胡 南， 陳 凱， 劉文明

（1.西南石油大學(xué)， 四川 南充 637001； 2.中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探固井公司， 遼寧 盤錦 121240；3.中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探鉆井一公司四川頁(yè)巖氣項(xiàng)目部， 四川 內(nèi)江 124010）

0 引言

頁(yè)巖氣的開發(fā)和利用是解決我國(guó)天然氣短缺和能源安全的重要途徑之一，而開發(fā)技術(shù)的選擇是影響頁(yè)巖氣儲(chǔ)層經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。各種不同的開發(fā)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在著一定的優(yōu)缺點(diǎn)，因此，在進(jìn)行頁(yè)巖氣儲(chǔ)層開發(fā)時(shí)，需要進(jìn)行技術(shù)選擇和比較分析，以達(dá)到最優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效益[1-3]。本文將對(duì)目前頁(yè)巖氣開發(fā)技術(shù)進(jìn)行梳理和總結(jié)，并結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)，對(duì)不同開發(fā)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行比較分析，以期為頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的開發(fā)選擇提供科學(xué)依據(jù)。

1 不同頁(yè)巖氣開發(fā)技術(shù)概述

1.1 水平鉆井技術(shù)

水平鉆井技術(shù)的原理是在垂直井眼的基礎(chǔ)上，通過調(diào)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(yè)巖氣儲(chǔ)層的接觸面積，提高氣體的產(chǎn)出率和開采效率。水平鉆井技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

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

2）提高采收率。由于水平鉆井技術(shù)能夠有效地增加儲(chǔ)層接觸面積，充分開發(fā)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層中的裂縫網(wǎng)絡(luò)，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(shù)可以實(shí)現(xiàn)多井平行開采，減少了開采設(shè)備和人力資源的需求。同時(shí)，水平鉆井技術(shù)還可以降低鉆井成本和井眼的維護(hù)成本，對(duì)于降低整體的開采成本具有重要意義。

4）降低環(huán)境影響。相比傳統(tǒng)的垂直鉆井技術(shù)，水平鉆井技術(shù)在地表上的占地面積更小，對(duì)環(huán)境的破壞更小。這有助于減少土地占用和環(huán)境污染，提高頁(yè)巖氣開發(fā)的可持續(xù)性。

1.2 水力壓裂技術(shù)

水力壓裂技術(shù)的原理是通過將高壓液體注入到井眼中，使巖石裂縫擴(kuò)大并連接起來，原本密度較高的頁(yè)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(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）提高天然氣產(chǎn)量。水力壓裂技術(shù)能夠有效擴(kuò)大頁(yè)巖儲(chǔ)層中的裂縫網(wǎng)絡(luò)，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(chǔ)層的產(chǎn)量。

2）改善滲透性。頁(yè)巖氣儲(chǔ)層通常具有微細(xì)孔隙結(jié)構(gòu)和低滲透性，天然氣難以自由流動(dòng)。水力壓裂技術(shù)通過擴(kuò)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(chǔ)層流動(dòng)。

3）提高開采效率。水力壓裂技術(shù)可以針對(duì)不同的巖石特性和儲(chǔ)層條件進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。通過合理的設(shè)計(jì)和水力壓裂施工作業(yè)，可以最大限度地提高儲(chǔ)層的開采效率，減少資源的浪費(fèi)。

4）降低環(huán)境影響。相比傳統(tǒng)的垂直鉆井技術(shù)，水力壓裂技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多井平行開采，減少了地表的開采設(shè)備和占地面積。同時(shí)，水力壓裂技術(shù)還可以減少滲透液和產(chǎn)生液的用量，減少對(duì)水資源的消耗，實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣可持續(xù)開發(fā)。

1.3 臨場(chǎng)處理技術(shù)

臨場(chǎng)處理技術(shù)的原理是根據(jù)實(shí)際施工情況，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)問題及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，確保施工的連續(xù)性和施工效率。在頁(yè)巖氣儲(chǔ)層開發(fā)中，臨場(chǎng)處理技術(shù)主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：

1）巖屑處理。在水力壓裂作業(yè)中，巖屑的處理是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。巖屑的積聚可能導(dǎo)致井底壓力的增加，影響水力壓裂液的流動(dòng)性。通過采用合適的巖屑處理技術(shù)，如巖屑分離、巖屑清除和巖屑處理設(shè)備的運(yùn)用，可以快速有效地處理巖屑，保證施工順利進(jìn)行。

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

3）壓裂液性能調(diào)整。頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的特殊性要求對(duì)壓裂液進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。在施工過程中，可能會(huì)遇到壓裂液性能不符合要求的情況。通過臨場(chǎng)處理技術(shù)，如調(diào)整壓裂液添加劑和使用性能測(cè)試設(shè)備，可以及時(shí)調(diào)整壓裂液的性能，以適應(yīng)實(shí)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(xù)性的重要環(huán)節(jié)。在水力壓裂作業(yè)中，井眼可能出現(xiàn)裂縫、坍塌等問題，影響施工的順利進(jìn)行。通過采用井眼處理技術(shù)，如使用井眼加固材料、井眼穩(wěn)定設(shè)備，采取井眼坍塌預(yù)防措施，可以解決井眼問題，保證施工的連續(xù)性和安全性。

2 不同頁(yè)巖氣開發(fā)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性分析

2.1 初始投資成本

1）水平鉆井技術(shù)是目前頁(yè)巖氣開發(fā)中最常用的一種技術(shù)。相較于傳統(tǒng)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(yè)巖氣的產(chǎn)量。然而，這種技術(shù)的初始投資成本相對(duì)較高。除了需要購(gòu)買專門的水平鉆井設(shè)備外，還需要配備專門的技術(shù)人員來進(jìn)行操作和維護(hù)。此外，由于水平鉆井的復(fù)雜性，其施工周期相對(duì)較長(zhǎng)，這也會(huì)增加初始投資成本。

2）水力壓裂技術(shù)也是常用的頁(yè)巖氣開發(fā)技術(shù)。通過向井下注入高壓液體，產(chǎn)生裂縫，增大氣體的滲透性，從而提高頁(yè)巖氣的產(chǎn)量。這種技術(shù)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(fā)成本。其次，水力壓裂設(shè)備的采購(gòu)和維護(hù)成本也不容忽視。最后，由于水力壓裂可能導(dǎo)致地震、污染地下水，因此，要在環(huán)保設(shè)備上加大投資力度。

3）臨場(chǎng)處理技術(shù)主要用于處理水力壓裂過程中產(chǎn)生的大量廢水。盡管該技術(shù)可以有效地減少環(huán)境污染，但其初始投資成本也相對(duì)較高。除了需要采購(gòu)專門的廢水處理設(shè)備外，還需要配備專門的技術(shù)人員進(jìn)行操作和維護(hù)。

2.2 運(yùn)營(yíng)成本

1）對(duì)于水平鉆井技術(shù)，其運(yùn)營(yíng)成本主要包括設(shè)備維護(hù)、人員培訓(xùn)和管理等。由于水平鉆井的技術(shù)復(fù)雜性，設(shè)備的日常維護(hù)和修理成本較高。同時(shí)，操作這種設(shè)備需要經(jīng)過專門的培訓(xùn)，人員的培訓(xùn)和管理成本也不可忽視。此外，水平鉆井技術(shù)還可能增加能源消耗，比如需要更多的電力來驅(qū)動(dòng)設(shè)備，這也是運(yùn)營(yíng)成本的一部分。

2）水力壓裂技術(shù)的運(yùn)營(yíng)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(huán)境補(bǔ)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(yīng)的成本。同時(shí)，壓裂過程產(chǎn)生的廢水需要進(jìn)行處理，這也會(huì)增加運(yùn)營(yíng)成本。此外，水力壓裂可能導(dǎo)致地震、地下水污染等環(huán)境問題，如果這些問題發(fā)生，可能需要支付相應(yīng)的環(huán)境補(bǔ)償費(fèi)用。

3）臨場(chǎng)處理技術(shù)的運(yùn)營(yíng)成本主要包括設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)成本、廢水處理成本以及人員培訓(xùn)和管理成本。盡管臨場(chǎng)處理技術(shù)可以有效地處理廢水，減少環(huán)境污染，但設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)成本較高，而且需要專門的人員來進(jìn)行操作和管理。

2.3 產(chǎn)量和收益

1）水平鉆井技術(shù)。通過增加井底接觸面積，可以顯著提高頁(yè)巖氣的產(chǎn)量。與傳統(tǒng)的垂直鉆井相比，水平鉆井更能充分接觸到儲(chǔ)層，從而提高氣體的采收率。然而，水平鉆井的初始投資和運(yùn)營(yíng)成本較高，對(duì)收益的提升也需要更高的產(chǎn)量來實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際開采過程中，需要通過優(yōu)化鉆井設(shè)計(jì)和提高鉆井效率來實(shí)現(xiàn)。

2）水力壓裂技術(shù)。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(yè)巖氣的產(chǎn)量。然而，水力壓裂技術(shù)的運(yùn)營(yíng)成本較高，特別是在水源短缺的地區(qū)，水和添加劑的成本可能會(huì)很高。此外，壓裂過程產(chǎn)生的廢水需要進(jìn)行處理，這也會(huì)增加運(yùn)營(yíng)成本。因此，盡管水力壓裂可以提高頁(yè)巖氣的產(chǎn)量，但其對(duì)收益的影響需要綜合考慮多種因素[4-5]。

3）臨場(chǎng)處理技術(shù)。主要用于處理水力壓裂過程中產(chǎn)生的廢水。盡管這種技術(shù)可以減少環(huán)保成本，但由于設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)的成本較高，也需要考慮到對(duì)收益的影響。另外，通過優(yōu)化廢水處理技術(shù)，可以回收廢水中有價(jià)值的成分，如某些添加劑和礦物，這也可以為企業(yè)帶來一定的收益。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于頁(yè)巖氣開發(fā)企業(yè)來說，選擇合適的開發(fā)技術(shù)并不只是單純考量其技術(shù)性能，更需要綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境影響以及可持續(xù)發(fā)展等多個(gè)因素。本文通過對(duì)不同頁(yè)巖氣開發(fā)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性比較分析，揭示了各種技術(shù)在初始投資、運(yùn)營(yíng)成本以及產(chǎn)量和收益方面的特點(diǎn)，為頁(yè)巖氣開發(fā)企業(yè)在實(shí)踐中選擇合適的開發(fā)技術(shù)提供了理論參考。