页岩气井经济效益评价图版建立及运用<br/>——以川南页岩气开发为例

页岩气井经济效益评价图版建立及运用
——以川南页岩气开发为例

2022-05-06胡俊坤陈媛媛陈寅飞乐彦婷周鲁川

天然气技术与经济 2022年2期

胡俊坤陈媛媛陈寅飞肖君乐彦婷周鲁川

（1.中国石油西南油气田公司天然气经济研究所，四川成都 610051；2.四川页岩气勘探开发有限责任公司，四川成都 610051；3.中国石油西南油气田公司技术咨询中心，四川成都 610051；4.中国石油川渝页岩气前线指挥部，四川成都 610051）

0 引言

随着中国能源结构持续向清洁化发展演进，对天然气的需求呈快速增长，中国天然气对外依存度持续增高，2020 年对外依存度达43%。近年国内常规气新增优质规模储量少，新增产量远不能满足消费需求。美国页岩油气革命，使得美国基本实现了能源独立的梦想，也为中国页岩油气的开发提供了经验借鉴。中国发育海相、海陆过渡相—陆相煤系和湖相3类富含有机质页岩，页岩气资源丰富。不同机构和学者研究认为中国未来天然气产量的增量主要来自于页岩气［1-5］。

中国通过长宁—威远、重庆涪陵、滇黔北昭通3 个国家级页岩气示范区的攻关建设，实现了3 500 m以浅海相页岩气的规模效益开发，进入工业化开发新阶段［6-7］。2020 年，页岩气产量突破200×108m3，成为中国天然气产量增长的主力军，同时成为仅次于美国的世界第二大页岩气生产国。但中国南方海相页岩气储层与北美相比，具有构造改造强、地应力复杂、埋藏较深、地表条件特殊等特点，技术和管理水平要求更高，不能完全照搬北美页岩气开发模式［8-9］。中国页岩气开发的突破目前主要集中在四川盆地3 500 m以浅海相页岩气，且整体处于边际经济效益水平，大体量3 500 m以深的页岩气资源还无法大规模有效动用。资源量丰富的深层页岩气大规模效益开发面临巨大挑战，需走中国化的页岩气开发低成本之路［10-13］。

中国页岩气产业在保障国家能源安全的背景下，更加注重勘探开发主体技术的研究和大力提升勘探开发力度的工作推进。页岩气经济评价方法与理论的研究相对薄弱，且经济评价研究的对象以勘探开发项目和区块为主，针对页岩气单井的经济评价研究则更少［14-18］。页岩气开发的高成本和高风险，又使得经济评价工作显得尤其重要。将页岩气单井作为经济效益评价的研究对象，从技术与经济相结合的视角，建立页岩气井经济效益评价图版并运用于川南页岩气开发实际，丰富了页岩气开发经济评价的方法与内容，同时使得单井财务可行性和经济合理性的快速分析成为可能。

1 页岩气开发的技术经济特性

页岩气指生成、储集和封盖均发生于页岩系统中以游离和吸附态赋存的天然气，为典型的非常规气，具有自生自储，以游离和吸附态赋存，天然流动能力极差的特征，决定了页岩气的开发方式不同于常规气。相对于常规气而言，页岩气具有“二低”“四高”“一长一快”的特性［19-20］。

“二低”指页岩气储层的孔隙度和渗透率低，采收率低。页岩储层的沉积颗粒粒径小于0.004 mm，孔隙以微— 纳米级为主，有效孔隙度一般为1%～5%；渗透率随裂缝发育程度的不同而变化较大，一般基质渗透率介于10-4～10-6mD，天然流动能力极差。因此，页岩气井需要通过水力压裂才能形成工业产能。据美国5个主要页岩气产气盆地的统计，页岩气的采收率介于5%～60%。

“四高”指页岩气开发技术要求高、投资高、成本高、风险高。页岩储层无自然产能，须采用“水平井+体积压裂”工艺技术才能实现商业开发，属于典型的“人造气藏”；页岩气的有效开发涉及综合地质评价、开发优化、水平井钻井、分段体积压裂、工厂化作业、高效清洁开采等关键技术。从已探明页岩气田投资成本分析，国内页岩气开发井单井投资为5 000～7 500万元。操作成本方面，已探明气田的操作成本介于0.12～0.55元／m3，由于国内页岩气进入工业化生产阶段较短，随着投产时间的增长，操作成本将会进一步的升高。同时，受页岩气资源禀赋差异的不确定性影响，在技术要求高、投资高、成本高的背景下，也带来页岩气开发的高风险。

“一长一快”指页岩气的生产周期长，单井产量递减快。页岩气在储层中以游离气和吸附气二种状态存在，在生产的初期，以游离气产出为主，随着生产的进行和地层压力的降低，吸附气从机质表面解析出来，通常解析的速度和扩散的速度均较慢，从而使得页岩气的生产周期相对较长。美国地质调查局（USGS）2008 年统计数据显示，沃斯堡盆地Bar⁃nett页岩气田开采寿命可超过80年。页岩气井经过水力压裂之后，初期产量相对较高，但随着生产的进行，产量迅速递减，通常单井EUR 的50%在投产前三年采出，80%在投产10 年内采出。因此，针对页岩气田的开发而言，要保持气田的稳产，需不断的打新井以弥补单井产量的递减［21-22］。

2 页岩气井经济效益评价图版模型建立

2.1 页岩气井经济效益评价图版建立流程

页岩气开发的基本单元为平台，平台通常由4—8口单井组成，为此，将页岩气单井作为经济效益评价的研究对象，从技术与经济相结合的视角，建立页岩气井经济效益评价图版，充分发挥图版法快速简洁明了的优势。首先，依据测试产量，利用概率统计分析法对气井进行分类，同时利用回归分析法，建立测试产量与单井EUR 的关系；其次，基于现金流量法，选取财务内部收益率为主要评价指标，建立页岩气井的经济评价体系；再次，根据现行的技术经济政策确定经济评价参数，通过敏感性分析找出影响页岩气井经济效益的主控因素；最后建立主控因素影响的页岩气井经济效益评价图版。页岩气井经济效益评价图版建立的流程如图1所示。

图1 页岩气井经济效益评价图版建立流程图

2.2 页岩气井的经济效益评价体系

页岩气井的经济评价主要是为了分析单井财务可行性和经济合理性，为企业的投资决策提供依据。页岩气井经济效益评价体系的建立（图2），主要基于现金流量法，依据单井的投入和产出，确定现金流出和现金流入，将财务内部收益率（IRR）作为评价体系的主要评价指标。影响评价结果的主要因素包括页岩气资源禀赋、开发的技术水平与管理水平、国家和石油行业现行的财税和价格政策、资源区的经济社会环境等，具体表现为单井产量、投资、成本、气价、税费、财政补贴的影响。

图2 页岩气井的经济效益评价体系图

财务内部收益率指资金流入现值总额与资金流出现值总额相等，净现值等于零时的折现率。它是一项投资渴望达到的报酬率，该指标越大越好。基于现金流量法，以财务内部收益率为评价指标，建立的页岩气井经济效益评价数学模型为：

式中，n为单井评价期；n0为单井建设期；Qt为单井第t年的年产量，104m3；ft为第t年的天然气商品率，%；Pt为t第年的天然气出厂价（不含税），元／m3；St为第t年的奖补价格，元／m3；IRR为财务内部收益率，%；Id为钻井工程投资，万元；If为采气工程投资，万元；Is为地面工程投资，万元；Cl为流动资金，万元；Co为经营成本，万元；Tce为城市维护建设税和教育费附加，万元；Tre为资源税，万元；Tic为调整所得税，万元。

3 川南页岩气井经济效益评价图版的建立及运用分析

四川盆地川南页岩气历经十余年的探索实践，完成了评层选区、先导试验、示范区建设的阶段任务，初步实现了“落实资源、评价产能、攻克技术、效益开发”的工作目标，目前川南页岩气已迈入工业化开采新时期。2020 年川南页岩气产量达119×108m3，成为继北美之后的世界第二大页岩气产区。针对川南页岩气井进行经济效益评价，并建立评价图版，具有典型性和代表性。

3.1 气井类型的划分与产量的确定

选取川南页岩气A区和B区投产的217口生产井（A 区78 口，B 区139 口）作为经济评价的数据样本。利用统计回归的方法，分析单井测试产量与最终可采储量（EUR）的关系，如图3 所示。从统计分析可知，单井的测试产量与EUR具有良好的线性相关性。

图3 川南页岩气井测试产量与最终可采储量图

根据单井测试产量按由高到低的顺序排列，取其第50%、90%的测试产量数据为节点，分别将川南页岩气A区和B区的生产井，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类三个不同的等级。利用样本数据，结合页岩气井递减规律［23-24］，预测可得川南页岩气A 区和B 区，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类井的产年量数据，如图4所示。

图4 川南页岩气井年产量数据预测图

3.2 页岩气井经济评价参数取值

在现行的经济政策条件下，确定的川南页岩气井经济评价基础参数，如表1所示。页岩气奖补气价的测算依据为2019 年6 月11 日国家财政部发布的财建〔2019〕298 号文，关于《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》的补充通知进行测算，其他参数的确定以川南页岩气井的实际数据为准，流动资金根据经营成本比例法计算，取为经营成本的20%。

表1 川南页岩气井经济评价基础参数取值

3.3 页岩气井经济效益评价敏感性分析

为了确定影响页岩气井财务内部收益率指标的因素及其影响程度。以川南页岩气A 区Ⅰ类井为实例，将财务内部收益率（IRR）作为指标进行敏感性分析，分析投资、产量、气价、经营成本的变化所带来的IRR的变化，以确定影响页岩气井财务内部收益率指标的主控因素。具体将投资、产量、气价、经营成本的参数值分别进行±10%，±20%的变化，计算由此所带来的IRR变化，敏感性分析结果如图5所示。