基于峰值预测模型的中国石油产量合理规划.pdf

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1、文章编号:100020747(2007)0420497205基于峰值预测模型的中国石油产量合理规划冯连勇,唐旭,赵林(中国石油大学(北京)摘要:基于石油产量峰值预测模型,在不进行石油产量合理规划的情况下,中国的石油产量峰值时间将在2017年前后出现,峰值产量约为18 500万t;而石油消费高峰将在2034年前后出现,高达63 300万t左右,届时全国的石油产量已进入递减阶段,对外依存度将高达73%左右,石油供需矛盾及石油安全问题将更加突出。分析认为,应该对国内石油产量进行合理规划:降低当前的石油产量,将石油峰值产量降到17 000万t左右,使产量峰值时间推到2030年左右,从而使得石油的产量高

2、峰和需求高峰基本吻合,可相应地减少石油进口,从而降低石油对外依存度,保障石油供应的安全。图3表5参19关键词:石油产量峰值;预测模型;产量规划;供需矛盾;石油安全中图分类号:TE32 文献标识码:AReasonable planning of oil production in China based on peak oil modelFENG Lian2yong,TANG Xu,ZHAO Lin(China University ofPetroleum,Beijing102249,China)Abstract:In China,if oil production were not plann

3、ed rationally,the peak of oil production would occur round 2017,thepeak production would be about 185 million tons based on peak oil models;and the peak of oil consumption would occuraround 2034,the peak oil consumption about 633 million tons,at that time,the national oil production would have enter

4、eda decline stage,and dependence on the outside would be as high as about 73%,the contradiction between oil supply anddemand and oil security would become more prominent.China should do the oil production planning:reduce the present oilproduction in order to reduce the peak production to 170 million

5、 tons and put off the peak time to about 2030,so as to makethe time of the peak oil production match the time of the peak demand;and drop the amount of oil import properly to ensurethe safety of petroleum resources and decrease the dependence on oil import.Key words:peak oil production;forecast mode

6、l;production planning;contradiction between oil supply and demand;safetyof petroleum resources 近年来,国际油价不断攀升,廉价石油的时代已一去不复返。广大石油消费国在高喊无法承受高油价从而寻求替代能源的同时,又不得不承认在今后相当长的时间内,石油仍是不可替代的世界性动力资源和化工原料,它不仅支撑着世界经济的发展,也被各国视为重要的战略物资。因此,当前摆在石油消费国面前的不是用不用石油的问题,而是如何合理利用石油的问题。迄今,很多专家学者对此进行了研究。2005年3月,中国科学院院士邱中建先生发表了题为

7、“对中国油气资源可持续发展的一些看法”的文章,认为中国原油产量高峰期来得晚一点,高峰值平一点,持续的时间长一点更为有利1。本文试图通过石油峰值模型对该问题进行一些扩展研究,也期望越来越多的专家、学者能够就该问题进行更深一步的探究。1石油峰值研究发展简介1.1石油峰值理念石油是一种有限的、不可再生的资源。在过去一百多年的大部分时间里,世界石油产量一直处于上升的状态;然而,一旦石油的开发和消耗量超过全部石油储量的一定比例,石油产量可能会开始下降。比如,Hubbert模型假定这一比例为50%2,HCZ模型假定该比例为36.79%3,这个比例会由于油田的地层性质及开发方式不同而存在差异。这便是人们所说

8、的石油峰值,它反映了石油资源的消耗问题。长期以来,国内外很多学者对石油峰值问题作了大量研究工作。Hubbert是美国著名的石油地质学家,1949年他在Science上发表了题为“Energy fromfossil fuels”的文章,提出了矿物资源的“钟型曲线”问题4,随后他又发现了矿产资源的枯竭规律,即任何有限的资源都将经历“开始 鼎盛 衰退”这样一个生命历程。中国著名地球物理学家、中国科学院院士翁文波先生在1984年出版的专著 预测论基础 中论述,任何事件都有“兴起 成长 成熟 衰退”的自然过程5,油气年产量的盛衰变化可以形象地表示为有限体系中的一个生命旋回,它一方面随着勘探程度的加794

9、 石 油 勘 探 与 开 发2007年8月 PETROL EUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT Vol.34No.4深与时间变量t呈幂函数增长,另一方面又随着剩余资源量的减少与时间变量t呈负指数衰减。基于这种思想他提出了泊松旋回模型,通常被称为翁氏模型6。1.2石油峰值预测模型为更好地研究石油峰值问题,国内外专家、学者们相继提出了众多峰值预测模型,这既是峰值理论研究的重要工具,也是将峰值理论研究落到实处的有力保障。以下主要介绍国内外3种典型的预测模型,即Hubbert模型、广义翁氏模型及胡2陈2张(HCZ)模型。Hubbert模型是美国著名地质学家Hubbert于19

10、62年首次提出的,他曾与美国地质调查局(USGS)合作,估计美国的石油生产将在1966年至1971年间达到峰值,然后递减。而美国的石油产量恰是在1970年达到峰值,证实了他预测结果的可靠性7,8。广义翁氏模型是陈元千于1996年完成对翁氏模型的理论推导,并对其进行拓展后提出的9211。HCZ模型是胡建国、陈元千、张盛宗基于对大量油气田开发资料的统计研究和理论推导提出的3。根据上述参考文献资料,总结了3种预测模型的主要关系式(见表1):表13种典型预测模型的主要关系式预测模型基本公式预测峰值产量公式预测峰值时间公式Hubbert模型Q=abNRe-bt(1+ae-bt)2;NP=NR1+ae-b

11、tQmax=0.25bNRtmax=1blna广义翁氏模型Q=atbe-t/c;NR=acb+1(b+1)Qmax=a(bc/2.718)btmax=b cHCZ模型Q=aNRe-(a/b)e-bt-bt;NP=NRe-(a/b)e-btQmax=0.3679bNRtmax=ln(a/b)/b 式中 Q 年产量,万t;Qmax 最高年产量,万t;t 开发时间,a;tmax 最高年产量发生时间,a;NR 可采储量,万t;NP 累计产量,万t;a,b 预测模型参数。2石油产量规划的原因石油是不可再生的,它的资源总量是一定的,因此石油的年产量和开采年限必然存在着一定的联系。如果对石油的开采力度小一点

12、,就会延长石油的开采年限,使石油产量的高峰期来得晚一点。因此,石油生产存在一个产量规划问题。2.1中国原油产量峰值即将到来由图1及表2可见:Hubbert模型预测的峰值时间为2005年,峰值产量为17 181万t;HCZ模型预测的峰值时间为2013年,峰值产量为18 232万t;广义翁氏模型预测的峰值时间为2017年,峰值产量为18 538万t。由此不难发现,Hubbert模型的预测结果明显偏低,是不准确的,因为该模型主要适用于那些采出可采储量50%左右就进入递减期的油气田8;HCZ模型的预测结果属中性预测;而广义翁氏模型的预测结果比较符合中国石油产量稳产期较长的实情,也比较符合图1 三大模型

13、对中国石油产量峰值的预测曲线当前的现状,所以本文采用广义翁氏模型预测的结果作为对中国石油峰值的测定。根据预测结果,认为如果现在不采取任何措施,顺其自然,中国的石油峰值时间很快就会到来,峰值产量也仅为18 538万t,远不能满足国民经济对石油的需求。表2 中国未来石油产量预测结果预测模型预测结果2010年产量(万t)2020年产量(万t)2050年产量(万t)峰值产量(万t)峰值时间(年份)Hubbert模型16 48012 3551 97317 1812005HCZ模型18 13917 89411 80918 2322013广义翁氏模型18 20318 48814 06318 53820172

14、.2石油产量规划是一种战略行为油田生产遵循自然生产规律和市场规律,尤其在高油价背景下,石油企业会加大勘探开发力度,追求利润最大化。但是,从国家长远利益考虑,应该进行原油产量规划。这是一种战略规划 以国家利益为前提,考虑能源的供应安全和可持续发展,使能源利用和社会发展相协调,实现资源和社会的和谐发展。而且,站在石油企业的角度,为了企业的长远发展也应该考虑到这一点。比如在高油价下,国际上一些著名的油公司,如Shell、BP2Mobile、Chevron Texaco等,他们并没有把全部精力都放在石油上,而是利用高油价所获得的利润不失时机地进行可再生能源的开发,现在已成为许多新能源项目开发的领先者,

15、积极向能源公司894石油勘探与开发 资源评价与管理 Vol.34No.4转型,这样的战略眼光和行为值得中国的石油公司借鉴12。综上所述,本文认为有必要认真考虑对中国的石油产量进行合理规划。3影响产量规划的因素影响产量规划的因素很多,本文从未来石油需求及石油安全的角度加以分析。3.1石油需求近十年来,中国的石油需求年增长5.8%,现在已经成为世界上石油需求增长最快的国家。据“BP世界能源统计”资料13显示,中国2005年石油消费已经达到了32 730万t,成为仅次于美国的第二大石油消费国;但相比石油消费,中国的石油生产却增速缓慢,十年来的年均增长仅为1.7%。不可否认,随着社会经济的发展以及人们

16、环保意识的提高,在今后很长一段时间里,对石油这种不可再生能源的需求仍将处于持续上升态势,供需矛盾将更加突出。前面提到的Hubbert模型在国际上应用较多,该模型既可以对产量和可采储量进行预测,也可以对需求进行预测。尽管本文在预测中国石油产量时发现该模型的预测结果明显偏低,但是其在预测原油需求时效果较好14。本文结合“BP世界能源统计”资料中的石油消费数据以及广义翁氏模型对中国石油产量的预测结果,利用Hubbert模型对未来中国的石油需求进行了预测,预测结果见图2。图2 中国石油供需趋势图 表3列出了中国石油产量和消费量的预测结果以及根据预测结果计算的未来供需缺口。由图2及表3可以看出,石油需求

17、量在今后一段时期内将会持续增加,供需缺口会越来越大,消费高峰将在2034年前后出现,高达63 300万t。中国国家能源综合战略和政策研究组在2003年也预测了中国在2020年的石油需求量将处在45 000万t至61 000万t之间15。总之,未来的石油供需形势十分严峻。表3 石油未来供需缺口分析表年份原油产量(万t)石油消费量(万t)供需缺口(万t)200518 08432 73014 646201018 20336 75718 410202018 48853 63735 300203017 64563 12645 859205014 06342 04028 9493.2石油安全从上述分析可以

18、看出,未来的供需缺口会越来越大,对外依存度也会越来越高,国家石油安全将受到威胁。根据未来供需缺口的大小,预测2010年中国石油对外依存度将达到50.1%,2020年为65.8%,2030年将高达72.6%,石油安全问题将会越来越突出,权威机构也曾对中国未来石油进口依存度作过预测15,见表4。表4 中国2010至2020年石油进口依存度预测结果统计表年份原中国国家计委能源所(%)IEA(%)EIA(%)201046526154202059627772 石油是一种重要的战略物资。尽管不少国家的石油对外依存度很高,但是中国石油消费基数很大,而且正处于经济快速增长阶段,未来对能源尤其石油的大量消费不可

19、避免;同时大量的石油进口将对世界石油市场产生巨大影响,也会加大“中国能源威胁论”谣言的影响,给中国自身发展带来风险。因此,中国的石油消费不能过度依赖进口。很多专家也认为中国石油对外依存度不宜超过60%1。从表4可以看出,权威机构对中国石油的未来安全也不持乐观态度,而且国外对中国的未来石油安全更加担忧,这也是近年来全球对中国石油高消费表示担忧的原因之一。总之,在未来20年里,中国的石油对外依存度将会越来越高,石油安全问题日益突出,这值得我们未雨绸缪。4产量规划定量分析及建议4.1定量分析根据以上对产量规划影响因素的分析,为了避免今后更加严峻的石油供需形势和突出的石油安全问题,本文认为应该推迟石油

20、峰值到来的时间以迎接滞后的需求高峰,同时降低当前的石油产量来保证未来的石油安全。9942007年8月 冯连勇 等:基于峰值预测模型的中国石油产量合理规划需求因素和石油安全因素与石油产量峰值有着紧密的联系。不难理解,峰值时间的推迟也必然要求峰值产量的降低。为了定量地研究这一问题,本文基于广义翁氏模型,研究在给定最终可采储量(NR)的前提下峰值产量Qmax和峰值时间tmax的关系,经过推导,两者之间的关系如下:tmax=NRbb+1eb(b+1)Qmax(1)由于当前对最终可采储量有着不同的认识,这对分析也产生了一定影响。因为不同的最终可采储量会有不同的石油峰值产量和时间与之对应,定性地说,较高的

21、最终可采储量对应较高的石油峰值产量。利用广义翁氏模型可以将这一过程量化,图3显示了在不同最终可采储量下中国石油峰值产量和峰值时间的变化情况。图3 不同最终可采储量下中国原油产量的预测结果与实际产量变化趋势图 对此,本文设定NR为150亿200亿t,这也是当前对中国最终可采储量的主要争论区间。根据(1)式计算,得到不同峰值产量对应的峰值时间、高峰时间以及为实现这一目标的当前产量区间(见表5)。表5 不同峰值产量目标对应下的产量规划表峰值产量(万t)峰值时间(年份)高峰时间(年份)当前产量(万t)14 000203120432019206210 24211 13816 00020212031201

22、0204814 64515 22617 000201620262006204315 21816 33518 000201320222003203617 58617 93620 000200620151998202719 43619 92622 000200120091994202021 61521 927 注:NR为150亿200亿t;高峰时间指石油产量在峰值产量95%以上所对应的时间段 从表5中可以看出,峰值产量的提高会导致峰值时间的提前到来以及峰值时间、高峰时间的区间缩短,这将更难适应未来的需求高峰,因为需求高峰迟于生产高峰。根据发达国家的经验,中国要在2040年前后才会达到石油需求的高峰

23、1,这与Hubbert模型预测结果(2034年前后)也基本符合。4.2建议4.2.1宏观建议本文产量规划定量分析基于不同的最终可采储量。然而随着技术的进步,最终可采储量仍然会有一定的提高,考虑到这个因素,并结合图3和表5分析,从长远战略的角度考虑,笔者认为,应该对中国石油产量进行合理规划,建议将石油峰值产量降至17 000万t、峰值时间推至2030年左右。对产量进行这种合理规划会使产量的峰值时间与需求的高峰时间比较符合,可相应地减少石油进口,从而降低石油对外依存度,保障石油供应的安全。4.2.2产量规划过程中值得注意的问题实现这一产量规划具有一定的挑战性,因为它要求把当前的石油产量降低2000

24、万3000万t,这就使得在当前油价下需要从国际石油市场进口更多的石油。然而,值得注意的是:尽管产量规划要求降低当前的石油产量,但这并不是要求每年的石油产量都要降低,可以在油价高的年份少降低一些,甚至可以多生产一些;当油价低的时候,可以从国外多进口石油,只要把握大的产量规划趋势即可。因此,需要密切关注和研究国际油价的变化,尽管低油价的时代已经远去,但未来的具体油价仍然难以确定。鉴于此,笔者建议:国家可以在高油价的时候对石油公司征收高额利润税,并建立专门的基金,来补偿低油价时国家多进口石油的开支;同时成立专门的机构来负责国家和石油公司之间的利益协调。因为倘若未来油价低于目前,那么为了维护国家的利益

25、,石油公司肯定会亏本,这就需要进行协调;当然如果未来油价持续走高,那么降低当前的石油产量无论对国家还是对石油公司都是有利的。加强海外石油的勘探开发力度,并通过并购、参股和投标等方式来利用海外资源,不断提高海外的石油作业量和权益量,通过这种方式来减轻国家石油生产的压力,也可以对实行产量规划所造成的当前国家原油产量的下降进行一定的调节。注重、加快天然气资源的勘探与开发16,提前应对开采挑战17,向产气大国迈进18。同时,在高油价的背景下,要加强高成本石油、非常规石油及新能源的开发,当开发利用它们的边际成本降低到传统能源开发利用的边际成本时,就可以大规模地使用它们。5峰值产量预测的局限性中国地域广大

26、,主要油田和盆地的发现和开采时间不尽相同。因此,东部老区、西部新区等处的油田所005石油勘探与开发 资源评价与管理 Vol.34No.4在的生命历史发展阶段也不一样,这给把全国的油田作为一个复杂生命体进行整体峰值产量预测带来了一定的困难。本文的峰值产量预测也存在着难以避免的局限性,因为即使是单个油田也是由处于不同生命发展阶段的油井组成,难以将复杂生命体细化,所以预测全国石油产量会存在不可避免的误差。可以借助生物学的观点,将它们视为个体与群体、单个物种与共生伴生的物种群落之间的关系,两者存在很多联系和类似,有个体发育反映系统发育的规律。因此,就油气勘探开发来说,可以将全国视为一个大系统,每个子系

27、统有着类似的性质,彼此也互相联系。单个油气田的勘探开发过程在一定程度上反映着油气区乃至更大范畴的全国油气生产过程,也就是说,以全国油田这个复杂生命体为整体进行预测所得到产量总曲线可以反映全国产量总的主体发展趋势:当有不断发现的新油田时,全国产量将持续或断续上升;当不断发现新油田和较大的新区块时,全国产量将处于高峰或相对平稳的高产期;当很少发现新油田、以中小规模新区块为主时,全国产量将急剧下降或波动下降;当以新发现小规模区块为主,新增储量品质明显下降时,全国产量将相对平缓或波动下降19。另外,峰值预测的局限性还在于难以把握地下石油的最终可采储量,即很难确定峰值预测曲线下方的面积,因为它涉及到地质

28、勘探、油蔵工程、钻井等各个环节,技术因素和合理科学的油田开发方案也会影响最终可采储量,且这些影响因素难以定量把握。生命体预测只是把所有的原始信息都放在历史数据里,根据生命有限体的性质来判断未来,而不是精确地描绘未来。6结语预测未来石油产量的方法很多,比如时间序列分析、线性或非线性回归分析、计量模型预测、管理系统模拟等,但相对于生命体的峰值预测来说,这些方法没有过多考虑类似石油这种不可再生资源的生命体性质。生命体预测更多地是对未来作出了较好判断,而不是简单延伸现在的趋势。“拐点”(峰值点)才是人们最感兴趣的,因为此处才是带来最大风险和提供最好机会的时刻。中国的石油开采未来可能有两种趋势,一种是以

29、一个很高的开采速度增长到一个高的顶点,然后以一个很快的速度下降;另一种是开采速度缓慢地增长到一个较低的高度,然后缓慢地下降。虽然很难确定何时开始下降,但是一个高的峰值会带来一个更快的下降速度是毋庸质疑的,因为每条峰值曲线下方的面积是相同的。期望本文的峰值预测及产量规划研究留给人们更多的是对未来趋势的理性认识以及由此引发的思考。参考文献:1 邱中建,方辉.对中国油气资源可持续发展的一些看法J.石油学报,2005,26(2):122.2Hubbert M K.Energy resourcesR.Washington D.C.:NationalAcademy of Sciences,National

30、 Research Council,1962.3 胡建国,陈元千,张盛宗.预测油气田产量和可采储量的新模型J.石油学报,1995,16(1):79286.4Hubbert M K.Energy from fossil fuelsJ.Science,1949,109(2823):1032109.5 翁文波.预测论基础M.北京:石油工业出版社,1984.6 赵旭东.用Weng旋回模型对生命总量有限体系的预测J.科学通报,1987,32(18):140621409.7 冯连勇,赵林,赵庆飞,王志明.石油峰值理论及世界石油峰值预测J.石油学报,2006,27(5):1392142.8Hubbert M

31、 K.Degree of advancement of petroleum exploration inthe United StatesJ.AAPGBulletin,1967,52(11):220722227.9 陈元千,胡建国,张栋杰.Logistic模型的推导及应用J.新疆石油地质,1996,17(2):1502155.10 陈元千.广义翁氏预测模型的推导与应用J.天然气工业,1996,16(2):22226.11 陈元千,胡建国.对翁氏模型原建模的回顾及新的推导J.中国海上油气(地质),1996,10(5):3172324.12 李天星.长效之策:发展替代能源J.中国石油和化工,200

32、5,11:12215.13BP.Statistical review of world energy 2006 DB/OL.http:/ 赵庆飞,陈元千.对我国石油消费量和原油自供量的预测与分析J.石油科技论坛,2006,25(1):26228.15 中国科学院能源战略研究组.中国能源可持续发展战略专题研究M.北京:科学出版社,2006.22224.16 戴金星.中国从贫气国正迈向产气大国J.石油勘探与开发,2005,32(1):125.17 李景明,李剑,谢增业,等.中国天然气资源研究J.石油勘探与开发,2005,32(2):15218.18 袁士义,胡永乐,罗凯.天然气开发技术现状、挑战及对策J.石油勘探与开发,2005,32(6):126.19 张抗.油气田生命周期和战术战略接替 M.北京:地质出版社,2000.1632164.第一作者简介:冯连勇(19662),男,山东广饶人,中国石油大学(北京)工商管理学院经济与贸易系教授,主要从事能源经济、石油经济及企业战略管理方面的教学和科研工作。地址:北京市昌平区府学路18号,中国石油大学(北京)工商管理学院,邮政编码:102249。E2mail:memef2003 收稿日期:2006211229 修回日期:2007203230(编辑、绘图 唐金华)1052007年8月 冯连勇 等:基于峰值预测模型的中国石油产量合理规划