為3＄／103ft3時(shí)，P10井在開發(fā)成本小于6×106＄、P50井在開發(fā)成本小于3×106＄、P90井在開發(fā)成本小于2.6×106＄時(shí)具有經(jīng)濟(jì)性；氣價(jià)為4＄／ft3時(shí)，P10井在開發(fā)成本小于9×106＄、P50井在開發(fā)成本小于4.8×106＄、P90井在開發(fā)成本小于4.6×106＄時(shí)具有經(jīng)濟(jì)性；氣價(jià)為5＄／103ft3時(shí)，P10井全部具經(jīng)濟(jì)性、P50井在開發(fā)成本小于6.6×106＄、P90井在開發(fā)成本小于4.6×106＄ 時(shí)具經(jīng)濟(jì)性；氣價(jià)為6＄／103ft3時(shí)，P10井全具經(jīng)濟(jì)性、P50井在開發(fā)成本小于8.6×106＄、P90井在開發(fā)成本小于6.5×106＄時(shí)具經(jīng)濟(jì)性。

表5 NPV（氣價(jià)—開發(fā)成本）的敏感性分析表

圖4 氣價(jià)—開發(fā)成本的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)圖版

2.5.2 氣價(jià)—操作成本的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)圖版

用同樣的方法，確定在不同天然氣價(jià)位下，3個(gè)資源等級(jí)的頁巖氣井在不同操作成本時(shí)的NPV變化，繪制氣價(jià)—操作成本的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)圖版（圖5）。當(dāng)氣價(jià)為2＄／103ft3和3 ＄／103ft3時(shí)，3個(gè)資源等級(jí)的頁巖氣井都不經(jīng)濟(jì)；當(dāng)氣價(jià)為4＄／103ft3時(shí)，只有P10資源等級(jí)的頁巖氣井經(jīng)濟(jì)，P50、P90資源等級(jí)的井都不經(jīng)濟(jì)；當(dāng)氣價(jià)為5＄／103ft3時(shí)，P10資源等級(jí)的井都經(jīng)濟(jì)，P90資源等級(jí)的井都不經(jīng)濟(jì)，而P50資源等級(jí)的井在操作成本低于2.4＄／103ft3時(shí)經(jīng)濟(jì)；當(dāng)氣價(jià)為6＄／103ft3時(shí)，P10、P50資源等級(jí)的井都經(jīng)濟(jì)，而P90資源等級(jí)的井在操作成本低于2.6＄／103ft3時(shí)經(jīng)濟(jì)。

2.5.3 氣價(jià)—資源稅的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)圖版

在不同天然氣價(jià)位下，3種資源等級(jí)的頁巖氣在不同資源稅率下的凈現(xiàn)值的變化，繪制相應(yīng)的氣價(jià)—資源稅經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)圖版，如圖6所示。氣價(jià)為2＄／103ft3和3＄／103ft3時(shí)，所有資源等級(jí)的井都不經(jīng)濟(jì)；當(dāng)氣價(jià)為4＄／103ft3時(shí)，P10資源等級(jí)的井在資源稅率低于28%時(shí)經(jīng)濟(jì)，但P50、P90資源等級(jí)的井都不經(jīng)濟(jì)；當(dāng)氣價(jià)為5＄／103ft3時(shí)，P10資源等級(jí)的井經(jīng)濟(jì)，P50資源等級(jí)的井在資源稅率低于15%時(shí)經(jīng)濟(jì)，P90資源等級(jí)的井不經(jīng)濟(jì)；氣價(jià)為6＄／103ft3時(shí)，P10、P50資源等級(jí)的井都經(jīng)濟(jì)，P90資源等級(jí)的井只在資源稅率低于12%時(shí)經(jīng)濟(jì)。

圖5 氣價(jià)—操作成本的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)圖版

圖6 氣價(jià)—資源稅率的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)圖版

2.6 Marcellus區(qū)帶經(jīng)濟(jì)性分析

為了揭示整個(gè)Marcellus頁巖氣區(qū)帶的經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)EIA（2013年）公布的2011年—2012年美國的頁巖氣價(jià)格的波動(dòng)情況，以氣價(jià)為3.5＄／103ft3和4.5＄／103ft3為代表，分析整個(gè)區(qū)帶NPV分布并測算出NPV的期望值，如圖7所示。當(dāng)氣價(jià)為3.5＄／103ft3時(shí)，Marcellus頁巖氣資源的NPV的期望值為－0.37×106＄（SD＝1.32），其中P10資源等級(jí)的井都經(jīng)濟(jì)，P50資源等級(jí)的井僅有40%經(jīng)濟(jì)，P90資源等級(jí)的井只有24%經(jīng)濟(jì)；當(dāng)氣價(jià)為4.5＄／103ft3時(shí)，Marcellus頁巖氣資源的NPV的期望值為1.62×106＄（SD＝2），P10和P50資源等級(jí)的井都經(jīng)濟(jì)，P90資源等級(jí)的井有82%經(jīng)濟(jì)。

圖7 NPV的分布柱狀圖

3 結(jié)論與建議

3.1 頁巖氣資源的經(jīng)濟(jì)分析

1）頁巖氣資源經(jīng)濟(jì)性分析不同于常規(guī)天然氣，不僅要通過凈現(xiàn)金流量法來計(jì)算是否具有經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是需通過敏感性分析確定經(jīng)濟(jì)邊界［15］。其經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)流程為：①依據(jù)單井初始產(chǎn)量對(duì)頁巖氣井進(jìn)行分組；②確定影響頁巖氣經(jīng)濟(jì)開發(fā)的主控因素；③通過主控因素分析尋找經(jīng)濟(jì)邊界，建立主控因素經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)圖版。

2）影響頁巖氣資源經(jīng)濟(jì)價(jià)值的主控因素為氣價(jià)、單井初始產(chǎn)量和成本（包括開發(fā)成本和操作成本）。頁巖氣（單井初始產(chǎn)量）的資源等級(jí)是影響經(jīng)濟(jì)性的根本因素，初始產(chǎn)量是判斷頁巖氣井能否收回投資的關(guān)鍵因素，對(duì)其準(zhǔn)確預(yù)測顯得十分重要。

3.2 Marcellus頁巖氣區(qū)帶經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果

1）通過 Marcellus頁巖氣區(qū)帶中11家公司的2011年—2012年度頁巖氣井的開采數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，確定了Marcellus頁巖氣區(qū)帶的經(jīng)濟(jì)參數(shù)及取值范圍，建立了一套基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表。

2）通過Marcellus頁巖氣區(qū)帶經(jīng)濟(jì)敏感性分析，構(gòu)建了Marcellus頁巖氣區(qū)帶在不同氣價(jià)、開發(fā)成本、操作成本和資源稅負(fù)下的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模板，確立了各個(gè)不確定因素的經(jīng)濟(jì)邊界，指出在當(dāng)前開采條件下，當(dāng)氣價(jià)為5＄／103ft3時(shí)，P50資源等級(jí)的井具有經(jīng)濟(jì)性的條件是資源稅率必須低于15%。

3）通過Marcellus頁巖氣區(qū)帶經(jīng)濟(jì)期望值預(yù)測，明確了目前Marcellus頁巖氣區(qū)帶的頁巖氣井在不同氣價(jià)下的經(jīng)濟(jì)性，認(rèn)為當(dāng)氣價(jià)為3.5＄／103ft3時(shí)，Marcellus頁巖氣區(qū)帶只有不到一半的頁巖氣井經(jīng)濟(jì)，當(dāng)氣價(jià)為4.5＄／103ft3時(shí)，Marcellus頁巖氣區(qū)帶的大多數(shù)井都具經(jīng)濟(jì)性。

3.3 存在問題及政策建議

1）存在問題：由于本次研究所用數(shù)據(jù)僅為2011年—2012年兩年內(nèi)的數(shù)據(jù)，時(shí)間跨度并不大。因此縱向變化規(guī)律和動(dòng)態(tài)性研究還不夠深入。

2）政策建議：①為鼓勵(lì)在中國發(fā)展頁巖氣，政府可制定一個(gè)較為合適的資源稅率，以吸引各種資本的投入；②參與頁巖氣開發(fā)的各企業(yè)，在取得單井初始產(chǎn)量后，可利用本研究提供的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)思路和評(píng)價(jià)模型來估算出現(xiàn)行成本和氣價(jià)條件下頁巖氣井的經(jīng)濟(jì)性，以期更科學(xué)合理地指導(dǎo)投資決策。

［1］ U.S.Energy Information Administration.Technically recoverable shale oil and shale gas resources［R］∥An assessment of 137shale formations in 41countries outside the U－nited States.Washington DC：EIA，2013.

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