川南地區頁巖氣鉆井投資分析與預測模型研究

馮于恬

摘要：頁巖氣開發中提質增效成本過高是制約其發展的主要瓶頸，迫切需要對頁巖氣單井成本進行剖析，建立系統性經濟評價方法。以川南地區G頁巖氣區塊結算井參數為基礎，采用數理統計方法，揭示了鉆井系統工程投資成本變動規律，結果顯示鉆井井深、水平段長、壓裂段數是影響單井總費用的主要因素，足以解釋48%的費用變化情況。通過建立投資預測模型，并利用未實施井定額測算結果驗證，二者間相對誤差值僅-3.48%，有效預測了油氣開采投資水平。

Abstract： At present， the high cost of upgrading and improving efficiency in shale gas development is the main bottleneck of restricting its development. It urgently needs an in-depth analysis of the cost of a single well to establish a systematic economic evaluation method. Based on the parameters of the settled wells of the G shale gas block in southern Sichuan， the mathematical statistics method is used to reveal the change in the investment cost of the drilling system. The results show that the depth of the drilling well， the length of the horizontal section and the number of fracturing sections are the main influencing factors of the total cost of a single well. The mathematical statistics method can sufficiently explain 48% of the change in the total cost of a single well. Furthermore， a regression analysis method is used to establish an investment predicting model. The model is verified by the result of the cost calculation of the unimplemented well quota. The relative error -3.48% effectively predicts the level of the oil and gas production investment.

關鍵詞：頁巖氣;鉆井工程;投資分析;多元回歸;預測模型

Key words： shale gas;drilling engineering;investment analysis;multiple regression;prediction model

中圖分類號：P618.13;P631.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）08-0183-04

0 ?引言

近些年我國天然氣產業迅速發展，市場需求快速增長，呈現出巨大供應缺口，頁巖氣作為儲量巨大的天然氣資源，具備極大發展潛力[1-2]。我國南方普遍發育上奧陶統五峰組—下志留統龍馬溪組及下寒武統牛蹄塘組兩套優質烴源巖[3]，與北美五大頁巖氣層系具有類似的地層特性[4-5]，是國家高度重視的頁巖氣勘探開發區域[6-7]。中國石油公司在川南區塊有長寧-威遠和昭通兩個國家級頁巖氣示范區。勘探及測算結果顯示，四川盆地龍馬溪組埋藏深度低于3500m的頁巖氣地質資源量為1.19萬億立方米，埋深3500～4000m的為3.52萬億立方米，埋深4500m以內的為9.85萬億立方米[8-9]。從川南頁巖氣實際地質資源量出發，預測川南龍馬溪組頁巖氣可建頁巖氣年產能250億～300億立方米，且穩產目標可達到20～30年[10]。因此川南地區頁巖氣的開發對于優化我國油氣資源格局，緩解油氣資源短缺，保障國家能源安全，促進經濟社會發展都有十分重要的意義。

但是，頁巖氣開發面臨著復雜的地質條件、地面環境及更高的技術裝備要求，生產運營與提質增效成本過高、投資國際化經營是制約其發展的主要瓶頸。以中石油為例，2015年大多數頁巖氣開發還處于虧損狀態，僅昭通區塊的虧損達1.7個億。目前頁巖氣建井成本雖已由早期的1億降至6000萬元左右，但仍顯著超出北美的水平[11-12]。在我國加大天然氣開發、國際油價低位運行、公司盈利壓力增大的形勢下，中石油面臨著推動頁巖氣開發上產和縮減投資成本的兩難處境，亟需通過結合技術、資源對頁巖氣單井成本進行深入剖析，建立經濟評價系統體系，摸清成本變化規律，預測成本走勢，尋求降本空間，使投資決策、預算管控及降本手段更具科學性及可操作性[13-14]。

鉆井是石油天然氣勘探開發項目中投資最大的工程，對鉆井工程進行成本管控，能從根源上提高勘探開發項目資金的利用效率。基于此，本文以川南地區頁巖氣的實際工程、經濟及生產數據為基礎，用數據分析方法，探索投資預測模型，模型成果為預測鉆井工程投資成本提供了依據，為下一步工作提供了降本增效的決策參考。

1 ?川南地區頁巖氣鉆井投資分析

在石油工業中，油氣鉆井工程占據重要位置。油氣鉆井工程投資占油氣勘探開發投資比例達60%-70%，每口井的鉆井投資從幾百萬到幾千萬不等，甚至數億元[15]。國外石油公司目前已利用信息化平臺對投資成本進行大數據分析，而我國各油氣田公司的大數據分析方法研究運用較為滯后，但油氣田企業每年的物探、鉆井工程計劃結算項目在全年投資計劃中的占比逐年增高，傳統的成本分析方式已不能滿足處理龐大數據的時效性、邏輯性和準確性的要求[16]。基于此，本文以川南地區G頁巖氣區塊結算72口井費用參數為基礎，進行關鍵參數相關性分析，并據此建立預測模型。

對于頁巖氣的開發，影響鉆井工程造價的三個關鍵參數為井深、水平段長及壓裂段數，對于工程造價的高低起到決定性作用。為簡化預測模型，使模型操作性更強，本文選取這三個關鍵參數開展分析。

川南地區G頁巖氣區塊結算72口井的施工參數及結算費用情況如表1、圖1所示。井深數據總體呈正偏態，分布較平滑;水平段長數據集中分布于1500米左右;壓裂段數數據峰度高集中分布于20到25之間，總體呈正偏態，部分數據超過40段遠離平均值。單井總費用數據分布偏度較小，峰度接近于0，數據接近于正態分布。

圖2為井深X1、水平段長X2、壓裂段數X3和單井總費用Y數據作相關性分析圖，其中右上角部分為變量之間的相關系數與顯著評級，對角線部分為變量的數據分布，左下角部分為變量間的散點圖和擬合曲線。由圖可知目前井深與水平段長、水平段長與壓裂段數相關性最強，呈高顯著的正相關關系;單井總費用與三者的相關性也比較強。即單井總井深隨著水平段的增長而增長，相應地壓裂段數也增多，同時也驗證了井深、水平段長及壓裂段數是影響工程造價高低的關鍵參數這一論斷。

2 ?投資預測模型建立

回歸分析法是通過在掌握大量預測對象數據的基礎上，利用數理統計的方法，找出自變量與因變量的因果關系，并建立兩者之間相關性較好的回歸關系函數表達式（回歸方程式），用于預測未來數值的一種定量預測分析法。在油氣開采成本的預測應用中，人們通常是根據以往的經驗對油氣開采成本進行質的分析，確定各因素間的因果關系及因變量與自變量，以此來選擇建立何種數學模型。通過數學運算，得到參數間的數量關系，并建立預測模型，預測油氣開采成本的水平，揭示其內在聯系的規律性[17]。

2.1 多元線性回歸模型

在研究了大量前人建立的成本預測模型的基礎上，筆者擬采用多元回歸預測的方法來預測川南地區G頁巖氣區塊鉆井工程投資。結合頁巖氣鉆井的實際情況及前述相關性分析結果，提出了如下假設：鉆井成本和鉆井井深、水平段長、壓裂段數均存在一定比例關系，且井深越大、水平段越長、壓裂段數越多，鉆井投資就越高。本文旨在構建一個頁巖氣鉆井投資預測模型，也即是構造一個頁巖氣鉆井成本和鉆井井深、水平段長及壓裂段數間的比例關系模型。擬以川南地區G頁巖氣區塊已結算的72口井參數作為樣本來預測和分析這4個變量之間的假設和回歸關系。

2.2 工程參數對單井造價敏感性分析

敏感性分析所指的是每個因素的改變對影響指標的程度進行分析以及測定，對外在條件出現不利的改變時指標（針對于某一項目）所能承受的能力進行判斷。控制其工程造價的過程中，我們對該項目對于變化因素所能承受的能力不進行討論，而是利用敏感性分析概念來找到最敏感的因素，以科學方式的調整其設計方案或是改變其施工方式等手段來進行控制，進而達到對造價進行合理的降低的目的[18]。

以回歸模型中的關鍵參數為敏感因素，繪制敏感性分析圖（圖3），敏感性系數分別為井深1.1099、水平段長0.5894、壓裂段數1.3219，工程參數中壓裂段數的變化對單井總費用的影響相對較大，其次為鉆井井深，水平段長的變化對總費用的影響最小。

3 ?案例分析

利用所得預算模型對一些已完成預可研階段項目的單井投資進行計算，并與定額測算造價進行比較，以檢驗估算模型的適用性。

檢驗成果如表2所示，通過多元線性回歸方法得到的單井預算模型與定額測算造價相對誤差較小，最大為-11.92%，最小為0.16%，平均誤差值-3.48%。基本可以滿足投資預測的精度要求。從而可以證明，本文提出的假設方法是可行的。隨著數據庫系統不斷增容，建立回歸預測模型時，選取樣本的代表性將增強，將有利于降低預測時的誤差。

4 ?結論及建議

①針對四川盆地國家級頁巖氣示范區，從川南地區頁巖氣開發現狀出發，開發成本過高成為亟需解決的問題，其中鉆井工程作為石油開發的基礎環節之一，其投資成本的控制將直接影響整體施工的資金投入。

②以川南地區G頁巖氣區塊結算72口井的施工參數及結算費用為基礎進行成本分析，顯示鉆井井深、水平段長和壓裂段數是影響單井總費用的因素，能解釋48%的單井總費用變化情況，其中以壓裂段數對總費用影響最大，其次為井深和水平段長。通過成本分析，深入解釋了鉆井系統工程投資成本變動規律，尋找降低投資項目工程成本的途徑，可對下一步成本控制提供結構性的量化指標。

③利用數理統計方法，建立了投資預測模型，并與未實施井定額測算結果間的相對誤差值僅-3.48%，基本可以滿足投資預測的精度要求，有效預測了油氣開采投資水平，揭示其內在聯系規律性;同時，隨著勘探開發區域逐步擴大，工程建設中復雜作業等情況增多，直接導致鉆井系統工程投資成本測算信息量劇增，利用投資預測模型進行快速測算，可以達到提高工作效率的目的，并為下一步工作提供降本增效的決策參考。

④基于頁巖氣開發投資成本數據庫，應用科學手段進行成本分析和預測模型建立，可用于指導頁巖氣開發方案編制和論證審批，有利于合理確定和有效控制工程造價，有利于頁巖氣開發項目投資決策水平、投資效益、投資成本管控水平的提高，以及頁巖氣開發項目的可持續發展，為我國頁巖氣規模、高效開發提供技術保障。

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