國(guó)際原油供給新變革下的寡頭合作競(jìng)爭(zhēng)博弈分析

程承，王震,2*，薛慶，劉明明

1中國(guó)石油大學(xué)(北京)中國(guó)能源戰(zhàn)略研究院，北京 102249

2中國(guó)石油天然氣集團(tuán)政策研究室，北京 100003

國(guó)際原油供給新變革下的寡頭合作競(jìng)爭(zhēng)博弈分析

程承1，王震1,2*，薛慶1，劉明明1

1中國(guó)石油大學(xué)(北京)中國(guó)能源戰(zhàn)略研究院，北京 102249

2中國(guó)石油天然氣集團(tuán)政策研究室，北京 100003

頁(yè)巖革命推動(dòng)美國(guó)超越沙特阿拉伯和俄羅斯，成為世界第一大原油生產(chǎn)國(guó)。美國(guó)借助頁(yè)巖油，介入原先由歐佩克和非歐佩克主導(dǎo)的常規(guī)原油供給博弈中，改變了國(guó)際原油供給市場(chǎng)格局。為分析未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，研判未來(lái)格局中搖擺國(guó)發(fā)揮的作用，本文構(gòu)建了寡頭競(jìng)爭(zhēng)博弈模型并分別求解了競(jìng)爭(zhēng)情景和合作情景下歐佩克、非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)和美國(guó)的納什均衡供給量、利潤(rùn)和桶油利潤(rùn)，并在此基礎(chǔ)上量化分析了搖擺國(guó)在維持石油行業(yè)利潤(rùn)中發(fā)揮的關(guān)鍵作用。均衡求解結(jié)果顯示，盡管美國(guó)加入供給角逐，歐佩克與非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)之間缺乏合作動(dòng)力，國(guó)際原油供應(yīng)格局趨向三足鼎立、共同競(jìng)爭(zhēng)的局面。美國(guó)和沙特阿拉伯均具有成為搖擺國(guó)的潛力。

競(jìng)爭(zhēng)合作；Cournot模型；納什均衡；原油生產(chǎn)國(guó)；搖擺國(guó)

0 引言

原油生產(chǎn)國(guó)之間的博弈關(guān)系是影響全球原油供給格局的關(guān)鍵因素。目前，全球約有70多個(gè)原油生產(chǎn)國(guó)，其中32個(gè)國(guó)家具備出口能力[1]。在開(kāi)展相關(guān)研究時(shí)，通常將這些生產(chǎn)國(guó)劃分為兩類，即歐佩克和非歐佩克。歐佩克是按照一定的組織協(xié)議建立起的國(guó)際性原油生產(chǎn)國(guó)集團(tuán)，該組織包含13個(gè)原油生產(chǎn)國(guó)，成員國(guó)在受生產(chǎn)配額制度約束的條件下追求組織利益最大化。

非歐佩克涵蓋其余原油生產(chǎn)國(guó)，可劃分為3類：(1)超級(jí)勢(shì)力，主要指俄羅斯。2015年俄羅斯原油年產(chǎn)量達(dá)5.4億t，出口量達(dá)3.9億t，對(duì)原油供給市場(chǎng)具有重要影響。(2)價(jià)格接受者，主要指加拿大、挪威、哈薩克斯坦等原油出口國(guó)。這類國(guó)家受限于儲(chǔ)量、產(chǎn)能、地理位置或運(yùn)輸能力，難以主動(dòng)地影響世界原油供給，因而屬于價(jià)格接受者。(3)全力生產(chǎn)國(guó)，如美國(guó)和中國(guó)等原油的凈進(jìn)口國(guó)。這類國(guó)家雖然生產(chǎn)原油，但需求量高于自身供給能力，需依托國(guó)際原油市場(chǎng)進(jìn)口原油。非歐佩克中，俄羅斯和價(jià)格接受者(共19個(gè)國(guó)家)屬于原油凈出口國(guó)，對(duì)國(guó)際原油供給市場(chǎng)具有直接影響，因而，后文中非歐佩克國(guó)家特指這兩類國(guó)家(得益于頁(yè)巖革命，美國(guó)在國(guó)際原油供給市場(chǎng)中地位得到提升，將在后文中單獨(dú)論述)。雖然非歐佩克并不存在實(shí)體組織，但非歐佩克國(guó)家均以最大化自身利益為目標(biāo)，因而在生產(chǎn)行為上具有一定共性，進(jìn)行研究時(shí)往往作為一個(gè)整體進(jìn)行分析[2-5]。

歐佩克和非歐佩克是世界常規(guī)原油供給市場(chǎng)中的兩大主體。2002年以來(lái)，兩者凈出口量在世界原油凈出口量占比分別為61%和39%[1]，兩者的供給波動(dòng)均會(huì)對(duì)國(guó)際原油供給市場(chǎng)造成重大影響，更有實(shí)證分析結(jié)果表明歐佩克的供給波動(dòng)可以引發(fā)原油價(jià)格短期波動(dòng)[5-7]。沙特阿拉伯和俄羅斯分別是歐佩克和非歐佩克兩大集團(tuán)中的最具話語(yǔ)權(quán)的國(guó)家，也是原油供給市場(chǎng)中的兩大超級(jí)勢(shì)力：沙特是歐佩克內(nèi)第一大產(chǎn)油國(guó)，也是2002年以來(lái)世界第一大產(chǎn)油國(guó)，產(chǎn)量約占全球產(chǎn)量的12.7%[1]，且在很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)擔(dān)當(dāng)國(guó)際原油市場(chǎng)的搖擺國(guó)(搖擺國(guó)特指主動(dòng)調(diào)節(jié)產(chǎn)量、維持國(guó)際原油供應(yīng)穩(wěn)定、協(xié)助國(guó)際原油市場(chǎng)應(yīng)對(duì)短期沖擊的產(chǎn)油國(guó))[8]；俄羅斯是非歐佩克國(guó)家中原油產(chǎn)量最高的國(guó)家，2015年其產(chǎn)量高于加拿大、墨西哥、挪威和哈薩克斯坦4國(guó)產(chǎn)量之和。2002年以來(lái)，其原油產(chǎn)量在全球產(chǎn)量中占比約為12.3%[1]，是同期內(nèi)第二大產(chǎn)油國(guó)，對(duì)原油供給市場(chǎng)具有很強(qiáng)的影響力。

在2009年之前，國(guó)際原油供給呈現(xiàn)出歐佩克與非歐佩克產(chǎn)油國(guó)圍繞常規(guī)原油資源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的寡頭競(jìng)爭(zhēng)格局，其中，沙特和俄羅斯分別是兩個(gè)寡頭集團(tuán)中最具話語(yǔ)權(quán)的國(guó)家。2002—2009年間，兩個(gè)組織的競(jìng)爭(zhēng)達(dá)到相對(duì)均衡狀態(tài)，歐佩克和非歐佩克凈出口量占比分別維持在61%和39%左右[1]，國(guó)際原油主要由中東、東歐、非洲、南美、中亞地區(qū)流向北美、歐洲和亞太地區(qū)。

自2009年起，美國(guó)的頁(yè)巖革命成就卓越，扭轉(zhuǎn)了其原油產(chǎn)量緩速下降的態(tài)勢(shì)。同期內(nèi)，頁(yè)巖油在國(guó)際原油市場(chǎng)中嶄露頭角，直接沖擊以常規(guī)原油供應(yīng)為主的供給格局。從圖1中可以看出，在本土頁(yè)巖油增產(chǎn)上產(chǎn)的快速推動(dòng)下，美國(guó)國(guó)內(nèi)原油產(chǎn)量高速增長(zhǎng)，凈進(jìn)口量持續(xù)降低，能源自給程度穩(wěn)步提高。據(jù)BP預(yù)測(cè)，美國(guó)將于2029年成為原油凈出口國(guó)[9]。

頁(yè)巖革命不僅提高了美國(guó)的能源供應(yīng)能力，改善了其原油進(jìn)出口結(jié)構(gòu)，還引發(fā)了國(guó)際原油市場(chǎng)的新變革。首先，頁(yè)巖油產(chǎn)量影響了歐佩克和非歐佩克的供給行為。例如，2008年油價(jià)下跌時(shí)，沙特和俄羅斯均采用了減產(chǎn)政策提高油價(jià)，然而2014年油價(jià)下跌后，沙特和俄羅斯并未采取減產(chǎn)策略，反而期望通過(guò)增加產(chǎn)量擠壓頁(yè)巖油發(fā)展空間(見(jiàn)圖1)。其次，頁(yè)巖油資源改變了全球原油貿(mào)易流向。2009年后，美國(guó)原油凈進(jìn)口量持續(xù)降低，從中東、中南美、西非和墨西哥進(jìn)口總量降低了約2億t[1]；從全球原油貿(mào)易版圖來(lái)看，隨著北美地區(qū)進(jìn)口原油占比下降(2015年降低了6%，降至20%)，亞太地區(qū)進(jìn)口原油占比已顯著升高(2015年約為52%，提升了10%)[1]。最后，頁(yè)巖油資源將改變?nèi)蛟凸┙o結(jié)構(gòu)。無(wú)論從短期，還是長(zhǎng)期發(fā)展?jié)摿?lái)看，美國(guó)都將在世界原油供給中扮演重要角色。2015年，美國(guó)原油產(chǎn)量占世界原油產(chǎn)量的比重已提升至13%左右，再次成為可比肩沙特、俄羅斯的原油生產(chǎn)大國(guó)[1]。從長(zhǎng)期看，坐擁豐富的頁(yè)巖油氣資源，美國(guó)足以成為常規(guī)原油供應(yīng)國(guó)的有力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。據(jù)BP預(yù)測(cè)，2035年頁(yè)巖氣在全球天然氣中產(chǎn)量占比將達(dá)24%，頁(yè)巖油在全球原油產(chǎn)量中占比達(dá)10%[9]。

圖1 頁(yè)巖革命前后沙特、俄羅斯、美國(guó)原油產(chǎn)量、凈進(jìn)口量和國(guó)際油價(jià)Fig. 1 The crude oil production and net imports of Saudi Arabia, Russia and the United States of America and the oil prices before and after shale revolution

頁(yè)巖革命打破了之前由沙特和俄羅斯主導(dǎo)的常規(guī)原油供給競(jìng)爭(zhēng)的相對(duì)均衡狀態(tài)。使美國(guó)參與到歐佩克和非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)的博弈中。未來(lái)原油供給格局中最突出的兩大不確定性在于：其一，美國(guó)從全力生產(chǎn)國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)樵凸┙o市場(chǎng)的新的超級(jí)勢(shì)力后，能否將原先的歐佩克與非歐佩克產(chǎn)油國(guó)的寡頭競(jìng)爭(zhēng)格局轉(zhuǎn)變?yōu)楹现\以對(duì)抗美國(guó)的新格局①歐佩克和非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)之間存在合作的可能性。首先，2014年油價(jià)開(kāi)始下跌時(shí)，歐佩克和非歐佩克同時(shí)選擇增產(chǎn)與美國(guó)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)（見(jiàn)圖1）；此外，歐佩克達(dá)成減產(chǎn)協(xié)議的同時(shí)，俄羅斯、墨西哥、阿曼等非歐佩克重要產(chǎn)油國(guó)也表示同意減產(chǎn)。；其二，在全新的全球原油供給格局中，以沙特為首的歐佩克、以俄羅斯為首的非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)和美國(guó)，是否仍然需要搖擺機(jī)制來(lái)維持石油行業(yè)利潤(rùn)，搖擺國(guó)在新的格局中是否還具有存在意義和價(jià)值。針對(duì)以上兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行研究，對(duì)于原油進(jìn)口依存度持續(xù)攀升的中國(guó)制定相關(guān)政策十分重要。

原油供給市場(chǎng)的寡頭競(jìng)爭(zhēng)特性，已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外眾多研究國(guó)際原油供給結(jié)構(gòu)的學(xué)者所論證(例如Dahl和Mine[10]、Almoguera等[11]以及Grif fi n和Neilson[12])。而博弈論方法常用于分析寡頭競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)的均衡狀態(tài)[13]，因?yàn)椴┺姆治龀浞挚紤]了競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手可能的反應(yīng)，依據(jù)對(duì)手反應(yīng)制定最優(yōu)策略，并根據(jù)各方最優(yōu)策略求解均衡狀態(tài)下各參與方的均衡解。博弈分析中有4種常用的寡頭博弈模型：Cournot模型、Hotelling模型、Stackelberg模型和價(jià)格領(lǐng)導(dǎo)模型[13]。由于原油生產(chǎn)國(guó)主要通過(guò)產(chǎn)量進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，而Hotelling模型和價(jià)格領(lǐng)導(dǎo)模型屬于價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)模型，因而不適合分析原油市場(chǎng)。Cournot模型和Stackelberg模型屬于產(chǎn)量競(jìng)爭(zhēng)模型，兩者差異在于：Cournot模型假設(shè)博弈雙方同時(shí)決策，而Stackelberg模型則假設(shè)追隨者先行動(dòng)，領(lǐng)導(dǎo)者預(yù)判追隨者決策后再進(jìn)行決策。這兩個(gè)產(chǎn)量競(jìng)爭(zhēng)模型在原油生產(chǎn)國(guó)的博弈分析中十分常見(jiàn)。梁琳琳和齊中英[2]利用Stackelberg模型分析歐佩克與非歐佩克博弈時(shí)引入需求因素和推測(cè)變差，分析它們對(duì)博弈結(jié)果的影響，實(shí)證分析結(jié)果表明歐佩克在改進(jìn)后的模型中產(chǎn)量更高，利潤(rùn)更大。王震和許娟[4]利用Stackelberg模型分析歐佩克成員間博弈，得出一次博弈時(shí)歐佩克成員將陷入“囚徒困境”，多次博弈時(shí)存在合作的可能。臧雷等[14]利用Cournot模型分析頁(yè)巖油革命對(duì)歐佩克行為的影響，得出在彈性恒定和成本以利率的速度增長(zhǎng)的假設(shè)下，歐佩克無(wú)需改變生產(chǎn)行為，國(guó)際原油市場(chǎng)將在較低價(jià)格處達(dá)到新均衡。曹琦和樊明太[15]利用Cournot模型分析歐佩克成員間博弈問(wèn)題，得出與王震和許娟類似的結(jié)論。除以上兩種模型外，王震等[3]還利用Milgrom-Roberts模型分析歐佩克和非歐佩克之間博弈。Milgrom-Roberts模型屬于壟斷限價(jià)模型，用于分析壟斷者與潛在進(jìn)入者之間博弈。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)歐佩克通過(guò)設(shè)定價(jià)格區(qū)間，防止進(jìn)入者了解歐佩克真實(shí)成本。

總結(jié)現(xiàn)有研究成果，可以發(fā)現(xiàn)：(1)現(xiàn)有關(guān)于原油供給市場(chǎng)博弈關(guān)系的研究，側(cè)重歐佩克與非歐佩克之間博弈，或者歐佩克內(nèi)部成員國(guó)間博弈，對(duì)當(dāng)前形勢(shì)下傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)與美國(guó)之間的博弈著墨甚少；(2)現(xiàn)有博弈分析側(cè)重非合作博弈，尚未充分探討原油供給市場(chǎng)參與者合作的可能性；(3)就新形勢(shì)而言，非歐佩克國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)能力顯著提升，逐漸危及歐佩克的領(lǐng)導(dǎo)者地位，因而不存在追隨者的問(wèn)題，Cournot模型更加適合分析當(dāng)前形勢(shì)下博弈關(guān)系。

為研判新形勢(shì)下國(guó)際原油市場(chǎng)供給市場(chǎng)格局變化趨勢(shì)，本文在Cournot雙寡頭博弈模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建了三寡頭博弈模型，研究歐佩克、非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)、美國(guó)三大集團(tuán)的行動(dòng)策略。本文結(jié)合當(dāng)前博弈核心問(wèn)題設(shè)計(jì)了競(jìng)爭(zhēng)博弈情景和合作博弈情景，通過(guò)對(duì)比分析兩種情景納什均衡狀態(tài)中的博弈參與者的供給量、總利潤(rùn)和桶油利潤(rùn)，探討了非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)與歐佩克合作的可能性和決定因素。此外，本文還分析了搖擺國(guó)在穩(wěn)定原油供給市場(chǎng)、維持石油生產(chǎn)行業(yè)利潤(rùn)中發(fā)揮的重要作用。

1 原油寡頭市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)合作博弈分析

1.1 競(jìng)爭(zhēng)博弈情景分析

假設(shè)三大集團(tuán)相互競(jìng)爭(zhēng)，形成三寡頭壟斷競(jìng)爭(zhēng)格局。為求解三寡頭壟斷競(jìng)爭(zhēng)格局下納什均衡解，對(duì)三大集團(tuán)進(jìn)行如下假設(shè)：

(1)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制假設(shè)：假設(shè)三大集團(tuán)通過(guò)產(chǎn)量競(jìng)爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)自身利潤(rùn)最大化的目標(biāo)。以qi∈(0,∞)代表第i個(gè)集團(tuán)的原油供給量，i=1,2,3；以Q代表全球原油供給量，。

(2)國(guó)際油價(jià)假設(shè)：以P代表國(guó)際油價(jià)，國(guó)際油價(jià)受原油供給量和需求量影響。假設(shè)國(guó)際原油市場(chǎng)供需均衡，可通過(guò)反需求函數(shù)確定國(guó)際油價(jià)，即P=P(Q)。為簡(jiǎn)便分析，假設(shè)反需求函數(shù)為線性需求函數(shù)，滿足。

(3)求解納什均衡：假設(shè)當(dāng)三大集團(tuán)供給量為qi時(shí)，它們可獲得的利潤(rùn)為πi，并假設(shè)它們的生產(chǎn)成本分別為ci。在此假設(shè)下，三大集團(tuán)的決策目標(biāo)為：

分別對(duì)(1)式中利潤(rùn)函數(shù)求一階導(dǎo)并使其等于零，可得：

根據(jù)上式可得三大集團(tuán)的最優(yōu)反應(yīng)函數(shù)si,si,i=1,2,3，即：

設(shè)原油需求曲線為Q=α-βP，其中α為基本需求量，β為需求曲線斜率。對(duì)照反需求函數(shù)參數(shù)可得，。結(jié)合式(5)可知，原油生產(chǎn)國(guó)利潤(rùn)主要受三大因素影響：

(1)原油需求變動(dòng)速度，即需求曲線的斜率β。需求曲線斜率越大，需求價(jià)格彈性越小，更容易形成壟斷勢(shì)力，相應(yīng)地，原油生產(chǎn)國(guó)的利潤(rùn)越高。

(2)原油基本需求量α。原油基本需求越高，由基本需求所帶來(lái)的利潤(rùn)就越高，原油生產(chǎn)國(guó)總利潤(rùn)越高。

(3)原油生產(chǎn)成本c。原油生產(chǎn)國(guó)的利潤(rùn)與本國(guó)生產(chǎn)成本呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，本國(guó)生產(chǎn)成本越低，單位供給量利潤(rùn)越高，總利潤(rùn)也越高。原油生產(chǎn)國(guó)利潤(rùn)與其他生產(chǎn)國(guó)成本呈正相關(guān)關(guān)系，其他生產(chǎn)國(guó)成本上升會(huì)導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)力下降，原油生產(chǎn)國(guó)可通過(guò)低成本優(yōu)勢(shì)獲得更高利潤(rùn)。

1.2 合作博弈情景分析

假設(shè)歐佩克與非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)合作，共同與美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)。為便于分析，假設(shè)兩者在聯(lián)合集團(tuán)中供給量占比各為50%，合作后成本按照供給量比重加權(quán)平均。

以q12和q3代表傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)和美國(guó)供給量；以c12和c3代表傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)和美國(guó)成本，其中，c12為供給量加權(quán)后的成本；以π12和π3代表傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)和美國(guó)利潤(rùn)。仍假設(shè)原油反需求函數(shù)為P=a-bQ,(Q=q12+q3)。傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)和美國(guó)的最優(yōu)化目標(biāo)為：

當(dāng)且僅當(dāng)合作情景下聯(lián)合體總利潤(rùn)高于競(jìng)爭(zhēng)情景下兩大集團(tuán)利潤(rùn)之和時(shí)，歐佩克和非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)才可能相互合作，共同與美國(guó)博弈。否則，兩者合作后總利潤(rùn)反而降低，理性的博弈參與者不會(huì)選擇合作，國(guó)際原油供給市場(chǎng)將會(huì)形成歐佩克、非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)和美國(guó)三寡頭相互競(jìng)爭(zhēng)格局。由式(10)可知，非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)合作態(tài)度主要取決于原油生產(chǎn)成本和反需求曲函數(shù)的參數(shù)。為更直觀分析非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)未來(lái)走向，本文將通過(guò)數(shù)值模擬方法進(jìn)行分析。

1.3 數(shù)值模擬分析

競(jìng)爭(zhēng)博弈和合作博弈的均衡解及相關(guān)計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表1。

從表1中可以看出博弈參與方的供給量、利潤(rùn)和桶油利潤(rùn)主要受反需求函數(shù)參數(shù)和生產(chǎn)成本影響。為進(jìn)一步測(cè)算影響程度，本文以非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)成本和美國(guó)頁(yè)巖油生產(chǎn)成本為主要變量，模擬不同情景下博弈參與方的均衡供給量、利潤(rùn)和桶油利潤(rùn)，各個(gè)博弈方桶油利潤(rùn)模擬結(jié)果如圖2所示。

從圖2中可以看出，生產(chǎn)成本對(duì)于博弈方利潤(rùn)有顯著影響，且影響方向不同。以頁(yè)巖油生產(chǎn)成本為例，對(duì)于美國(guó)而言，較低的生產(chǎn)成本可以帶來(lái)高額的桶油利潤(rùn)；而對(duì)于其他生產(chǎn)國(guó)而言，頁(yè)巖油生產(chǎn)成本越高，其他國(guó)家的桶油利潤(rùn)越高。數(shù)值模擬結(jié)果與1.1中理論分析結(jié)果相互印證。需注意的是，競(jìng)爭(zhēng)博弈情景下傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)的桶油利潤(rùn)并未隨著非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)的生產(chǎn)成本增高而降低，這是由于隨著c2增高，非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)供給量下降，歐佩克供給量上升，這使得傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)的加權(quán)成本降低，傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)的利潤(rùn)先下降后上升，同時(shí)傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)的總供給量略微下降。在利潤(rùn)和供給量的綜合影響下，傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)的桶油利潤(rùn)保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

除分析原油生產(chǎn)成本對(duì)博弈參與者供給量及利潤(rùn)的影響外，還可以通過(guò)數(shù)值模擬分析歐佩克和非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)未來(lái)長(zhǎng)期合作的可能性。根據(jù)2015年原油開(kāi)采成本統(tǒng)計(jì)，歐佩克平均開(kāi)采成本為20美元/桶，非歐佩克中傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)平均開(kāi)采成本為47美元/桶，頁(yè)巖油開(kāi)采成本為55美元/桶。將以上參數(shù)代入式(10)

表1 博弈均衡解及相關(guān)計(jì)算結(jié)果Table 1 The Nash equilibrium and related results

2 搖擺國(guó)維穩(wěn)作用分析

圖2 不同博弈情景下博弈參與方桶油利潤(rùn)與成本關(guān)系Fig. 2 The relationship between the pro fi t per barrel and cost for different players in different scenarios

圖3 不同博弈情景下博弈參與方桶油利潤(rùn)Fig. 3 The pro fi t per barrel for different players in different scenarios

搖擺國(guó)主要作用在于穩(wěn)定原油供給，維持石油行業(yè)整體利潤(rùn)。當(dāng)博弈一方產(chǎn)量發(fā)生變動(dòng)時(shí)，搖擺國(guó)可以通過(guò)調(diào)節(jié)自身產(chǎn)量，維持油價(jià)穩(wěn)定，進(jìn)而維護(hù)整個(gè)石油行業(yè)利潤(rùn)。為分析搖擺國(guó)在未來(lái)格局中的重要作用，本文結(jié)合對(duì)未來(lái)的預(yù)判，在三寡頭博弈競(jìng)爭(zhēng)格局下進(jìn)行分析。假設(shè)原油市場(chǎng)不存在搖擺機(jī)制，美國(guó)將供給量調(diào)整為。歐佩克國(guó)家與非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)的決策目標(biāo)為在頁(yè)巖油供給量既定前提下利潤(rùn)最大化，即：

令式(11)一階偏導(dǎo)數(shù)等于零，可求得歐佩克與非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)的最優(yōu)供給量：在此條件下，歐佩克、非歐佩傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)與美國(guó)的利潤(rùn)分別為：

令q′*和π′*代表無(wú)搖擺機(jī)制情景下石油行業(yè)的總供給量與總利潤(rùn)，q*和π*代表競(jìng)爭(zhēng)博弈情景下納什均衡中石油行業(yè)的總供給量與總利潤(rùn)，即：

通過(guò)計(jì)算π*與π′*差值可衡量搖擺機(jī)制對(duì)于維持石油行業(yè)整體利潤(rùn)的重要作用。此外，還可通過(guò)對(duì)比兩種情景下石油行業(yè)總供給量和桶油利潤(rùn)分析搖擺機(jī)制對(duì)于穩(wěn)定石油行業(yè)的重要意義。為更直觀地闡明分析結(jié)果，本文繼續(xù)采用數(shù)值模擬方法分析。分析中，以競(jìng)爭(zhēng)博弈納什均衡狀態(tài)為基準(zhǔn)情景，假設(shè)美國(guó)按照納什均衡下供給量的λ倍進(jìn)行生產(chǎn)，模擬整個(gè)石油行業(yè)的總供給量、總利潤(rùn)和桶油利潤(rùn)，桶油利潤(rùn)模擬結(jié)果如圖4所示。

從圖4中可以看出，在無(wú)搖擺機(jī)制情景下，隨著頁(yè)巖油供給量提高，整個(gè)石油行業(yè)桶油收益下降。當(dāng)美國(guó)增產(chǎn)時(shí)，歐佩克與非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)被動(dòng)地減產(chǎn)，但減產(chǎn)量不足以抵消美國(guó)增量?？偣┙o量的增加導(dǎo)致油價(jià)下降，整個(gè)石油行業(yè)利潤(rùn)下降，桶油收益也隨之下降。不存在搖擺機(jī)制情景下，歐佩克或者非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)單獨(dú)增產(chǎn)對(duì)整個(gè)石油行業(yè)利潤(rùn)影響類似。若存在搖擺機(jī)制，搖擺國(guó)可進(jìn)一步降低本國(guó)供給量，將原油供給量維持在競(jìng)爭(zhēng)博弈納什均衡時(shí)的總供給量，穩(wěn)定油價(jià)，保障整個(gè)石油行業(yè)利潤(rùn)。

目前，國(guó)際原油市場(chǎng)上存在兩個(gè)潛在的搖擺國(guó)：美國(guó)和沙特。就美國(guó)而言，頁(yè)巖革命的成功使得美國(guó)具備了搖擺國(guó)的能力。頁(yè)巖油井與傳統(tǒng)油井在投資結(jié)構(gòu)上差異顯著，頁(yè)巖油投資中操作費(fèi)用占比更高，較低的資本投資使得頁(yè)巖油投資十分靈活，對(duì)油價(jià)變動(dòng)更為敏感。此外，頁(yè)巖油開(kāi)發(fā)時(shí)大量使用水平鉆井和水力壓裂技術(shù)，這些技術(shù)可在短期內(nèi)迅速增加產(chǎn)量。就沙特而言，得天獨(dú)厚的自然條件使得沙特也具有成為搖擺國(guó)的能力。沙特境內(nèi)油田儲(chǔ)量豐富，成藏深度較淺，井口自然壓力大，開(kāi)發(fā)環(huán)境優(yōu)越。而且沙特生產(chǎn)機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)，具有豐富的剩余產(chǎn)能，可通過(guò)調(diào)節(jié)自身產(chǎn)量緩沖原油市場(chǎng)受到的短期沖擊。兩者雖然都具備成為搖擺國(guó)的能力，但沙特成為搖擺國(guó)的意愿似乎并不強(qiáng)烈。2014年歐佩克的生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明沙特并未因?yàn)橛蛢r(jià)斷崖式下跌而降低產(chǎn)量，反而維持產(chǎn)量。當(dāng)然這也不意味著沙特已經(jīng)將搖擺國(guó)地位讓于美國(guó)。雖然目前美國(guó)在搖擺國(guó)地位之爭(zhēng)中略微領(lǐng)先，但未來(lái)可能還會(huì)發(fā)生激烈競(jìng)爭(zhēng)，或者雙方都成為搖擺國(guó)。

圖4 無(wú)搖擺機(jī)制情境下桶油利潤(rùn)與增產(chǎn)比例關(guān)系Fig. 4 The relationship between the pro fi t per barrel and λ under a “no swing producer” scenario

3 結(jié)論

基于寡頭競(jìng)爭(zhēng)博弈模型，結(jié)合當(dāng)前國(guó)際原油市場(chǎng)博弈核心問(wèn)題，本文分析了影響博弈參與方供給量和利潤(rùn)的主要因素，探尋了影響非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)與歐佩克合作的主要因素，并結(jié)合對(duì)未來(lái)形勢(shì)的預(yù)判，分析了在三寡頭競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)中搖擺國(guó)對(duì)維持石油行業(yè)利潤(rùn)的重要作用。通過(guò)理論分析和數(shù)值模擬，本文得到如下結(jié)論：

(1)原油生產(chǎn)國(guó)的利潤(rùn)水平主要受原油需求變動(dòng)速度、基本需求量和生產(chǎn)成本影響，它與原油需求變動(dòng)速度和本國(guó)生產(chǎn)成本呈反向關(guān)系，與原油基本需求和其他產(chǎn)油國(guó)成本呈正向關(guān)系。對(duì)于原油生產(chǎn)國(guó)來(lái)說(shuō)，原油需求變動(dòng)速度、基本需求量和其他國(guó)家生產(chǎn)成本屬于不可控因素，因此，為增加本國(guó)利潤(rùn)，產(chǎn)油國(guó)需充分重視技術(shù)創(chuàng)新和成本控制，通過(guò)降低自身成本來(lái)增加利潤(rùn)。

(2)未來(lái)原油供給市場(chǎng)更傾向于形成歐佩克、非歐佩克傳統(tǒng)產(chǎn)油國(guó)和美國(guó)三寡頭競(jìng)爭(zhēng)博弈格局。了解未來(lái)原油供給市場(chǎng)格局對(duì)于原油進(jìn)口依存度持續(xù)攀升的中國(guó)有著重要的意義。相對(duì)而言，三寡頭競(jìng)爭(zhēng)格局下，原油供給將更加充足，油價(jià)也可能維持低位。中國(guó)政府可根據(jù)未來(lái)形勢(shì)制定相應(yīng)策略，石油企業(yè)決策時(shí)也需充分考慮未來(lái)形勢(shì)的影響。

(3)未來(lái)原油供給格局中，當(dāng)三大集團(tuán)中的一方突然變動(dòng)供給量時(shí)，需要搖擺國(guó)主動(dòng)調(diào)節(jié)自身產(chǎn)量，維持國(guó)際原油市場(chǎng)總供給量，穩(wěn)定油價(jià)。搖擺國(guó)是原油供給市場(chǎng)中重要的一員，對(duì)于降低油價(jià)波動(dòng)意義重大。

[1] BP. BP statistical review of world energy[R]. London: BP, 2016.

[2] 梁琳琳，齊中英. 考慮需求因素的國(guó)際石油市場(chǎng)寡頭廠商博弈模型[J]. 管理工程學(xué)報(bào), 2009(04): 160-162. [LIANG L L, QI Z Y. Models on the game of oligarch manufacturers in the world oil market with incomplete information[J]. Journal of Industrial Engineering and Engineering Management, 2009(04): 160-162.]

[3] WANG Z, XU J, WANG H. A game theory analysis of the OPEC’s in fl uence on world oil price[J]. Petroleum Science, 2006, 3(04): 21-25.

[4] 王震, 許娟. 歐佩克遵循其配額嗎?—基于博弈論的分析[J]. 石油大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版), 2005(04): 6-11. [WANG Z, XU J. Would OPEC keep to its quota - A game theory analysis[J]. Journal of the University of Petroleum, China (Edition of Social Sciences), 2005(04): 6-11.]

[5] DéES S, KARADELOGLOU P, KAUFMANN R K, et al. Modelling the world oil market: Assessment of a quarterly econometric model[J]. Energy Policy, 2007, 35(1): 178-191.

[6] 孫竹, 李志國(guó). OPEC剩余產(chǎn)能與國(guó)際原油市場(chǎng)價(jià)格短期波動(dòng)[J]. 國(guó)際經(jīng)濟(jì)合作, 2011(12): 72-75. [SUN Z, LI Z G. Spare production of OPEC and the short-term fl uctuation of international oil price[J]. Journal of International Economic Cooperation, 2011(12):72-75.]

[7] 俞劍, 陳宇峰. 誰(shuí)才是推高國(guó)際油價(jià)的真實(shí)動(dòng)因?—中國(guó)需求,資本投機(jī),抑或OPEC供給[J]. 金融研究, 2014(02): 30-43. [YU J, CHEN Y F. Who is the culprit of pushing up international oil prices?: China’s demand, speculation, or OPEC supply[J]. Finance Research, 2014(2): 30-43.]

[8] DE SANTIS R A. Crude oil price fl uctuations and Saudi Arabia’s behaviour[J]. Energy Economics, 2003, 25(2): 155-173.

[9] BP. BP energy outlook to 2035[R]. London: BP, 2016.

[10] DAHL C, YüCEL M. Testing alternative hypotheses of oil producer behavior[J]. The Energy Journal, 1991, 12(4): 117-138.

[11] ALMOGUERA P A, DOUGLAS C C, HERRERA A M. Testing for the cartel in OPEC: non-cooperative collusion or just non-cooperative?[J]. Oxford Review of Economic Policy, 2011, 27(1): 144-168.

[12] GRIFFIN J M, NEILSON W S. The 1985-86 oil price collapse and afterwards: What does game theory add?[J]. Economic Inquiry, 1994, 32(4): 543-561.

[13] 張維迎. 博弈論與信息經(jīng)濟(jì)學(xué)[M]. 上海: 格致出版社、上海三聯(lián)書(shū)店和上海人民出版社, 1996. [ZHANG W Y. Game Theory and Information Economics[M].Shanghai: Gezhi Press, Shanghai Joint Publishing, and Shanghai People’s Publishing House, 1996.]

[14] 臧雷, 李嘉禾, 周峰立. 頁(yè)巖油革命與國(guó)際原油市場(chǎng)博弈理論模型[J]. 合作經(jīng)濟(jì)與科技, 2015(14): 126-127. [ZANG L, LI J H, ZHOU F L. Shale oil revolution and game theory model of international oil market[J]. Co-Operative Economy & Science, 2015(14): 126-127.]

[15] 曹琦, 樊明太. 完全信息博弈論在OPEC產(chǎn)量配額機(jī)制中的分析應(yīng)用[J]. 未來(lái)與發(fā)展, 2016(05): 106-112. [CAO Q, FAN M T. The application of complete information game theory in the production Quotas Mechanism of OPEC[J]. Future and Development, 2016(05): 106-112.]

Co-competition game analysis on the oligopoly oil market under the world new supply patterns

CHENG Cheng1, WANG Zhen1,2, XUE Qing1, LIU Mingming1
1 Academy of Chinese Energy Strategy, China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102249, China
2 CNPC Policy Research Of fi ce, Beijing 100003, China

The shale revolution has meant that the United States of America (USA) has become the largest oil producing country in the world. Its production has surpassed that of both Saudi Arabia and the Russian Federation. With the help of the shale oil, the USA is participating in the original production contest between traditional oil producers, and is determining the future oil supply patterns with OPEC and traditional non-OPEC producers. In order to analyze the future patterns and study the functions of a swing producer, oligopoly game models are applied in a competition scenario and a co-competition scenario to resolve the Nash equilibrium supplies, pro fi ts and pro fi t per barrel of OPEC, traditional non-OPEC producers, and the USA. Moreover, the functions of the swing producer on the maintenance of aggregate pro fi t for the oil industry are studied based on the predicted oil supply patterns. The results show that the traditional non-OPEC producers would hardly cooperate with OPEC. Besides, both the USA and Saudi Arabia have the potential to be swing producers.

co-competition; Cournot model; Nash equilibrium; oil production countries; swing producers

10.3969/j.issn.2096-1693.2017.01.014

(編輯 付娟娟)

* 通信作者, wangzhen@cup.edu.cn

2016-09-20

程承, 王震, 薛慶, 劉明明. 國(guó)際原油供給新變革下的寡頭合作競(jìng)爭(zhēng)博弈分析. 石油科學(xué)通報(bào), 2017, 01: 142-150

CHENG Cheng, WANG Zhen, XUE Qing, LIU Mingming. Co-competition game analysis on the oligopoly oil market under the world new supply patterns. Petroleum Science Bulletin, 2017, 01: 142-150. doi: 10.3969/j.issn.2096-1693.2017.01.014