امروزه نفت بزرگترین بازار کالا در جهان است همچنین قیمت نفت خام یکی از مهمترین شاخص های اقتصاد دنیا به شمار می‌رود. نفت خام بخش بزرگی از مبادلات کالا را تشکیل می‌دهد بنابراین جذابیت سرمایه‌گذاری و مدیریت ریسک در بازار انرژی افزایش یافته است. برای کاهش ریسک باید ارزش‌گذاری صحیحی از میدان نفتی انجام شود به خصوص در میادین نفتی که برای حفظ تولید پایدار به انها گاز طبیعی تزریق می‌شود و در اثر قیمت نقدی گاز طبیعی و نفت خام استراتژی‌های متفاوتی به وجود می‌آید. ارزش‌گذاری صحیح نیازمند شناخت قیمت نقدی کالا می‌باشد بنابراین مدیریت ریسک در بازار انرژی با درک درست از قیمت انرژی در ارتباط است به همین دلیل در سال‌های اخیر قیمت‌های (نقدی و آتی) انرژی مرتبا در ادبیات اقتصادی بررسی و دنبال شده‌اند.

در ادامه این فصل در ابتدا به تعریف مساله و بیان ضرورت پژوهش پرداخته می‌شود سپس سوالات و اهداف تحقیق بیان می‌شوند.

• تعریف مساله و بیان ضرورت انجام تحقیق

مخازن نفت با گذشت زمان و برداشت نفت از آنها دچار افت فشار می شوند و میزان استخراج نفت با گذشت زمان  از آنها کاهش می یابد. در میدان‌های نفتی به منظور تولید پایدار، گاز و آب به میدان نفتی تزریق می‌شود. تزریق گاز به میدان­های نفتی جهت جلوگیری از کاهش فشار نفت مخزن و در نتیجه تثبیت میزان استخراج نفت از یک مخزن نفتی در طول زمان است. در بعضی از میادن نفتی مانند میدان‌های نفت شنی نیز برای استخراج بیشتر از تزریق گاز استفاده می‌نمایند.

سابقه این روش به دهه­ 1950 میلادی بر می‌گردد. در ایران به سال‌های پس از جنگ بر می‌گردد. روش تزریق، به خاطر کم هزینه بودن تزریق گاز، فراوان بودن آن در ایران و اینکه باعث افزایش میزان استخراج نفت می‌شود، ارجحیت دارد، همچنین این روش به علت کم هزینه بودن در مقابل روش حفر چاه جدید از استقبال بالایی برخوردار است. در روش تزریق از گازهای هیدروکربن، گاز کربنیک و ازت استفاده می‌شود. موئینگی این روش به دلیل دارا بودن خاصیت امتزاج گاز به حداقل می‌رسد در نتیجه نفت موجود داخل و خارج حفره‌ها جای خود را به گاز خشک می‌دهد‌. کارائی تزریق گاز به عوامل مختلفی بستگی دارد، این عوامل شامل اندازه و شکل هندسی مخزن‌، شیب طبقات مخزن‌، ماهیت نفت مخزن، درصد ترکیب گاز تزریقی و…می‌باشد که در اینجا هدف بررسی آنها نیست.

در سال‌های 1350 با وقوع جنگ بین اعراب و اسرائیل، تولید نفت ایران به 6 میلیون بشکه در روز رسید و این مقدار تولید، بدون صیانت نفتی صورت گرفت به گونه‌ای که هیچ صیانتی از میدان نفتی در دستور کار صنعت نفت نبود. بر اساس آمارهای تولید شرکت ملی نفت ایران، تولید گاز کشور در سال 1356، روزانه 144 میلیون متر مکعب بوده است که 41 درصد آن به کشورهایی مانند شوروی سابق صادر می‌شد و باقی‌مانده نیز در داخل مصرف می‌شد و تزریق به میدان‌های نفتی صورت نمی‌گرفت؛ پس میزان تزریق گاز در این سال‌ها صفر بوده است و صیانت از میدان نفتی صورت نگرفته است.

بر اساس ترازنامه‌های انرژی ایران، متوسط تزریق گاز به میدان­های نفتی ایران در فاصله­ی سال‌های 1390-1376 به طور متوسط 03/77 میلیون متر مکعب بوده است. همچنین بر اساس داده‌ها ترازنامه انرژی ایران میزان تزریق در سال 1389 نسبت به سال 1388 به میزان 9/11 درصد رشد داشته است و مقدار گاز تزریقی در سال1390 نسبت به سال 1389 معادل 13 درصد رشد داشته است. بر طبق پیش‌بینی سند توسعه­ بخش نفت و گاز در برنامه چهارم مقدار تزریقی گاز 149 میلیون متر مکعب می‌باشد. از طرف دیگر براساس داده‌های صادرات گاز ایران از ترازنامه انرژی، میزان واردات ایران از صادارت بیشتر می‌باشد؛ در سال­های اخیر نه تنها این مقدار از واردات پیشی گرفته؛ بلکه از روند افزایشی نیز برخوردار بوده است. با این وجود صنعت نفت و گاز ایران از مقدار پیش‌بینی‌ شده گاز تزریقی، برای حفظ تولید پایدار نفت عقب است. این مسئله، اهمیت ارزش‌گذاری میدان نفتی با بازیافت را افزایش می‌دهد. بنابراین نیاز است که استراتژی بهینه انتخاب شود تا ارزش پروژه به حداکثر برسد.

تزریق گاز به میادین نفتی یکی از مهمترین عوامل در صیانت از ذخایر نفت و یکی از راهبردهای تولید پایدار است. تزریق به موقع و کافی، افزون بر تولید بیشتر نفت به حفظ جایگاه ایران کمک می‌کند و از طرف دیگر باعث تقویت ظرفیت ذخیره‌سازی مقادیر چشم‌گیر گاز برای نسل آینده می‌شود. با تزریق گاز به میادین نفتی منابع درآمد ناشی از فروش گاز از بین می‌رود؛ از طرف دیگر میزان نفت استخراجی از میادین نفتی بیشتر می‌شود که یک مبادله بین این دو برقرار می‌شود.

برای ارزیابی یک طرح روش‌های متفاوتی وجود دارد که یکی از آنها روش‌های سنتی بودجه‌بندی سرمایه، مبتنی بر جریان‌های نقدی تنزیل شده هستند. یکی از روش‌های سنتی بودجه‌بندی ، روش ارزش فعلی[1] است با بهره گرفتن از این روش ارزش پروژه را تعیین می‌کند. در روش ارزش فعلی، سرمایه‌گذاری بهینه زمانی انجام می‌گیرد که ارزش فعلی پروژه مثبت باشد. روش‌های مبتنی بر جریان نقدی تنزیل‌شده، دارای نقایصی به شرح ذیل می‌باشد:

2-روش جریان نقدی تنزیل‌شده، از نرخ تنزیلی استفاده می‌کند که منعکس‌کننده ریسک جریان‌های نقدی است و این نرخ تنزیل به طور اجتناب‌ناپذیری دارای خطای برآورد است.

این روش مبتنی بر تئوری قیمت‌گذاری اختیارات است. در بازار سرمایه(مالی) اختیاراتی به سرمایه‌گذار داده می‌شود تا به واسطه آن ریسک سرمایه‌گذاری کاهش یابد؛ یعنی در صورت وجود نوسانات نامطلوب زیان مالی را کاهش دهد. این اختیارات در واقع زیر­مجموعه‌ای از مشتقات مالی هستند که بایستی قیمت­ گذاری شوند.

با توجه به تعریف فوق، اختیار یک حق است و در اجرای آن هیچ اجباری نیست، بنابراین نگهدارنده‌ی آن می‌تواند حق را اعمال نکند و اجازه دهد که آن منقضی شود.

اختیارات مالی برای دارائی‌های مالی کاربرد دارد، اما برای دارائی‌های فیزیکی باید از اختیارات واقعی استفاده کرد زیرا برای دارائی‌های فیزیکی( مانند کالا و انرژی) باید ویژگی‌هایی فیزیکی آنها نیز به شمار آید برای مثال در مورد نفت و گاز میزان ذخایر، نرخ استخراج به صورت ثابت یا متغیر و غیره مهم می‌باشند.

اختیارات واقعی از اختیارات مالی منشأ می‌گیرد. بنابراین می‌توان از تکنیک‌های موجود برای ارزش‌گذاری اختیارات و اعمال سیاست بهینه برای اختیارات واقعی استفاده کرد.

یکی از کاربردهای روش اختیارات واقعی، ارزیابی طرح‌هایی است که سرمایه‌گذاری اولیه­ آنها بالا و همچنین برگشت‌ناپذیر است. کاربرد دوم برای کالا‌هایی است که ویژگی­های بازار آتی آنها به خوبی توسعه یافته باشد؛ همچنین باید در نظر داشت که کاربرد اصلی اختیارات واقعی برای کالا یا دارائی فیزیکی است.

از آنجا که صنعت انرژی دارای سرمایه‌گذاری اولیه­ بالا و برگشت‌ناپذیری است و فعالیت‌های اقتصادی در این زمینه از ریسک بالای برخوردار است، باید در این حوزه تصمیمات قابل اعتماد و ارزش‌گذاری صحیح انجام شود تا بتوان ریسک‌های بالا را مدیریت نمود. همچنین مقررات‌زدایی‌های انجام شده در بازار‌های انرژی از قبیل گاز، برق و نفت باعث خروج آنها از انحصار طبیعی شده است. این امر باعث می‌شود که مشتقات زیادی در این بازارها تعریف شوند. در طی سالیان اخیر بازار انرژی به بزرگترین

 بازار کالا در سطح جهان تبدیل شده و از فعالیت کالای فیزیکی اولیه، به بازار مالی پیشرفته تبدیل شده است. بنابراین باید از تکنیک‌های مورد استفاده در بازار‌های مالی با کمی ‌تغییرات بهره گرفت تا اینکه ریسک را در این بازارها‌ کاهش داد و زمینه­ افزایش سرمایه‌گذاری فراهم گردد. در نهایت چون خروجی این صنایع به صورت کالا است؛ بنابراین در این صنایع می‌توان از اختیارات واقعی استفاده کرد. بر این اساس، اختیارات واقعی تکنیک مناسبی برای ارزیابی و ارزش‌گذاری انعطاف‌پذیری در این بازار‌هاست.

در میدان نفتی انواع اختیارات یا انعطاف‌پذیری مدیریتی وجود دارد. یکسری از این اختیارات در اثر تزریق گاز به میدان نفتی جهت حفظ تولید صیانتی یا استخراج نفت بیشتر از میدان‌های نفت شنی‌‌‌‌[6] است. در این مطالعه هدف بررسی اثرات دینامیکی قیمت گاز طبیعی و نفت خام بر تولیدات و استراتژی بهینه در زمینه تولید نفت در یک میدان نفتی بر اساس روش اختیارات واقعی است. بنابراین در این مطالعه هدف ارزش‌گذاری اختیارات موجود در یک میدان نفتی بر اساس دینامیک رفتار قیمت نقدی نفت و قیمت گاز طبیعی در صورت تزریق تحت مدل‌های متفاوتی می‌باشد. انعطاف پذیری شامل باز شدن پروژه یا ادامه باز بودن پروژه با توجه به قیمت پایین گاز یا قیمت بالایی نفت خام و تعطیلی پروژه در صورتی که قیمت گاز بالا یا قیمت نفت پایین باشد در نهایت رهاکردن پروژه در صورتی که قیمت گاز خیلی بالا یا نفت خام خیلی پایین باشد. حال سوال این است که در یک میدان نفتی که تزریق گاز صورت می گیرد در چه قیمت‌های میدان نفتی فعال و بسته و رها شود.

• فرضیات و سئوالات اساسی تحقیق

1-آیا نوسان قیمت نفت بر اختیارات فعال نمودن، بستن و رها نمودن میدان نفتی تاثیر دارد؟ اگر موثر است، قمیت تغییر اختیارات در چه دامنه ای قرار دارد؟

2-تغییر نرخ بهره بر ارزش اختیارات چه اثری دارد؟

3- آیا بازدهی آسایش[7] بر ارزش اختیارات اثر دارد؟ اگر موثر است، قیمت تغییر اختیارات در چه دامنه ای قرار دارد؟

4- ضریب همبستگی جز وینر در معادله قیمت نقدی نفت خام و بازدهی آسایش تصادفی چه تاثیری بر ارزش میدان نفتی دارد؟

5- آیا زمانی که معادله قیمت گاز به صورت تصادفی در نظر گرفته می‌شود اختیارات دارای ارزش می‌باشند؟

6- آیا بین قیمت نقدی نفت خام و گاز طبیعی در قالب معادلات دیفرانسیل تصادفی رابطه بلند مدت وجود دارد؟

• اهداف تحقیق

هدف تحقیق به این صورت است که، در بازیافت بعضی از میادین نفتی از گاز جهت استخراج نفت بهره گرفته می‌شود. قیمت گاز و نفت در بازار‌های انرژی دارای نوسانات زیادی است؛ بنابراین سودآوری و بهره‌برداری از پروژه‌های نفتی به میزان نوسانات نفت و گاز بستگی دارد؛ در نتیجه بسته به قیمت گاز یا نفت سه اختیار(گزینه) بهره‌برداری، تعطیل موقت یا دائم پروژه مطرح می‌شود. این اختیارات بیانگر نوعی انعطاف‌پذیری مدیریتی است که باید ارزش‌گذاری شود تا به ارزیابی درستی از پروژه‌ها دست یابیم. برای ارزیابی این مسئله از روش اختیارت واقعی استفاده می‌شود.

سایر اهداف عبارتند از:

الف-تخمین معادلات دیفرانسیلی تصادفی برای قیمت نفت با فرایندهای تصادفی متفاوت.

ب- بررسی رابطه بلند مدت قیمت نقدی نفت خام و گاز طبیعی در قالب معادلات دیفرانسیلی تصادفی.

• روش انجام تحقیق

روش مطالعه تحلیلی توصیفی است. در ابتدا قیمت نقدی نفت خام در قالب معادلات دیفرانسیل متفاوت بیان می‌شوند.

در مرحله بعدی با بهره گرفتن از داده های قیمت آتی و فیلتر کالمن، پارامترهای تعدادی از مدل‌های مورد نظر تخمین زده می‌شوند

چون اختیارات موجود از نوع خرید امریکایی است و اعمال اختیار در هر زمانی پیش از سررسید انجام می‌گیرد در صورتی‌که ارزش بازدهی‌ در آن نقطه زمانی بالاتر از ارزش­های مورد انتظار فعلی باقیمانده دوره باشد. بنابراین برای انجام این مقایسه باید ارزش‌های آتی تخمین زده شوند. برای این منظور از روش مونت کارلو استفاده می‌شود؛ حال با بهره گرفتن از پارامترهای به دست آمده و جواب معادله دیفرانسیل تصادفی مسیرهای زیادی را شبیه سازی می‌کنیم. با بهره گرفتن از این مسیرهای شبیه‌سازی شده و روش مونت کارلو به حل مسئله اختیارات واقعی مد نظر یعنی بررسی رفتار دینامیکی قیمت گاز و نفت خام بر ارزش میدان نفتی می‌پردازیم.

در این مطالعه ابتدا ادبیات تجربی و نظری بررسی می شود که ادبیات نظری در دو بخش ادبیات اختیار و ادبیات مرتبط با مبانی ریاضی می باشد. سپس در ادامه یک سری مدل بررسی می شوند و تعدادی از آنها جهت استخراج پارامترهای مورد نیاز در روش اختیارات واقعی، تخمین زده می شوند. سپس در بخشهای بعدی داده های مورد استفاده و نتایج تخمین و ارزیابی میدان نفتی تحت مدلهای متفاوت بحث می شوند. در این مطالعه رفتار دینامیکی قیمت گاز و نفت برای داده‌های انرژی کانادا[8] بررسی می‌شوند. سپس رفتار دینامیکی گاز بر ارزش پروژه میدان نفتی[9] مورد نظر از طریق تئوری اختیارات بررسی می‌شود که استراتژی‌های بهینه برای حداکثر کردن ارزش پروژه به دست می‌آید.

• محدودیت های تحقیق

در این تحقیق با سه محدودیت داده، حافظه کامپیوتر و زمان اجرای برنامه مواجه بودیم که عبارتند از :

1-محدودیت دسترسی به اطلاعات اقتصادی و فیزیکی میادین نفتی ایران با ریکاوری وجود دارد. به این منظور از داده های نفت شنی در کانادا استفاده نمودیم که برای استخراج نفت از این میادین نیاز است گاز طبیعی تزریق شود.

2- در روش مونت کارلو نیاز است مسیرهای قیمتی زیادی در گام‌های بسیار کوچکی تولید شوند. برای مثال تعداد مسیرها را 10000 و تعداد گامها را 8000 در نظر می‌گرفتیم باعث می‌شد که یک سری ماتریس با ابعاد بسیار بزرگ برای قیمت نقدی نفت، بازدهی آسایش (در حالت تصادفی) و قیمت نقدی گاز داشته باشیم که این مساله باعث می‌شد که حافظه کامپیوترکفایت ننماید. بنابراین با کاهش تعداد مسیرها و گامها دقت ارزش یابی کاهش می‌یافت.

3- اجرای برنامه با بهره گرفتن از نرم افزار متلب زمان‌بر بود.