鄭　波　張　蔓

(中國石油大學(北京) 提高采收率研究院，北京 昌平 102249；中國石油大學(北京) 石油工程學院，北京 昌平 102249)

基于模糊層次法的頁巖氣開發(fā)經濟評價模型

鄭波張蔓

(中國石油大學(北京) 提高采收率研究院，北京 昌平 102249；中國石油大學(北京) 石油工程學院，北京 昌平 102249)

摘要：我國的頁巖氣資源相當豐富，但目前我國還沒有針對頁巖氣開發(fā)項目的經濟評價研究。為此，通過對頁巖氣開發(fā)過程中項目投資與收益的分析，篩選出合理的經濟評價指標，并將模糊數學集理論應用到層次分析法中，然后確定評價指標所占的比重，再結合模糊數學方法對各個技術方案進行綜合評價,從而建立一套頁巖氣開發(fā)經濟評價模型。最后利用具體案例對此模型進行了驗證，結果表明：該模型與單一指標評價相比，可以使頁巖氣開發(fā)項目得到更準確、更全面的評價，這為我國頁巖氣的開發(fā)提供了科學的依據。

關鍵詞：頁巖氣； 經濟評價； 層次分析法； 模糊數學； 相對隸屬度

0引言

我國的頁巖氣資源相當豐富，但是目前這些資源尚處于勘探開發(fā)的初級階段，其原因主要是國內還沒有系統的頁巖氣開發(fā)項目的經濟評價理論。頁巖氣是以多種相態(tài)存在并富集于泥頁巖地層中的天然氣。根據2013年EIA的資料，我國的頁巖氣可采儲量居世界首位，發(fā)展?jié)摿薮骩1]1-5。隨著我國政府一系列補貼支持政策的出臺，中石油、中石化、中海油、中化、神華和延長石油等石油骨干企業(yè)先后開展了頁巖氣勘探開發(fā)工作，2014年，中石化涪陵頁巖氣田建成20億方產能，中石油西南油氣田分公司建成10億方產能，其它企業(yè)的初期勘探效果也十分顯著。但是與常規(guī)油氣資源不同的是：頁巖氣的開發(fā)具有開采成本高、壓裂增產工藝技術復雜、產量遞減快、最終采收率不易準確預測等特點[2]15-18,[3]1-3,[4]68-71,[5]124-126，加上最近油氣行業(yè)低迷的背景使得頁巖氣開發(fā)項目風險加大，決策部署更加不易。因此，對頁巖氣開發(fā)項目的經濟評估就顯得比常規(guī)油氣資源項目更加重要。目前，國內關于頁巖氣開發(fā)項目的經濟評價方面的文獻很少，而且都是從常規(guī)的宏觀經濟學和微觀經濟學的角度進行評價的，而單一的經濟指標評價也沒有提出相應的評價模型。為此，本文根據頁巖氣開發(fā)項目的特征，并結合與頁巖氣開發(fā)項目評價方法類似的層次分析法[6]45-48和模糊數學理論[7]43-46提出了一種新的經濟評價模型，以期為我國頁巖氣的開發(fā)提供一種科學、有效、全面的評價方法。

1頁巖氣開發(fā)項目的投資與收益

1.1頁巖氣開發(fā)項目的投資

依據頁巖氣開發(fā)項目的特點，其投資包括頁巖氣井鉆探投資、水力壓裂投資、地面建設投資、輸氣管線建設投資、流動資金預算、建設期利息預算、采氣成本、其它政策稅金等8大部分[8]29-34。

(1)頁巖氣項目的總投資額。由于不同的區(qū)域、不同的開發(fā)階段，其頁巖氣井也有不同的種類，其投資公式為：

E1=h1w1a1+h2w2a2+h3w3a3

(1)

式中，E1為項目鉆井總投資，單位：萬元；h1、h2、h3分別為探井、試驗井、生產井的平均設計深度，單位：米；a1、a2、a3分別為探井、試驗井、生產井的單位成本定額，單位：萬元/米。

(2)水力壓裂投資。頁巖氣基質是屬于納米達西級別的儲層，必須經過水力壓裂之后才會有工業(yè)產能，其投資公式為：

E2=xa

(2)

式中，x為頁巖氣區(qū)塊內需要壓裂的井數，a為單口頁巖氣井壓裂的成本定額，單位：萬元。

(3)項目區(qū)塊建設投資。指開發(fā)區(qū)塊內的集輸、供水供電、交通、通訊設備安裝等投資，其投資公式為：

E3=c1+c2+c3+c4

(3)

式中c1為集輸費用，c2為供水供電費用，c3為交通費用，c4為通訊設備費用，單位：萬元。

(4)輸氣管線建設投資。指從頁巖氣開發(fā)區(qū)塊到銷售地之間需要鋪設輸氣管線的投資，其投資公式為：

E4=m7l7

(4)

式中，m7為輸氣管線投資，單位：萬元/千米；l7為頁巖氣開發(fā)區(qū)塊到銷售地點的距離，單位：千米。

(5)流動資金預算。指為維持頁巖氣正常生產經營活動，在項目進行過程中基礎建設、原材料購買、支付工資等預備的必不可少的周轉資金，其公式為：

E5=(E1+E2+E3+E4)×4%

(5)

式中，E1為頁巖氣項目總投資額；E2為水力壓裂投資額；E3為項目區(qū)塊建設投資額；E4為輸氣管線建設投資額。單位：萬元。

(6)建設期利息預算。頁巖氣開發(fā)項目在建設期內貸款應付的利息。其公式為：

(6)

式中，A為每年的還本付息額；Ic為建設期末固定資產借款本金及利息之和；i為年利率；n為貸款方要求的借款償還年數。

(7)采氣費用。包括項目管理費用、銷售管理費用及其它財務費用。其公式為：

E6=G+Fs+Fc

(7)

式中，G為項目管理費用，Fs為銷售管理費用，Fc為其它財務費用。

(8)其它投資。根據國家相關油氣項目開采的稅金要求，頁巖氣應繳納企業(yè)所得稅、增值稅等用E7表示，單位：萬元。

1.2頁巖氣開發(fā)項目的收益

為大力推動我國頁巖氣勘探開發(fā)，增加天然氣供應，緩解天然氣供需矛盾，調整能源結構，促進節(jié)能減排，中央財政安排專項資金，支持頁巖氣開發(fā)利用，2012—2015年的補貼標準為0.4元/立方米，具體補貼將根據頁巖氣產業(yè)發(fā)展情況予以調整。其補貼條件為：第一，已開發(fā)利用的頁巖氣；第二，企業(yè)已安裝可以準確計量頁巖氣開發(fā)利用的計量設備，并能準確提供頁巖氣開發(fā)的利用量?？傊?，頁巖氣項目收益的計算公式為：S=(S1+S2)×Q，其中，S1為天然氣市場銷售價格，單位：元/立方米；S2為中央財政對頁巖氣企業(yè)的補貼，單位：元/立方米，現階段為0.4元/立方米；Q為頁巖氣銷售總量，單位：立方米。

1.3頁巖氣開發(fā)項目的經濟評價指標

本文利用工程經濟學原理，對我國頁巖氣投資與天然氣銷售價格進行計算，并采用以下指標進行評價。

(1)內部收益率。內部收益率指資金流入現值總額與資金流出現值總額相等、凈現值等于零時的折現率。它是一項投資渴望達到的報酬率，該指標越大越好。其公式為：

(8)

式中，IRR為內部收益率，n為方案計算壽命期，CI為現金流入，CO為現金流出。

(2)凈現值。指一個項目預期實現的現金流入的現值與實施該項計劃的現金支出的差額。凈現值大于零則方案可行，且其數值越大，方案越優(yōu)。其公式為：

(9)

式中，CI為現金流入；CO為現金流出；n為方案計算壽命期；ic為基準收益率。

(3)凈年值。凈年值是按給定的折現率，通過等值換算將方案計算期內各個不同時點的凈現金流量分攤到計算期內各年的等額年值。

NAV=NPV(A/P,i0,n)

(10)

(10)式中，(A/P,i0,n)為資本回收系數。根據(10)式，進行多項目比較選擇時，凈年值越大，則非負的項目越優(yōu)(凈年值最大準則)。而單項目的評價則與NPV相同，具有NAV最大值的方案是最優(yōu)的。

(4)效益費用比。指項目或方案在計劃建設周期內,項目收益的折算現值與投資費用的折算現值之比。其值≥1的方案,在經濟上是盈利的。而進行獨立方案對比時，效益費用比越大的方案經濟效果越好。

(5)投資回收期。指頁巖氣項目從投資建設時候開始，利用項目所賺的凈收益償還原始投資所需要的年限值。項目投資回收期從側面反映了資本的周轉速度。顯而易見，它的值越小，原始投資回收期越短，方案盈利越多。其公式為：

(11)

2頁巖氣開發(fā)經濟評價模型的構建

通過對頁巖氣開發(fā)項目的投資與收益的分析可以發(fā)現：用來評價頁巖氣開發(fā)項目的指標較多，而采用不同的指標計算的結果也可能不同，由此產生矛盾。為此，本文將各個經濟指標按照一定的比重結合在一起進行綜合評價以確定最優(yōu)經濟方案。其中層次分析法是一種定性和定量相結合的、系統化的、層次化的分析方法，能夠將各個經濟指標作為中間層進行兩兩相對比較確定權重，并最終確定最優(yōu)方案。模糊數學法引入的隸屬度概念，使各個元素對綜合評價的影響可以表現為[0，1]之間的數值。因此，將層次分析法與模糊數學法相結合建立的經濟模型能夠從定量的角度很直觀地評價出最優(yōu)的方案。

2.1頁巖氣開發(fā)經濟評價模型的基本原理

模糊數學是由美國著名科學家L.A.Zadeh于1965年首次提出的。L.A.Zadeh使用隸屬度來描述介于中間過渡事物對差異一方所具有的傾向性程度。其基本思想就是使普通集合內的特征函數靈活化，使元素對集合的隸屬度從只能取{0,1}中的值擴展到可以取[0,1]之間的任一數值[9]201-203,[10]15-16,[11]81-84。層次分析法是工程中對非定量事件作定量分析的一種簡易方法，也是對人們的主觀判斷進行客觀描述的有效方法，該方法的主要步驟包括確定目標和評價因素集、構造判斷矩陣、權數分配、檢驗權數等四個部分。由于利用層次分析法推算因素的比重大小可以在很大程度上減少人們主觀因素的影響，因此，當人們的主觀因素與客觀實際發(fā)生了偏離，則矩陣的隨機一致性比率就顯示出了這種差別[12]264-270,[13]93-96,[14]132-133，這便于人們隨時調整判斷矩陣。

2.2頁巖氣開發(fā)經濟評價模型的構建方法

由于采用單指標法對方案進行評估時，很容易產生偏差，為此，本文結合層次分析法與模糊數學理論對層次分析法中重要性標度重新進行了修正，并使用0.5～1之間的數值進行標度，最后利用模糊數學集理論對方案進行綜合評估,模型建立步驟如下：

(1)確定分析指標X。設頁巖氣開發(fā)項目有n個可行的技術待選方案，每個方案需要計算5個經濟評價指標，由此可以建立經濟評價指標矩陣X，其中xij表示第j個技術待選方案的第i個經濟評價指標，建立的經濟指標矩陣X表示為：

(3)確定權向量w。根據層次分析法的分級標準，對各個經濟評價指標進行排序，得出判斷矩陣D。

表1　重要性分級及其對應標度

上式中，uj值越大，方案經濟效果越好。

3模型的應用

根據本文構建的頁巖氣開發(fā)經濟評價模型，對某頁巖氣開發(fā)項目進行經濟評價，經過對數值進行模擬研究，確定有3套方案在技術上可行，由于每個方案的參數配置不同，所以，其總投資額也就不盡相同。其中，方案1的總投資為25.056 7億元，方案2的總投資為26.128 7億元，方案3的總投資為26.207 6億元。根據前述頁巖氣開發(fā)項目的經濟評價方法，可以得到各種開發(fā)方案的經濟評價指標，詳見表2所示。

表2　經濟評價指標

由表2可知，采用不同的評價指標進行單一性評價，其結論并不相同，出現了相互矛盾的地方，具體如下：

第一，使用凈年值和凈現值參數進行比較時，方案的優(yōu)選順序為：方案2>方案1>方案3；

第二，使用內部收益率、效益費用比、投資回收期進行評價時，方案的優(yōu)選順序為：方案1>方案2>方案3。

因為每個方案間的數值相差不是很大，例如，方案1與方案2之間，各個指標的差分別為0.008 943、0.087 673、0.27、0.01、0.15，所以，很難確定哪套方案的經濟效果更好。為此，利用本文所建立的數學模型，通過綜合分析各個評價指標，從而得到最合適的方案，其步驟如下。

(1)建立經濟評價指標矩陣X(其中頁巖氣開發(fā)項目有3個可行的技術待選方案，每個方案需要計算凈年值、凈現值、內部收益率、效益費用比、投資回收期5個指標)。

(2)確定相對隸屬度矩陣P。

(3)確定權向量D。采用層次分析法的分級標準，得到重要性判斷矩陣D。

結合表1中的數值可以得到初始權向量：w′=(1,0.666 7,0.538,0.333 3,0.176 5)，最后利用歸一化處理，可以得到權向量：w=(0.368 3,0.245 6,0.198 3,0.122 8,0.065 0)。

(4)相對隸屬度向量u。將上述計算出的數據代入經濟評價模型當中，得到各方案的相對隸屬度向量為：u=(0.999 94,0.999 96,0.997 87)。

從計算結果可以看出，方案2的相對隸屬度最大，接下來是方案1，最后是方案3，因此，我們可以判定三套頁巖氣開發(fā)方案的經濟效果排序為：方案2>方案1>方案3。由此確定最優(yōu)經濟開發(fā)方案為方案2。

4結語

本文基于模糊層次法的頁巖氣開發(fā)經濟評價模型的構建與實證分析，為頁巖氣這種具有高風險、高復雜性特點的開發(fā)項目提供了一種科學的經濟評估手段，以便于相關部門做出正確的決策。該評價模型不僅綜合考慮了各種經濟評價指標，避免了指標評價的單一性，而且對各個方案的經濟效果能夠進行優(yōu)劣排序，且其評價結果更直觀、更簡潔、更實用，這種經濟評價模型不失為目前對頁巖氣開發(fā)項目評估的一種比較科學的方法，有較強的現實意義。

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(責任編輯王栓芹)

The Economic Evaluation Model of Shale Gas Development Based on Fuzzy Hierarchy Method

ZHENGBo1,ZHANGMan2

(1.ResearchInstituteofEnhancedOilRecovery,ChinaUniversityofPetroleum,Changping,Beijing,102249;2.SchoolofPetroleumEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Changping,Beijing,102249)

Abstract:The shale gas resources are abundant in our country,but there is no any systematic study of economic evaluation of shale gas development projects in China.Therefore,though the analysis on the investments and profits of projects in the shale gas development,rational economic evaluation indexes were selected.Meanwhile，the fuzzy mathematic theory was used in the analytic hierarchy process so as to determine the proportion of evaluation indexes.And then different technological schemes were comprehensively evaluated combined with fuzzy mathematic methods,thus an economic evaluation model of shale gas development was established,which was finally verified by means of concrete cases.The results showed that,compared with a single evaluation index,this model could evaluate the shale gas projects more precisely and comprehensively,which would provide scientific basis for the development of shale gas in China.

Key words:shale gas;economic evaluation;analytic hierarchy process;fuzzy theory;relative membership degree

收稿日期：2015-10-10

作者簡介：鄭波，男，陜西西安人，中國石油大學(北京)提高采收率研究院碩士研究生，研究方向：油氣資源開發(fā)的經濟評價。

中圖分類號：F407.22

文獻標識碼：A

文章編號：1008-5645(2016)02-0001-05