油田改造投資預(yù)測(cè)模型確定方法及應(yīng)用

郭瑞 劉辰星 朱漢青

1中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司

2中海油研究總院有限責(zé)任公司

3中國(guó)石油新疆油田分公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)

我國(guó)油氣資源較為豐富，分布地區(qū)也較為廣泛[1]。東部地區(qū)由于開(kāi)發(fā)年限較長(zhǎng)，多數(shù)油田已經(jīng)進(jìn)入高含水、高采出程度的“雙高”狀態(tài)，都已經(jīng)進(jìn)行了不同程度的油氣田改造工作。西部地區(qū)油氣田由于開(kāi)發(fā)較晚，普遍處于上產(chǎn)期和穩(wěn)產(chǎn)期，隨著開(kāi)發(fā)程度不斷加深，未來(lái)也會(huì)面臨改造的問(wèn)題。合理確定油氣田改造的投資規(guī)模可以提高資金的利用效率和整體經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)油氣企業(yè)意義重大[2]。

國(guó)內(nèi)外有關(guān)油氣田改造項(xiàng)目投資規(guī)模的研究較少，陳興德等[3]選取代表性的陸上砂巖區(qū)塊，采用DEA 有效性法來(lái)確定新油田開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)投資規(guī)模，提出油田投資規(guī)模應(yīng)在經(jīng)濟(jì)投資規(guī)模以下。徐觀學(xué)等[4]采用相對(duì)有效性法分析了勝利油田1979—1998年的投資經(jīng)濟(jì)效益情況并給出改進(jìn)建議。陽(yáng)軍[5]應(yīng)用實(shí)物期權(quán)法預(yù)測(cè)了不確定條件下的項(xiàng)目最佳投資規(guī)模，并分別分析完全壟斷、序列投資、完全競(jìng)爭(zhēng)三種情形下的企業(yè)投資規(guī)模對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的影響。張曉東[6]采用因子分析法來(lái)劃分影響油氣田改造投資的因素，并建立多元回歸模型預(yù)測(cè)改造投資的規(guī)模。針對(duì)油氣行業(yè)的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，涉及投資規(guī)模巨大，如果無(wú)法科學(xué)的進(jìn)行決策會(huì)存在巨大的投資風(fēng)險(xiǎn)，如投資過(guò)大、資金利用率低、投資不足等，引起投資偏差；而實(shí)物期權(quán)法確定項(xiàng)目投資規(guī)模存在很大的局限性，例如期權(quán)具有時(shí)效性，而油氣資產(chǎn)的取得有很大的滯后性，期權(quán)中的擴(kuò)張期權(quán)在油田的實(shí)際開(kāi)發(fā)中很難做到，油田的規(guī)模一般都在合同中有所限定。DEA 法雖然通過(guò)投入與產(chǎn)出的有效性能夠確定投資規(guī)模，但得到的是相對(duì)投資規(guī)模（橫向比較相似油田數(shù)據(jù)得到），無(wú)法對(duì)油田未來(lái)各年的投資規(guī)模進(jìn)行預(yù)測(cè)。因此，需要有更好的投資規(guī)模確定方法以適應(yīng)油田實(shí)際。

本文分析了影響油氣田改造投資的主要因素，采用因子分析法將相關(guān)性較強(qiáng)的因素進(jìn)行歸類，由歸類后的指標(biāo)與改造投資的關(guān)系建立回歸模型。由于油氣田改造投資與產(chǎn)出的關(guān)系存在一定的滯后性[7]，因此可嘗試建立自回歸模型來(lái)對(duì)油氣田改造的投資規(guī)模進(jìn)行預(yù)測(cè)。

1 油氣田改造影響因素分析

油氣田調(diào)整改造工程主要體現(xiàn)在穩(wěn)定產(chǎn)量、增加產(chǎn)能、設(shè)備更新維護(hù)、節(jié)能減排工程、生產(chǎn)安全、環(huán)境治理工程等方面[8-9]。調(diào)整改造工作量大小受多方面因素的影響，與油氣田規(guī)模、資產(chǎn)情況、開(kāi)發(fā)指標(biāo)、油價(jià)波動(dòng)等有密切關(guān)系，具體包括油氣田整體面積、地質(zhì)儲(chǔ)量、開(kāi)發(fā)年限、剩余可采儲(chǔ)量、井?dāng)?shù)、年產(chǎn)油、年產(chǎn)液、累計(jì)產(chǎn)量、綜合含水率、資產(chǎn)規(guī)模、油價(jià)等[10-11]。

多因素分析相比單因素分析克服了諸多限制，可同時(shí)評(píng)價(jià)不同因素對(duì)被解釋變量的不同作用。多因素分析法包括多元統(tǒng)計(jì)回歸分析、主成分分析、因子分析、灰色關(guān)聯(lián)度分析等[7]。因子分析法側(cè)重于解釋相關(guān)矩陣或協(xié)方差矩陣的內(nèi)部依賴關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)變量的降維，降維后的因子能夠較好地替代原始數(shù)據(jù)。

因子分析就是要尋找變量間的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，以較少的幾個(gè)因子反映大部分原始資料信息。利用因子分析法對(duì)表1 中各變量進(jìn)行分析可以得出：隨著地質(zhì)儲(chǔ)量、年產(chǎn)液、資產(chǎn)規(guī)模的增加投資隨之增加，這部分因素可劃歸為增加產(chǎn)能因素；隨著儲(chǔ)量品位變差、累計(jì)產(chǎn)油增加、年產(chǎn)油的降低，投資隨之逐漸增加，這部分因素可劃歸為穩(wěn)定產(chǎn)量因素；隨著油價(jià)升高，投資隨之增加，這部分因素可劃分為市場(chǎng)因素。其他影響因素還包括節(jié)能減排、環(huán)保安全和數(shù)字化改造等（鑒于掌握的數(shù)據(jù)限制，未將其他因素放入回歸模型）。從上述指標(biāo)中可提取三個(gè)公共因子，分別是工作量因子1、產(chǎn)能規(guī)模因子2、市場(chǎng)因子3，其中工作量因子1 反映了資產(chǎn)規(guī)模、井?dāng)?shù)、年產(chǎn)液等因素，因?qū)Ξa(chǎn)能規(guī)模影響較大也可稱之為產(chǎn)能規(guī)模因子，同時(shí)該因子對(duì)投資的影響也最大。

表1 某油田開(kāi)發(fā)指標(biāo)及改造投資歷史數(shù)據(jù)Tab.1 Development index and historical data of reconstruction investment of an oilfield

2 模型構(gòu)建

2.1 滯后變量模型

生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中某些經(jīng)濟(jì)變量既受同期各因素的影響，又受過(guò)去時(shí)期各因素甚至自身過(guò)去值的影響，這種過(guò)去時(shí)期對(duì)目前狀態(tài)有影響的變量叫做滯后變量，含有滯后變量的模型稱為滯后變量模型[7]。滯后變量模型因考慮了經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中廣泛存在的時(shí)間滯后效應(yīng)，又稱為動(dòng)態(tài)模型。

2.1.1 滯后效應(yīng)的原因

通常來(lái)說(shuō)，解釋變量與被解釋變量的關(guān)系不是同時(shí)發(fā)生，而是在時(shí)間上存在一定的滯后性，也就是解釋變量的變化對(duì)被解釋變量的影響需要一段時(shí)間來(lái)逐步顯現(xiàn)，被解釋變量的變化也可能受自身過(guò)去狀態(tài)的影響。經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中產(chǎn)生滯后效應(yīng)的因素較多，主要包括：

（1）心理因素。人們固有的行為習(xí)慣與心理往往滯后于經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的變化，固有行為的延續(xù)產(chǎn)生了滯后效應(yīng)。

（2）技術(shù)因素。工業(yè)生產(chǎn)中，從生產(chǎn)到流通再到使用的每個(gè)環(huán)節(jié)都需要時(shí)間，如當(dāng)年的產(chǎn)出某種程度上依賴于過(guò)去時(shí)期的投資所形成的固定資產(chǎn)，從而形成時(shí)間滯后。

（3）制度因素。管理制度、條約等因素會(huì)造成經(jīng)濟(jì)行為的滯后，如過(guò)去簽訂的訂貨合同影響當(dāng)期產(chǎn)品的產(chǎn)量。

2.1.2 自回歸模型

如果滯后變量模型中的解釋變量?jī)H包含當(dāng)期值與被解釋變量的一個(gè)或多個(gè)滯后值，則稱為自回歸模型。自回歸模型的一般形式為

式中：Yt為第t期的因變量；Xt為第t期的自變量；滯后期長(zhǎng)度q也稱為自回歸模型的階數(shù)，α0、α1、βi為系數(shù)，μt為隨機(jī)變量。

2.1.3 自回歸模型的參數(shù)估計(jì)

自回歸模型估計(jì)時(shí)的主要問(wèn)題在于，滯后被解釋變量可能與隨機(jī)干擾項(xiàng)相關(guān)，或與隨機(jī)干擾項(xiàng)出現(xiàn)序列相關(guān)性。因此，對(duì)自回歸模型的參數(shù)主要需視滯后被解釋變量與隨機(jī)干擾項(xiàng)的不同關(guān)系進(jìn)行估計(jì)。

對(duì)于一階自回歸模型而言，若滯后被解釋變量Yt-1與隨機(jī)干擾項(xiàng)μt同期相關(guān)，則普通最小二乘估計(jì)是有偏的，并且不是一致估計(jì)。針對(duì)上述情況可采用工具變量法，即尋找一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)變量Zt作為Yt-1的工具變量進(jìn)行估計(jì)。參數(shù)估計(jì)量具有一致性。若滯后被解釋變量Yt-1與隨機(jī)干擾項(xiàng)μt同期無(wú)關(guān)，則可直接使用普通最小二乘法進(jìn)行估計(jì)，得到一致估計(jì)量。以上方法只解決了解釋變量與隨機(jī)干擾項(xiàng)相關(guān)對(duì)參數(shù)估計(jì)的影響，沒(méi)有解決隨機(jī)干擾項(xiàng)的自相關(guān)問(wèn)題。對(duì)于自回歸模型，隨機(jī)干擾項(xiàng)的自相關(guān)問(wèn)題始終是存在的，目前唯一可行的方法就是使建立的模型盡可能正確，從而減輕序列相關(guān)程度。

2.2 油氣田改造投資模型構(gòu)建

在計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)研究中，有一類模型用來(lái)研究物資儲(chǔ)備問(wèn)題——局部調(diào)整（partial adjustment）模型。油氣田改造的投入與產(chǎn)出過(guò)程可以類似的看作是一個(gè)物資儲(chǔ)備過(guò)程。例如，油氣田隨著開(kāi)采的持續(xù)，產(chǎn)量不斷遞減，企業(yè)為了保證油田穩(wěn)產(chǎn)，必須在遞減年份投入一定資金進(jìn)行改造，對(duì)于一定的開(kāi)發(fā)指標(biāo)Xt，存在著預(yù)期的最佳改造投資額Yte。局部調(diào)整模型的最初形式為

可以看出，不易觀測(cè)。由于生產(chǎn)條件的波動(dòng)，生產(chǎn)管理方面的原因，改造投資Yt的實(shí)際變化量只是預(yù)期變化的一部分。改造投資按預(yù)定的水平逐步進(jìn)行調(diào)整，故有局部調(diào)整假設(shè)，即

式中：γ為調(diào)整系數(shù)，0≤γ≤1。

上式還可寫(xiě)成

表明實(shí)際改造投資是本期最佳預(yù)期投資與上期實(shí)際投資的加權(quán)和。將公式（2）代入公式（4）式得

由以上可知，油氣田改造投資規(guī)模確定的局部調(diào)整模型實(shí)際上是一個(gè)自回歸模型。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)油田各年改造投資與開(kāi)發(fā)指標(biāo)的數(shù)據(jù)，代入自回歸模型進(jìn)行回歸，從而預(yù)測(cè)未來(lái)生產(chǎn)所需投資。需要注意的問(wèn)題是變量滯后期的選擇，如果滯后期設(shè)置較長(zhǎng)，將缺乏足夠的自由度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。目前沒(méi)有先驗(yàn)準(zhǔn)則能夠確定滯后期長(zhǎng)度，可行的方法是使用赤池信息準(zhǔn)則（AIC）和施瓦茨準(zhǔn)則（SC）來(lái)確定最佳滯后期。

3 模型應(yīng)用

由前文討論的方法，構(gòu)建某油田改造投資與開(kāi)發(fā)指標(biāo)的自回歸模型。根據(jù)因子分析的結(jié)果將F1、F2、F3與改造投資進(jìn)行多元回歸，可將模型設(shè)定為如下形式：

式中：GZTZ為油田年改造投資；F1為油田工作量因子；F2為油田產(chǎn)能規(guī)模因子；F3為市場(chǎng)因子；Yt-1為年改造投資的一階自回歸；μt為隨機(jī)干擾項(xiàng)。

應(yīng)用Eviews7 軟件對(duì)該模型的多元回歸分析結(jié)果為：

估計(jì)結(jié)果表明，模型擬合優(yōu)度(R2)為0.984 7，修正后的擬合優(yōu)度()為0.923 8，說(shuō)明模型可以解釋95%以上的情形。F統(tǒng)計(jì)量較高，說(shuō)明模型整體十分顯著，能夠滿足油氣田改造投資的預(yù)測(cè)要求，D.W.統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)表明無(wú)明顯自相關(guān)性。根據(jù)公式（7）估計(jì)的A油田未來(lái)3年改造投資額如表2所示。

表2 某油田未來(lái)3 年各年改造投資額Tab.2 Annual reconstruction investment amount of an oilfield in the next 3 years 萬(wàn)元

4 結(jié)論

油氣田改造投資規(guī)模問(wèn)題是實(shí)際工作中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，合理確定投資規(guī)模有助于提高油氣田整體經(jīng)濟(jì)效益。本文充分考慮油氣田特性，采用計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)方法建立了油氣田改造的投資預(yù)測(cè)模型。通過(guò)某油田的應(yīng)用表明，此方法的優(yōu)勢(shì)在于充分考慮影響油氣田改造投入與產(chǎn)出的各種因素，將眾多影響因素采用因子分析法歸集為主要變量在模型中得以體現(xiàn)，最終得到的投資規(guī)模預(yù)測(cè)模型能夠較好反映投資實(shí)際情況。模型考慮到改造投資對(duì)開(kāi)發(fā)指標(biāo)的影響可能存在一定的滯后性，故在模型中加入了投資的自回歸項(xiàng)，以使預(yù)測(cè)結(jié)果更加科學(xué)。

應(yīng)用本方法計(jì)算出的油氣田改造投資應(yīng)與工作量定額法確定的改造投資結(jié)合使用。當(dāng)兩種方法計(jì)算出的投資額相差過(guò)多時(shí)，可針對(duì)性地分析原因，做到方法互補(bǔ)，從而使油氣田改造投資規(guī)模確定工作更加客觀、準(zhǔn)確。