Spatial arbitrage opportunities in the brent crude oil market: a quantitative study of regional price differentials and freight costs

Abstract

This dissertation examines whether price differentials between Brent crude oil in Europe (CIF ARA) and Asia (FOB Singapore Marker) reflect short-term inefficiencies corrected through arbitrage or indicate longer-lasting market segmentation. Although the international crude oil market is widely considered integrated, regional price gaps persist due to transportation costs, global supply-demand shocks, and temporal dynamics. The empirical framework follows a three-stage approach based on the Parity Bounds Model (PBM). First, a “no-arbitrage band” is established using directional transportation and transaction costs, including VLCC freight rates, insurance premiums, port fees, and the opportunity cost of capital. Price deviations beyond this band are interpreted as potential arbitrage opportunities. Second, a linear Error Correction Model (ECM) assesses the existence and speed of long-run price adjustment toward spatial equilibrium. Third, a Threshold ECM tests whether convergence occurs only when deviations exceed transaction-cost thresholds, capturing nonlinear arbitrage activation. The analysis uses weekly Brent price assessments for Europe and Asia over the period 2010–2022, complemented by detailed directional freight data. Special attention is given to geopolitical disruptions after 2020, providing an updated assessment of Brent market integration under shifting trade patterns. To complement the econometric results, the dissertation includes two numerical case studies—one profitable and one unprofitable arbitrage scenario. These examples demonstrate how transaction costs influence real trading decisions and how PBM-defined parity bounds translate into practical arbitrage margins once freight, insurance, and financing costs are incorporated. The study contributes by offering the first spatial arbitrage evaluation of intra-benchmark Brent prices between Europe and Asia and by measuring regime-dependent adjustment dynamics relevant to traders, academics, and policymakers concerned with market transparency and resilience.Η διατριβή εξετάζει αν οι διαφορές τιμών του πετρελαίου Brent μεταξύ Ευρώπης (CIF ARA) και Ασίας (FOB Singapore Marker) αποτελούν βραχυχρόνιες ανισορροπίες που διορθώνονται μέσω αρμπιτράζ ή αν υποδηλώνουν πιο μόνιμη τμηματοποίηση της αγοράς. Παρότι η διεθνής αγορά αργού θεωρείται σε μεγάλο βαθμό ολοκληρωμένη, περιφερειακές αποκλίσεις τιμών επιμένουν λόγω κόστους μεταφοράς, παγκόσμιων διαταραχών προσφοράς και ζήτησης και χρονικών δυναμικών. Το εμπειρικό πλαίσιο ακολουθεί μια τριφασική προσέγγιση βασισμένη στο Parity Bounds Model (PBM). Πρώτον, προσδιορίζεται μια «ζώνη μη αρμπιτράζ» με βάση κατευθυνόμενα κόστη μεταφοράς και συναλλαγών, όπως ναύλοι VLCC, ασφάλιστρα, λιμενικά τέλη και ευκαιριακό κόστος κεφαλαίου. Αποκλίσεις πέρα από αυτή τη ζώνη θεωρούνται πιθανές ευκαιρίες αρμπιτράζ. Δεύτερον, ένα γραμμικό Υπόδειγμα Διόρθωσης Σφάλματος (ECM) εκτιμά την ύπαρξη και την ταχύτητα μακροχρόνιας προσαρμογής των τιμών προς τη χωρική ισορροπία. Τρίτον, ένα Υπόδειγμα Διόρθωσης Σφάλματος με Κατώφλι (Threshold ECM) εξετάζει αν η σύγκλιση συμβαίνει μόνο όταν οι αποκλίσεις υπερβαίνουν τα κόστη συναλλαγών, αποτυπώνοντας μη γραμμικές δυναμικές ενεργοποίησης του αρμπιτράζ. Η ανάλυση βασίζεται σε εβδομαδιαίες εκτιμήσεις τιμών για την περίοδο 2010–2022 και συνοδεύεται από λεπτομερή στοιχεία κατευθυνόμενων ναύλων. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στις γεωπολιτικές αναταράξεις μετά το 2020, προσφέροντας επικαιροποιημένη αξιολόγηση της ολοκλήρωσης της αγοράς Brent. Η μελέτη συμβάλλει προσφέροντας την πρώτη αξιολόγηση χωρικού αρμπιτράζ εντός του ίδιου benchmark μεταξύ Ευρώπης και Ασίας και μετρώντας καθεστώς-εξαρτώμενες δυναμικές προσαρμογής, με σημασία για traders, ακαδημαϊκούς και φορείς χάραξης πολιτικής.