不同开发技术的页岩气储层经济比较分析★

2023-04-25刘文明

现代工业经济和信息化 2023年10期

胡南，陈凯，刘文明

（1.西南石油大学，四川南充 637001； 2.中国石油集团长城钻探固井公司，辽宁盘锦 121240；3.中国石油集团长城钻探钻井一公司四川页岩气项目部，四川内江 124010）

0 引言

页岩气的开发和利用是解决我国天然气短缺和能源安全的重要途径之一，而开发技术的选择是影响页岩气储层经济效益的重要因素。各种不同的开发技术在实际应用中存在着一定的优缺点，因此，在进行页岩气储层开发时，需要进行技术选择和比较分析，以达到最优化的经济效益[1-3]。本文将对目前页岩气开发技术进行梳理和总结，并结合实际数据，对不同开发技术的经济效益进行比较分析，以期为页岩气储层的开发选择提供科学依据。

1 不同页岩气开发技术概述

1.1 水平钻井技术

水平钻井技术的原理是在垂直井眼的基础上，通过调整钻头的方向和角度，将井眼延伸到水平方向，使钻井井段在地层中水平穿刺。这样可以增加油气井与页岩气储层的接触面积，提高气体的产出率和开采效率。水平钻井技术的优势主要体现在以下几个方面：

1）增加储层接触面积。水平钻井技术可以在垂直井眼的基础上延伸水平段，使钻井井段在页岩气储层中穿刺。这样可以极大地增加油气井与储层的接触面积，提高气体的产量和采收率。

2）提高采收率。由于水平钻井技术能够有效地增加储层接触面积，充分开发页岩气储层中的裂缝网络，提高气体的渗透率和采收率，从而提高整体的开采效率。

3）减少开采成本。水平钻井技术可以实现多井平行开采，减少了开采设备和人力资源的需求。同时，水平钻井技术还可以降低钻井成本和井眼的维护成本，对于降低整体的开采成本具有重要意义。

4）降低环境影响。相比传统的垂直钻井技术，水平钻井技术在地表上的占地面积更小，对环境的破坏更小。这有助于减少土地占用和环境污染，提高页岩气开发的可持续性。

1.2 水力压裂技术

水力压裂技术的原理是通过将高压液体注入到井眼中，使岩石裂缝扩大并连接起来，原本密度较高的页岩岩石形成一系列连通的裂缝通道，提高了岩石的渗透性，使天然气能够更容易地从岩石中释放出来。水力压裂技术的优势主要体现在以下几个方面：

1）提高天然气产量。水力压裂技术能够有效扩大页岩储层中的裂缝网络，提高岩石的渗透性，天然气能够更容易地从岩石中释放出来，提高储层的产量。

2）改善渗透性。页岩气储层通常具有微细孔隙结构和低渗透性，天然气难以自由流动。水力压裂技术通过扩大岩石中的裂缝，改善了渗透性，使天然气能够更顺畅地通过储层流动。

3）提高开采效率。水力压裂技术可以针对不同的岩石特性和储层条件进行调整和优化。通过合理的设计和水力压裂施工作业，可以最大限度地提高储层的开采效率，减少资源的浪费。

4）降低环境影响。相比传统的垂直钻井技术，水力压裂技术可以实现多井平行开采，减少了地表的开采设备和占地面积。同时，水力压裂技术还可以减少渗透液和产生液的用量，减少对水资源的消耗，实现页岩气可持续开发。

1.3 临场处理技术

临场处理技术的原理是根据实际施工情况，针对现场问题及时采取应对措施，确保施工的连续性和施工效率。在页岩气储层开发中，临场处理技术主要应用于以下几个方面：

1）岩屑处理。在水力压裂作业中，岩屑的处理是一个重要环节。岩屑的积聚可能导致井底压力的增加，影响水力压裂液的流动性。通过采用合适的岩屑处理技术，如岩屑分离、岩屑清除和岩屑处理设备的运用，可以快速有效地处理岩屑，保证施工顺利进行。

2）砂堵处理。在水力压裂作业中，砂堵是常见的问题之一。砂堵可能导致流体阻塞和产量下降。通过采用砂堵处理技术，如运用高效过滤装置和砂堵清除工具、添加阻砂剂，可以及时解决砂堵问题，保证施工的连续性和施工效率。

3）压裂液性能调整。页岩气储层的特殊性要求对压裂液进行调整和优化。在施工过程中，可能会遇到压裂液性能不符合要求的情况。通过临场处理技术，如调整压裂液添加剂和使用性能测试设备，可以及时调整压裂液的性能，以适应实际情况，提高施工效果。

4）井眼处理。井眼处理是确保施工连续性的重要环节。在水力压裂作业中，井眼可能出现裂缝、坍塌等问题，影响施工的顺利进行。通过采用井眼处理技术，如使用井眼加固材料、井眼稳定设备，采取井眼坍塌预防措施，可以解决井眼问题，保证施工的连续性和安全性。

2 不同页岩气开发技术的经济性分析

2.1 初始投资成本

1）水平钻井技术是目前页岩气开发中最常用的一种技术。相较于传统的垂直钻井，水平钻井能大大增加井底接触面积，从而提高页岩气的产量。然而，这种技术的初始投资成本相对较高。除了需要购买专门的水平钻井设备外，还需要配备专门的技术人员来进行操作和维护。此外，由于水平钻井的复杂性，其施工周期相对较长，这也会增加初始投资成本。

2）水力压裂技术也是常用的页岩气开发技术。通过向井下注入高压液体，产生裂缝，增大气体的渗透性，从而提高页岩气的产量。这种技术的初始投资成本也较高。首先，水力压裂需要大量的水和添加剂，这在一定程度上增加了开发成本。其次，水力压裂设备的采购和维护成本也不容忽视。最后，由于水力压裂可能导致地震、污染地下水，因此，要在环保设备上加大投资力度。

3）临场处理技术主要用于处理水力压裂过程中产生的大量废水。尽管该技术可以有效地减少环境污染，但其初始投资成本也相对较高。除了需要采购专门的废水处理设备外，还需要配备专门的技术人员进行操作和维护。

2.2 运营成本

1）对于水平钻井技术，其运营成本主要包括设备维护、人员培训和管理等。由于水平钻井的技术复杂性，设备的日常维护和修理成本较高。同时，操作这种设备需要经过专门的培训，人员的培训和管理成本也不可忽视。此外，水平钻井技术还可能增加能源消耗，比如需要更多的电力来驱动设备，这也是运营成本的一部分。

2）水力压裂技术的运营成本主要包括水和添加剂的成本、废水处理成本以及可能的环境补偿成本。由于水力压裂需要大量的水和添加剂，这些都需要投入相应的成本。同时，压裂过程产生的废水需要进行处理，这也会增加运营成本。此外，水力压裂可能导致地震、地下水污染等环境问题，如果这些问题发生，可能需要支付相应的环境补偿费用。

3）临场处理技术的运营成本主要包括设备的运行和维护成本、废水处理成本以及人员培训和管理成本。尽管临场处理技术可以有效地处理废水，减少环境污染，但设备的运行和维护成本较高，而且需要专门的人员来进行操作和管理。

2.3 产量和收益

1）水平钻井技术。通过增加井底接触面积，可以显著提高页岩气的产量。与传统的垂直钻井相比，水平钻井更能充分接触到储层，从而提高气体的采收率。然而，水平钻井的初始投资和运营成本较高，对收益的提升也需要更高的产量来实现。在实际开采过程中，需要通过优化钻井设计和提高钻井效率来实现。

2）水力压裂技术。通过在井下形成裂缝，可以大大增加气体的渗透性，从而提高页岩气的产量。然而，水力压裂技术的运营成本较高，特别是在水源短缺的地区，水和添加剂的成本可能会很高。此外，压裂过程产生的废水需要进行处理，这也会增加运营成本。因此，尽管水力压裂可以提高页岩气的产量，但其对收益的影响需要综合考虑多种因素[4-5]。

3）临场处理技术。主要用于处理水力压裂过程中产生的废水。尽管这种技术可以减少环保成本，但由于设备运行和维护的成本较高，也需要考虑到对收益的影响。另外，通过优化废水处理技术，可以回收废水中有价值的成分，如某些添加剂和矿物，这也可以为企业带来一定的收益。