煤層氣壓裂直井與多分支井經(jīng)濟(jì)評價對比研究

安永生 陳勇光 吳曉東 皇甫龍 李鑫旺 張艷榮

（1.中國石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；2.勝利油田公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營 257000；3.中原油田公司采油工程研究院，河南濮陽 457001；4.華北油田公司，河北任丘 062552）

煤層氣產(chǎn)業(yè)投入高、產(chǎn)出低、風(fēng)險大，選用何種井型對煤層氣藏進(jìn)行開發(fā)顯得尤為重要［1-7］。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對煤層氣井的產(chǎn)能進(jìn)行了大量研究［8-14］，但單一產(chǎn)能的大小和采收率的高低并不能完全作為開發(fā)效果的評價標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)一步配合經(jīng)濟(jì)評價方法進(jìn)行更深入的研究和探討。

本文以數(shù)值模擬為手段，在產(chǎn)能動態(tài)預(yù)測的基礎(chǔ)上，基于凈現(xiàn)值方法對煤層氣壓裂直井與多分支井進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)評價效果對比，為煤層氣項(xiàng)目開發(fā)以及井網(wǎng)、井型選擇提供依據(jù)。

1 煤層氣井經(jīng)濟(jì)評價參數(shù)選擇

1.1 經(jīng)濟(jì)評價方法

20世紀(jì)50年代以后，世界各國的企業(yè)在進(jìn)行投資項(xiàng)目評價時形成了以貼現(xiàn)現(xiàn)金流量指標(biāo)為主，以非貼現(xiàn)現(xiàn)金流量指標(biāo)為輔的指標(biāo)體系。常用的指標(biāo)體系一般包括凈現(xiàn)值（NPV）、內(nèi)部收益率（IRR）、動態(tài)投資回收期等。其中，凈現(xiàn)值法作為一種動態(tài)評價方法，在充分考慮資金時間價值的基礎(chǔ)上，全面考慮了評價期內(nèi)整個項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)狀況，以貨幣額表示項(xiàng)目的凈收益，經(jīng)濟(jì)意義明確、直觀［15］。因此，本文選擇凈現(xiàn)值法對煤層氣壓裂直井和多分支井的不同開發(fā)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評價。凈現(xiàn)值法的表達(dá)式為

式中，NPV為煤層氣目標(biāo)區(qū)在評價期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)效益；CI為評價期內(nèi)開發(fā)煤層氣的現(xiàn)金流入；CO為評價期內(nèi)開發(fā)煤層氣的現(xiàn)金流出；t為評價期；i0為基準(zhǔn)折現(xiàn)率。

1.2 經(jīng)濟(jì)評價參數(shù)

煤層氣開采經(jīng)濟(jì)評價的參數(shù)包括費(fèi)用和直接效益兩方面。費(fèi)用由生產(chǎn)經(jīng)營成本、投資、稅金、生產(chǎn)期投資支出組成，直接效益由生產(chǎn)經(jīng)營的銷售收入組成。

為了簡便起見，將費(fèi)用分為投資（鉆井工程費(fèi)用、地面工程費(fèi)用和壓裂作業(yè)等費(fèi)用）和生產(chǎn)成本（煤層氣生產(chǎn)過程中發(fā)生的支出，包括操作成本和折舊、折耗）兩部分，直接效益分為銷售收入（銷售煤層氣商品所取得的收入）和補(bǔ)貼收入（銷售煤層氣商品給除發(fā)電以外用戶所獲得的國家補(bǔ)貼）兩部分。

以國內(nèi)煤層氣勘探開發(fā)活動集中地區(qū)的鉆井、開發(fā)、地面工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)作為參考，經(jīng)濟(jì)評價基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 煤層氣開發(fā)經(jīng)濟(jì)評價基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2 壓裂直井與多分支水平井經(jīng)濟(jì)評價對比

2.1 開發(fā)對比方案選擇

為了全面對比壓裂直井和多分支井的經(jīng)濟(jì)效益，分別設(shè)計了6種不同的開發(fā)方案（見表2），井網(wǎng)范圍18 km2，儲層厚度5 m，滲透率0.5×10-3μm2，考慮平面內(nèi)滲透率各向異性（kx∶ky=4∶1）。其中前4種方案為壓裂直井開采，選擇矩形井網(wǎng)單元（井排距比為2）作為模擬對象［16］，后2種方案為多分支井開采，選擇正方形井網(wǎng)單元（井排距比為1）作為模擬對象，其中主井筒垂直于平面主滲透率方向布井，分支角度為45°。

表2 6種不同的開發(fā)方案

2.2 不同儲層滲透率經(jīng)濟(jì)評價對比

假設(shè)儲層滲透率分別為0.5×10-3μm、1×10-3μm2、4×10-3μm2，保持平面內(nèi)各向異性系數(shù)不變，儲層厚度5 m，模擬計算不同開發(fā)方案開發(fā)生產(chǎn)20年的情況，將模擬得到的產(chǎn)量和表1的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)代入公式（1）可得到不同開發(fā)方案的NPV值。

不同滲透率條件下的年產(chǎn)量和凈現(xiàn)值隨時間的變化情況如圖1~3所示。

圖1 滲透率0.5×10-3 μm2時不同方案產(chǎn)量與凈現(xiàn)值隨時間變化

從圖1~3可以看出，從凈現(xiàn)值的角度看，滲透率為0.5×10-3μm2和1×10-3μm2的情況下，方案5的 NPV值最大，投資回收期最短，效果最好。方案2和方案6次之，其中方案6前期NPV值較高，方案2后期NPV值較高，即方案6投資回收期短，方案2長期效益好。滲透率為4×10-3μm2的情況下，方案5的NPV值與方案2和方案6的差別不大。

圖2 滲透率1×10-3 μm2時不同方案產(chǎn)量與凈現(xiàn)值隨時間變化

圖3 滲透率4×10-3 μm2時不同方案產(chǎn)量與凈現(xiàn)值隨時間變化

從產(chǎn)量的角度看，滲透率為0.5×10-3μm2和1 ×10-3μm2的情況下，方案1最佳，方案5次之，方案2和方案6類似，但是由于方案1的井網(wǎng)密度過大，導(dǎo)致打井?dāng)?shù)量過多，經(jīng)濟(jì)上明顯不可行。滲透率為4×10-3μm2的情況下，方案5、方案2和方案6的產(chǎn)量變化情況類似。

因此，在滲透率較低的儲層中，分支數(shù)目較大、分支長度較長的多分支井具有很大優(yōu)勢，不僅投資回收快，而且具有更高的初期產(chǎn)能和經(jīng)濟(jì)效益，因此當(dāng)滲透率約0.5×10-3μm2的情況下，可將多分支井作為首選井型，但在應(yīng)用多分支井之前，必須做好充足的井型優(yōu)化工作和風(fēng)險評估工作。在滲透率較高的儲層中，考慮到鉆取多分支井的鉆井風(fēng)險以及儲層不確定性帶來的開發(fā)風(fēng)險，可采用壓裂直井作為首選井型。

2.3 不同儲層厚度經(jīng)濟(jì)評價對比

假設(shè)儲層厚度分別為3 m、5 m和12 m，儲層滲透率0.5×10-3μm2，模擬計算不同開發(fā)方案開發(fā)生產(chǎn)20年的情況，將模擬得到的產(chǎn)量和表1的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)代入公式（1）可得到不同開發(fā)方案的NPV值。

不同平面有效滲透率條件下的年產(chǎn)量和凈現(xiàn)值隨時間的變化情況如圖4~6所示。

圖4 儲層厚度3 m時不同方案產(chǎn)量與凈現(xiàn)值隨時間變化

圖5 儲層厚度5 m時不同方案產(chǎn)量與凈現(xiàn)值隨時間變化

圖6 儲層厚度12 m時不同方案產(chǎn)量與凈現(xiàn)值隨時間變化

從圖4~6可以看出，從凈現(xiàn)值的角度看，儲層厚度為3 m時，方案5經(jīng)濟(jì)效益最佳，方案6次之，方案2盡管在所有直井開發(fā)方案中最佳，但與多分支井相比效果較差。儲層厚度為5 m時，方案5經(jīng)濟(jì)效益最好，方案2的NPV值與方案6已十分接近，只是方案6的投資回收期較短。儲層厚度為12 m時，方案2的NPV值最大，開發(fā)效果最好，方案5次之，方案6較差，多分支井的開發(fā)效果已不明顯。

從產(chǎn)量的角度看，儲層厚度較小時，多分支井具有明顯優(yōu)勢；儲層厚度較大時，多分支井的優(yōu)勢被大大削弱。因此，多分支井在薄層中的開發(fā)優(yōu)勢更明顯，在厚層中開發(fā)效果與壓裂直井相比較差。

綜上所述，多分支井在單井產(chǎn)量方面具有巨大的優(yōu)勢，而在經(jīng)濟(jì)效益方面，僅在滲透率較低、厚度較薄的儲層中優(yōu)于壓裂直井。因此，壓裂直井在今后一段時間內(nèi)仍將是煤層氣開發(fā)的主力井型，多分支井可以作為壓裂直井在特低滲透薄儲層的重要補(bǔ)充。但是，隨著鉆完井技術(shù)的不斷發(fā)展，鉆井成本和鉆井風(fēng)險的降低將為今后多分支井的廣泛應(yīng)用提供更加可靠的支持。

3 結(jié)論

（1）多分支井在單井產(chǎn)量方面具有巨大的優(yōu)勢，在經(jīng)濟(jì)效益方面，僅在滲透率較低、厚度較薄的儲層中優(yōu)于壓裂直井。

（2）壓裂直井在今后一段時間內(nèi)仍將是煤層氣開發(fā)的主力井型，多分支井可以作為壓裂直井在特低滲透薄儲層中的重要補(bǔ)充。

（3）隨著鉆完井技術(shù)的不斷發(fā)展，鉆井成本和鉆井風(fēng)險的降低將為今后多分支井的廣泛應(yīng)用提供更加可靠的支持。

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