Extracción dinámica óptima de gas y petróleo en Colombia: retos del uso simultáneo de dos recursos naturales

Abstract

En algunas ocasiones, dos recursos naturales no renovables pueden compartir espacio físico; este es el caso del gas y del petróleo cuando están disponibles en el mismo campo de producción. En la literatura económica no se ha analizado en profundidad las implicaciones de esta característica sobre las decisiones de extracción de una empresa que cuenta con ambos recursos. A diferencia del caso con yacimientos distantes, la proximidad entre los dos combustibles fósiles facilita la inyección de gas en los pozos de crudo, lo cual permite aumentar la extracción de este último. Además, se debe tener en cuenta la correlación de los precios y las externalidades que ambos recursos generan sobre el medio ambiente ya que las decisiones de extracción se vuelven interdependientes. Dadas las relaciones técnicas y económicas entre el gas y el crudo cuando se encuentran en el mismo campo, en este documento se postula el problema dinámico de maximización de beneficios de una empresa que extrae los dos recursos, con el fin de encontrar las sendas óptimas de extracción de cada uno para un horizonte de tiempo finito. Los modelos propuestos se validan para el caso colombiano. Para esto, se lleva a cabo la parametrización de las funciones de costos y se realizan simulaciones para una ventana de tiempo de 26 años. Los resultados muestran que, cuando hay disponibilidad de gas, es óptimo realizar inyección en casi todos los periodos. Sin embargo, en un escenario de precios decrecientes la producción de petróleo y la inyección de gas deben disminuir, mientras que la venta de gas debe aumentar. Finalmente, la implementación de un impuesto a las emisiones de carbono disminuye marginalmente la cantidad total producida de combustibles fósiles, pero reduce significativamente las emisiones de carbono. Además, la sensibilidad al impuesto disminuye con el aumento del precio del crudo.

Some non-renewable resources can share the same physical space. This is the case of oil and gas, since sometimes they are both available in the same production field. There has not been much research about the extraction decisions taken by a company with access to both resources. Different from the case of distant oil and gas reservoirs, the proximity between both fossil fuels ease the injection of gas in the oil well. Therefore, it allows the increase of oil extraction. Also, due to the interdependent extraction decisions, it is important to consider the correlation between prices and the externalities that both resources generate on the environment. In order to find the optimal extraction paths for both resources in the long run and given the technical and economic relations between gas and oil when they are in the same field, this document presents the optimization dynamic profits problem of a company which extracts both resources. Models here are validated on the Colombian scenario. To accomplish this, this document develops the parametrization of cost functions and performs some simulations for a time frame of 26 years. Results show that in cases where the gas is available, it is optimal to inject in almost every period. However, in a decreasing price scenario the production of oil and injection of gas should decrease while gas sells should rise. Finally, the implementation of a carbon emissions tax decreases marginally the total produced amount of fossil fuels, but it reduces significantly the carbon emissions. Moreover, the tax sensitivity declines as oil price rises.