煤層氣壓裂直井與多分支井經濟評價對比研究

安永生 陳勇光 吳曉東 皇甫龍 李鑫旺 張艷榮

（1.中國石油大學石油工程教育部重點實驗室，北京 102249；2.勝利油田公司地質科學研究院，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）

煤層氣產業投入高、產出低、風險大，選用何種井型對煤層氣藏進行開發顯得尤為重要［1-7］。近年來，國內外學者對煤層氣井的產能進行了大量研究［8-14］，但單一產能的大小和采收率的高低并不能完全作為開發效果的評價標準，需要進一步配合經濟評價方法進行更深入的研究和探討。

本文以數值模擬為手段，在產能動態預測的基礎上，基于凈現值方法對煤層氣壓裂直井與多分支井進行了經濟評價效果對比，為煤層氣項目開發以及井網、井型選擇提供依據。

1 煤層氣井經濟評價參數選擇

1.1 經濟評價方法

20世紀50年代以后，世界各國的企業在進行投資項目評價時形成了以貼現現金流量指標為主，以非貼現現金流量指標為輔的指標體系。常用的指標體系一般包括凈現值（NPV）、內部收益率（IRR）、動態投資回收期等。其中，凈現值法作為一種動態評價方法，在充分考慮資金時間價值的基礎上，全面考慮了評價期內整個項目的經濟狀況，以貨幣額表示項目的凈收益，經濟意義明確、直觀［15］。因此，本文選擇凈現值法對煤層氣壓裂直井和多分支井的不同開發方案進行經濟評價。凈現值法的表達式為

式中，NPV為煤層氣目標區在評價期內的經濟效益；CI為評價期內開發煤層氣的現金流入；CO為評價期內開發煤層氣的現金流出；t為評價期；i0為基準折現率。

1.2 經濟評價參數

煤層氣開采經濟評價的參數包括費用和直接效益兩方面。費用由生產經營成本、投資、稅金、生產期投資支出組成，直接效益由生產經營的銷售收入組成。

為了簡便起見，將費用分為投資（鉆井工程費用、地面工程費用和壓裂作業等費用）和生產成本（煤層氣生產過程中發生的支出，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）和補貼收入（銷售煤層氣商品給除發電以外用戶所獲得的國家補貼）兩部分。

以國內煤層氣勘探開發活動集中地區的鉆井、開發、地面工程基礎數據作為參考，經濟評價基礎數據如表1所示。

表1 煤層氣開發經濟評價基礎數據

2 壓裂直井與多分支水平井經濟評價對比

2.1 開發對比方案選擇

為了全面對比壓裂直井和多分支井的經濟效益，分別設計了6種不同的開發方案（見表2），井網范圍18 km2，儲層厚度5 m，滲透率0.5×10-3μm2，考慮平面內滲透率各向異性（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種不同的開發方案

2.2 不同儲層滲透率經濟評價對比

假設儲層滲透率分別為0.5×10-3μm、1×10-3μm2、4×10-3μm2，保持平面內各向異性系數不變，儲層厚度5 m，模擬計算不同開發方案開發生產20年的情況，將模擬得到的產量和表1的基礎數據代入公式（1）可得到不同開發方案的NPV值。

不同滲透率條件下的年產量和凈現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時不同方案產量與凈現值隨時間變化

從圖1~3可以看出，從凈現值的角度看，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時不同方案產量與凈現值隨時間變化

圖3 滲透率4×10-3 μm2時不同方案產量與凈現值隨時間變化

從產量的角度看，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的井網密度過大，導致打井數量過多，經濟上明顯不可行。滲透率為4×10-3μm2的情況下，方案5、方案2和方案6的產量變化情況類似。

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

2.3 不同儲層厚度經濟評價對比

假設儲層厚度分別為3 m、5 m和12 m，儲層滲透率0.5×10-3μm2，模擬計算不同開發方案開發生產20年的情況，將模擬得到的產量和表1的基礎數據代入公式（1）可得到不同開發方案的NPV值。

不同平面有效滲透率條件下的年產量和凈現值隨時間的變化情況如圖4~6所示。

圖4 儲層厚度3 m時不同方案產量與凈現值隨時間變化

圖5 儲層厚度5 m時不同方案產量與凈現值隨時間變化

圖6 儲層厚度12 m時不同方案產量與凈現值隨時間變化

從圖4~6可以看出，從凈現值的角度看，儲層厚度為3 m時，方案5經濟效益最佳，方案6次之，方案2盡管在所有直井開發方案中最佳，但與多分支井相比效果較差。儲層厚度為5 m時，方案5經濟效益最好，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，開發效果最好，方案5次之，方案6較差，多分支井的開發效果已不明顯。

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

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

3 結論

（1）多分支井在單井產量方面具有巨大的優勢，在經濟效益方面，僅在滲透率較低、厚度較薄的儲層中優于壓裂直井。

（2）壓裂直井在今后一段時間內仍將是煤層氣開發的主力井型，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充。

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

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