基于不同開發階段的深層油氣田經濟評價方法

龍隆，陳恭洋，印森林, 裴瀟，彭少杰, 郭秋麟

1.長江大學錄井技術與工程研究院, 湖北 荊州 434023 2.長江大學經濟與管理學院, 湖北 荊州 434023 3.中國石油勘探開發研究院油氣資源規劃研究所，北京 100083

我國石油工業自20世紀50年代起步，經過近70年的艱難發展，已在20多個省、自治區以及直轄市發現了油氣田，并建立了大量的油氣生產基地[1,2]。經過幾十年的勘探開發，我國陸上主體盆地的勘探程度已相當高，埋深淺、豐度高、規模大的油藏已基本找到，在這種情況下，寄希望于常規勘探深度發現大規模油氣藏已不太可能[3,4]。中外油氣勘探實踐表明，許多接近枯竭的老油區正是通過更深層的勘探取得了新的進展。目前全球范圍內深層和超深層油氣探明儲量和產量比例雖然還較小，但是增長速度快，深層油氣在我國油氣總儲量中所占的份額將會有大幅度的提高。深層及非常規油氣資源被我國國土資源部油氣資源戰略研究中心視為我國未來油氣勘探開發的重點領域。

深層油氣田勘探開發有別于常規油氣田，雖然潛力巨大，但是同時具有技術依賴性強、投資額巨大、風險程度高的特點，因此在實施勘探開發前需對其經濟可行性進行評估，借以達到降低投資風險、提高經濟效益的目的。

1 我國深層油氣田現狀

1.1 我國深層油氣界定

深層油氣，顧名思義是埋藏較深的油氣資源，即從深度上進行界定。大部分的文獻以及筆者的研究僅考慮儲層埋深，即按照油氣藏埋藏深度進行定義。

文獻梳理發現，不同國家對于深層的界定各不相同，甚至是同一國家不同區域、不同時期的劃分標準也不一樣[5-7]。在國際上，俄羅斯將勘探深度超過4000m定義為深層，而美國和巴西將埋深大于或等于4500m以上定為深層；在國內，2005年國土資源部頒發的《石油天然氣儲量計算規范》[7]中，將儲層埋深在3500～4500m之間的地層作為深層，超過4500m作為超深層；我國常規鉆井工程則將目的層在4500～6000m之間確定為深層，超過6000m則為超深層。也有按照地溫梯度進行劃分的，西部的準噶爾盆地和四川盆地地溫梯度較低，將7000m以下定義為深層；東部的松遼盆地和渤海灣盆地地溫梯度高，以5500m為界。

目前，根據國土資源部最新劃分[8]，我國將埋深超過3500m的油氣資源統一定義為“深層”，將埋深超過6000m的油氣資源統一定義為“超深層”。

1.2 我國深層油氣資源特點

1)資源分布廣。我國在松遼盆地、渤海灣盆地、鄂爾多斯盆地和準噶爾盆地等相繼發現了深層工業性油氣藏(見表1)。其中松遼盆地、渤海灣盆地以及鄂爾多斯盆地位于東部地區；準噶爾盆地、塔里木盆地和四川盆地位于西部地區。據統計，六大盆地深層油氣資源為220×108t油當量，約占陸上深層油氣總量的40%[9,10]。

表1 六大盆地地質資源量、可采資源量和探明儲量

2)資源前景好。中石油第四次資源評價結果表明，深層天然氣資源量大約20.31萬億立方米，占55%，且探明程度僅為18.46%。由于深層油氣在我國還處于開發的試驗階段，因此，探明率還比較低。隨著理論的創新和技術上的突破，深層油氣資源具有廣闊的勘探開發前景，有預計表明到2020年，深層天然氣儲量占比將由25%增加到60%，與此同時，產量占比也會由20%增加到53%[11]。

1.3 深層油氣田開發特點

1)技術水平高。石油行業本屬于技術密集型行業，而在深層油氣領域，對技術水平的要求更加凸顯。遙感技術及以重力、磁力、電法、地震為代表的地球物理探測技術的應用極大提高了尋找含油氣盆地的效率；以聲波、放射性以及電阻率為代表的地球物理測井方法與技術提高了對油氣層的解釋力度；石油鉆井平臺技術的攻關使得石油勘探戰略選區從陸地擴展到了海上。從2000年到2020年我國油氣勘探開發領域共獲得24項國家技術發明獎，這從側面印證了深層油氣田開發的技術水平高。

2)風險程度高。對于油氣勘探開發來說，主要就是勘探風險，也就是勘探階段的地質風險。油氣埋藏于幾千米深的地下，具有隱藏性，只能憑借有限的物探、鉆井以及錄井等資料來推測目標地區油氣地質情況[12]。由于地下情況復雜，地質資料不足等，致使未來的勘探成效，即能否找到油氣以及能夠找到多少油氣具有很大的不確定性[13]。除了勘探風險之外，市場風險也是無法回避的。市場風險主要表現在供求關系的不確定性和原油價格的不確定性。石油作為一種不可或缺的化工原料，同時也是極其重要的戰略物資，其在全球范圍內分布的不均衡性決定了其價格的影響因素的多樣性。國際油價從112.24美元/桶下降到26.06美元/桶只用了不到3年時間，國際原油交易價格更是每分每秒都在變動，由此可見油價的不確定性極大。

3)投資額巨大。油氣勘探開發是一個極其龐雜的系統工程，所涉及的投資項目自然繁多。在勘探階段需要二維地震作業、三維地震作業、鉆井等，在開發階段需要開發井投資、地面建設投資、運營成本投資等，其中任何一項花費動輒成百上千萬，甚至數以億計。單說鉆井投資，中淺層鉆井成本還可以用線性模型去擬合，到了深層領域，鉆井成本與深度需要用指數模型去擬合，隨著鉆井深度的增加，鉆井成本成直線上升。由于深層油氣埋深大，而單個抽油泵的揚程有限，往往需要數百級抽油泵以及抽油機協同才能將深層油氣采出地面。

1.4 不同開發階段深層油氣資源評價方法選擇

深層油氣資源開發過程中的經濟性常常受到質疑，對于深層油氣資源更需要進行技術經濟評價以提供有價值的評估。深層油氣資源與傳統油氣資源開發相比存在明顯差異，傳統油氣資源開發的技術經濟評價不能直接應用于深層油氣資源。

在油氣勘探開發一體化背景下，由于低勘探區和高勘探區所處階段不一樣，工作重點不一樣，所得數據也不一樣。深層油氣田勘探開發尚處于起步階段，對其地質背景、結構構造、油氣成藏與油氣分布規律尚需進一步研究，在低勘探程度區塊能夠獲取的數據資料有限，不僅沒有詳細的開發方案，而且可能連儲量信息都不可靠。因此，筆者分別采用了2種不同的評價方法，即適用于低勘探區的“基于多指標綜合評分的資源經濟性評價法”和適用于高勘探區的“基于蒙特卡洛的貼現現金流模型”，這2種方法并不是彼此割裂的關系，而是基于勘探和開發各階段典型特征選擇的結果，基于蒙特卡洛的貼現現金流模型是對資源經濟性評價結果的驗證。此外，通過引入蒙特卡洛模擬，將風險理念貫穿于深層油氣資源評價的全過程，在投資項目風險量化方面做出了有價值的探索。

2 低勘探區多指標綜合評價指標體系

所謂低勘探區，即仍處于勘探階段、并未開發的區塊，其最大的特點是已知數據資料有限，對資源量的把握程度不高。

2.1 多指標綜合評價的理論依據和基本原則

1)多指標綜合評價的理論依據。對于低勘探區的經濟評價要以地質評價為基礎，兼顧工程條件、市場條件和技術進步等因素。常規油氣地質學研究的核心問題在于“圈閉能否成藏”，重點考察“生、儲、蓋、運、圈、保及配套史”條件；而深層油氣資源勘探的關鍵地質問題則是深部成烴、有效儲層及成藏問題[9]。

2)多指標綜合評價的基本原則。①可操作性原則。該研究的目的在于指導油田生產實踐，因此經濟評價方法是否能夠落地，即可操作性十分關鍵。②可比性原則?？杀刃约纫龅綑M向可比，又要做到縱向可比，因此要保持評價指標體系、評價方法的連貫性。③全面性與重要性相結合的原則。影響深層油氣田經濟評價的因素很多，因此決定了指標選取要遵循全面性原則。④定性與定量相結合的原則。只使用定性指標將導致評價結果過于主觀，而深層油氣田經濟性評價中很多指標無法做到量化(如儲層巖性、地形地貌等)，因此只能依靠相關專家做出定性判斷，或者也可以通過制定評級標準對其進行定量化。

2.2 多指標綜合評價指標確定

1)多指標綜合評價指標初步選擇。在大量文獻梳理的基礎上，遵循經濟評價的四大基本原則，全面篩選影響深層油氣田經濟性的因素[14-16]，初步建立了包括地質因素、工程因素、市場因素和技術進步因素在內的4個一級指標，12個二級指標，38個三級指標組成的初步指標體系，如表2所示。

表2 深層油氣田綜合評價指標體系

2)多指標綜合評價指標進一步篩選。在深層油氣田初步多指標體系基礎上，進一步篩選影響深層油氣田經濟性的主要因素，在初步構建的評價指標基礎上編制了調查問卷[17]。

問卷在正式發放之前必須進行預調查，以確保問卷的合理性得到應有的保證。信度分為內部信度和外部信度，通常只對內部信度進行檢驗。預調查共計發放問卷130份，有效收回127份，回收率97.69%。利用SPSS20軟件對預調查的結果進行統計分析，小樣本測試結果表明：信度檢驗Cronbach’sα系數為0.95，大于0.9，說明問卷具有很高的內在信度。進一步分析各單項指標“校正的項總計相關性”值，發現“圈閉面積系數X12”、“蓋層斷裂破壞程度X17”和“重復壓裂技術X38”3個指標的數值小于0.5。因此，將此3個三級指標從問卷中刪除，最終呈現在問卷中的還剩35個三級指標。

3)基于因子分析法的綜合評價體系構建。經過小樣本測試后，項目組對上述35個指標進行大樣本問卷調查。借助問卷星平臺，總計收回386份問卷，排除7份極端值較多、可能對評價結果造成影響的問卷后，最終得到379份有效問卷。參與本次調研的包括中石油勘探開發研究院、長江大學、中國石油大學(北京)、中國石油大學(華東)以及克拉瑪依油田生產單位。

課題組采用因子分析法進行指標的選取。因子分析法的主要思想是降維，分解原始變量，從中歸納出潛在類別。通過提取公因子，最終幾個公因子能夠解釋原始資料中絕大多數信息，達到信息濃縮的目的。借助SPSS20統計分析軟件，選擇主成分分析法提取的公因子，同時也可利用碎石圖輔助確定公因子的數量。公因子累計解釋程度最好超過80%，實際操作中只需確保累計解釋程度不低于50%即可。

研究提取的7個公因子，方差貢獻率達87%以上，能很好地進行評價。7個公因子分別是技術可采儲量、圈閉類型、巖性、地形地貌、直井單井產能、井深、技術進步，分別反映地質、地面、技術、單井等因素的影響。

4)指標權重的確定。根據篩選的關鍵指標構建評價體系，通過德爾菲法以及模糊層次評價法求出其權重，從而求出其綜合經濟得分:

(1)

表3 各指標權重

式中：Si為第i個區塊的綜合經濟得分；Sij為第i個區塊第j個指標的實際得分；qij為第i個區塊第j個指標所占的權重。

確定出的各指標權重如表3所示。

2.3 經濟評價參數標準

根據測算，7個指標的經濟評價參數標準見表4。

依據該經濟評價參數標準，利用給定的高勘探程度區經濟數據求出項目凈現值和經濟得分的擬合方程y=ax+b。高勘探程度區項目的凈現值以及經濟得分計算見表5。

表4 各指標的經濟評價參數標準

根據表5，其擬合方程為：

y=413.18x-25133R2=0.9932

方程擬合度非常好，能較好地預測凈現值(見圖1)。

表5 高勘探區項目的凈現值以及經濟得分計算表

圖1 多指標綜合評價體系擬合圖 Fig.1 Fitting diagram of multi-index comprehensive evaluation system

根據擬合方程求出凈現值y=0時的經濟得分，求出臨界值的經濟得分。進一步，計算低勘探區項目的預測凈現值，從而得出經濟性等級。將經濟性等級分為高經濟區(y≥y2)、次經濟區(y1

擬合方程中，當y=0時經濟得分為60.83，即當經濟得分低于該值時，項目風險較大，不可行。表5中，新墾4井區凈現值為負值概率較大，與多指標綜合體系經濟得分(57.83，小于臨界值)結論一致，驗證了指標體系的科學性。

2.4 經濟評價典型案例

項目選取了12個低勘探程度區的深層油氣田，通過對全國12個區塊的相關數據進行測算，驗證理論模型。這些區塊的油氣資源特征見表6。

表6 典型案例的油氣資源特征(低勘探程度區12個區塊)

根據這些區塊的技術可采儲量、圈閉類型等相關指標數據，計算每個區塊的綜合經濟評分，再通過擬合方程求出每個區塊的凈現值，并給出結論，具體見表7。

表7 典型案例凈現值與經濟得分

通過建模與定級實例，得到多指標綜合評價體系擬合圖(見圖2)：

高經濟區(經濟得分≥66)，凈現值≥1000百萬元，有5個探明儲量區；

次經濟區(經濟得分介于60～66)，凈現值為(10～1000)百萬元，有3個探明儲量區；

不經濟區(經濟得分<60)，凈現值<10百萬元，有2個探明儲量區。

3 高勘探區基于蒙特卡洛模擬的貼現現金流評價體系

圖2 多指標綜合評價體系擬合圖Fig.2 Fitting diagram of multi-index comprehensive evaluation system

這里所說高勘探程度是指處于開發階段，具有詳細的開發方案部署，對資源量的把握程度較高的區塊。

3.1 基于蒙特卡洛模擬的貼現現金流模型

傳統的不確定性分析方法僅能分析不確定性的大小和方向，無法對不確定性的可能性做出判斷，而蒙特卡洛模擬的方法不僅能夠同時分析不確定性的大小和可能性，而且能夠與貼現現金流法結合使用，因此筆者選擇蒙特卡洛模擬的貼現現金流模型對高勘探程度區進行評價[18]。

1)蒙特卡洛模擬基本原理。假設變量y是隨機變量A1，A2，…，An的函數，函數關系式為y=f(A1,A2,…,An)，其中隨機變量A1～An的分布函數是已知的，抽取符合隨機變量分布函數的隨機數列，代入函數關系式可以得到變量的數列，稱之為模擬。當模擬的次數足夠多時，變量y的模擬結果可以無限逼近其實際分布規律。有了y的分布規律，就可以通過期望、方差等對其風險進行量化分析。

對于高勘探程度區，構建基于蒙特卡洛模擬的貼現現金流模型，相比于傳統的貼現現金流法，最大的區別在于輸入變量(如油價)不再是確定的數值，而是某一種分布函數，由此得出的最終累計凈現值也不再是確定的數值，而是與概率相對應的一系列數值，從而確定風險。

2)基于蒙特卡洛的貼現現金流模型?；诿商乜宓馁N現現金流模型依然符合傳統模型的一般特征，只是在現金流入和現金流出的計算上有些不同。以Vnp和Ip為例的計算公式如下：

(2)

(3)

式中：Cg為天然氣銷售收入分布；Co為石油銷售收入分布；Cm為管理費用；Cf為財務費用；Cop為操作成本分布；CT&S為稅金及附加分布；Rit為所得稅稅率；Cad為累計折舊分布；r為基準貼現率；Ip為現值指數；Cin,t為第t年現金流入；Cou,t為第t年現金流出。

3)蒙特卡洛模擬中常用的概率分布。隨機變量大體上可以分為2類:一類是離散型隨機變量，另一類是連續性隨機變量。其中離散型分布主要包括二項分布、泊松分布以及幾何分布等；連續性分布包括均勻分布、三角分布、正態分布、Beta分布以及對數正態分布。

4)基于蒙特卡洛的貼現現金流評價結果。油氣產量、油氣銷售價格、操作成本、建設投資(包括鉆井成本和地面設施成本)以及折現率等是影響油田開發項目經濟效益的主要因素。投資、建設期、產量、價格、成本、項目壽命期、殘值、折現率以及外部匯率等是主要的不確定性因素。研究將油氣產量、油氣價格、鉆井成本、地面設施成本、操作成本等因素作為經濟評價中的主要風險因素。風險因素分布函數及參數的確定優先采用歷史數據擬合的方法，借鑒文獻資料中預測模型并結合德爾菲法。根據案例中的油氣價格、油氣產量等分布函數，借助Crystal ball風險模擬軟件，模擬500000次得出凈現值累計概率分布圖。

3.2 經濟評價典型案例

以5個高勘探區塊為例，采用基于蒙特卡洛的貼現現金流模型，在不同油價下進行高勘探區塊的凈現值與敏感性分析。

根據近20年油價的擬合確定參數分布(也可擬合其他參數如產量、成本)，擬合的原油價格以及油氣產量參數分布如圖3所示。

圖3 原油價格及油氣產量的參數分布Fig.3 Parameter distribution of crude oil price and oil and gas production

通過模擬得出5個高勘探區塊的凈現值概率分布(見圖4)。從圖4中可以看出，西南油氣田龍崗井區、輪南油田輪西1井區、大港油田濱海48X1井區和張28X2井區這4個井區模擬得出的平均累計凈現值均大于0，各年凈現值大于0的概率在90%以上，表明項目盈利的可能性極大，有極強的風險抵御能力；而哈拉哈塘油田的新墾4-熱普3井區平均累計凈現值小于0，項目投資風險較大。

圖4 高勘探區塊的累計凈現值概率分布Fig.4 Probability distribution of cumulative net present value of high exploration blocks

4 結論

通過建立低勘探區的“多指標綜合得分的資源經濟性評價體系”以及高勘探區的“基于蒙特卡洛的貼現現金流模型”對深層油氣資源進行經濟評價，實現了以下創新：

1)創新了投資項目風險量化方法。已有研究投資項目風險分析多采用不確定性分析方法，也就是敏感性分析和盈虧平衡分析。敏感性分析只能進行單因素分析，盈虧平衡分析要求成本能夠按照成本性態劃分為變動成本和固定成本，在只生產石油或者只生產天然氣的情況下尚可能實現，面對同時生產油氣的情況下無法區分變動成本是隨油或者隨氣的產量而變動?？傊畟鹘y風險分析方法具有一定的局限性，而基于蒙特卡洛模擬的貼現現金流模型能夠較好地彌補傳統方法的不足。

2)采用科學的方法篩選評價指標和對指標賦予權重。多指標綜合評價法用于油氣勘探開發地質評價由來已久，但是以往研究中不管是評價指標的選取還是對指標賦權大都采用主觀經驗判斷。筆者采用問卷的方法，收集了大量專家學者的問卷樣本，采用因子分析法從眾多因素中篩選影響深層油氣田經濟性的主成分因子，并采用客觀科學的方法得到各指標及主成分因子的權重。

3)探索了勘探開發一體化評價新模式，針對不同階段分別采用不同的方法，并且這兩種方法相互驗證，彼此關聯，不斷優化調整。