页岩气开发的经济效益与影响因素分析

耿小烬，王爱国 ，鲁陈林

(1.中国矿业大学(北京)管理学院，北京100083；2.重庆行政学院，重庆 400041；3.中国核电工程有限公司，北京 100840)



经济研究

页岩气开发的经济效益与影响因素分析

耿小烬1，王爱国2，鲁陈林3

(1.中国矿业大学(北京)管理学院，北京100083；2.重庆行政学院，重庆 400041；3.中国核电工程有限公司，北京 100840)

对于页岩气开发经济效益的质疑是影响页岩气投资热情和产业发展的重要因素之一。本文根据页岩气单井产量变化规律，建立了一套页岩气开发经济效益分析的方法，并应用这套方法，对目前我国页岩气开发成本和合理天然气价格之下，典型页岩气盆地页岩气开发的经济效益进行了分析。研究得到，美国典型页岩气盆地页岩气开发在我国目前的成本和经济气价条件下具有一定的经济效益，而压力系数和储层条件是影响页岩气开发效益的两个重要因素，两个因素在一定程度上具有互补作用。除此之外，页岩气开发可以通过进一步的技术发展和快速达到规模化生产的方法，降低开发成本和操作成本，增加开发经济效益。

页岩气；经济效益；评价方法；案例分析

我国是一个发展中的大国，正处于工业化和现代化进程快速发展时期，能源需求持续增加，如何保障能源供应，促进节能减排，应对国际气候变化的压力，成为我国能源发展的重要任务[1]。页岩气是一种非常规天然气资源，也是一种相对清洁的能源资源，促进页岩气产业发展对于保障我国能源供给，促进节能减排，应对国际气候变化压力，促进经济长期可持续发展具有重要的意义。但是，页岩开发具有成本高、产量递减快、最终采收率低等特点[2]，造成了页岩气开发经济效益不明，投资风险较大的问题，极大的阻碍了页岩气产业的发展。因此，明确页岩气开发经济效益指导页岩气开发投资决策，促进我国页岩气产业的发展具有重要的意义。

目前，我国页岩气产业发展时间还较短，对于页岩气开发经济效益的研究还较少，高世葵等(2014)以Marcellues页岩气为例对页岩气开发的经济性进行了分析，得到影响页岩气开发经济性的主要因素为气价、初始产量和成本，其中初始产量是决定页岩气经济性的根本因素[3]。陈广仁等(2014)对目前我国页岩气勘探成本进行了详细的分析，并根据国外典型页岩气开发区块的产量递减规律，对我国页岩气开发经济性进行了分析，得到我国页岩气开发投资、产量与回收期的预测表[4]。这些研究对页岩气开发经济效益分析提供了重要的方法借鉴，但是并未形成完整的评价体系，同时这些研究也只是对页岩气开发经济效益影响因素和回收年限的研究，并未给出页岩气开发经济效益为多少的直观的数据。

本文首先借鉴前面学者的研究，建立了一整套的页岩气开发经济效益评价方法，通过这套方法，对目前我国页岩气开发成本和合理天然气价格之下，典型页岩气盆地开发的经济效益进行了分析，得出页岩气开发经济效益的直观数据。其次，本文对影响页岩气开发经济效益的重点因素进行分析，得到这些因素在多大程度上能够进行互补，从而消除彼此间不利的影响，对于指导页岩气勘探开发投资具有重要的意义。另外，也对影响页岩气开发成本的因素进行分析，并提出提高页岩气开发经济效益的方法，这一研究对于指导页岩气产业政策的制定具有一定意义。

1　经济性分析方法

1.1产量递减规律

气井的产量是影响其经济性的主要因素之一，然而页岩气是一种非常规的天然气，生产井的产量变化与常规天然气井具有较大差异，随着钻井、压裂投产，页岩气产量快速达到峰值，而后快速进入产量递减时期[4]，因此页岩气井的产量计算必须对气井的产量递减规律进行研究，从而根据产量递减变化特征，确定页岩气井的产量。页岩气井产气量峰值之前的时间较短，因此本文只对页岩气井产气量达到峰值之后的产量进行计算，并以此代表页岩气井的产气量。根据页岩气井产量的递减规律，可以应用Arps双曲递减曲线对页岩气井的产量递减趋势进行预测。

Arps公式表示为式(1)[4-5]。

(1)

式中：qm为页岩气井的日产气量峰值，m3/d；t为页岩气日产气量峰值之后的生产时间，d；Di为页岩气井开始递减时的初始递减率(1/d)；b为递减指数。

在产量递减预测中，根据产气量数据进行曲线拟合，可以确定递减率Di，递减指数b。对常规油气藏而言，递减指数取值范围为0

(2)

式中，Nt为单井累计产气量，m3。

1.2经济极限产量

经济极限产量能够确定停产时间，对于页岩气井的经济性分析非常重要。经济极限产量是页岩气井的产量所带来的现金流尚不能弥补日常运营费用的产量，继续生产将会对页岩气开发的经济效益造成负影响，因此经济极限产量也是页岩气开发经济效益的边际产量。页岩气开发的成本包括开发成本、生产成本，其中开发成本为沉没成本，与经济极限产量无关。生产成本是页岩气日常的运行成本，是确定经济极限产量的关键因素。根据概念，经济极限产量用公式，见式(3)。

NCF=qe×(pw+pa)-OPEX=0

(3)

qe=OPEX/(pw+pa)

式中：NCF为现金流量，元；qe为页岩气井的极限经济产量，m3/a；OPEX为页岩气井每年的操作成本，元/(井·a)；Pw为每标方页岩气的价格，元/ m3；Pa为每立方米页岩气的政府补贴，元/ m3。

因此，我国页岩气单井极限经济产量为200×104m3/a，相当于每天的产量为5.5km3，换算为英制单位约为70671mcf/a，194mcf/d。

1.3经济性分析方法

根据累计产气量公式，可以计算得到经济极限产量qe之前，页岩气井每年的产量Nt，根据页岩气井每年的产量，可以计算得到每年的现金流量，见式(4)。

NCFt=(pw+pa)Nt-OPEX

(4)

式中：NCFt表示第t年产生的现金流量，元；Nt为t年的产气量，m3。

对每年的现金流折现，减去页岩气开发成本，得到页岩气生产的单井净现值，见式(5)。

(5)

式中：NPV为页岩气生产的单井净现值，元，表示页岩气开发所带来的经济效益；CAPEX为单井开发成本，元。根据目前的技术，页岩气水平井开发成本大约在8000万元/井[10]；k为折现率，页岩气开发通常采用10%。

2　典型盆地页岩气开发经济性

将以上的经济效益评价方法应用到美国典型的页岩气生产盆地，根据其产量数据，对其在目前我国的页岩气开发成本和天然气价格下的经济效益进行计算，可以得到我国页岩气开发经济效益的大体数值。

2.1Barnett页岩开发经济效益

Barnett页岩发育于远离物源区的较深的静水缺氧海相环境，主力产气层以层状的硅质泥岩为主，缺乏粗粒的物源碎屑物质。Barnett页岩核心地区储层压力系数为0.8～1.1，为常压-低超压页岩气藏，2003～2009年所钻的838口水平井初始单井平均日产量为2000mcf(1mcf=28.3m3，因此换算过来大约为5.7×104m3/d)，产量变化具有初始产量不高、产量递减较缓慢的特点，第1年的产量递减率为45%～55%[11]。Barnett页岩平均每口井的日产气量变化见图1。

图1　Barnett页岩平均单井日产气量

根据式(1)，对页岩气产量递减曲线进行拟合，得到Barnett页岩的初始产量递减率Di为0.1653，

递减指数b为1.9103，相关性R2为0.9979。

将拟合得到的递减率和递减指数带入式(1)得到式(6)。

(6)

式中，t为页岩气井的生产时间，单位为月。

利用拟合得到的产量递减公式，计算得到未来几年页岩气的日产气量预测值，见表1。

设t=12，即生产时间为一年，根据累积产量公式计算得到第一年的产气量为，见式(7)。

=442375(mcf)

(7)

根据页岩气第一年的产气量，计算得到第一年的现金流量为，见式(8)。

NCFt=(pw+pa)Nt-OPEX

=3×442374×28.3-600×104

=31557638(元)

(8)

相同的方法计算出生产12年包年现金流量，见表2。

表1　barnett页岩气产气量预测值

表2　Barnett页岩气产气量与现金流量预测值

根据页岩气开发的折现率10%，计算得到页岩气井生产12年的净现值，见式(9)。

(9)

如果生产到极限经济产量，Barnett页岩气井大约可以生产22年，单井总产量约为337×104mcf，净现值大约为109562992元。因此，barnett页岩气井的产量放到中国目前的成本和气价等条件之下，具有一定的经济效益。但是，实际上Barnett页岩气资源地质条件可能更好，钻井成本更低等，会使得Barnett页岩的经济效益更好。

2.2Haynesville页岩开发经济效益

Haynesville页岩是一套在相对半封闭环境下发育的层状富含有机质的钙质和硅质泥页岩，其中，硅质泥岩沉积于海平面上升期间的静水环境，随着海平面稳定和回落，层状和生物扰动钙质泥页岩沉积于富氧的浅海环境；钙质优质页岩发育于古水流自东南方向上涌至浅滩所形成的富有机质的环境。Haynesville页岩核心区，气藏的压力系数1.6～2.07为超高压页岩气藏，2008～2009年所钻的275口水平井初始单井平均日产量为(27.6～54.5)×104m3，产量变化具有初始产量高，产量快速递减的特点，第一年产量递减率高达65%[11]。Haynesville页岩平均每口井的日产气量变化见图2。

应用曲线拟合得到Haynesville页岩的初始产量递减率Di为0.2698，递减指数b为0.9108，相关性R2为0.9946。得到产量递减公式，见式(10)

图2　Haynesville页岩单井平均日产气量

(10)

利用式(8)，计算得到未来几年页岩气的日产气量预测值，见表3。

表3　Haynesville页岩气产气量预测值

根据我国目前开发成本之下的页岩气经济极限产量，得到Haynesville页岩气井大约可以生产11年。并且从以上数据可以看出，与Barnett页岩相比，Haynesville页岩气井产量递减明显更快。

同样设t=12，计算出Haynesville页岩气井第一年的产气量，见式(11)。

=1490393(mcf)

(11)

根据页岩气第一年的产气量，计算得到第一年的现金流量，见式(12)。

NCFt=(pw+pa)Nt-OPEX

=3×1490393×28.3-600×104

=120534366(元)

(12)。

相同的方法计算出Haynesville页岩气井生产12年每年的现金流量，见表4。

设折现率为10%，则页岩气井生产到极限经济产量的净现值见式(13)。

(13)

因此，Haynesville页岩气井的产量放到中国目前的成本和气价条件之下的净现值约为105313444元。对比Barnett页岩生产到经济极限产量的净现值109562992元，两者大体相当，都在1亿元左右。只是Haynesville页岩回收期更短，因为Haynesville页岩初始产量较高，生产第一年的现金流就足以收回开发成本。然而，实际上Barnett页岩气资源地质条件可能更好，钻井成本等可能更低，会使得Barnett页岩的经济性的经济效益可能更好。

表4　Haynesville页岩气产气量与现金流量预测值

2.3我国页岩气开发经济效益

2014年中石化取得了页岩气开发的突破——涪陵页岩气田发现，气田储气层平均埋深2645 m，地层压力系数为1.55，气体甲烷含量高达98%，属于中深层、超高压、优质天然气田。据公开数据显示，涪陵页岩气田平均单井测试产量33．7万m3/d，最高55万m3/d，其中焦页1HF井按6万m3/d定产试采，至今仍保持稳定生产，焦页6-2HF井采用“初期放大压差、后期定压差”方式生产，初期产量32万m3/d，高效生产322天后，在井口压力6MPa定压下，仍然保持日产20万m3，预测该井可采储量有望突破3亿m3。从产量特征来看，涪陵页岩气田初始产量区间与Haynesville页岩接近，但是递减率明显低于Haynesville页岩，累计产气量高于Haynesville页岩，预示了我国页岩气开发的良好前景，具备发现高产气田的潜力。但是我国地理、地质条件与美国相比更加复杂，页岩气开发的经济效益也具有更大的不确定性。因此，与美国页岩气开发相比，我国页岩气开发具有更高收益的可能，同时也具有更高投资风险的特征。

3　影响因素分析

3.1压力系数

从Barnett页岩和Haynesville页岩开发的经济效益分析可以看出，初始产量是影响页岩气开发经济性的最重要因素，而储层压力系数对页岩气开发初始产量具有重要影响，有关研究表明页岩气产量与压力系数呈对数正相关关系[12]。因此，气藏的压力系数是页岩气藏勘探选区和开发投资需要特别关注的因素。

3.2储层条件

页岩气藏属于非常规气藏，渗透率极低，储层性质不仅决定了页岩气资源量的大小，也决定了开发的难易程度[13]。储层较好容易形成网状裂缝，对页岩气产量具有更好的贡献，递减率较低；储层条件较差则不易形成网状裂缝，而且裂缝随着开发逐渐闭合，因此产量递减速度较快。因此，储层性质是影响页岩气开发经济效益的另一重要因素。例如，Haynesville页岩虽然初始产量较高，第一年就能收回投资成本，但是产量递减太快，最终的净现值与Barnett页岩相近，甚至稍低。另一方面，Barnett页岩的资源条件较好，产量递减较慢，开发经济效益增加，而且Barnett页岩资源条件更好，开发成本可能更低，开发的经济效益可能会更好，甚至超过Haynesville页岩。因此，除了压力系数以外，储层条件是影响页岩气开发经济性的另一重要因素。分析Barnett页岩和Haynesville页岩气开发经济效益可以得到，储层条件、气藏压力系数两个因素之间有一定的互补作用，当某一项因素发育不好，而另一项因素较好时，能够极大的弥补不利因素对页岩气藏开发的经济效益的影响，因此勘探开发投资应综合考虑这两个因素。

3.3开发成本

目前，我国已经初步掌握了页岩气勘查开发技术，而且绝大多数钻井与压裂试采工程由国内企业自己完成，但核心技术不掌握，需要外国公司提供服务，造成成本居高不下。数据显示，中石化在页岩气开发单井平均成本约为8000万元，最低的也要5000万元[14]。因此，虽然我国已经初步掌握了页岩气开发的技术，但是完成效果可能还不高，还有进一步提升的空间，还需要进一步的提升页岩气勘探开发技术，加大科技创新，以实现开发成本的进一步降低，产量进一步增加，延缓产量递减，增加经济效益的目标。

3.4操作成本

油气生产成本包括操作成本和折旧与折耗[15]，折旧与折耗是指油气生产过程中，按规定企业自主提取的，因此虽然作为成本项目，实质上是企业利润的留成，可以在税前提取，作为油田发展的资金。而油气操作成本则是油气生产过程中真正的消耗。在实际生产过程中，操作成本会随着产量的递减呈现出如图3所示的变化关系[16]。在生产的早期，由于产量较低，单位产量的操作成本较高；随着生产的进行，产量增加，单位产量的操作成本则降低；在生产的后期，由于产量降低，以及各种维护费用的增加，单位产量的操作成本再一次增加。因此，从单位操作成本随着产量的变化趋势来看，页岩开发可以通过快速达到规模生产，以达到降低操作成本增加经济效益的目的。而在企业采用快速规模开发策略时，可能在管网运输方面面临较大的压力，需要政府在管网使用政策上面给予积极的支持，从而配合企业实施成本控制策略。

图3　单位操作成本与产量关系

4　相关结论和政策建议

1)本文建立了一套根据页岩气井的产量递减规律计算页岩气开发经济效益的分析方法，并根据Barnett页岩和Haynesville页岩的产量数据对这两个页岩气盆地在我国目前的开发成本和气价条件下两者经济性进行了评价，得到两个盆地的页岩气开发单井经济效益大体相当，都在1亿元左右，只是Haynesville页岩藏压力系数较高，气井的初始产气量也较高，因此成本回收较快；而Barnett页岩藏的压力系数较低，初始产量相对较低，但是递减速度较慢，成本回收时间较长。从涪陵页岩气田开发特征来看，我国页岩气开发前景良好，具备发现高产气田的潜力，开发经济效益也有好于美国页岩气开发的可能，但是也具有更高投资风险的特征。

2)页岩气开发经济效益影响因素分析得到，初始产气量是影响页岩气藏开发经济性的重要因素，初始产量高，成本收回较快。初始产气量与气藏压力系数密切相关，因此气藏压力系数是页岩气勘探选区和开发投资需要考虑的重要因素。另外，页岩气藏储层性质对页岩气开发的经济性具有重要影响，储层条件好，页岩气井的产量递减较慢，经济效益更好，因此储层条件也是页岩气开发需要考虑的另一重要因素。同时，储层条件的影响与气藏压力系数的影响之间能够形成互补，当某一项因素发育不好，而另一项因素较好时，能够极大的弥补不利因素对页岩气藏开发的经济效益的影响。

3)虽然我国已经初步掌握了页岩气勘查开发技术，但是关键技术还不掌握，而且目前掌握的技术也还有进一步的提升空间，还需要进一步的技术创新，以降低开发成本，增加产量，减缓产量递减，达到增加经济效益的目的。政府也应该继续加大对页岩气勘探开发技术的扶持力度，从而进一步降低开发成本，增加页岩气开发经济效益。另外，根据操作成本的变化规律，本文认为页岩气开发应该采用快速达到规模化的开发方法，实现降低操作成本，增加经济效益的目的。但是，采用快速开发策略使得企业在管网需求方面的压力增大，需要政府在管网上面给予积极的支持，从而配合企业成本控制策略。

[1]国家能源局.能源发展“十二五”规划[R].2013.

[2]王兰生，廖仕孟，陈更生，等.中国页岩气勘探开发面临的问题与对策[J].天然气工业，2011，31(12)：119-122.

[3]高世葵，朱文丽，殷诚.页岩气资源的经济性分析——以Marcellus页岩气区带为例[J].天然气工业，2014，34(6)：141-148.

[4]陈广仁，周俊一，阮长悦，等.页岩气单井陈本效益浅析[J].城市燃气，2013，465(33)：32-37.

[5]Jason B, Raphael A, Raj M, Fang L, Schlumberger. Shale gas production Decline Trend Comparison over time and basins [J].SPE 135555, pretend at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition held in Florence, Italy, 19-22 September 2010 :1-24.

[6]白玉湖，杨皓，陈桂华，等.页岩气产量递减典型曲线中关键参数的确定方法[J].特种油气藏，2013，20(2)：65-68.

[7]骆长娥.油田操作成本变化规律与分配方法研究[D].成都：西南石油大学，2012.

[8]朱彬彬.我国天然气不同供应源的可持续价格分析[J].化学工业，2014，32(8)：6-8.

[9]财政部，国家能源局.关于出台页岩气开发利用补贴政策的通知[R].2012.

[10]张定宇.中国页岩气产业发展对策建议[J].国际石油经，2012(11)：64-68，110.

[11]朱彤，曹艳，张快.美国典型页岩气藏类型及勘探开发启示[J].石油实验地质，2014，36(6)：718-724.

[12]胡东风，张汉荣，倪楷等.四川盆地东南缘海相页岩气保存条件及其主控因素[J].天然气工业，2014，34(6)：17-23.

[13]郭旭升.南方海相页岩气“二元富集”规律——四川盆地及周缘龙马溪组页岩气勘探实践认识[J].地质学报，2014，88(7)：1209-1218.

[14]财新网.中石化涪陵页岩气田进入商业开发[EB/OL].(2014-03-24).http：//companies.caixin.com/2014-03-24/100655929.html.

[15]俞祖德，宋朝霞.灰色模型在油气操作成本预测中的应用[J].石油化工技术经济，2003，19(6)：50-53.

[16]孙旭光，张兆新，白鹤仙等.灰色理论在克拉玛依油田操作成本预测中的应用[J].新疆石油地质，2005，26(6)：704-706.

Analysis of the economics of shale gas exploitation and the influence factors

GENG Xiao-Jin1，WANG Ai-guo2，LU Chen-lin3

(1.School of Management，China University of Mining & Technology，Beijing 100083，China；2.Chongqing Academy of Governance，Chongqing 400041，China；3.China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd.，Beijing 100840,China)

The doubt about the economics of shale gas exploitation is one of the most important factors that affect the investors’ enthusiasm and industrialization development.So we develop a set of method to evaluate the economics of shale gas exploitation in consideration of the production characteristics of a single shale gas well.Then influence factors that affect the economics of shale gas exploitation were analyzed under the China’s present cost and nature gas price.The results show that there are some economics produced by American typical shale gas exploitation，and the pressure coefficient and the reservoir conditions are the two important factors that influence the exploitation economics，and in some extent the two factors can alternative.Besides we can reduce the developing cost and the operation cost to increase the economic efficiency by improving exploitation technology and realizing scale development quickly.

shale gas；economic performance；evaluation method；case study

2016-01-19

耿小烬(1985-)，女，重庆人，博士研究生，研究方向为金融工程与风险管理。E-mail:gengxiaojin@126.com。

P618.13；F407.22

A

1004-4051(2016)10-031-06