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煤層氣開發(fā)經(jīng)濟(jì)模型

煤層氣開發(fā)經(jīng)濟(jì)模型作者: GW霍布斯等
【摘要】與常規(guī)天然氣井相比,同樣深度和產(chǎn)能的煤層氣井的投資和生產(chǎn)成本都高一些,當(dāng)天然氣銷售價(jià)偏低時(shí),導(dǎo)致煤層氣井投資回收額也較低。在經(jīng)濟(jì)蕭條時(shí),為了保護(hù)煤層氣開發(fā)工程項(xiàng)目,美國國會(huì)制定了非常規(guī)燃料第29號(hào)稅收優(yōu)惠法案,當(dāng)氣價(jià)堅(jiān)挺時(shí),煤層氣開發(fā)工程項(xiàng)目的投資回收額也較高。 
阿拉巴馬州的黑勇士盆地迄今是世界上含煤盆地中煤層氣開發(fā)項(xiàng)目最多的盆
地。從1980年起,24個(gè)不同鉆井作業(yè)隊(duì)在該區(qū)域鉆探了3800多口井,投入成本總
計(jì)大約15億美元。其中絕大多數(shù)井是獲得美國國會(huì)頒布的特殊非常規(guī)燃料稅收優(yōu)
惠資格后于1989~1990年鉆探的,有關(guān)鉆井項(xiàng)目一直持續(xù)到1990年底。到1991年
10月,已有2714口井投入生產(chǎn)。盡管很多井還沒有排水,日產(chǎn)總量已達(dá)到0063
億m3,截止到1991年11月1日,累計(jì)產(chǎn)量達(dá)5247億m3。
    當(dāng)全部煤層氣井經(jīng)完全排水生產(chǎn)后,1994年黑勇士盆地煤層氣的最高日產(chǎn)量
將達(dá)到0149億m3。
    隨著對黑勇士盆地煤層氣資源開發(fā)工程項(xiàng)目的投資,這些有效資源已經(jīng)進(jìn)入
到民用消費(fèi)市場。下面假設(shè)有一個(gè)250口井的開發(fā)工程項(xiàng)目,開發(fā)初期的氣價(jià)采
用實(shí)際銷售氣價(jià),我們將對該工程項(xiàng)目進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。當(dāng)黑勇士盆地煤層氣著手
開發(fā)時(shí)的銷售氣價(jià)明顯低于預(yù)測氣價(jià)時(shí),即使采用最高產(chǎn)量進(jìn)行上述項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)
分析也需要使用非常規(guī)燃料第29號(hào)稅收優(yōu)惠法案的扶持,以提供一個(gè)較可行的投
資回收方案。
1  有關(guān)的理論方法
    首先,應(yīng)從在該盆地進(jìn)行煤層氣開發(fā)的一些大、小生產(chǎn)公司收集勘探開發(fā)投
資、生產(chǎn)成本方面的數(shù)據(jù),還要從阿拉巴馬州和參與該項(xiàng)研究的公司處收集那些
現(xiàn)有的歷史產(chǎn)量數(shù)據(jù)。
    杉樹灣(The Cedar。茫铮觯)地區(qū)位于阿拉巴馬州托斯卡盧薩(
Tuscaloosa)縣的東南部,我們選擇該區(qū)塊作為模擬研究區(qū)。從有一
年以上生產(chǎn)期的150多口煤層氣井、有18個(gè)月生產(chǎn)期的50多口及36個(gè)月生產(chǎn)期的2
5口煤層氣井的以往生產(chǎn)數(shù)據(jù)中,可以得到煤的平均開發(fā)生產(chǎn)率,利用這些數(shù)據(jù)
能夠得到煤層氣、抽出水的平均最高產(chǎn)率。
    假設(shè)在1988年租用一塊35000英畝的土地上,按當(dāng)時(shí)的勘探程序建立一個(gè)勘
探開發(fā)投資模型。根據(jù)實(shí)際的歷史產(chǎn)量數(shù)據(jù)、假定的煤層總厚、單井控制地質(zhì)儲(chǔ)
量、期望生產(chǎn)率和理論上的生產(chǎn)遞減率及采收率,能夠得到煤層氣、抽出水的單
井期望產(chǎn)量。
    對一個(gè)工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)評價(jià)就是利用投資模型及氣、水產(chǎn)量和以往生產(chǎn)成本
進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算的過程。我們以1988年項(xiàng)目開始時(shí)的氣價(jià)期望值和實(shí)際氣價(jià)
以及現(xiàn)在的氣價(jià)期望值為基礎(chǔ)來確定氣價(jià)。
2  有關(guān)模擬的數(shù)據(jù)資料準(zhǔn)備
    表1展示了模擬項(xiàng)目的投資成本和工期。該工程預(yù)定開工時(shí)間是1988年初,
完成時(shí)間是四年,中間分三個(gè)階段:
    勘探階段(表1):時(shí)間二年,總投資64百萬美元,具體包括:地質(zhì)研究、
土地租賃、5口探井(每井深3500英尺)、7口取芯井即詳探、煤芯測試井。第二階
段是只有25口井的小規(guī)模試驗(yàn)生產(chǎn)階段,時(shí)間是12~18個(gè)月,總計(jì)投資大約920萬
美元,目的是對大范圍商業(yè)開發(fā)進(jìn)行評估。試驗(yàn)階段包括有限的生產(chǎn)裝置成本投
資,如集輸管線、減壓裝置和水處理設(shè)備。
    隨著試采工程項(xiàng)目的成功,接著就要進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)開發(fā),在該區(qū)塊需要再
鉆開發(fā)井225口,并完成相應(yīng)的生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),投資金額754百萬
表1  煤層甲烷開發(fā)模擬項(xiàng)目及成本


第一階段: 勘探階段
1988 地質(zhì)研究 150000
租用土地費(fèi)(共35000英畝,85美元/英畝(土地租借費(fèi)75美元/英畝,土地占用
費(fèi)10美元/英畝)


2975000
探井  
1個(gè)取芯和測試井 97500
10668m探井5口(265000美元/井) 1325000
測試項(xiàng)目  
地質(zhì)測試(20000美元/井) 100000
抽水實(shí)驗(yàn)(50000美元/井) 250000
水處理(300×180桶/井,108000美元/井)
540000
技術(shù)裝備和管理費(fèi)(45000美元/井) 225000
意外事故費(fèi)(45000美元/井) 225000
小    計(jì) 5887500
1989 鉆進(jìn)和測試6口取芯井
鉆井(52000美元/井) 315000
巖芯實(shí)驗(yàn)室測試和小眼井測試
(35000美元/井)
215000
技術(shù)裝備和管理費(fèi) 30000
意外事故費(fèi) 30000
小    計(jì) 590000
第一階段總計(jì) 6477500
第二階段:

   小規(guī)模試驗(yàn)生產(chǎn)階段
  (25口井的開發(fā)項(xiàng)目--5口探井,20口開發(fā)井)
1989
   20口開發(fā)井(鉆探、完井、裝備)(265000美元/井)
5300000
集輸系統(tǒng)(25×12000美元) 937500
供電系統(tǒng)(25×12000美元) 300000
起動(dòng)費(fèi)用(25口) 625000
壓縮(租用費(fèi),3000美元/井/年) 75000
水處理到河流  
   3英里長、直徑10英寸的管道 150000
   容量50000桶的處理池 400000
   監(jiān)測站 200000
小    計(jì) 7987500
一般管理和行政監(jiān)督費(fèi)(5%) 399375
意外事故費(fèi)用(10%) 798750
第二階段總計(jì)   9185625
第三階段: 開發(fā)階段  
(另打225口開發(fā)井,共計(jì)250口井的開發(fā)項(xiàng)目)
1990~91
   225口井的鉆探、完井和裝備(260000美元/井)
58500000
氣和水的集輸(37000美元/井) 8437500
供電、電耗(12000美元/井) 2700000
水處理(9800美元/井) 2205000
小    計(jì) 71842500
一般管理和行政監(jiān)督費(fèi)(5%) 3592125
第三階段總計(jì) 75434625
累計(jì)工程投資  91097750

美元,整個(gè)階段累計(jì)需投資91百萬美元,在我們的模型中,每口3500英尺(1066
8m)開發(fā)井的生產(chǎn)成本還要包括生產(chǎn)和水處理基礎(chǔ)設(shè)施費(fèi),總值為3193萬美
元。
    租賃生產(chǎn)成本見表2。日常的監(jiān)控費(fèi)用、動(dòng)力費(fèi)和一般行政管理費(fèi)用比較固
定,每月按1000美元計(jì),另外還有氣井的維修費(fèi)用,該項(xiàng)費(fèi)用在開始生產(chǎn)時(shí)要高
一些,因?yàn)樵谶@期間需要排水,因而要考慮水處理費(fèi),同時(shí)需要定期對井泵進(jìn)行
檢修。

表2  租賃生產(chǎn)投資費(fèi)用


可變成本
壓縮(單位成本:53美元/km3)
月產(chǎn)量,km3                  每井月投資成本,美元
      170                        900
水監(jiān)測和處理       (單位成本:005美元/桶)  
生產(chǎn)年份 月產(chǎn)量,桶 每井月成本,美元
1   7800 390
2   3900 195
3   3510 176
4   3120 156
5   2730 137
井的維修(修理和替代)
生產(chǎn)年份 每井年成本,美元 每井月成本,美元
1   10000
2   6000
3~5   4000
6   2000 305(6年平均)
固定成本  
  每井月成本,美元
日生產(chǎn)費(fèi)(井泵、計(jì)量、計(jì)量審核) 300
電力費(fèi)用 400
管理費(fèi) 300

    經(jīng)過最初的3~5年后,氣井維修費(fèi)用將明顯降低,這些變化的成本也包括氣
體壓縮成本(按53美元/km3計(jì)算)、水處理費(fèi)用(按015美元/桶計(jì)算)
。黑勇士盆地水處理費(fèi)用相對較低,因?yàn)楫a(chǎn)出水礦化度較低,固體沉淀處理后可
以流入當(dāng)?shù)氐暮恿髦。在頭三年的生產(chǎn)中,每口開發(fā)井的總模擬生產(chǎn)成本費(fèi)在29
000~33000美元/年之間。
21生產(chǎn)情況
    模擬區(qū)塊內(nèi)的Black。茫颍澹澹、Mary Lee、Pratt和C
obb煤層組中含有76m厚的低揮發(fā)煙煤,一般需要多層完井。
    從深層的Black Creek煤組到淺層的Cobb煤組,單層煤平均
含氣量由849m3/t變化到1416m3/t。在我們的研究模型中,取
加權(quán)平均值1132m3/t,單井控制面積為80英畝。由此可計(jì)算得到單井控
制的煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量是0408億m3。
    托斯卡盧薩(Tuscaloosa)縣東南部一些較好的生產(chǎn)井8~12個(gè)
月達(dá)到最高產(chǎn)氣量5098~8490m3/d,可持續(xù)高產(chǎn)6~12個(gè)月,然后產(chǎn)
量開始遞減。一些最好的井日產(chǎn)量達(dá)283萬m3,但這種井是相當(dāng)少見的。
    在低滲透率煤層區(qū),一些產(chǎn)氣較差的井最高日產(chǎn)量低于1115m3。在我們
的模型中,假定生產(chǎn)井在生產(chǎn)十一個(gè)月內(nèi)達(dá)到平均最高日產(chǎn)量5660m3,持續(xù)
高產(chǎn)6個(gè)月后產(chǎn)量開始遞減。該地區(qū)煤層氣井的產(chǎn)水量相對較高。在投入生產(chǎn)第
一個(gè)月內(nèi),295口井的初期平均排水量是425桶/d。12個(gè)月后,平均日產(chǎn)水量下
降到211桶,48個(gè)月以后,單井日排水量小于100桶。
22  財(cái)務(wù)模擬的假設(shè)
    我們的經(jīng)濟(jì)模擬著眼于經(jīng)濟(jì)收益,這里的經(jīng)濟(jì)收益是指在支付占總數(shù)額15%
的資源補(bǔ)償費(fèi)后的全部經(jīng)營所得,煤層氣總產(chǎn)量應(yīng)該減去進(jìn)行氣體加壓收縮而消
耗的份額,按6%計(jì)算。每年的煤層氣純產(chǎn)量再乘以工業(yè)銷售氣價(jià)就是年總產(chǎn)值。
    總產(chǎn)值減去租借生產(chǎn)成本、無形的鉆井成本、阿拉巴馬州的資源開采稅以及
托斯卡盧薩縣的貨物稅就是凈收益,不包括經(jīng)營收入所得稅。可征稅收入的計(jì)算
是在凈收益減去礦藏儲(chǔ)量衰竭減稅率和依據(jù)單位產(chǎn)量法制定的工程投資折舊費(fèi)后
的收入。另外34%的公司稅率也包括在這部分純可征稅收入內(nèi)。
    最后,假定適于第29條法案的全部稅收優(yōu)惠額也算在當(dāng)年的收益中。1980年
通過的這項(xiàng)優(yōu)惠法案是為了鼓勵(lì)非常規(guī)燃料的商業(yè)化開發(fā)而制定的,象瀝青砂、
頁巖和煤層氣。1990年的優(yōu)惠數(shù)額是3074美元/km3,優(yōu)惠額隨著通貨膨
脹率的浮動(dòng)作相應(yīng)調(diào)整,一直到2002年為止。
23  氣價(jià)
    我們假定模擬工程項(xiàng)目于1988年開始建設(shè),黑勇士盆地煤層氣的銷售價(jià)格每
年按5%的幅度增加,在這個(gè)前提下,從1990的氣價(jià)--7420美元/km3開始,
我們對其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。糟糕的是,由于經(jīng)濟(jì)蕭條以及天然氣生產(chǎn)的供大于求,
天然氣的銷售價(jià)格從1990年至今一直呈下降趨勢。以實(shí)際的平均銷售價(jià)格為基準(zhǔn)
進(jìn)行二次經(jīng)濟(jì)分析,并與上述假設(shè)價(jià)格的情況相比較研究,以展示低于最初預(yù)測
氣價(jià)的實(shí)際銷售氣價(jià)對模型預(yù)測所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)影響。
    表3列出了在模擬現(xiàn)金流量和經(jīng)濟(jì)分析中用到的一些經(jīng)濟(jì)參數(shù)。
3  經(jīng)濟(jì)模擬結(jié)果的分析
    在我們假想的開發(fā)工程項(xiàng)目中,按預(yù)想的情況每口煤層氣開發(fā)井應(yīng)該生產(chǎn)25
36Mm3氣,占單井控制面積內(nèi)地質(zhì)儲(chǔ)量的62%(或采收率62%),生產(chǎn)壽命超
過30年。表4列出了每口井的產(chǎn)量和儲(chǔ)量。在這個(gè)250口井開發(fā)項(xiàng)目中,預(yù)計(jì)在項(xiàng)
目開發(fā)期的第六年達(dá)到最高產(chǎn)量,即133Mm3/d。

表3  黑勇士盆地開發(fā)的有關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)


經(jīng)營利率  100%
凈收益率  085
燃料消耗  6%(總產(chǎn)量)
氣價(jià) 美元/km3 美元/km3
年份 預(yù)測價(jià) 實(shí)際價(jià)
1990 7415 7415
1991 7804 5297
1992 7874 4732
年增長率按5%計(jì),最高價(jià)是12359美元/km3
開采稅率,%                    4
礦區(qū)枯竭減稅和折舊率,%        34(單位生產(chǎn)法)
公司稅率,%                    34
第29號(hào)法案稅優(yōu)惠數(shù)額(美元/km3)
1990 3072
1991 3178
1992 3319
年增長率是4%,直到2002年
凈現(xiàn)值貼現(xiàn)率,%                     15

表4  煤層氣開發(fā)模擬項(xiàng)目的產(chǎn)量和儲(chǔ)量


黑勇士盆地煤層氣的多煤層完井
井    深,m
煤層厚度,m
平均含氣量,m3/t
煤密度,t/m3
單井控制面積,m2
單井控制地質(zhì)儲(chǔ)量,Mm3
采收率,%
平均最高日產(chǎn)量,km3
在經(jīng)濟(jì)壽命期內(nèi)的累計(jì)最高產(chǎn)量,Mm3
模擬采收率,% 10668
762
1133
146
3237496
4078M
65
566
2537
62(30年)

31  按原來預(yù)期氣價(jià)分析
    我們假設(shè)模擬項(xiàng)目的大規(guī)模開發(fā)于1988年開始,預(yù)計(jì)氣價(jià)按每年5%的速度遞
增。在提高氣價(jià)的前提下,我們對這個(gè)假設(shè)的250口井開發(fā)項(xiàng)目進(jìn)行的模擬經(jīng)濟(jì)
分析得到以下結(jié)果:繳納聯(lián)邦收入稅以前的未貼現(xiàn)收入是244百萬美元,與投入
資金882百萬美元相比,收入投資比是52∶1;內(nèi)部收益率(IRR)是211%,
按15%的貼現(xiàn)率計(jì)算凈現(xiàn)值198百萬美元。
    如果沒有第29條稅收優(yōu)惠法案,稅后收入與投資比是34∶1;內(nèi)部收益率
(IRR)是173%,按15%的貼現(xiàn)率計(jì)算凈現(xiàn)值是6百萬美元;當(dāng)利用第29條法案獲
得稅收優(yōu)惠后,稅后收益是292百萬美元,收入投資比(P/I)是62∶1;內(nèi)部收
益率(IRR)上升到33%;按15%的貼現(xiàn)率計(jì)算凈現(xiàn)值是484百萬美元。
    在這種情況下,既使沒有第29號(hào)稅收優(yōu)惠法案,這種低風(fēng)險(xiǎn)的開發(fā)項(xiàng)目投資
在稅后也能獲益。如果這種稅收優(yōu)惠政策全面實(shí)施,煤層氣的勘探開發(fā)投資項(xiàng)目
將具有非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
32  按實(shí)際氣價(jià)分析
    然而,實(shí)際的天然氣銷售價(jià)格不是上升,而是從1990年起就一直下跌。如果
按1990年、1991年的實(shí)際氣價(jià)以及1992年的預(yù)測氣價(jià)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析,那么投資回
收將明顯低于原來預(yù)計(jì)的數(shù)額。稅前未貼現(xiàn)收入下降到822百萬美元,收入投
資比只有17∶1;內(nèi)部收益率(IRR)是71%,按15%的貼現(xiàn)率計(jì)算凈現(xiàn)值是虧損
244百萬美元。如果沒有第29號(hào)稅收優(yōu)惠法案,稅后收入投資比只有11∶1,
內(nèi)部收益率是58%;如果第29號(hào)稅收優(yōu)惠政策全面實(shí)施,內(nèi)部收益率(IRR)上升
到227%,未貼現(xiàn)的收入-投資比(P/I)是39∶1,按15%的貼現(xiàn)率計(jì)算凈現(xiàn)值
是192百萬美元。
    很明顯,如果沒有第29號(hào)稅收優(yōu)惠法案,開發(fā)項(xiàng)目的投資情況將非常差。相
反,有了這項(xiàng)稅收優(yōu)惠政策,這些開發(fā)項(xiàng)目的投資因風(fēng)險(xiǎn)較小而變得可行。通過
對第29號(hào)稅收優(yōu)惠政策對開發(fā)模型經(jīng)濟(jì)的影響分析,明確地說明了實(shí)施這項(xiàng)優(yōu)惠
政策的必要性,有了它,開發(fā)項(xiàng)目就是可行的;否則,開發(fā)項(xiàng)目就不能進(jìn)行。
    表5我們列出了不同的價(jià)格體系下,黑勇士盆

表5  煤層氣開發(fā)項(xiàng)目稅收經(jīng)濟(jì)指標(biāo)


稅前 稅后 稅優(yōu)后
按1990年的預(yù)期價(jià)格計(jì)算
  收益/投資
52
34
62
  內(nèi)部收益率 211 173 330
  15%貼現(xiàn)率凈現(xiàn)值(百萬美元) 198 60 484
按1990~92年實(shí)際氣價(jià)計(jì)算
  收益/投資
17
11
39
  內(nèi)部收益率 71 58 227
  15%貼現(xiàn)率凈現(xiàn)值(百萬美元) (-244) (-231) (192)
地煤層氣模擬開發(fā)工程項(xiàng)目稅前和稅后的有關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
4  投資回收討論
    在黑勇士盆地煤層氣勘探開發(fā)項(xiàng)目和位于托斯卡盧薩東南部的模型開發(fā)項(xiàng)目
中,單井平均最高產(chǎn)氣率是2813m3/d,假定氣價(jià)接近或超過7067美元/km
3,則該產(chǎn)量應(yīng)該能提供較好的稅前及稅后投資回收率,但不顯著。當(dāng)氣價(jià)堅(jiān)挺
時(shí),在第29號(hào)稅收優(yōu)惠政策保護(hù)下,投資回收較好的煤層氣開發(fā)項(xiàng)目成為優(yōu)越的
投資項(xiàng)目。按1990年的預(yù)測氣價(jià),模擬開發(fā)項(xiàng)目顯示:第29號(hào)稅收優(yōu)惠法案幾乎
使稅后收入翻一番,稅后現(xiàn)金流量從161百萬美元上升到293百萬美元。正是這項(xiàng)
優(yōu)惠政策的作用,使1989~1990年黑勇士盆地的煤層氣開發(fā)得到了突飛猛進(jìn)
的發(fā)展。
    隨著第29號(hào)稅收優(yōu)惠政策的落實(shí),預(yù)計(jì)煤層氣開發(fā)項(xiàng)目的內(nèi)部收益率達(dá)33%
,收入投資比達(dá)62∶1,這有力地推動(dòng)了該盆地鉆探項(xiàng)目的進(jìn)行。已經(jīng)投
產(chǎn)的3800口開發(fā)井最終能提供的民用煤層氣產(chǎn)量達(dá)1486Mm3/d。
    就目前的天然氣銷售市場來說,如果沒有第29號(hào)稅收優(yōu)惠法案的保護(hù)政策,
當(dāng)氣價(jià)較低時(shí),包括我們的模擬項(xiàng)目在內(nèi)的所有煤層氣開發(fā)工程的投資回收額與
常規(guī)石油開發(fā)投資項(xiàng)目相比將是很低的,因?yàn)榕c同樣深度和產(chǎn)能的常規(guī)天然氣井
相比,煤層氣開發(fā)井的投資和生產(chǎn)成本較高。
    就現(xiàn)行氣價(jià)進(jìn)行核算,第29號(hào)稅收優(yōu)惠政策實(shí)施后模擬項(xiàng)目的累計(jì)凈現(xiàn)金流
量將提高24倍。這就使煤層氣開發(fā)項(xiàng)目從根本上免于受經(jīng)濟(jì)蕭條的影響,如果
1988~1990年期間剛剛起步的煤層氣開發(fā)項(xiàng)目在達(dá)到高產(chǎn)時(shí)恰好碰上氣價(jià)陷入低
谷,那么這些項(xiàng)目的生產(chǎn)將變得舉步艱難。
    無可置疑的是,依據(jù)現(xiàn)有的資料將能夠證明,在托斯卡盧薩縣東南部模擬開
發(fā)區(qū)中我們所選用的典型鉆孔好于黑勇士盆地鉆孔的平均水平。
    雖然在美國,煤層氣目前是一種已證實(shí)能源,并已打了6000多口煤層氣井。
但在氣價(jià)持續(xù)下跌的情況下,由于第29號(hào)稅收優(yōu)惠法案到1992年就該中止,如果
不再延續(xù)的話,那么就不可能再有新的大規(guī)模煤層氣開發(fā)項(xiàng)目。

(《Petroleum Engineer International》,July 1992
穆獻(xiàn)中  梁曉梅譯,徐會(huì)軍校)




 

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