錢 媛，陳壁輝，陳 贊

（1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 102206；2.首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)金融學(xué)院，北京 100070）

油氣田的生命周期主要包括5個(gè)階段：勘探、評(píng)價(jià)、開發(fā)、生產(chǎn)、廢棄。在油氣田的生命周期結(jié)束或者油氣井遭受到無法彌補(bǔ)的傷害時(shí)，油氣田將從資產(chǎn)變成負(fù)債。廢棄作為油氣田生命周期的最后一個(gè)階段，需要進(jìn)行合理的規(guī)劃和實(shí)施，以避免可能造成的財(cái)務(wù)和安全風(fēng)險(xiǎn)。油氣田的廢棄主要包括4 個(gè)步驟：評(píng)估油氣井的物理狀況，包括地下鋼套管和水泥，以及識(shí)別潛在的地下泄漏或危險(xiǎn)；清潔井筒；使用水泥或其他封堵材料密封井眼；移除地面設(shè)備，恢復(fù)周圍井場[1]。為了確保油氣井永久廢棄，應(yīng)滿足規(guī)定的封堵廢棄目標(biāo)，包括遵守政府監(jiān)管要求、保護(hù)井筒穿透的淡水源、防止表面污染、使用可打撈井組件、防止被井筒穿透的不同滲透區(qū)之間的液壓連通[2]。盡管油氣井的廢棄表示生命周期的結(jié)束，但有些廢棄做法的影響甚至長于一般油氣井的生產(chǎn)壽命[3]，因此需要評(píng)估油氣井的廢棄成本并合理安排廢棄過程。

1 油氣井合理廢棄的必要性

根據(jù)美國國家環(huán)境保護(hù)局（EPA）定義，廢棄井包括以下3 種：近期沒有生產(chǎn)且沒有封堵的井，包括未活動(dòng)、暫時(shí)廢棄、關(guān)閉、休眠和閑置狀態(tài)的井；近期沒有生產(chǎn)且沒有作業(yè)的井，包括孤井、被遺棄的井、長期閑置和廢棄的井；已經(jīng)封堵以防止氣體或者流體遷移的井[4]。Kang等[5]發(fā)現(xiàn)，在美國閑置的油氣井中，有2/3的井沒有被永久封堵。未合理封堵的廢棄井可能會(huì)因鹽水、石油或者甲烷泄漏而造成水和空氣污染，對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)和全球環(huán)境帶來潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[6]。

對(duì)于廢棄油氣井，尤其是未封堵的油氣井，甲烷的排放對(duì)安全和環(huán)境影響最為密切[7]。作為溫室氣體，甲烷20年的全球增溫潛勢是二氧化碳的86 倍，100年的全球增溫潛勢是二氧化碳的34倍[8]。自前工業(yè)化時(shí)代以來，大氣中的甲烷濃度增加了一倍多，在推動(dòng)氣候變化方面的影響僅次于二氧化碳[9]。

目前，針對(duì)廢棄油氣井環(huán)境影響的研究主要集中在甲烷排放和對(duì)全球變暖的影響。其中，Kang 等[10]通過對(duì)美國賓夕法尼亞州47 萬～75 萬口廢棄井評(píng)估發(fā)現(xiàn)，該州廢棄油氣井的甲烷排放相當(dāng)于人為甲烷排放量的5%～8%。Townsend–Small 等[11]對(duì)美國138 口廢棄的油氣井進(jìn)行取樣研究，發(fā)現(xiàn)6.5%的油氣井有可測量的甲烷排放，且大多數(shù)甲烷排放都來自于未封堵的油氣井。Boutot 等[12]對(duì)美國的“孤兒油氣井”分析發(fā)現(xiàn)，截至2022年4月，被記錄在案的“孤兒油氣井”達(dá)12 萬口，占美國所有廢棄井的3%，這些“孤兒油氣井”每年的甲烷排放量占美國估計(jì)甲烷總排放量的5%～6%。封堵對(duì)于緩解廢棄井的甲烷排放至關(guān)重要，特別是在短期，合理并正確地封堵廢棄油氣井可以帶來巨大的氣候效益[13]。

2 成本控制是油氣井廢棄的核心環(huán)節(jié)

油氣行業(yè)的廢棄成本是石油公司根據(jù)資源國法律、行政法規(guī)、國際公約和其他規(guī)定承擔(dān)的環(huán)境保護(hù)和生態(tài)修復(fù)義務(wù)所確定的支出。具體包括與石油和天然氣生產(chǎn)作業(yè)停止后拆除和清理地面設(shè)施或海洋結(jié)構(gòu)物相關(guān)的成本，以及將石油和天然氣田表面恢復(fù)到未生產(chǎn)前的生態(tài)狀態(tài)所需的成本。國際石油合同之間對(duì)廢棄成本的規(guī)定存在很大差異。有些合同規(guī)定了廢棄成本的提取時(shí)間，包括在合同期結(jié)束時(shí)或合同期內(nèi)提取，并對(duì)產(chǎn)量或時(shí)間提出了相應(yīng)要求；有些合同規(guī)定了年度廢棄成本的計(jì)算公式，包括使用壽命平均法或生產(chǎn)法確定的成本；還有一些合同對(duì)廢棄義務(wù)的規(guī)定比較模糊，費(fèi)用僅在合同期后期通過談判在補(bǔ)充協(xié)議中予以澄清。

由于各國政府對(duì)廢棄成本的立法和監(jiān)管仍在不斷完善中，國際石油公司在海外石油和天然氣項(xiàng)目實(shí)施中面臨著與廢棄相關(guān)的巨大風(fēng)險(xiǎn)。特別是近年來，油價(jià)大幅波動(dòng)，承包商無法承擔(dān)巨額廢棄成本。如果沒有提前徹底審查廢棄成本，項(xiàng)目的生命周期收入將受到很大影響[14]。

隨著油氣井生命周期結(jié)束，最大限度地回收儲(chǔ)層中剩余的碳?xì)浠衔?，并安全、?jīng)濟(jì)地廢棄不再生產(chǎn)的油氣井，是油氣行業(yè)在油氣井生命周期最后一個(gè)階段的主要目標(biāo)。對(duì)于石油企業(yè)來講，油氣井的廢棄成本可能會(huì)很高。根據(jù)Saasen等[15]研究，封井棄井的成本約占挪威海上探井總成本的25%，而尋求成本效益高的封堵廢棄技術(shù)是降低勘探鉆井成本的必要條件?？紤]到油氣井的廢棄不是一項(xiàng)投資，反而可能被視為企業(yè)和政府的損失，在油氣井達(dá)到經(jīng)濟(jì)極限產(chǎn)量后，企業(yè)和政府可能會(huì)將所有收入用于資產(chǎn)的報(bào)廢[16]。因此，在油氣井的壽命結(jié)束時(shí)，需要對(duì)其廢棄過程進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃和執(zhí)行，將可能增加運(yùn)營支出的風(fēng)險(xiǎn)降至最低。

3 油氣井廢棄成本的影響因素

在制定油氣井的廢棄策略時(shí)，成本評(píng)估至關(guān)重要[17]。影響油氣井廢棄成本的因素很多，通過調(diào)研國內(nèi)外關(guān)于油氣井廢棄的相關(guān)文章和案例研究，總結(jié)出10項(xiàng)油氣井廢棄成本的主要影響因素。

1）井深。研究發(fā)現(xiàn)，井深和廢棄成本之間存在高度正相關(guān)關(guān)系[6]。隨著井深的增加，油藏溫度和壓力升高，需要功能和性能更強(qiáng)大的設(shè)備以及更多的水泥和時(shí)間來封堵油氣井，封堵成本隨之升高[18]。根據(jù)Raimi 等[1]研究，垂直深度每增加304.8米，廢棄井的平均廢棄成本將增加20%。

2）井齡。隨著時(shí)間的推移，井的完整性會(huì)下降，鋼和水泥套管的退化會(huì)導(dǎo)致廢棄井的成本增加，給封堵作業(yè)帶來更多挑戰(zhàn)。據(jù)研究統(tǒng)計(jì)，相比于使用年限超過60年的井，使用年限在40～60年井的廢棄成本可以減少9%，而使用年限在0～40年井的廢棄成本可以降低20%[1]。

3）泄漏問題。一些油氣井由于密封的缺陷，可能會(huì)發(fā)生表層套管排氣流（SCVF）和氣體運(yùn)移（GM）。SCVF 涉及表層套管和下一個(gè)套管柱之間的氣體向上從表層套管通氣組件流出的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)孛婧拖乱粋€(gè)內(nèi)部套管柱之間的水泥環(huán)形成泄漏通道時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生SCVF。GM 是在地表套管排氣閥關(guān)閉的情況下，外部套管的氣體壓力達(dá)到一定程度后沒有其他排放路徑，只能從套管外泄漏到臨近地層的運(yùn)動(dòng)[19]。兩種流體泄漏問題在油氣井的全生命周期都有發(fā)生的可能，會(huì)引致額外的補(bǔ)救作業(yè)，增加油氣井的廢棄成本。Trudel等[20]通過研究加拿大不列顛哥倫比亞省的陸上廢棄井發(fā)現(xiàn)，沒有泄漏問題的油井廢棄成本在5 萬美元以上，而存在SCVF 和GM 問題的垂直井的廢棄成本超過190 萬美元，比沒有泄漏問題井的成本增加了10～40倍。

4）生產(chǎn)類型。在油氣井的廢棄過程中，油井由于停產(chǎn)已經(jīng)失去了大部分的壓力，氣井由于存在天然氣泄漏到地表的可能性而面臨更高的廢棄成本。Raimi等[1]基于美國超過7 500口廢棄油氣井的樣本研究發(fā)現(xiàn)，僅生產(chǎn)天然氣的井比生產(chǎn)石油的井廢棄成本高9%，井齡較長的氣井需要更多的時(shí)間和設(shè)備來阻止天然氣的流動(dòng)，而油井發(fā)生大規(guī)模地面石油泄漏的代價(jià)雖然高昂，但發(fā)生的概率較低，廢棄成本要低于氣井。

5）鉆井類型。不同類型的鉆井會(huì)影響廢棄成本。Trudel等[20]研究發(fā)現(xiàn)，加拿大不列顛哥倫比亞省水平井廢棄時(shí)的平均年限為9.6年，而定向井/斜井為12.1年，垂直井為18.3年。與垂直井相比，水平井與儲(chǔ)層接觸面積較大，資源消耗速度更快，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)生命周期更短。

6）地形條件?？紤]到材料運(yùn)輸、設(shè)備固定等問題，丘陵地形場地的廢棄成本會(huì)比平坦地形的廢棄成本高。此外，高海拔廢棄作業(yè)通常涉及到重型機(jī)械，同時(shí)會(huì)增加鉆機(jī)或者其他設(shè)備的選址和安裝難度，因此海拔高度的升高也會(huì)增加地面修復(fù)的成本。

7）合同規(guī)模。在油氣井的廢棄過程中，廢棄成本會(huì)隨著井?dāng)?shù)的增加而上升，但考慮到規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，大規(guī)模廢棄合同的平均單井廢棄成本會(huì)低于小規(guī)模廢棄合同的平均單井廢棄成本。Weber等[6]研究發(fā)現(xiàn)，廢棄成本與合同簽訂的時(shí)間以及是否為國家封堵合同等因素密切相關(guān)，其中影響最大的是合同規(guī)模。Raimi 等[1]研究得出，合同每增加一口井，單井的廢棄成本會(huì)下降約3%。Andersen和Coupal[21]對(duì)美國懷俄明州255 口廢棄井的數(shù)據(jù)估算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)井場只有一口井時(shí)，每口井的廢棄成本約為3.8萬美元；而當(dāng)井場有多口井時(shí)，由于規(guī)模效應(yīng)的存在，每口井的平均廢棄成本為1.5萬美元。

8）市場條件。由于市場條件和其他因素，油氣井的廢棄成本可能會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化。如，石油和天然氣價(jià)格上漲可能使得鉆井?dāng)?shù)量增加，導(dǎo)致對(duì)油田工人和服務(wù)提供商的需求增加。隨著對(duì)生產(chǎn)要素投入增多，工人和服務(wù)提供商可能會(huì)要求更高的工資和服務(wù)費(fèi)，從而增加油氣井的廢棄成本[22]。

9）技術(shù)變化。目前，打水泥塞是封堵廢棄油氣井的主要方式，為了提高封堵質(zhì)量，還可以使用不同的添加劑來提高水泥的特性[23]。Khalifeh等[24]發(fā)現(xiàn)巖基礦物聚合物有較大潛力作為永久封堵廢棄油氣井和地層隔離的材料。此外，為了消除油基和水基鉆井液存在下的持續(xù)套管壓力，提高井和管道表面的黏合度，鉍合金在近年來被建議作為永久性封堵材料[25]。針對(duì)目前籠統(tǒng)擠注水泥或循環(huán)注水泥產(chǎn)生的封井效果不好的問題，謝敏[26]通過研制Y441–112 封隔器、丟手接頭及注水泥器等工具，實(shí)現(xiàn)了逐層封堵、逐級(jí)丟手功能，可以有效地保證廢棄油氣井的封井效果。楊雄等[27]從封堵劑的適應(yīng)性、施工過程和擠封設(shè)計(jì)等因素出發(fā)，開展了吐哈油田的水泥封堵技術(shù)研究應(yīng)用，形成了以籠統(tǒng)擠封、低替高擠、封上擠下、循環(huán)封串加壓擠封、帶壓候凝為主體的系列封堵工藝模式和串槽預(yù)處理、帶壓候凝等擠封控制技術(shù)。隨著技術(shù)進(jìn)步，廢棄油井會(huì)變得更加高效，從而降低未來的廢棄成本。

10）地方差異。地區(qū)之間的地形地質(zhì)條件、經(jīng)濟(jì)市場環(huán)境、地方法規(guī)政策等存在差異，影響油氣井的廢棄成本。此外，不同地區(qū)對(duì)封堵油氣井和恢復(fù)地面位置的技術(shù)要求不同，要求更嚴(yán)格的地區(qū)，廢棄成本更高[22]。由于美國各州監(jiān)管要求差異和當(dāng)?shù)毓┬枨闆r變化，美國不同地區(qū)的單井廢棄成本約為2.7萬美元至數(shù)十萬美元不等[28]。Raimi等[1]研究發(fā)現(xiàn)，新墨西哥州和德克薩斯州油氣井的廢棄成本要比賓夕法尼亞州的廢棄成本分別高出94%和38%，而蒙大拿州和堪薩斯州的廢棄成本則比賓夕法尼亞州分別低115%和35%。

4 油氣井合理廢棄的對(duì)策建議

從油氣公司角度來看，第一，考慮到市場條件、地形條件和地方差異對(duì)油氣井廢棄成本的影響，為了保證公司在全生命周期內(nèi)的整體收入，公司在投資進(jìn)入一項(xiàng)油氣項(xiàng)目之前需要提前做好市場調(diào)研和對(duì)當(dāng)?shù)刭Y源、地理、經(jīng)濟(jì)、政治等方面的可行性評(píng)估，了解當(dāng)?shù)氐挠蜌饩畯U棄要求并合理評(píng)估廢棄成本。第二，考慮到井齡和合同規(guī)模對(duì)廢棄成本的影響，選擇合適的廢棄時(shí)間并進(jìn)行批量廢棄油氣井可以有效減少公司的整體成本。第三，從技術(shù)層面來看，為了降低廢棄成本，公司可以開發(fā)新的封堵工具和技術(shù)來提高油氣井的廢棄效率，如，研發(fā)新型封堵材料、改進(jìn)水泥塞設(shè)計(jì)等。第四，對(duì)廢棄井進(jìn)行改造再利用也是有效降低廢棄成本的一種方式，可以對(duì)井深、出口溫度等符合地?zé)衢_發(fā)條件的廢棄井重新利用，不僅能夠降低成本，還能緩解能源問題。

從政府角度來看，第一，考慮到井深、井齡、生產(chǎn)類型等因素對(duì)油氣井廢棄成本的影響，政府在監(jiān)管時(shí)可以根據(jù)影響因素調(diào)整對(duì)油氣公司的財(cái)務(wù)保證要求。如，為了保證油氣井的合理廢棄，在同等條件下，可以對(duì)井深更大、井齡更長、有潛在泄漏風(fēng)險(xiǎn)的垂直氣井收取更高的保證金，或通過征收罰款、限制鉆井許可等措施來保證封堵作業(yè)的有效進(jìn)行。第二，部分油氣井在堵塞之前可能需要重新鉆探或者修建道路，因此回收所有的廢棄井在經(jīng)濟(jì)上不可行。在預(yù)算有限的情況下，應(yīng)堅(jiān)持效用最大化原則。如果政策側(cè)重油氣井廢棄時(shí)甲烷的排放等安全隱患，則應(yīng)優(yōu)先封堵油氣井；如果側(cè)重環(huán)境、就業(yè)等因素，則應(yīng)將表面復(fù)墾作為優(yōu)先事項(xiàng)。第三，影響油氣井廢棄成本的因素很多，可以制定一套統(tǒng)一的油氣井的廢棄成本評(píng)估體系，有效指導(dǎo)油氣公司進(jìn)行廢棄成本的核算和監(jiān)督。