川南地區(qū)頁巖氣鉆井投資分析與預(yù)測模型研究

馮于恬

摘要：頁巖氣開發(fā)中提質(zhì)增效成本過高是制約其發(fā)展的主要瓶頸，迫切需要對頁巖氣單井成本進行剖析，建立系統(tǒng)性經(jīng)濟評價方法。以川南地區(qū)G頁巖氣區(qū)塊結(jié)算井參數(shù)為基礎(chǔ)，采用數(shù)理統(tǒng)計方法，揭示了鉆井系統(tǒng)工程投資成本變動規(guī)律，結(jié)果顯示鉆井井深、水平段長、壓裂段數(shù)是影響單井總費用的主要因素，足以解釋48%的費用變化情況。通過建立投資預(yù)測模型，并利用未實施井定額測算結(jié)果驗證，二者間相對誤差值僅-3.48%，有效預(yù)測了油氣開采投資水平。

Abstract： At present， the high cost of upgrading and improving efficiency in shale gas development is the main bottleneck of restricting its development. It urgently needs an in-depth analysis of the cost of a single well to establish a systematic economic evaluation method. Based on the parameters of the settled wells of the G shale gas block in southern Sichuan， the mathematical statistics method is used to reveal the change in the investment cost of the drilling system. The results show that the depth of the drilling well， the length of the horizontal section and the number of fracturing sections are the main influencing factors of the total cost of a single well. The mathematical statistics method can sufficiently explain 48% of the change in the total cost of a single well. Furthermore， a regression analysis method is used to establish an investment predicting model. The model is verified by the result of the cost calculation of the unimplemented well quota. The relative error -3.48% effectively predicts the level of the oil and gas production investment.

關(guān)鍵詞：頁巖氣;鉆井工程;投資分析;多元回歸;預(yù)測模型

Key words： shale gas;drilling engineering;investment analysis;multiple regression;prediction model

中圖分類號：P618.13;P631.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）08-0183-04

0 ?引言

近些年我國天然氣產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，市場需求快速增長，呈現(xiàn)出巨大供應(yīng)缺口，頁巖氣作為儲量巨大的天然氣資源，具備極大發(fā)展?jié)摿1-2]。我國南方普遍發(fā)育上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組及下寒武統(tǒng)牛蹄塘組兩套優(yōu)質(zhì)烴源巖[3]，與北美五大頁巖氣層系具有類似的地層特性[4-5]，是國家高度重視的頁巖氣勘探開發(fā)區(qū)域[6-7]。中國石油公司在川南區(qū)塊有長寧-威遠(yuǎn)和昭通兩個國家級頁巖氣示范區(qū)。勘探及測算結(jié)果顯示，四川盆地龍馬溪組埋藏深度低于3500m的頁巖氣地質(zhì)資源量為1.19萬億立方米，埋深3500～4000m的為3.52萬億立方米，埋深4500m以內(nèi)的為9.85萬億立方米[8-9]。從川南頁巖氣實際地質(zhì)資源量出發(fā)，預(yù)測川南龍馬溪組頁巖氣可建頁巖氣年產(chǎn)能250億～300億立方米，且穩(wěn)產(chǎn)目標(biāo)可達到20～30年[10]。因此川南地區(qū)頁巖氣的開發(fā)對于優(yōu)化我國油氣資源格局，緩解油氣資源短缺，保障國家能源安全，促進經(jīng)濟社會發(fā)展都有十分重要的意義。

但是，頁巖氣開發(fā)面臨著復(fù)雜的地質(zhì)條件、地面環(huán)境及更高的技術(shù)裝備要求，生產(chǎn)運營與提質(zhì)增效成本過高、投資國際化經(jīng)營是制約其發(fā)展的主要瓶頸。以中石油為例，2015年大多數(shù)頁巖氣開發(fā)還處于虧損狀態(tài)，僅昭通區(qū)塊的虧損達1.7個億。目前頁巖氣建井成本雖已由早期的1億降至6000萬元左右，但仍顯著超出北美的水平[11-12]。在我國加大天然氣開發(fā)、國際油價低位運行、公司盈利壓力增大的形勢下，中石油面臨著推動頁巖氣開發(fā)上產(chǎn)和縮減投資成本的兩難處境，亟需通過結(jié)合技術(shù)、資源對頁巖氣單井成本進行深入剖析，建立經(jīng)濟評價系統(tǒng)體系，摸清成本變化規(guī)律，預(yù)測成本走勢，尋求降本空間，使投資決策、預(yù)算管控及降本手段更具科學(xué)性及可操作性[13-14]。

鉆井是石油天然氣勘探開發(fā)項目中投資最大的工程，對鉆井工程進行成本管控，能從根源上提高勘探開發(fā)項目資金的利用效率。基于此，本文以川南地區(qū)頁巖氣的實際工程、經(jīng)濟及生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，用數(shù)據(jù)分析方法，探索投資預(yù)測模型，模型成果為預(yù)測鉆井工程投資成本提供了依據(jù)，為下一步工作提供了降本增效的決策參考。

1 ?川南地區(qū)頁巖氣鉆井投資分析

在石油工業(yè)中，油氣鉆井工程占據(jù)重要位置。油氣鉆井工程投資占油氣勘探開發(fā)投資比例達60%-70%，每口井的鉆井投資從幾百萬到幾千萬不等，甚至數(shù)億元[15]。國外石油公司目前已利用信息化平臺對投資成本進行大數(shù)據(jù)分析，而我國各油氣田公司的大數(shù)據(jù)分析方法研究運用較為滯后，但油氣田企業(yè)每年的物探、鉆井工程計劃結(jié)算項目在全年投資計劃中的占比逐年增高，傳統(tǒng)的成本分析方式已不能滿足處理龐大數(shù)據(jù)的時效性、邏輯性和準(zhǔn)確性的要求[16]?；诖?，本文以川南地區(qū)G頁巖氣區(qū)塊結(jié)算72口井費用參數(shù)為基礎(chǔ)，進行關(guān)鍵參數(shù)相關(guān)性分析，并據(jù)此建立預(yù)測模型。

對于頁巖氣的開發(fā)，影響鉆井工程造價的三個關(guān)鍵參數(shù)為井深、水平段長及壓裂段數(shù)，對于工程造價的高低起到?jīng)Q定性作用。為簡化預(yù)測模型，使模型操作性更強，本文選取這三個關(guān)鍵參數(shù)開展分析。

川南地區(qū)G頁巖氣區(qū)塊結(jié)算72口井的施工參數(shù)及結(jié)算費用情況如表1、圖1所示。井深數(shù)據(jù)總體呈正偏態(tài)，分布較平滑;水平段長數(shù)據(jù)集中分布于1500米左右;壓裂段數(shù)數(shù)據(jù)峰度高集中分布于20到25之間，總體呈正偏態(tài)，部分?jǐn)?shù)據(jù)超過40段遠(yuǎn)離平均值。單井總費用數(shù)據(jù)分布偏度較小，峰度接近于0，數(shù)據(jù)接近于正態(tài)分布。

圖2為井深X1、水平段長X2、壓裂段數(shù)X3和單井總費用Y數(shù)據(jù)作相關(guān)性分析圖，其中右上角部分為變量之間的相關(guān)系數(shù)與顯著評級，對角線部分為變量的數(shù)據(jù)分布，左下角部分為變量間的散點圖和擬合曲線。由圖可知目前井深與水平段長、水平段長與壓裂段數(shù)相關(guān)性最強，呈高顯著的正相關(guān)關(guān)系;單井總費用與三者的相關(guān)性也比較強。即單井總井深隨著水平段的增長而增長，相應(yīng)地壓裂段數(shù)也增多，同時也驗證了井深、水平段長及壓裂段數(shù)是影響工程造價高低的關(guān)鍵參數(shù)這一論斷。

2 ?投資預(yù)測模型建立

回歸分析法是通過在掌握大量預(yù)測對象數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)理統(tǒng)計的方法，找出自變量與因變量的因果關(guān)系，并建立兩者之間相關(guān)性較好的回歸關(guān)系函數(shù)表達式（回歸方程式），用于預(yù)測未來數(shù)值的一種定量預(yù)測分析法。在油氣開采成本的預(yù)測應(yīng)用中，人們通常是根據(jù)以往的經(jīng)驗對油氣開采成本進行質(zhì)的分析，確定各因素間的因果關(guān)系及因變量與自變量，以此來選擇建立何種數(shù)學(xué)模型。通過數(shù)學(xué)運算，得到參數(shù)間的數(shù)量關(guān)系，并建立預(yù)測模型，預(yù)測油氣開采成本的水平，揭示其內(nèi)在聯(lián)系的規(guī)律性[17]。

2.1 多元線性回歸模型

在研究了大量前人建立的成本預(yù)測模型的基礎(chǔ)上，筆者擬采用多元回歸預(yù)測的方法來預(yù)測川南地區(qū)G頁巖氣區(qū)塊鉆井工程投資。結(jié)合頁巖氣鉆井的實際情況及前述相關(guān)性分析結(jié)果，提出了如下假設(shè)：鉆井成本和鉆井井深、水平段長、壓裂段數(shù)均存在一定比例關(guān)系，且井深越大、水平段越長、壓裂段數(shù)越多，鉆井投資就越高。本文旨在構(gòu)建一個頁巖氣鉆井投資預(yù)測模型，也即是構(gòu)造一個頁巖氣鉆井成本和鉆井井深、水平段長及壓裂段數(shù)間的比例關(guān)系模型。擬以川南地區(qū)G頁巖氣區(qū)塊已結(jié)算的72口井參數(shù)作為樣本來預(yù)測和分析這4個變量之間的假設(shè)和回歸關(guān)系。

2.2 工程參數(shù)對單井造價敏感性分析

敏感性分析所指的是每個因素的改變對影響指標(biāo)的程度進行分析以及測定，對外在條件出現(xiàn)不利的改變時指標(biāo)（針對于某一項目）所能承受的能力進行判斷?？刂破涔こ淘靸r的過程中，我們對該項目對于變化因素所能承受的能力不進行討論，而是利用敏感性分析概念來找到最敏感的因素，以科學(xué)方式的調(diào)整其設(shè)計方案或是改變其施工方式等手段來進行控制，進而達到對造價進行合理的降低的目的[18]。

以回歸模型中的關(guān)鍵參數(shù)為敏感因素，繪制敏感性分析圖（圖3），敏感性系數(shù)分別為井深1.1099、水平段長0.5894、壓裂段數(shù)1.3219，工程參數(shù)中壓裂段數(shù)的變化對單井總費用的影響相對較大，其次為鉆井井深，水平段長的變化對總費用的影響最小。

3 ?案例分析

利用所得預(yù)算模型對一些已完成預(yù)可研階段項目的單井投資進行計算，并與定額測算造價進行比較，以檢驗估算模型的適用性。

檢驗成果如表2所示，通過多元線性回歸方法得到的單井預(yù)算模型與定額測算造價相對誤差較小，最大為-11.92%，最小為0.16%，平均誤差值-3.48%?；究梢詽M足投資預(yù)測的精度要求。從而可以證明，本文提出的假設(shè)方法是可行的。隨著數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不斷增容，建立回歸預(yù)測模型時，選取樣本的代表性將增強，將有利于降低預(yù)測時的誤差。

4 ?結(jié)論及建議

①針對四川盆地國家級頁巖氣示范區(qū)，從川南地區(qū)頁巖氣開發(fā)現(xiàn)狀出發(fā)，開發(fā)成本過高成為亟需解決的問題，其中鉆井工程作為石油開發(fā)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)之一，其投資成本的控制將直接影響整體施工的資金投入。

②以川南地區(qū)G頁巖氣區(qū)塊結(jié)算72口井的施工參數(shù)及結(jié)算費用為基礎(chǔ)進行成本分析，顯示鉆井井深、水平段長和壓裂段數(shù)是影響單井總費用的因素，能解釋48%的單井總費用變化情況，其中以壓裂段數(shù)對總費用影響最大，其次為井深和水平段長。通過成本分析，深入解釋了鉆井系統(tǒng)工程投資成本變動規(guī)律，尋找降低投資項目工程成本的途徑，可對下一步成本控制提供結(jié)構(gòu)性的量化指標(biāo)。

③利用數(shù)理統(tǒng)計方法，建立了投資預(yù)測模型，并與未實施井定額測算結(jié)果間的相對誤差值僅-3.48%，基本可以滿足投資預(yù)測的精度要求，有效預(yù)測了油氣開采投資水平，揭示其內(nèi)在聯(lián)系規(guī)律性;同時，隨著勘探開發(fā)區(qū)域逐步擴大，工程建設(shè)中復(fù)雜作業(yè)等情況增多，直接導(dǎo)致鉆井系統(tǒng)工程投資成本測算信息量劇增，利用投資預(yù)測模型進行快速測算，可以達到提高工作效率的目的，并為下一步工作提供降本增效的決策參考。

④基于頁巖氣開發(fā)投資成本數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用科學(xué)手段進行成本分析和預(yù)測模型建立，可用于指導(dǎo)頁巖氣開發(fā)方案編制和論證審批，有利于合理確定和有效控制工程造價，有利于頁巖氣開發(fā)項目投資決策水平、投資效益、投資成本管控水平的提高，以及頁巖氣開發(fā)項目的可持續(xù)發(fā)展，為我國頁巖氣規(guī)模、高效開發(fā)提供技術(shù)保障。

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