不同開發技術的頁巖氣儲層經濟比較分析★

胡 南， 陳 凱， 劉文明

（1.西南石油大學， 四川 南充 637001； 2.中國石油集團長城鉆探固井公司， 遼寧 盤錦 121240；3.中國石油集團長城鉆探鉆井一公司四川頁巖氣項目部， 四川 內江 124010）

0 引言

頁巖氣的開發和利用是解決我國天然氣短缺和能源安全的重要途徑之一，而開發技術的選擇是影響頁巖氣儲層經濟效益的重要因素。各種不同的開發技術在實際應用中存在著一定的優缺點，因此，在進行頁巖氣儲層開發時，需要進行技術選擇和比較分析，以達到最優化的經濟效益[1-3]。本文將對目前頁巖氣開發技術進行梳理和總結，并結合實際數據，對不同開發技術的經濟效益進行比較分析，以期為頁巖氣儲層的開發選擇提供科學依據。

1 不同頁巖氣開發技術概述

1.1 水平鉆井技術

水平鉆井技術的原理是在垂直井眼的基礎上，通過調整鉆頭的方向和角度，將井眼延伸到水平方向，使鉆井井段在地層中水平穿刺。這樣可以增加油氣井與頁巖氣儲層的接觸面積，提高氣體的產出率和開采效率。水平鉆井技術的優勢主要體現在以下幾個方面：

1）增加儲層接觸面積。水平鉆井技術可以在垂直井眼的基礎上延伸水平段，使鉆井井段在頁巖氣儲層中穿刺。這樣可以極大地增加油氣井與儲層的接觸面積，提高氣體的產量和采收率。

2）提高采收率。由于水平鉆井技術能夠有效地增加儲層接觸面積，充分開發頁巖氣儲層中的裂縫網絡，提高氣體的滲透率和采收率，從而提高整體的開采效率。

3）減少開采成本。水平鉆井技術可以實現多井平行開采，減少了開采設備和人力資源的需求。同時，水平鉆井技術還可以降低鉆井成本和井眼的維護成本，對于降低整體的開采成本具有重要意義。

4）降低環境影響。相比傳統的垂直鉆井技術，水平鉆井技術在地表上的占地面積更小，對環境的破壞更小。這有助于減少土地占用和環境污染，提高頁巖氣開發的可持續性。

1.2 水力壓裂技術

水力壓裂技術的原理是通過將高壓液體注入到井眼中，使巖石裂縫擴大并連接起來，原本密度較高的頁巖巖石形成一系列連通的裂縫通道，提高了巖石的滲透性，使天然氣能夠更容易地從巖石中釋放出來。水力壓裂技術的優勢主要體現在以下幾個方面：

1）提高天然氣產量。水力壓裂技術能夠有效擴大頁巖儲層中的裂縫網絡，提高巖石的滲透性，天然氣能夠更容易地從巖石中釋放出來，提高儲層的產量。

2）改善滲透性。頁巖氣儲層通常具有微細孔隙結構和低滲透性，天然氣難以自由流動。水力壓裂技術通過擴大巖石中的裂縫，改善了滲透性，使天然氣能夠更順暢地通過儲層流動。

3）提高開采效率。水力壓裂技術可以針對不同的巖石特性和儲層條件進行調整和優化。通過合理的設計和水力壓裂施工作業，可以最大限度地提高儲層的開采效率，減少資源的浪費。

4）降低環境影響。相比傳統的垂直鉆井技術，水力壓裂技術可以實現多井平行開采，減少了地表的開采設備和占地面積。同時，水力壓裂技術還可以減少滲透液和產生液的用量，減少對水資源的消耗，實現頁巖氣可持續開發。

1.3 臨場處理技術

臨場處理技術的原理是根據實際施工情況，針對現場問題及時采取應對措施，確保施工的連續性和施工效率。在頁巖氣儲層開發中，臨場處理技術主要應用于以下幾個方面：

1）巖屑處理。在水力壓裂作業中，巖屑的處理是一個重要環節。巖屑的積聚可能導致井底壓力的增加，影響水力壓裂液的流動性。通過采用合適的巖屑處理技術，如巖屑分離、巖屑清除和巖屑處理設備的運用，可以快速有效地處理巖屑，保證施工順利進行。

2）砂堵處理。在水力壓裂作業中，砂堵是常見的問題之一。砂堵可能導致流體阻塞和產量下降。通過采用砂堵處理技術，如運用高效過濾裝置和砂堵清除工具、添加阻砂劑，可以及時解決砂堵問題，保證施工的連續性和施工效率。

3）壓裂液性能調整。頁巖氣儲層的特殊性要求對壓裂液進行調整和優化。在施工過程中，可能會遇到壓裂液性能不符合要求的情況。通過臨場處理技術，如調整壓裂液添加劑和使用性能測試設備，可以及時調整壓裂液的性能，以適應實際情況，提高施工效果。

4）井眼處理。井眼處理是確保施工連續性的重要環節。在水力壓裂作業中，井眼可能出現裂縫、坍塌等問題，影響施工的順利進行。通過采用井眼處理技術，如使用井眼加固材料、井眼穩定設備，采取井眼坍塌預防措施，可以解決井眼問題，保證施工的連續性和安全性。

2 不同頁巖氣開發技術的經濟性分析

2.1 初始投資成本

1）水平鉆井技術是目前頁巖氣開發中最常用的一種技術。相較于傳統的垂直鉆井，水平鉆井能大大增加井底接觸面積，從而提高頁巖氣的產量。然而，這種技術的初始投資成本相對較高。除了需要購買專門的水平鉆井設備外，還需要配備專門的技術人員來進行操作和維護。此外，由于水平鉆井的復雜性，其施工周期相對較長，這也會增加初始投資成本。

2）水力壓裂技術也是常用的頁巖氣開發技術。通過向井下注入高壓液體，產生裂縫，增大氣體的滲透性，從而提高頁巖氣的產量。這種技術的初始投資成本也較高。首先，水力壓裂需要大量的水和添加劑，這在一定程度上增加了開發成本。其次，水力壓裂設備的采購和維護成本也不容忽視。最后，由于水力壓裂可能導致地震、污染地下水，因此，要在環保設備上加大投資力度。

3）臨場處理技術主要用于處理水力壓裂過程中產生的大量廢水。盡管該技術可以有效地減少環境污染，但其初始投資成本也相對較高。除了需要采購專門的廢水處理設備外，還需要配備專門的技術人員進行操作和維護。

2.2 運營成本

1）對于水平鉆井技術，其運營成本主要包括設備維護、人員培訓和管理等。由于水平鉆井的技術復雜性，設備的日常維護和修理成本較高。同時，操作這種設備需要經過專門的培訓，人員的培訓和管理成本也不可忽視。此外，水平鉆井技術還可能增加能源消耗，比如需要更多的電力來驅動設備，這也是運營成本的一部分。

2）水力壓裂技術的運營成本主要包括水和添加劑的成本、廢水處理成本以及可能的環境補償成本。由于水力壓裂需要大量的水和添加劑，這些都需要投入相應的成本。同時，壓裂過程產生的廢水需要進行處理，這也會增加運營成本。此外，水力壓裂可能導致地震、地下水污染等環境問題，如果這些問題發生，可能需要支付相應的環境補償費用。

3）臨場處理技術的運營成本主要包括設備的運行和維護成本、廢水處理成本以及人員培訓和管理成本。盡管臨場處理技術可以有效地處理廢水，減少環境污染，但設備的運行和維護成本較高，而且需要專門的人員來進行操作和管理。

2.3 產量和收益

1）水平鉆井技術。通過增加井底接觸面積，可以顯著提高頁巖氣的產量。與傳統的垂直鉆井相比，水平鉆井更能充分接觸到儲層，從而提高氣體的采收率。然而，水平鉆井的初始投資和運營成本較高，對收益的提升也需要更高的產量來實現。在實際開采過程中，需要通過優化鉆井設計和提高鉆井效率來實現。

2）水力壓裂技術。通過在井下形成裂縫，可以大大增加氣體的滲透性，從而提高頁巖氣的產量。然而，水力壓裂技術的運營成本較高，特別是在水源短缺的地區，水和添加劑的成本可能會很高。此外，壓裂過程產生的廢水需要進行處理，這也會增加運營成本。因此，盡管水力壓裂可以提高頁巖氣的產量，但其對收益的影響需要綜合考慮多種因素[4-5]。

3）臨場處理技術。主要用于處理水力壓裂過程中產生的廢水。盡管這種技術可以減少環保成本，但由于設備運行和維護的成本較高，也需要考慮到對收益的影響。另外，通過優化廢水處理技術，可以回收廢水中有價值的成分，如某些添加劑和礦物，這也可以為企業帶來一定的收益。

3 結語

對于頁巖氣開發企業來說，選擇合適的開發技術并不只是單純考量其技術性能，更需要綜合考慮經濟效益、環境影響以及可持續發展等多個因素。本文通過對不同頁巖氣開發技術的經濟性比較分析，揭示了各種技術在初始投資、運營成本以及產量和收益方面的特點，為頁巖氣開發企業在實踐中選擇合適的開發技術提供了理論參考。