頁巖氣開發的經濟效益與影響因素分析

耿小燼，王愛國 ，魯陳林

(1.中國礦業大學(北京)管理學院，北京100083；2.重慶行政學院，重慶 400041；3.中國核電工程有限公司，北京 100840)

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經濟研究

頁巖氣開發的經濟效益與影響因素分析

耿小燼1，王愛國2，魯陳林3

(1.中國礦業大學(北京)管理學院，北京100083；2.重慶行政學院，重慶 400041；3.中國核電工程有限公司，北京 100840)

對于頁巖氣開發經濟效益的質疑是影響頁巖氣投資熱情和產業發展的重要因素之一。本文根據頁巖氣單井產量變化規律，建立了一套頁巖氣開發經濟效益分析的方法，并應用這套方法，對目前我國頁巖氣開發成本和合理天然氣價格之下，典型頁巖氣盆地頁巖氣開發的經濟效益進行了分析。研究得到，美國典型頁巖氣盆地頁巖氣開發在我國目前的成本和經濟氣價條件下具有一定的經濟效益，而壓力系數和儲層條件是影響頁巖氣開發效益的兩個重要因素，兩個因素在一定程度上具有互補作用。除此之外，頁巖氣開發可以通過進一步的技術發展和快速達到規模化生產的方法，降低開發成本和操作成本，增加開發經濟效益。

頁巖氣；經濟效益；評價方法；案例分析

我國是一個發展中的大國，正處于工業化和現代化進程快速發展時期，能源需求持續增加，如何保障能源供應，促進節能減排，應對國際氣候變化的壓力，成為我國能源發展的重要任務[1]。頁巖氣是一種非常規天然氣資源，也是一種相對清潔的能源資源，促進頁巖氣產業發展對于保障我國能源供給，促進節能減排，應對國際氣候變化壓力，促進經濟長期可持續發展具有重要的意義。但是，頁巖開發具有成本高、產量遞減快、最終采收率低等特點[2]，造成了頁巖氣開發經濟效益不明，投資風險較大的問題，極大的阻礙了頁巖氣產業的發展。因此，明確頁巖氣開發經濟效益指導頁巖氣開發投資決策，促進我國頁巖氣產業的發展具有重要的意義。

目前，我國頁巖氣產業發展時間還較短，對于頁巖氣開發經濟效益的研究還較少，高世葵等(2014)以Marcellues頁巖氣為例對頁巖氣開發的經濟性進行了分析，得到影響頁巖氣開發經濟性的主要因素為氣價、初始產量和成本，其中初始產量是決定頁巖氣經濟性的根本因素[3]。陳廣仁等(2014)對目前我國頁巖氣勘探成本進行了詳細的分析，并根據國外典型頁巖氣開發區塊的產量遞減規律，對我國頁巖氣開發經濟性進行了分析，得到我國頁巖氣開發投資、產量與回收期的預測表[4]。這些研究對頁巖氣開發經濟效益分析提供了重要的方法借鑒，但是并未形成完整的評價體系，同時這些研究也只是對頁巖氣開發經濟效益影響因素和回收年限的研究，并未給出頁巖氣開發經濟效益為多少的直觀的數據。

本文首先借鑒前面學者的研究，建立了一整套的頁巖氣開發經濟效益評價方法，通過這套方法，對目前我國頁巖氣開發成本和合理天然氣價格之下，典型頁巖氣盆地開發的經濟效益進行了分析，得出頁巖氣開發經濟效益的直觀數據。其次，本文對影響頁巖氣開發經濟效益的重點因素進行分析，得到這些因素在多大程度上能夠進行互補，從而消除彼此間不利的影響，對于指導頁巖氣勘探開發投資具有重要的意義。另外，也對影響頁巖氣開發成本的因素進行分析，并提出提高頁巖氣開發經濟效益的方法，這一研究對于指導頁巖氣產業政策的制定具有一定意義。

1　經濟性分析方法

1.1產量遞減規律

氣井的產量是影響其經濟性的主要因素之一，然而頁巖氣是一種非常規的天然氣，生產井的產量變化與常規天然氣井具有較大差異，隨著鉆井、壓裂投產，頁巖氣產量快速達到峰值，而后快速進入產量遞減時期[4]，因此頁巖氣井的產量計算必須對氣井的產量遞減規律進行研究，從而根據產量遞減變化特征，確定頁巖氣井的產量。頁巖氣井產氣量峰值之前的時間較短，因此本文只對頁巖氣井產氣量達到峰值之后的產量進行計算，并以此代表頁巖氣井的產氣量。根據頁巖氣井產量的遞減規律，可以應用Arps雙曲遞減曲線對頁巖氣井的產量遞減趨勢進行預測。

Arps公式表示為式(1)[4-5]。

(1)

式中：qm為頁巖氣井的日產氣量峰值，m3/d；t為頁巖氣日產氣量峰值之后的生產時間，d；Di為頁巖氣井開始遞減時的初始遞減率(1/d)；b為遞減指數。

在產量遞減預測中，根據產氣量數據進行曲線擬合，可以確定遞減率Di，遞減指數b。對常規油氣藏而言，遞減指數取值范圍為0

(2)

式中，Nt為單井累計產氣量，m3。

1.2經濟極限產量

經濟極限產量能夠確定停產時間，對于頁巖氣井的經濟性分析非常重要。經濟極限產量是頁巖氣井的產量所帶來的現金流尚不能彌補日常運營費用的產量，繼續生產將會對頁巖氣開發的經濟效益造成負影響，因此經濟極限產量也是頁巖氣開發經濟效益的邊際產量。頁巖氣開發的成本包括開發成本、生產成本，其中開發成本為沉沒成本，與經濟極限產量無關。生產成本是頁巖氣日常的運行成本，是確定經濟極限產量的關鍵因素。根據概念，經濟極限產量用公式，見式(3)。

NCF=qe×(pw+pa)-OPEX=0

(3)

qe=OPEX/(pw+pa)

式中：NCF為現金流量，元；qe為頁巖氣井的極限經濟產量，m3/a；OPEX為頁巖氣井每年的操作成本，元/(井·a)；Pw為每標方頁巖氣的價格，元/ m3；Pa為每立方米頁巖氣的政府補貼，元/ m3。

因此，我國頁巖氣單井極限經濟產量為200×104m3/a，相當于每天的產量為5.5km3，換算為英制單位約為70671mcf/a，194mcf/d。

1.3經濟性分析方法

根據累計產氣量公式，可以計算得到經濟極限產量qe之前，頁巖氣井每年的產量Nt，根據頁巖氣井每年的產量，可以計算得到每年的現金流量，見式(4)。

NCFt=(pw+pa)Nt-OPEX

(4)

式中：NCFt表示第t年產生的現金流量，元；Nt為t年的產氣量，m3。

對每年的現金流折現，減去頁巖氣開發成本，得到頁巖氣生產的單井凈現值，見式(5)。

(5)

式中：NPV為頁巖氣生產的單井凈現值，元，表示頁巖氣開發所帶來的經濟效益；CAPEX為單井開發成本，元。根據目前的技術，頁巖氣水平井開發成本大約在8000萬元/井[10]；k為折現率，頁巖氣開發通常采用10%。

2　典型盆地頁巖氣開發經濟性

將以上的經濟效益評價方法應用到美國典型的頁巖氣生產盆地，根據其產量數據，對其在目前我國的頁巖氣開發成本和天然氣價格下的經濟效益進行計算，可以得到我國頁巖氣開發經濟效益的大體數值。

2.1Barnett頁巖開發經濟效益

Barnett頁巖發育于遠離物源區的較深的靜水缺氧海相環境，主力產氣層以層狀的硅質泥巖為主，缺乏粗粒的物源碎屑物質。Barnett頁巖核心地區儲層壓力系數為0.8～1.1，為常壓-低超壓頁巖氣藏，2003～2009年所鉆的838口水平井初始單井平均日產量為2000mcf(1mcf=28.3m3，因此換算過來大約為5.7×104m3/d)，產量變化具有初始產量不高、產量遞減較緩慢的特點，第1年的產量遞減率為45%～55%[11]。Barnett頁巖平均每口井的日產氣量變化見圖1。

圖1　Barnett頁巖平均單井日產氣量

根據式(1)，對頁巖氣產量遞減曲線進行擬合，得到Barnett頁巖的初始產量遞減率Di為0.1653，

遞減指數b為1.9103，相關性R2為0.9979。

將擬合得到的遞減率和遞減指數帶入式(1)得到式(6)。

(6)

式中，t為頁巖氣井的生產時間，單位為月。

利用擬合得到的產量遞減公式，計算得到未來幾年頁巖氣的日產氣量預測值，見表1。

設t=12，即生產時間為一年，根據累積產量公式計算得到第一年的產氣量為，見式(7)。

=442375(mcf)

(7)

根據頁巖氣第一年的產氣量，計算得到第一年的現金流量為，見式(8)。

NCFt=(pw+pa)Nt-OPEX

=3×442374×28.3-600×104

=31557638(元)

(8)

相同的方法計算出生產12年包年現金流量，見表2。

表1　barnett頁巖氣產氣量預測值

表2　Barnett頁巖氣產氣量與現金流量預測值

根據頁巖氣開發的折現率10%，計算得到頁巖氣井生產12年的凈現值，見式(9)。

(9)

如果生產到極限經濟產量，Barnett頁巖氣井大約可以生產22年，單井總產量約為337×104mcf，凈現值大約為109562992元。因此，barnett頁巖氣井的產量放到中國目前的成本和氣價等條件之下，具有一定的經濟效益。但是，實際上Barnett頁巖氣資源地質條件可能更好，鉆井成本更低等，會使得Barnett頁巖的經濟效益更好。

2.2Haynesville頁巖開發經濟效益

Haynesville頁巖是一套在相對半封閉環境下發育的層狀富含有機質的鈣質和硅質泥頁巖，其中，硅質泥巖沉積于海平面上升期間的靜水環境，隨著海平面穩定和回落，層狀和生物擾動鈣質泥頁巖沉積于富氧的淺海環境；鈣質優質頁巖發育于古水流自東南方向上涌至淺灘所形成的富有機質的環境。Haynesville頁巖核心區，氣藏的壓力系數1.6～2.07為超高壓頁巖氣藏，2008～2009年所鉆的275口水平井初始單井平均日產量為(27.6～54.5)×104m3，產量變化具有初始產量高，產量快速遞減的特點，第一年產量遞減率高達65%[11]。Haynesville頁巖平均每口井的日產氣量變化見圖2。

應用曲線擬合得到Haynesville頁巖的初始產量遞減率Di為0.2698，遞減指數b為0.9108，相關性R2為0.9946。得到產量遞減公式，見式(10)

圖2　Haynesville頁巖單井平均日產氣量

(10)

利用式(8)，計算得到未來幾年頁巖氣的日產氣量預測值，見表3。

表3　Haynesville頁巖氣產氣量預測值

根據我國目前開發成本之下的頁巖氣經濟極限產量，得到Haynesville頁巖氣井大約可以生產11年。并且從以上數據可以看出，與Barnett頁巖相比，Haynesville頁巖氣井產量遞減明顯更快。

同樣設t=12，計算出Haynesville頁巖氣井第一年的產氣量，見式(11)。

=1490393(mcf)

(11)

根據頁巖氣第一年的產氣量，計算得到第一年的現金流量，見式(12)。

NCFt=(pw+pa)Nt-OPEX

=3×1490393×28.3-600×104

=120534366(元)

(12)。

相同的方法計算出Haynesville頁巖氣井生產12年每年的現金流量，見表4。

設折現率為10%，則頁巖氣井生產到極限經濟產量的凈現值見式(13)。

(13)

因此，Haynesville頁巖氣井的產量放到中國目前的成本和氣價條件之下的凈現值約為105313444元。對比Barnett頁巖生產到經濟極限產量的凈現值109562992元，兩者大體相當，都在1億元左右。只是Haynesville頁巖回收期更短，因為Haynesville頁巖初始產量較高，生產第一年的現金流就足以收回開發成本。然而，實際上Barnett頁巖氣資源地質條件可能更好，鉆井成本等可能更低，會使得Barnett頁巖的經濟性的經濟效益可能更好。

表4　Haynesville頁巖氣產氣量與現金流量預測值

2.3我國頁巖氣開發經濟效益

2014年中石化取得了頁巖氣開發的突破——涪陵頁巖氣田發現，氣田儲氣層平均埋深2645 m，地層壓力系數為1.55，氣體甲烷含量高達98%，屬于中深層、超高壓、優質天然氣田。據公開數據顯示，涪陵頁巖氣田平均單井測試產量33．7萬m3/d，最高55萬m3/d，其中焦頁1HF井按6萬m3/d定產試采，至今仍保持穩定生產，焦頁6-2HF井采用“初期放大壓差、后期定壓差”方式生產，初期產量32萬m3/d，高效生產322天后，在井口壓力6MPa定壓下，仍然保持日產20萬m3，預測該井可采儲量有望突破3億m3。從產量特征來看，涪陵頁巖氣田初始產量區間與Haynesville頁巖接近，但是遞減率明顯低于Haynesville頁巖，累計產氣量高于Haynesville頁巖，預示了我國頁巖氣開發的良好前景，具備發現高產氣田的潛力。但是我國地理、地質條件與美國相比更加復雜，頁巖氣開發的經濟效益也具有更大的不確定性。因此，與美國頁巖氣開發相比，我國頁巖氣開發具有更高收益的可能，同時也具有更高投資風險的特征。

3　影響因素分析

3.1壓力系數

從Barnett頁巖和Haynesville頁巖開發的經濟效益分析可以看出，初始產量是影響頁巖氣開發經濟性的最重要因素，而儲層壓力系數對頁巖氣開發初始產量具有重要影響，有關研究表明頁巖氣產量與壓力系數呈對數正相關關系[12]。因此，氣藏的壓力系數是頁巖氣藏勘探選區和開發投資需要特別關注的因素。

3.2儲層條件

頁巖氣藏屬于非常規氣藏，滲透率極低，儲層性質不僅決定了頁巖氣資源量的大小，也決定了開發的難易程度[13]。儲層較好容易形成網狀裂縫，對頁巖氣產量具有更好的貢獻，遞減率較低；儲層條件較差則不易形成網狀裂縫，而且裂縫隨著開發逐漸閉合，因此產量遞減速度較快。因此，儲層性質是影響頁巖氣開發經濟效益的另一重要因素。例如，Haynesville頁巖雖然初始產量較高，第一年就能收回投資成本，但是產量遞減太快，最終的凈現值與Barnett頁巖相近，甚至稍低。另一方面，Barnett頁巖的資源條件較好，產量遞減較慢，開發經濟效益增加，而且Barnett頁巖資源條件更好，開發成本可能更低，開發的經濟效益可能會更好，甚至超過Haynesville頁巖。因此，除了壓力系數以外，儲層條件是影響頁巖氣開發經濟性的另一重要因素。分析Barnett頁巖和Haynesville頁巖氣開發經濟效益可以得到，儲層條件、氣藏壓力系數兩個因素之間有一定的互補作用，當某一項因素發育不好，而另一項因素較好時，能夠極大的彌補不利因素對頁巖氣藏開發的經濟效益的影響，因此勘探開發投資應綜合考慮這兩個因素。

3.3開發成本

目前，我國已經初步掌握了頁巖氣勘查開發技術，而且絕大多數鉆井與壓裂試采工程由國內企業自己完成，但核心技術不掌握，需要外國公司提供服務，造成成本居高不下。數據顯示，中石化在頁巖氣開發單井平均成本約為8000萬元，最低的也要5000萬元[14]。因此，雖然我國已經初步掌握了頁巖氣開發的技術，但是完成效果可能還不高，還有進一步提升的空間，還需要進一步的提升頁巖氣勘探開發技術，加大科技創新，以實現開發成本的進一步降低，產量進一步增加，延緩產量遞減，增加經濟效益的目標。

3.4操作成本

油氣生產成本包括操作成本和折舊與折耗[15]，折舊與折耗是指油氣生產過程中，按規定企業自主提取的，因此雖然作為成本項目，實質上是企業利潤的留成，可以在稅前提取，作為油田發展的資金。而油氣操作成本則是油氣生產過程中真正的消耗。在實際生產過程中，操作成本會隨著產量的遞減呈現出如圖3所示的變化關系[16]。在生產的早期，由于產量較低，單位產量的操作成本較高；隨著生產的進行，產量增加，單位產量的操作成本則降低；在生產的后期，由于產量降低，以及各種維護費用的增加，單位產量的操作成本再一次增加。因此，從單位操作成本隨著產量的變化趨勢來看，頁巖開發可以通過快速達到規模生產，以達到降低操作成本增加經濟效益的目的。而在企業采用快速規模開發策略時，可能在管網運輸方面面臨較大的壓力，需要政府在管網使用政策上面給予積極的支持，從而配合企業實施成本控制策略。

圖3　單位操作成本與產量關系

4　相關結論和政策建議

1)本文建立了一套根據頁巖氣井的產量遞減規律計算頁巖氣開發經濟效益的分析方法，并根據Barnett頁巖和Haynesville頁巖的產量數據對這兩個頁巖氣盆地在我國目前的開發成本和氣價條件下兩者經濟性進行了評價，得到兩個盆地的頁巖氣開發單井經濟效益大體相當，都在1億元左右，只是Haynesville頁巖藏壓力系數較高，氣井的初始產氣量也較高，因此成本回收較快；而Barnett頁巖藏的壓力系數較低，初始產量相對較低，但是遞減速度較慢，成本回收時間較長。從涪陵頁巖氣田開發特征來看，我國頁巖氣開發前景良好，具備發現高產氣田的潛力，開發經濟效益也有好于美國頁巖氣開發的可能，但是也具有更高投資風險的特征。

2)頁巖氣開發經濟效益影響因素分析得到，初始產氣量是影響頁巖氣藏開發經濟性的重要因素，初始產量高，成本收回較快。初始產氣量與氣藏壓力系數密切相關，因此氣藏壓力系數是頁巖氣勘探選區和開發投資需要考慮的重要因素。另外，頁巖氣藏儲層性質對頁巖氣開發的經濟性具有重要影響，儲層條件好，頁巖氣井的產量遞減較慢，經濟效益更好，因此儲層條件也是頁巖氣開發需要考慮的另一重要因素。同時，儲層條件的影響與氣藏壓力系數的影響之間能夠形成互補，當某一項因素發育不好，而另一項因素較好時，能夠極大的彌補不利因素對頁巖氣藏開發的經濟效益的影響。

3)雖然我國已經初步掌握了頁巖氣勘查開發技術，但是關鍵技術還不掌握，而且目前掌握的技術也還有進一步的提升空間，還需要進一步的技術創新，以降低開發成本，增加產量，減緩產量遞減，達到增加經濟效益的目的。政府也應該繼續加大對頁巖氣勘探開發技術的扶持力度，從而進一步降低開發成本，增加頁巖氣開發經濟效益。另外，根據操作成本的變化規律，本文認為頁巖氣開發應該采用快速達到規模化的開發方法，實現降低操作成本，增加經濟效益的目的。但是，采用快速開發策略使得企業在管網需求方面的壓力增大，需要政府在管網上面給予積極的支持，從而配合企業成本控制策略。

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Analysis of the economics of shale gas exploitation and the influence factors

GENG Xiao-Jin1，WANG Ai-guo2，LU Chen-lin3

(1.School of Management，China University of Mining & Technology，Beijing 100083，China；2.Chongqing Academy of Governance，Chongqing 400041，China；3.China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd.，Beijing 100840,China)

The doubt about the economics of shale gas exploitation is one of the most important factors that affect the investors’ enthusiasm and industrialization development.So we develop a set of method to evaluate the economics of shale gas exploitation in consideration of the production characteristics of a single shale gas well.Then influence factors that affect the economics of shale gas exploitation were analyzed under the China’s present cost and nature gas price.The results show that there are some economics produced by American typical shale gas exploitation，and the pressure coefficient and the reservoir conditions are the two important factors that influence the exploitation economics，and in some extent the two factors can alternative.Besides we can reduce the developing cost and the operation cost to increase the economic efficiency by improving exploitation technology and realizing scale development quickly.

shale gas；economic performance；evaluation method；case study

2016-01-19

耿小燼(1985-)，女，重慶人，博士研究生，研究方向為金融工程與風險管理。E-mail:gengxiaojin@126.com。

P618.13；F407.22

A

1004-4051(2016)10-031-06