煤层气项目经济评价理论与方法研究进展

杨永国 李映洁 秦 勇

0 引言

加大煤层气资源的勘探开发，在缓解我国清洁能源短缺困境、控制碳排放、加强煤矿生产安全等多个方面都具有重要的意义，对中国经济社会可持续发展尤为重要[1]。然而，我国煤层地质条件复杂，煤层气开发具有周期长、风险高、不确定性大等特点[2]。为了进一步提高煤层气资源开发的综合效益、降低项目投资风险，有必要开展煤层气项目经济评价，协助项目投资方实现科学决策。煤层气项目经济评价，是指在煤层气资源禀赋状况、勘探开发技术、煤层气资源产业政策和区块社会环境约束下，从经济角度对煤层气项目效益进行的分析，目的是评价项目各方案的可行性，根据评价结果选取合适的项目实施方案，根据敏感性分析缩减成本、降低风险、优化经营体系。合理选择经济评价方法是保证煤层气项目经济评价客观性的前提。关于煤层气项目的开发和经济分析工作，最早在美国圣胡安盆地和黑勇士盆地展开[3]，并随着煤层气产业的发展形成多种方法。近年来，相关研究从产能预测、评价指标、市场需求等不同角度建立了预测模型，但缺乏相应的研究脉络分析。随着我国煤层气产业发展进入新阶段，对煤层气项目经济评价工作也提出更高的要求。为此回顾了煤层气项目经济评价研究的发展进程，基于文献计量学方法探讨了煤层气项目经济评价领域知识图谱的结构与演进趋势；对比分析了评价方法应用场景及优缺点，进而提出了深化研究的建议。

1 煤层气项目经济评价研究进程

煤层气项目的经济评价工作是煤层气大规模开发项目取得重大进展的产物。20世纪70年代，美国为了成功进行煤层气资源的商业开发，在煤层气产能分析与开发工艺等方面进行了大量的研究。与此同时，煤层气项目的经济评价工作也受到了高度重视并迅速发展，从技术发展的角度来看可以大致分为3个阶段：探索阶段、突破阶段、深化阶段。

1.1 探索阶段

从20世纪80年代到21世纪初期，煤层气项目的经济评价工作研究主要是进行方法的探索，评价方法也主要借助于财务评价方法。1980年，随着美国黑勇士盆地地区煤层气开发区的建成投产，煤层气资源进入商业开发利用阶段[4]，煤层气项目经济评价的理论与方法的研究文献相继出现[5]，推动了煤层气项目经济评价研究工作的规模展开。该时期美国分别在地质勘探阶段和开发阶段对项目进行经济评价，根据传统的投资评价方法确定最佳开发方案，煤层气项目的经济评价模型开始建立。例如，Kuuskraa[3]结合美国圣胡安盆地和黑勇士盆地讨论了煤层气项目经济评价技术；Dickehuth等[6]基于阿巴拉契亚地区煤层气资源量潜力的评估，在研究考察该地区煤层气开采经济效益的基础上，确定了项目到管道的经济连接距离。Dhir等[7]基于贴现现金流法，建立了在煤层气储量评价基础上的煤层气项目经济分析方法，对煤层气潜在投资项目预期收益风险的下行概率度量进行了排序。随后，借鉴美国煤层气开发项目的经济评价方法，澳大利亚学者对鲍恩盆地和悉尼盆地分别进行煤层气开发试验经济评价，指出了煤层气开发项目需要关注的优势因素[8]。我国研究人员根据煤层气开发的实际情况，结合国外煤层气项目经济评价有效性的启发，对煤层气项目经济评价的意义与特殊性、评价指标和评价模型等进行了探讨。

1.2 突破阶段

进入21世纪，煤层气项目经济评价方法的研究工作获得了突破性进展。相关研究打破了财务分析的局限，通过多学科的方法和手段，系统研究了影响因子与评价模型的关系，实现了综合评价。Bank等[9]的研究显示，煤层气采出水管理对波德河盆地煤层气的经济产量有显著的影响。我国煤层气的产业化开发也在21世纪初取得了实质性进展，相关研究人员针对煤层气地质条件复杂、开发周期长、项目投资回收慢、投资风险大的特点，总结了煤层气项目经济评价工作的特殊性[10]，建立了煤层气项目风险评价模型[11]，并从项目投资、采气成本、产能预测和财务评价等方面建立了煤层气开发项目的经济评价方法和预测模型[12]。

1.3 深化阶段

2010年至今，是煤层气项目经济评价方法研究工作的深化阶段。和传统确定性的经济评价工作相比，这一阶段的理论与方法进一步面向煤层气产业发展的新需求，尝试为模型提供关于结果可能性的信息。煤层气项目经济评价工作从对特定井分析拓展到不同维度的经济性分析，相关研究在探讨煤层气开发特点的基础上，结合不同阶段煤层气开发项目的系统特征，探讨和发展了煤层气项目经济评价理论与方法。同时，煤层气项目经济评价也逐渐深入产业过程的具体环节，如在给定生产时间框架下通过计算净现值评估煤层气压裂活动对经济可行性的影响[13]。Sander等[14]将油藏模拟器与技术经济模型耦合，提出将储层性质和经济参数的不确定性风险纳入煤矿瓦斯强化抽采技术的经济评价方法中。

2 煤层气项目经济评价文献计量分析

通过对煤层气项目经济评价研究工作的发展进程分析可以看出，随着煤层气产业的发展，项目经济评价工作的地位与意义逐步获得认可。随着我国煤层气产业发展迈入新阶段，考虑到我国煤层气开发条件的特殊性，有必要对相关领域的研究进行系统的梳理。为此，对相关文献开展量化统计分析，以对我国煤层气项目经济评价研究知识结构形成更全面、客观的认识。经过前期数据库调研可知，中国知网（CNKI）较为全面地收录了我国煤层气项目经济评价研究领域的期刊论文。借助CNKI数据库，梳理我国煤层气项目经济评价研究的发展历程和文献分布特点，分析研究现状，对研究热点与合作情况进行总结。

2.1 文献分析

为确保文献学术性，对检索到的文献中删除卷首语、会议通知、政府文件等无关条目，精确检索到88篇相关论文，发表于43种期刊。其中，载文量为10篇的期刊仅有《天然气工业》与《中国煤层气》，其次为《煤田地质与勘探》发表5篇，《煤炭学报》及《能源技术与管理》分别发表4篇（表1）。总体而言，煤层气项目经济评价研究成果主要刊登在工程科技、经济与管理科学类期刊，期刊来源分布较为分散，稳定的核心期刊群尚未形成，还需继续提升对该领域研究的质量。

表1 煤层气项目经济评价研究期刊论文统计表

分析上述88篇文献，煤层气项目经济评价方法的研究主要包括贴现现金流法（频次56）、定量与定性相结合方法（频次7，如模糊综合评价、层次分析、灰色关联法等）、实物期权法（频次3）、数据包络分析（频次1）等。由此可见，建立在现代经济学效用价值理论之上的贴现现金流法虽然在评价中忽略了不确定性，但仍是动态评价煤层气项目投资决策的重要方法之一[15]。71篇文献进行了方法阐述与实例应用；14篇文献进行了方法的理论探讨；3篇文献进行了评价方法的对比。进一步分析表明，相关研究的要素主要包括煤层气项目经济评价的指标体系、研究区块、风险分析、优惠政策等。从20世纪80年代的模式初探开始，学者们从煤层气项目投入产出角度，建立和验证了不同区块经济评价模型。21世纪初，除贴现现金流法外，定量与定性相结合方法也开始应用到煤层气项目的经济评价研究中，通过实例研究证明了模型在定量评价中的可靠性，为投资决策提供了可靠依据。随后，实物期权法、数据包络分析法等考虑不确定性因素的投资决策方法逐渐被引进到煤层气项目经济评价的研究中，开展了不同方案的优化井网部署与开发方案对比，完善了煤层气项目经济评价内涵，煤层气项目经济评价研究进入了深入阶段。

2.2 作者分析

发文量反映了学者对该领域的关注度。统计分析的88篇论文里共有189位作者，发文量排名前3的作者为杨永国、罗东坤和代由进，分别发表了8篇、7篇、5篇论文；发表4篇论文的作者3位；3篇论文的作者5位；2篇论文的作者18位；仅发表1篇的作者有160位。这一现象说明目前该领域具有影响力和代表性的学者较少，大部分作者的研究不具有持续性。

通过文献计量软件分析，煤层气项目经济评价领域以罗东坤、代由进、杨永国等3名学者为中心的合作团队规模最大。除此之外，绝大多数的作者之间不存在或存在较弱的合作关系，多以小规模合作或独立研究为主。表2展示了在该领域发文频次前10的作者发文情况分析，其中，“度中心性”用来刻画节点的中心性，即与作者接相连的相关程度，节点的度中心性越高，该节点在网络中越重要。由表2可知，主要的合作网络围绕高产作者展开，多为师生合作模式或同一研究机构的同时间合作模式，也包括一些跨地区单位合作模式。

表2 煤层气项目经济评价研究作者发文情况分析表

2.3 机构分析

机构发文量反映研究机构在煤层气项目经济评价领域的学术影响力。分析结果显示，我国煤层气项目经济评价的研究机构之间仅有小范围合作，总体研究较为分散。高产机构主要集中在中国石油大学（北京）、中石油煤层气有限责任公司、中煤科工集团西安研究院有限公司和中国矿业大学。大量机构的发文率较低，反映科研产出不平衡。此外，多数发文机构为单一机构，其余研究机构可以划分为5个合作群。第一个合作群为中国石油大学（北京）、中石油煤层气有限责任公司、中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司等在内的15个机构；第二个合作群包括中国矿业大学、煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室、江苏建筑职业技术学院等6个合作机构；第三个合作群包括中国石油青海油田公司、中国石油大学（北京）、中石油西部钻探工程有限公司等机构；第四个合作群为中煤科工集团西安研究院有限公司、河南理工大学、山西蓝焰煤层气集团有限责任公司；第五个合作群包括中国石油大学（北京）、中国石化胜利油田和中国石油华北油田公司。其中，第一个合作群和第二个合作群具有明显的地域相关性。

3 煤层气项目经济评价方法分析与对比

3.1 贴现现金流法

国内外煤层气项目经济评价目前应用最广泛的是投资评价方法，即贴现现金流法。该方法基于货币的时间价值，通过项目实施后的预测产品价格、投资、生产成本费用等按设定的贴现率，计算和分析项目的盈利能力。净现值法、现值指数法、内含报酬率法等方法是贴现现金流法计算项目投资收益的常用方法，考虑了货币的时间价值以及项目的现金流量。目前贴现现金流法是煤层气项目经济评价的主要方法。

3.2 实物期权法

与贴现现金流法不同，实物期权法将未来发展的不确定性视为机会，根据煤层气项目不确定性对项目随时调整决策，将不确定性转化为收益。20世纪90年代，国外石油天然气领域开始采用实物期权理论对项目进行风险和经济评价，例如美孚公司“石油公司的天然气开发”项目、雪佛龙公司的投资决策、BP石油公司的风险评价[16]等。在煤层气项目经济评价中，实物期权法首先考虑了煤层气地质条件、市场环境、经济前景等方面的不确定性，依据对经济效益产生的风险评估，实现对传统经济评价方法无法明确的项目价值的修正补充[17]。例如，计晓东等[18]探讨实物期权中不确定性影响，识别并量化煤层气项目的不确定因素，提出实物期权法在煤层气项目经济评价应用中需要把握的问题，为煤层气项目的经济评价提供了新的思考。刘清志等[19]研究实物期权法的布莱克—舒尔斯定价模型与二叉树模型，得出二叉树模型限制条件相对较少、对不确定性因素的考虑更为全面，因此更适合煤层气项目的经济评价。

3.3 数据包络分析法

数据包络分析是一种数据驱动的非参数数学规划方法，用于评价多投入与多产出的同质决策单元之间的效率，不需要进行生产函数及相关参数假设估计。数据包络分析方法已经成功运用到煤层气经济评价的不确定性分析中，例如，陈玉华[20]将数据包络分析方法与煤层气项目经济评价有效结合，在经济评价指标体系的基础上，建立了有界数据包络分析煤层气项目经济评价模型，通过分析不同产出效益与不同地区的煤层气开发方案，评价了沁水盆地潘庄区块4种煤层气井型的产出效率。

3.4 定量与定性相结合方法

煤层气项目经济评价领域常用的定量与定性相结合方法包括层次分析法和模糊综合评价法。其中，层次分析法模仿人类解决复杂决策问题时的思维判断过程，将决策问题分解为多个层次，通过两两比较的方式确定各因素的重要性，再结合专家打分实现相对重要性排序，因此经常被用来计算权重；模糊综合评价法基于模糊集理论，以隶属度函数为桥梁，将定性评价指标转化为定量指标[21]，因此用来对项目进行综合性评价。进行模糊综合评价时，可先使用层次分析法对各个因素进行权重赋值。不同研究者基于煤层气项目的层次系统性，运用矩阵合成原理，将定性因素定量化，构建经济评价指标体系，对煤层气项目进行经济评价。例如，杨永国等[22]利用层次分析法确定了评价矩阵的指标权重，运用模糊综合评价构造了评判矩阵，对晋城矿区煤层气项目进行了经济性综合评价，根据最大隶属原则，确定研究区煤层气项目具有较好的经济效益和乐观的开发前景。

3.5 不同方法对比

贴现现金流法、实物期权法、数据包络分析法、定量与定性相结合方法是目前煤层气项目经济评价常用的4种方法，也是油气项目战略投资评价的常用方法。这些方法因其自身的特点有各自的应用场景，具体优缺点对比分析如表3所示。

表3 不同经济评价方法主要优缺点对比表

4 新发展阶段下对项目经济评价的建议

经过多年的科技攻关与探索实践，我国煤层气产业的技术理论与工程研究取得诸多成果，煤层气产业迅速发展，进入新的发展阶段[24]。然而，与之相适应的煤层气项目经济评价研究还有很大的提升空间，例如对不同方法的适用场景探讨、新的评价方法引入等。分析煤层气项目经济评价领域学术论文发表的情况，基于煤层气项目经济评价研究热点与煤层气产业发展的联系，结合当前煤层气项目经济评价常用方法，建议从4个方面加强煤层气项目经济评价研究工作。

1）加强跨界合作。从文献层面分析的合作关系情况来看，煤层气项目经济评价研究机构的合作呈现很大的地域局限性。建议各个机构、学者加强合作，破除学术壁垒，优化资源配置，引导更多机构、学者参与研究，改善科研产出不均衡性的状况。考虑到煤层气项目最终需要产业化的技术革命和政策支持来实现，应增强研究者之间的合作，加强高校、科研院所、生产单位之间的交流，促进产学研结合，将理论与经验相结合，使得理论研究在解决实际问题中落地。

2）完善评价方法。当前的煤层气项目经济评价方法还存在一些不足，例如评价指标体系不统一、评论方法老旧、评价模型粗糙等。在实际应用中，应建立合理的评价指标体系。对于评价模型的选择，考虑到煤层气项目的投资风险高、周期长、不确定性大等特点，避免项目评价方法单独使用时出现高估或低估价值，应多角度、多方法考虑项目的实施条件，根据不同的评价对象采用合适的方法，组合优化多种模型，从而提高决策支持与投资评价的效果。例如，使用一种评价方法的预测结果作为基础，利用其他方法进行修正。此外，现有的主要研究方法——贴现现金流法进行煤层气项目的经济评价时更多的是从经济效益角度考虑，以财务评价为指标，评价项目的宏观经济效益目标。今后的煤层气项目经济评价，应多从经济效益、环境效益、技术分析角度进行综合分析研究。

3）综合考虑评价的动态性。煤层气项目各项成本和经济指标始终处于动态变化状态，煤层气项目经济评价也应该是一个动态变化的过程。在实际评价中，需要根据项目的实际进展，紧密跟踪生产数据，动态调整评价体系。除了项目立项前的经济评价，也要在项目实施过程中进行中评价与后评价，分析变化原因，针对未达到预期目标的项目提出对策。鉴于煤层气资源非均质性强的特点，“甜点”预测是煤层气开采工作中的一项重要技术，因此对煤层气项目的经济评价宜根据甜点接续开发采用的经济评价流程[25]，在上一个甜点接续区布井生产的同时，进一步勘探和确定下一个甜点区，并进行经济评价。

4）提高煤层气产能预测的可靠性。煤层气销售收入是煤层气开发项目的主要收入方式，因此煤层气井产能预测是开发项目经济评价的基础。限于动态排采资料的滞后性，产能预测需要通过数值模拟软件或经验曲线法进行，对输入参数的精度要求较高。然而由于精确的裂缝和储层参数难以获取，以及气体运移机理尚不完全清晰，导致产能模拟并非总是足够精确。因此，对煤层气产量和趋势进行准确预测并进行相应调整，以确保项目实施过程中的资源合理利用、风险最小化以及效益最大化。此外，当前的研究多为针对特定研究区的分析与评价，缺乏不同地质条件、不同储层条件、不同地区煤层气项目经济评价对比。考虑不同因素下的煤层气开发效果，综合对比分析评价因素的敏感性以及最大化产能预测的可靠性，对深化煤层气项目经济评价研究具有重要意义。