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(fā)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(fā)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(fā)技術在實際應用中存在著一定的優(yōu)缺點，因此，在進行頁巖氣儲層開發(fā)時，需要進行技術選擇和比較分析，以達到最優(yōu)化的經濟效益[1-3]。本文將對目前頁巖氣開發(fā)技術進行梳理和總結，并結合實際數據，對不同開發(fā)技術的經濟效益進行比較分析，以期為頁巖氣儲層的開發(fā)選擇提供科學依據。

1 不同頁巖氣開發(fā)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(yōu)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(fā)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(huán)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(huán)境的破壞更小。這有助于減少土地占用和環(huán)境污染，提高頁巖氣開發(fā)的可持續(xù)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(yōu)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(yōu)化。通過合理的設計和水力壓裂施工作業(yè)，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(huán)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(xù)開發(fā)。

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(xù)性和施工效率。在頁巖氣儲層開發(fā)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(yè)中，巖屑的處理是一個重要環(huán)節(jié)。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(yè)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(xù)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(yōu)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(xù)性的重要環(huán)節(jié)。在水力壓裂作業(yè)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(wěn)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(xù)性和安全性。

2 不同頁巖氣開發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(huán)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(huán)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(huán)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(huán)境問題，如果這些問題發(fā)生，可能需要支付相應的環(huán)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(huán)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(yōu)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(qū)，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(huán)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(yōu)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(yè)帶來一定的收益。

3 結語

對于頁巖氣開發(fā)企業(yè)來說，選擇合適的開發(fā)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(huán)境影響以及可持續(xù)發(fā)展等多個因素。本文通過對不同頁巖氣開發(fā)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(fā)企業(yè)在實踐中選擇合適的開發(fā)技術提供了理論參考。