頁巖氣資源的經濟性分析——以Marcellus頁巖氣區帶為例

高世葵 朱文麗 殷誠

中國地質大學（北京）人文經管學院

據美國能源信息署（EIA）2013年的資料［1］，中國頁巖氣技術可采資源量為31.57×1012m3，居世界首位，發展潛力較大。隨著2012年中國頁巖氣“十二五”規劃的發布及一系列支持政策的出臺，包括中石油、中石化、中海油和延長石油在內的國內四大石油公司率先開展了頁巖氣勘探開發實踐并已取得重要突破，中國華電、國開投、神華等企業也積極投身頁巖氣勘探開發并取得了部分礦權，四川、重慶、遼寧等地方政府則迅速組建了相關機構力求有所發展［2］。由此可見，國內頁巖氣熱已成必然趨勢。

對項目進行經濟分析，不僅可以為投資決策提供科學合理的依據，在項目或方案比選中起到重要的作用，而且還可以促進產業政策的實現、促使產業結構與規模結構合理化，從社會范圍內實現人、財、物等資源的優化配置［3］，意義十分重大。因此，在投資油氣資源項目時，需要進行經濟分析。與常規油氣資源相比，作為非常規天然氣資源之一的頁巖氣具有開采成本高、鉆探工程工藝技術復雜、生產過程產量遞減快、最終產量不易準確預測［4］等特點，使得頁巖氣資源開發風險大，科學決策更加不易。因此，對頁巖氣資源的經濟性分析就顯得尤為重要。

目前，國內外針對頁巖氣資源的經濟性研究都較少。為此本文以北美已實現商業開采的頁巖氣區帶之一的Marcellus頁巖氣區帶為例，進行頁巖氣資源的經濟性分析與研究，以期從經濟的視角來探討開發頁巖氣資源的價值和風險。

1 Marcellus頁巖氣區帶經濟參數

Marcellus頁巖氣區帶位于美國東部的阿巴拉契亞盆地，頁巖面積約24.28×104km2。該區帶分為2個核心區：東北核心區主要產干氣；西南核心區處于濕氣窗，產凝析油和天然氣凝液（NGL）。Marcellus頁巖氣可采資源量為5.3×1012m3，可供應全美20多年的天然氣消費量。Marcellus頁巖氣區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頁巖氣區帶在北美擁有技術可采資源量最大、產量增長最快的特點［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。

本次研究選取了Marcellus頁巖氣區帶內的11家主要能源公司（表1），對這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據進行了系統采集與分析，最終得到了Marcellus頁巖氣區帶的經濟參數簡表（表2）。

表1 Marcellus頁巖氣區帶11家主要能源公司統計表

2 Marcellus頁巖氣經濟性分析

本研究以凈現值（NPV，Net Present Value）為經濟評價指標，進行現金流量分析，在此基礎之上，進行敏感性分析［8－10］，分析流程如圖1所示。

2.1 樣本分組

頁巖氣的資源等級本身就是影響其經濟性的根本因素之一。單井初始產量是頁巖氣資源等級劃分的標準之一，也是判斷頁巖氣井能否收回投資最主要的因素，因此對單井初始產量遞補減規律的準確預測十分重要，所以需要對其進行專門的分析。

根據Marcellus頁巖氣區帶內11家主要能源公司大量的單井30天的平均初始產量的分布繪制其初始生產量（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。

將單井初始產量按由高到低的序列排列，并取其第10%、50%、90%的初始產量數據為節點，把頁巖氣資源劃分為P10、P50、P90這3個等級。其中P10為高產井，IP 為7.9×106ft3／d，對應EUR（最終采收量）為9.0×109ft3；P50為中等產量井，IP 為4.66×106ft3／d，對應EUR 為4.76×109ft3；P90為低產井，IP 為3.52×106ft3／d，對應EUR 為3.97×109ft3。以此3個資源等級展開如下頁巖氣經濟性分析如圖1所示。

2.2 經濟參數范圍設定

為進行頁巖氣資源的敏感性分析，需要對相關的經濟參數的范圍設定。根據Marcellus頁巖氣區帶中11家公司的統計數據并結合整個北美的情況，相關經濟參數的設定范圍如表3所示。

表2 Marcellus頁巖氣區帶經濟參數簡表

圖1 頁巖氣經濟評價流程圖

圖2 Marcellus頁巖氣區帶單井IP概率分布圖

開發成本以單井為單位計算，在本研究中計為單井投資，根據Marcellus頁巖氣區帶中11家主要公司的統計數據，開發成本平均為5.44×106＄，綜合考慮該區帶內眾多其他公司及整個北美地區的頁巖氣單井投資情況，將開發成本的范圍設定為2.5×106～10.5×106＄。氣價是影響頁巖氣經濟效果的最重要因素之一，它具有極大的不穩定性，會受到季節、供需及其他事件（如地震、颶風等）等的影響。根據EIA公布的2011年—2012年的天然氣價的波動情況，將氣價的最小值設定為2＄／103ft3，最大值設定為6＄／103ft3。各公司在Marcellus頁巖氣區帶的資源稅率多數為15%，綜合考慮整個北美地區的資源稅率，將頁巖氣資源稅率變動范圍設定為10%～30%。操作成本和折現率的設定范圍綜合了Marcellus頁巖氣區帶東北和西南兩個核心區的數據［11－12］，其中操作成本的設定范圍為1～3＄／103ft3，折現率的設定范圍為7.5%～12.5%。同理，井距的范圍設定為60～120英畝／井。

表3 Marcellus頁巖氣區帶經濟參數范圍設定表

2.3 單井經濟性測算

現金流量分析是從現金的流入和流出情況來分析把握企業或項目在一定期間內的經營、投資和籌資活動所產生的現金流量［13］。本次研究中，采用的計算現金流量方法簡化為：

現金流量＝總收入－資源稅－開發成本－操作成本－稅收［14］，即

NCF＝GR－ROY－CAPEX－OPEX－TAX式中NCF表示現金流量；GR表示總收入，等于產量與氣價之乘積；ROY表示資源稅，是最主要的礦區資源使用成本，資源稅率高低由政府規定；CAPEX表示開發成本，以單井為單位，以鉆井、完井成本為主，還包括土地征用、開采設備、管道建設等費用；OPEX表示操作成本，包括生產成本、綜合管理費等，操作成本與產量密切相關；TAX表示向政府交納的稅費。

本研究采用NPV作為頁巖氣經濟分析的指標，NPV的計算方法為：

式中NCF表示現金流量，k表示基準折現率，在研究中取10%，t表示時間。

2.4 主控因素的確定

為了確定影響NPV值的參數（即主控因素）及其作用程度，本研究在分析現金流量的基礎上，以NPV為指標進行各參數敏感性分析，根據不同參數的變化所帶來的NPV的變化（率）而確定其主控因素。敏感性分析基準方案為：氣價4＄／103ft3，單井初始產量5×106ft3／d，操作成本1.5＄／103ft3，開發成本5 ＄／103ft3，資源稅率15%，根據基準方案而計算的NPV為1.02×106＄。把氣價、初始產量、操作成本、開發成本和資源稅率的參數值分別進行20%、40%、60%的上下變化，計算由此導致的NPV的變化，分析結果如表4及圖3所示。

表4 頁巖氣經濟參數敏感性分析（NPV的變化率）表

圖3 頁巖氣經濟參數敏感性分析（NPV變化率）圖

由此確定出影響頁巖氣開發經濟價值的3大主控因素為價格、成本和初始產量。

2.5 經濟評價圖版建立

經濟評價圖版的構建是指通過敏感性分析不確定性因素帶來的經濟效果的變動，尋找經濟邊界，繪制出包含這種經濟邊界的圖示模版。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NPV的影響程度只有4%，但由于其人為可控性使得對資源稅率的研究能指導政府相關政策的制定。因此，本研究也把資源稅率也作為不確定性因素，一并構建評價圖版。此外，本研究對產量這一不確定性因素進行分析時，是基于所劃分的3個資源等級而建立經濟評價圖版的。

2.5.1 氣價—開發成本的經濟評價圖版

氣價—開發成本的NPV敏感性分析：在不同氣價下，3個資源等級的頁巖氣開發成本不同時的NPV變化如表5所示。基于表5繪制的氣價—開發成本經濟評價圖版如圖4所示。當氣價為2＄／103ft3時，只有P10井在開發成本小于2.5×106＄時才具經濟性；當氣價為3＄／103ft3時，P10井在開發成本小于6×106＄、P50井在開發成本小于3×106＄、P90井在開發成本小于2.6×106＄時具有經濟性；氣價為4＄／ft3時，P10井在開發成本小于9×106＄、P50井在開發成本小于4.8×106＄、P90井在開發成本小于4.6×106＄時具有經濟性；氣價為5＄／103ft3時，P10井全部具經濟性、P50井在開發成本小于6.6×106＄、P90井在開發成本小于4.6×106＄ 時具經濟性；氣價為6＄／103ft3時，P10井全具經濟性、P50井在開發成本小于8.6×106＄、P90井在開發成本小于6.5×106＄時具經濟性。

表5 NPV（氣價—開發成本）的敏感性分析表

圖4 氣價—開發成本的經濟評價圖版

2.5.2 氣價—操作成本的經濟評價圖版

用同樣的方法，確定在不同天然氣價位下，3個資源等級的頁巖氣井在不同操作成本時的NPV變化，繪制氣價—操作成本的經濟評價圖版（圖5）。當氣價為2＄／103ft3和3 ＄／103ft3時，3個資源等級的頁巖氣井都不經濟；當氣價為4＄／103ft3時，只有P10資源等級的頁巖氣井經濟，P50、P90資源等級的井都不經濟；當氣價為5＄／103ft3時，P10資源等級的井都經濟，P90資源等級的井都不經濟，而P50資源等級的井在操作成本低于2.4＄／103ft3時經濟；當氣價為6＄／103ft3時，P10、P50資源等級的井都經濟，而P90資源等級的井在操作成本低于2.6＄／103ft3時經濟。

2.5.3 氣價—資源稅的經濟評價圖版

在不同天然氣價位下，3種資源等級的頁巖氣在不同資源稅率下的凈現值的變化，繪制相應的氣價—資源稅經濟評價圖版，如圖6所示。氣價為2＄／103ft3和3＄／103ft3時，所有資源等級的井都不經濟；當氣價為4＄／103ft3時，P10資源等級的井在資源稅率低于28%時經濟，但P50、P90資源等級的井都不經濟；當氣價為5＄／103ft3時，P10資源等級的井經濟，P50資源等級的井在資源稅率低于15%時經濟，P90資源等級的井不經濟；氣價為6＄／103ft3時，P10、P50資源等級的井都經濟，P90資源等級的井只在資源稅率低于12%時經濟。

圖5 氣價—操作成本的經濟評價圖版

圖6 氣價—資源稅率的經濟評價圖版

2.6 Marcellus區帶經濟性分析

為了揭示整個Marcellus頁巖氣區帶的經濟性，根據EIA（2013年）公布的2011年—2012年美國的頁巖氣價格的波動情況，以氣價為3.5＄／103ft3和4.5＄／103ft3為代表，分析整個區帶NPV分布并測算出NPV的期望值，如圖7所示。當氣價為3.5＄／103ft3時，Marcellus頁巖氣資源的NPV的期望值為－0.37×106＄（SD＝1.32），其中P10資源等級的井都經濟，P50資源等級的井僅有40%經濟，P90資源等級的井只有24%經濟；當氣價為4.5＄／103ft3時，Marcellus頁巖氣資源的NPV的期望值為1.62×106＄（SD＝2），P10和P50資源等級的井都經濟，P90資源等級的井有82%經濟。

圖7 NPV的分布柱狀圖

3 結論與建議

3.1 頁巖氣資源的經濟分析

1）頁巖氣資源經濟性分析不同于常規天然氣，不僅要通過凈現金流量法來計算是否具有經濟效益，更重要的是需通過敏感性分析確定經濟邊界［15］。其經濟評價流程為：①依據單井初始產量對頁巖氣井進行分組；②確定影響頁巖氣經濟開發的主控因素；③通過主控因素分析尋找經濟邊界，建立主控因素經濟評價圖版。

2）影響頁巖氣資源經濟價值的主控因素為氣價、單井初始產量和成本（包括開發成本和操作成本）。頁巖氣（單井初始產量）的資源等級是影響經濟性的根本因素，初始產量是判斷頁巖氣井能否收回投資的關鍵因素，對其準確預測顯得十分重要。

3.2 Marcellus頁巖氣區帶經濟評價結果

1）通過 Marcellus頁巖氣區帶中11家公司的2011年—2012年度頁巖氣井的開采數據統計，確定了Marcellus頁巖氣區帶的經濟參數及取值范圍，建立了一套基礎數據表。

2）通過Marcellus頁巖氣區帶經濟敏感性分析，構建了Marcellus頁巖氣區帶在不同氣價、開發成本、操作成本和資源稅負下的經濟評價模板，確立了各個不確定因素的經濟邊界，指出在當前開采條件下，當氣價為5＄／103ft3時，P50資源等級的井具有經濟性的條件是資源稅率必須低于15%。

3）通過Marcellus頁巖氣區帶經濟期望值預測，明確了目前Marcellus頁巖氣區帶的頁巖氣井在不同氣價下的經濟性，認為當氣價為3.5＄／103ft3時，Marcellus頁巖氣區帶只有不到一半的頁巖氣井經濟，當氣價為4.5＄／103ft3時，Marcellus頁巖氣區帶的大多數井都具經濟性。

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據僅為2011年—2012年兩年內的數據，時間跨度并不大。因此縱向變化規律和動態性研究還不夠深入。

2）政策建議：①為鼓勵在中國發展頁巖氣，政府可制定一個較為合適的資源稅率，以吸引各種資本的投入；②參與頁巖氣開發的各企業，在取得單井初始產量后，可利用本研究提供的經濟評價思路和評價模型來估算出現行成本和氣價條件下頁巖氣井的經濟性，以期更科學合理地指導投資決策。

［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.

［2］ 新浪財經.頁巖氣“背負”厚望或成中國能源新寵［EB／OL］.（2013－08－28）.http：∥finance.sina.com.cn／money／future／futuresnyzx／20130828／134616590508.shtml.Sina Finance.The shale gas is concerned so much which may lead a crucial kind of energy in China［EB／OL］.（2013－08－28）.http：∥finance.sina.com.cn／money／future／futuresnyzx／20130828／134616590508.shtml.

［3］ 李開孟.經 濟評價［EB／OL］.［2014－05－05］.http：∥www.cnaec.com.cn／Info／Show.asp？ID＝179091.Li Kaimeng.Economic evaluation［EB／OL］.［2014－05－05］.http：∥www.cnaec.com.cn／Info／Show.asp？ID＝179091.

［4］ 董大忠，鄒才能，楊樺，等.中國頁巖氣勘探開發進展與發展前景［J］.石油學報，2012，33（增刊1）：107－114.DONG Dazhong，ZOU Caineng，YANG Hua，et al.Progress and prospects of shale gas exploration and development in China［J］.Acta Petrolei Sinica，2012，33（S1）：107－114.

［5］ 夏玉強.Marcellus頁巖氣開采的水資源挑戰與環境影響［J］.科技導報，2010，28（18）：103－110.XIA Yuqiang.The challenges of water resources and the environmental impact of Marcellus Shale gas drilling［J］.Science ＆ Technology Review，2010，28（18）：103－110.

［6］ Global Data.Marcellus Shale in the US－Gas shale market analysis and forecasts to 2020［R］.London：Global Data，2010：1－6.

［7］ GIS data.Marcellus Shale play［J／OL］.Q3 2012North A－merican Shale Quarterly.http：∥nasq.hartenergy.com／Shales／Marcellus／2012－Q3／

［8］ 王希耘，董秀成，皮光林，等.石油替代能源經濟性研究［J］.科技與企業，2013（2）：89－91.WANG Xiyun，DONG Xiucheng，PI Guanglin，et al.Economic research of oil alternative energy［J］.Science－Technology Enterprise，2013（2）：89－91.

［9］ 余彬，鮑兵力.現金流量分析在企業財務管理中的運用［J］.經營與管理，2011（9）：106－107.YU Bin，BAO Bingli.The application of cash flow analysis in financial management［J］.Management and Administration，2011（9）：106－107.

［10］ 楊魯營.油田企業利潤的敏感性分析［J］.石油化工技術經濟，2004，20（4）：56－58.YANG Luying.Analysis on the profit sensitivity of oil field enterprises［J］.Techno－Economics in Petrochemicals，2004，20（4）：56－58.

［11］ Wood Mackenzie.Play Overview－Marcellus northeast shale［EB／OL］.［S.l.］：Wood Mackenzie Unconventional Gas Service，2010.

［12］ Wood Mackenzie.Play Overview－Marcellus southwest shale［EB／OL］.［S.l.］：Wood Mackenzie Unconventional Gas Service，2010.

［13］ 傅家驥，仝允桓.工業技術經濟學［M］.北京：清華大學出版社，1986：55.FU Guji，TONG Yunhuan.Technical economics of industry［M］.Beijing：Tsinghua University Press，1986：55.

［14］ KAISER M J.Haynesville shale play economic analysis［J］.Journal of Petroleum Science and Engineering，2012，82－83：75－89.

［15］ 謝彬，王世圣，喻西崇，等.FLNG／FLPG工程模式及其經濟性評價［J］.天然氣工業，2012，32（10）：99－102.XIE Bin，WANG Shisheng，YU Xichong，et al.FLNG／FLPG engineering modes and their economy evaluation［J］.Natural Gas Industry，2012，32（10）：99－102.