煤層氣項目經濟評價理論與方法研究進展

楊永國 李映潔 秦 勇

0 引言

加大煤層氣資源的勘探開發，在緩解我國清潔能源短缺困境、控制碳排放、加強煤礦生產安全等多個方面都具有重要的意義，對中國經濟社會可持續發展尤為重要[1]。然而，我國煤層地質條件復雜，煤層氣開發具有周期長、風險高、不確定性大等特點[2]。為了進一步提高煤層氣資源開發的綜合效益、降低項目投資風險，有必要開展煤層氣項目經濟評價，協助項目投資方實現科學決策。煤層氣項目經濟評價，是指在煤層氣資源稟賦狀況、勘探開發技術、煤層氣資源產業政策和區塊社會環境約束下，從經濟角度對煤層氣項目效益進行的分析，目的是評價項目各方案的可行性，根據評價結果選取合適的項目實施方案，根據敏感性分析縮減成本、降低風險、優化經營體系。合理選擇經濟評價方法是保證煤層氣項目經濟評價客觀性的前提。關于煤層氣項目的開發和經濟分析工作，最早在美國圣胡安盆地和黑勇士盆地展開[3]，并隨著煤層氣產業的發展形成多種方法。近年來，相關研究從產能預測、評價指標、市場需求等不同角度建立了預測模型，但缺乏相應的研究脈絡分析。隨著我國煤層氣產業發展進入新階段，對煤層氣項目經濟評價工作也提出更高的要求。為此回顧了煤層氣項目經濟評價研究的發展進程，基于文獻計量學方法探討了煤層氣項目經濟評價領域知識圖譜的結構與演進趨勢；對比分析了評價方法應用場景及優缺點，進而提出了深化研究的建議。

1 煤層氣項目經濟評價研究進程

煤層氣項目的經濟評價工作是煤層氣大規模開發項目取得重大進展的產物。20世紀70年代，美國為了成功進行煤層氣資源的商業開發，在煤層氣產能分析與開發工藝等方面進行了大量的研究。與此同時，煤層氣項目的經濟評價工作也受到了高度重視并迅速發展，從技術發展的角度來看可以大致分為3個階段：探索階段、突破階段、深化階段。

1.1 探索階段

從20世紀80年代到21世紀初期，煤層氣項目的經濟評價工作研究主要是進行方法的探索，評價方法也主要借助于財務評價方法。1980年，隨著美國黑勇士盆地地區煤層氣開發區的建成投產，煤層氣資源進入商業開發利用階段[4]，煤層氣項目經濟評價的理論與方法的研究文獻相繼出現[5]，推動了煤層氣項目經濟評價研究工作的規模展開。該時期美國分別在地質勘探階段和開發階段對項目進行經濟評價，根據傳統的投資評價方法確定最佳開發方案，煤層氣項目的經濟評價模型開始建立。例如，Kuuskraa[3]結合美國圣胡安盆地和黑勇士盆地討論了煤層氣項目經濟評價技術；Dickehuth等[6]基于阿巴拉契亞地區煤層氣資源量潛力的評估，在研究考察該地區煤層氣開采經濟效益的基礎上，確定了項目到管道的經濟連接距離。Dhir等[7]基于貼現現金流法，建立了在煤層氣儲量評價基礎上的煤層氣項目經濟分析方法，對煤層氣潛在投資項目預期收益風險的下行概率度量進行了排序。隨后，借鑒美國煤層氣開發項目的經濟評價方法，澳大利亞學者對鮑恩盆地和悉尼盆地分別進行煤層氣開發試驗經濟評價，指出了煤層氣開發項目需要關注的優勢因素[8]。我國研究人員根據煤層氣開發的實際情況，結合國外煤層氣項目經濟評價有效性的啟發，對煤層氣項目經濟評價的意義與特殊性、評價指標和評價模型等進行了探討。

1.2 突破階段

進入21世紀，煤層氣項目經濟評價方法的研究工作獲得了突破性進展。相關研究打破了財務分析的局限，通過多學科的方法和手段，系統研究了影響因子與評價模型的關系，實現了綜合評價。Bank等[9]的研究顯示，煤層氣采出水管理對波德河盆地煤層氣的經濟產量有顯著的影響。我國煤層氣的產業化開發也在21世紀初取得了實質性進展，相關研究人員針對煤層氣地質條件復雜、開發周期長、項目投資回收慢、投資風險大的特點，總結了煤層氣項目經濟評價工作的特殊性[10]，建立了煤層氣項目風險評價模型[11]，并從項目投資、采氣成本、產能預測和財務評價等方面建立了煤層氣開發項目的經濟評價方法和預測模型[12]。

1.3 深化階段

2010年至今，是煤層氣項目經濟評價方法研究工作的深化階段。和傳統確定性的經濟評價工作相比，這一階段的理論與方法進一步面向煤層氣產業發展的新需求，嘗試為模型提供關于結果可能性的信息。煤層氣項目經濟評價工作從對特定井分析拓展到不同維度的經濟性分析，相關研究在探討煤層氣開發特點的基礎上，結合不同階段煤層氣開發項目的系統特征，探討和發展了煤層氣項目經濟評價理論與方法。同時，煤層氣項目經濟評價也逐漸深入產業過程的具體環節，如在給定生產時間框架下通過計算凈現值評估煤層氣壓裂活動對經濟可行性的影響[13]。Sander等[14]將油藏模擬器與技術經濟模型耦合，提出將儲層性質和經濟參數的不確定性風險納入煤礦瓦斯強化抽采技術的經濟評價方法中。

2 煤層氣項目經濟評價文獻計量分析

通過對煤層氣項目經濟評價研究工作的發展進程分析可以看出，隨著煤層氣產業的發展，項目經濟評價工作的地位與意義逐步獲得認可。隨著我國煤層氣產業發展邁入新階段，考慮到我國煤層氣開發條件的特殊性，有必要對相關領域的研究進行系統的梳理。為此，對相關文獻開展量化統計分析，以對我國煤層氣項目經濟評價研究知識結構形成更全面、客觀的認識。經過前期數據庫調研可知，中國知網（CNKI）較為全面地收錄了我國煤層氣項目經濟評價研究領域的期刊論文。借助CNKI數據庫，梳理我國煤層氣項目經濟評價研究的發展歷程和文獻分布特點，分析研究現狀，對研究熱點與合作情況進行總結。

2.1 文獻分析

為確保文獻學術性，對檢索到的文獻中刪除卷首語、會議通知、政府文件等無關條目，精確檢索到88篇相關論文，發表于43種期刊。其中，載文量為10篇的期刊僅有《天然氣工業》與《中國煤層氣》，其次為《煤田地質與勘探》發表5篇，《煤炭學報》及《能源技術與管理》分別發表4篇（表1）。總體而言，煤層氣項目經濟評價研究成果主要刊登在工程科技、經濟與管理科學類期刊，期刊來源分布較為分散，穩定的核心期刊群尚未形成，還需繼續提升對該領域研究的質量。

表1 煤層氣項目經濟評價研究期刊論文統計表

分析上述88篇文獻，煤層氣項目經濟評價方法的研究主要包括貼現現金流法（頻次56）、定量與定性相結合方法（頻次7，如模糊綜合評價、層次分析、灰色關聯法等）、實物期權法（頻次3）、數據包絡分析（頻次1）等。由此可見，建立在現代經濟學效用價值理論之上的貼現現金流法雖然在評價中忽略了不確定性，但仍是動態評價煤層氣項目投資決策的重要方法之一[15]。71篇文獻進行了方法闡述與實例應用；14篇文獻進行了方法的理論探討；3篇文獻進行了評價方法的對比。進一步分析表明，相關研究的要素主要包括煤層氣項目經濟評價的指標體系、研究區塊、風險分析、優惠政策等。從20世紀80年代的模式初探開始，學者們從煤層氣項目投入產出角度，建立和驗證了不同區塊經濟評價模型。21世紀初，除貼現現金流法外，定量與定性相結合方法也開始應用到煤層氣項目的經濟評價研究中，通過實例研究證明了模型在定量評價中的可靠性，為投資決策提供了可靠依據。隨后，實物期權法、數據包絡分析法等考慮不確定性因素的投資決策方法逐漸被引進到煤層氣項目經濟評價的研究中，開展了不同方案的優化井網部署與開發方案對比，完善了煤層氣項目經濟評價內涵，煤層氣項目經濟評價研究進入了深入階段。

2.2 作者分析

發文量反映了學者對該領域的關注度。統計分析的88篇論文里共有189位作者，發文量排名前3的作者為楊永國、羅東坤和代由進，分別發表了8篇、7篇、5篇論文；發表4篇論文的作者3位；3篇論文的作者5位；2篇論文的作者18位；僅發表1篇的作者有160位。這一現象說明目前該領域具有影響力和代表性的學者較少，大部分作者的研究不具有持續性。

通過文獻計量軟件分析，煤層氣項目經濟評價領域以羅東坤、代由進、楊永國等3名學者為中心的合作團隊規模最大。除此之外，絕大多數的作者之間不存在或存在較弱的合作關系，多以小規模合作或獨立研究為主。表2展示了在該領域發文頻次前10的作者發文情況分析，其中，“度中心性”用來刻畫節點的中心性，即與作者接相連的相關程度，節點的度中心性越高，該節點在網絡中越重要。由表2可知，主要的合作網絡圍繞高產作者展開，多為師生合作模式或同一研究機構的同時間合作模式，也包括一些跨地區單位合作模式。

表2 煤層氣項目經濟評價研究作者發文情況分析表

2.3 機構分析

機構發文量反映研究機構在煤層氣項目經濟評價領域的學術影響力。分析結果顯示，我國煤層氣項目經濟評價的研究機構之間僅有小范圍合作，總體研究較為分散。高產機構主要集中在中國石油大學（北京）、中石油煤層氣有限責任公司、中煤科工集團西安研究院有限公司和中國礦業大學。大量機構的發文率較低，反映科研產出不平衡。此外，多數發文機構為單一機構，其余研究機構可以劃分為5個合作群。第一個合作群為中國石油大學（北京）、中石油煤層氣有限責任公司、中聯煤層氣國家工程研究中心有限責任公司等在內的15個機構；第二個合作群包括中國礦業大學、煤層氣資源與成藏過程教育部重點實驗室、江蘇建筑職業技術學院等6個合作機構；第三個合作群包括中國石油青海油田公司、中國石油大學（北京）、中石油西部鉆探工程有限公司等機構；第四個合作群為中煤科工集團西安研究院有限公司、河南理工大學、山西藍焰煤層氣集團有限責任公司；第五個合作群包括中國石油大學（北京）、中國石化勝利油田和中國石油華北油田公司。其中，第一個合作群和第二個合作群具有明顯的地域相關性。

3 煤層氣項目經濟評價方法分析與對比

3.1 貼現現金流法

國內外煤層氣項目經濟評價目前應用最廣泛的是投資評價方法，即貼現現金流法。該方法基于貨幣的時間價值，通過項目實施后的預測產品價格、投資、生產成本費用等按設定的貼現率，計算和分析項目的盈利能力。凈現值法、現值指數法、內含報酬率法等方法是貼現現金流法計算項目投資收益的常用方法，考慮了貨幣的時間價值以及項目的現金流量。目前貼現現金流法是煤層氣項目經濟評價的主要方法。

3.2 實物期權法

與貼現現金流法不同，實物期權法將未來發展的不確定性視為機會，根據煤層氣項目不確定性對項目隨時調整決策，將不確定性轉化為收益。20世紀90年代，國外石油天然氣領域開始采用實物期權理論對項目進行風險和經濟評價，例如美孚公司“石油公司的天然氣開發”項目、雪佛龍公司的投資決策、BP石油公司的風險評價[16]等。在煤層氣項目經濟評價中，實物期權法首先考慮了煤層氣地質條件、市場環境、經濟前景等方面的不確定性，依據對經濟效益產生的風險評估，實現對傳統經濟評價方法無法明確的項目價值的修正補充[17]。例如，計曉東等[18]探討實物期權中不確定性影響，識別并量化煤層氣項目的不確定因素，提出實物期權法在煤層氣項目經濟評價應用中需要把握的問題，為煤層氣項目的經濟評價提供了新的思考。劉清志等[19]研究實物期權法的布萊克—舒爾斯定價模型與二叉樹模型，得出二叉樹模型限制條件相對較少、對不確定性因素的考慮更為全面，因此更適合煤層氣項目的經濟評價。

3.3 數據包絡分析法

數據包絡分析是一種數據驅動的非參數數學規劃方法，用于評價多投入與多產出的同質決策單元之間的效率，不需要進行生產函數及相關參數假設估計。數據包絡分析方法已經成功運用到煤層氣經濟評價的不確定性分析中，例如，陳玉華[20]將數據包絡分析方法與煤層氣項目經濟評價有效結合，在經濟評價指標體系的基礎上，建立了有界數據包絡分析煤層氣項目經濟評價模型，通過分析不同產出效益與不同地區的煤層氣開發方案，評價了沁水盆地潘莊區塊4種煤層氣井型的產出效率。

3.4 定量與定性相結合方法

煤層氣項目經濟評價領域常用的定量與定性相結合方法包括層次分析法和模糊綜合評價法。其中，層次分析法模仿人類解決復雜決策問題時的思維判斷過程，將決策問題分解為多個層次，通過兩兩比較的方式確定各因素的重要性，再結合專家打分實現相對重要性排序，因此經常被用來計算權重；模糊綜合評價法基于模糊集理論，以隸屬度函數為橋梁，將定性評價指標轉化為定量指標[21]，因此用來對項目進行綜合性評價。進行模糊綜合評價時，可先使用層次分析法對各個因素進行權重賦值。不同研究者基于煤層氣項目的層次系統性，運用矩陣合成原理，將定性因素定量化，構建經濟評價指標體系，對煤層氣項目進行經濟評價。例如，楊永國等[22]利用層次分析法確定了評價矩陣的指標權重，運用模糊綜合評價構造了評判矩陣，對晉城礦區煤層氣項目進行了經濟性綜合評價，根據最大隸屬原則，確定研究區煤層氣項目具有較好的經濟效益和樂觀的開發前景。

3.5 不同方法對比

貼現現金流法、實物期權法、數據包絡分析法、定量與定性相結合方法是目前煤層氣項目經濟評價常用的4種方法，也是油氣項目戰略投資評價的常用方法。這些方法因其自身的特點有各自的應用場景，具體優缺點對比分析如表3所示。

表3 不同經濟評價方法主要優缺點對比表

4 新發展階段下對項目經濟評價的建議

經過多年的科技攻關與探索實踐，我國煤層氣產業的技術理論與工程研究取得諸多成果，煤層氣產業迅速發展，進入新的發展階段[24]。然而，與之相適應的煤層氣項目經濟評價研究還有很大的提升空間，例如對不同方法的適用場景探討、新的評價方法引入等。分析煤層氣項目經濟評價領域學術論文發表的情況，基于煤層氣項目經濟評價研究熱點與煤層氣產業發展的聯系，結合當前煤層氣項目經濟評價常用方法，建議從4個方面加強煤層氣項目經濟評價研究工作。

1）加強跨界合作。從文獻層面分析的合作關系情況來看，煤層氣項目經濟評價研究機構的合作呈現很大的地域局限性。建議各個機構、學者加強合作，破除學術壁壘，優化資源配置，引導更多機構、學者參與研究，改善科研產出不均衡性的狀況。考慮到煤層氣項目最終需要產業化的技術革命和政策支持來實現，應增強研究者之間的合作，加強高校、科研院所、生產單位之間的交流，促進產學研結合，將理論與經驗相結合，使得理論研究在解決實際問題中落地。

2）完善評價方法。當前的煤層氣項目經濟評價方法還存在一些不足，例如評價指標體系不統一、評論方法老舊、評價模型粗糙等。在實際應用中，應建立合理的評價指標體系。對于評價模型的選擇，考慮到煤層氣項目的投資風險高、周期長、不確定性大等特點，避免項目評價方法單獨使用時出現高估或低估價值，應多角度、多方法考慮項目的實施條件，根據不同的評價對象采用合適的方法，組合優化多種模型，從而提高決策支持與投資評價的效果。例如，使用一種評價方法的預測結果作為基礎，利用其他方法進行修正。此外，現有的主要研究方法——貼現現金流法進行煤層氣項目的經濟評價時更多的是從經濟效益角度考慮，以財務評價為指標，評價項目的宏觀經濟效益目標。今后的煤層氣項目經濟評價，應多從經濟效益、環境效益、技術分析角度進行綜合分析研究。

3）綜合考慮評價的動態性。煤層氣項目各項成本和經濟指標始終處于動態變化狀態，煤層氣項目經濟評價也應該是一個動態變化的過程。在實際評價中，需要根據項目的實際進展，緊密跟蹤生產數據，動態調整評價體系。除了項目立項前的經濟評價，也要在項目實施過程中進行中評價與后評價，分析變化原因，針對未達到預期目標的項目提出對策。鑒于煤層氣資源非均質性強的特點，“甜點”預測是煤層氣開采工作中的一項重要技術，因此對煤層氣項目的經濟評價宜根據甜點接續開發采用的經濟評價流程[25]，在上一個甜點接續區布井生產的同時，進一步勘探和確定下一個甜點區，并進行經濟評價。

4）提高煤層氣產能預測的可靠性。煤層氣銷售收入是煤層氣開發項目的主要收入方式，因此煤層氣井產能預測是開發項目經濟評價的基礎。限于動態排采資料的滯后性，產能預測需要通過數值模擬軟件或經驗曲線法進行，對輸入參數的精度要求較高。然而由于精確的裂縫和儲層參數難以獲取，以及氣體運移機理尚不完全清晰，導致產能模擬并非總是足夠精確。因此，對煤層氣產量和趨勢進行準確預測并進行相應調整，以確保項目實施過程中的資源合理利用、風險最小化以及效益最大化。此外，當前的研究多為針對特定研究區的分析與評價，缺乏不同地質條件、不同儲層條件、不同地區煤層氣項目經濟評價對比。考慮不同因素下的煤層氣開發效果，綜合對比分析評價因素的敏感性以及最大化產能預測的可靠性，對深化煤層氣項目經濟評價研究具有重要意義。