经济和社会效益评价

发布网友 发布时间：2022-04-19 17:39

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热心网友 时间：2023-07-15 21:38

多分支水平井钻井完井技术自从应用到煤层气开发以来，就以其高产气量、高采收率、短生产周期的优势获得广泛认同，迅速推广和应用，不仅产生显著的经济效益，更由于其在煤矿区煤层气抽采方面极高的效率，得到管理部门和企业的高度重视。

一、多分支水平井的技术优势

（一）欠平衡钻井极大地保护了储层

在多分支水平井钻井完井技术中，既要保护储层免受伤害，又要严格控制井眼轨迹，防止井壁坍塌，因此钻井液体系的配置和使用十分关键。本次利用清水、清水注气等技术方法，保证了欠平衡钻井技术的有效实施。

在工程井，一开采用坂土浆钻井液体系。二开采用低密度聚合物钻井液体系。三开采用清水＋生物聚合物。三开为防止泥浆对煤层的污染，采用清水钻进。由于该井为水平分支井，单一地用清水钻进，不易清除水平井所造成的岩屑床的问题。因此在钻进过程中采用不定时地用高黏生物聚合物（XC生物聚合物）泥浆清洗井眼的方法，较好地解决了该井的携带岩屑清洗井眼、有效解决岩屑床的技术难题，保证了该井三开施工的顺利进行。这种XC生物聚合物具有较强的携带岩屑、清除水平井岩屑床的功能，降解快，不对煤层造成污染等特点。

（二）有效地增大流体导流能力和抽排面积

多分支水平井在井眼轨迹和长度、分支长度、分支间距等设计中，充分考虑有效的抽排面积，增大流体导流能力。

1.高技术集成彰显高科技水平

煤层气多分支水平井钻井完井技术是现代石油天然气钻井完井的尖端技术的集成和优化。它包括中等深度的顶驱钻机、欠平衡钻井空压机和增压系统、地质导向系统、磁定位和穿针技术，以及一整套高端精密仪器和大型装备。一部分工具和装备均是进口的，如顶驱钻机、大排量空压机、LWD和EMWD地质导向系统等。通过不同装备和工具的组合集成，煤层与常规储层不同，煤层具有松软、易坍塌、厚度薄、深度浅等特点，因此煤层气水平井存在井眼稳定性差、井眼坍塌造成埋钻等工程事故，井轨迹延伸不长，易受泥浆污染，水平钻井位移大等问题。通过试验和研究，目前在沁水盆地南部利用多分支水平井钻井完井技术获得了初步成功。

2.技术进步提高煤层气开发效率

煤层气多分支水平井技术最直接的优点表现在：单井产气量高、采收率高、生产周期短、井场占地面积少。

（1）单井产气量高。初步试验和排采表明，本项目3号煤层日产气量可以达到1×10⁴m³以上，潘庄井组平均日产量达到5×10⁴m³，最高日产量为10×10⁴m³。樊庄区内2007年以来新完钻的多分支水平井，部分井还处在排水降压期，部分井已开始产气，多数产气井还处在产气提升期，单井日产气量在1×10⁴m³以下，单井最高日产气量已突破4×10⁴m³/d。

（2）采收率高。据已实施多分支水平井的煤矿的资料，多分支水平井前3年生产数据，按照100m分支间距布置多分支水平井，2～3年内煤层气采收率达到约40%～50%，而达到此采收率的话，直井需要开采15～20年。同时根据数值模拟预测，多分支水平井组排采3年时就可达到井间干扰作用，煤层气采收率达到40%以上，排采5年煤层气采收率达到55%以上，排采10年煤层气采收率达到75%。

（3）生产周期短。上述可见，当煤层气采收率达到40%～50%时，只需3年左右，相比较而言，直井需要开采15～20年。

（4）井场占地面积少，抽排面积大。多分支水平井井场占地少，初步估计，与相同抽排面积的直井相比，多分支水平井将少2/3。一个多分支水平井场占地面积约2400m²，对应抽排面积内布6口直井，6口直井井场占地面积共需7200m²。一个单翼多分支水平井控制的抽排面积在0.5～0.6km²，如果一个井场设计3～4翼多分支水平井，将控制2～3km²的抽排面积，相当于20～30口300m×300m井距部署的直井抽排面积。

二、工程投资成本测算

（一）多分支水平井和直井工程投资对比

1.水平井钻井成本结构

以在沁南地区已成功实施的多分支水平井的投资额为基准，同时假设可以在当前的行业支持条件下批量作业。假定在沁水南部地区作业，煤层埋深300～500m，若煤层段内水平进尺数为4000m时，水平井投资1500万元人民币左右。以上述假定为前提，针对目前水平井钻井成本结构的具体分析如下：

（1）征地费。水平井钻井临时占地约10亩，临时道路占地5亩。排采直井临时占地1.5亩，永久占地1.5亩（20年）。按征地实际发生费用计算，现阶段实施1口多分支水平井临时占地及永久征地费用35万元。

（2）钻前工程费。包括井位测量、井场平整及道路修建等，因井场所处位置不同，道路与井场修建所涉及的挖方、填方等工程量差别很大。据其平均成本估算，单井水平井钻前工程费平均达25万元。

（3）排采直井钻井工程费。包括钻井、测井、套管完井及造穴等，直井钻井工程费平均约65万元。

（4）水平井钻井工程。包括水平井钻井、定向工程、陀螺测量、水平井工具与地质导向、两井连通等工序，目前工程投资为1280万元。

（5）保险及税金。单井保险费预计为40万元，现阶段钻井工程主要采取总包模式，营业税金以单井钻井综合成本的4.30%计。

根据上述计价标准，现阶段1口多分支水平井投资约为1500万元。表6-19为现阶段典型多分支水平井成本结构明细。

表6-19 现阶段典型水平井成本结构表

2.水平井成本预测

当前水平井成本较高是缘于多方面因素的，其中原因之一是目前国内没有煤层气水平井的专用设备，主要设备都是从石油天然气行业借用和移植过来的，直接拉升了服务价格。

随着煤层气产业的发展和市场规模的不断扩大，煤层气多分支水平井技术也日益成熟并趋于完善，其专用设备、工具及专门的工程服务队伍也会在近期不断得到优化并稳定发展壮大，水平井工程相应成本将随之逐渐降低。

如果以上分析成立，且不考虑物价波动因素，3～5年后煤层中水平进尺为4000m时，包括采气直井在内，水平井投资有可能降至800万～1000万元人民币左右。当水平井钻井成本降到800万～1000万元左右时，预计该成本在相当一段时间内不会发生较大的波动。

（二）水平井与直井综合采气成本对比

综合采气成本主要包括钻井成本和地面建设成本，该成本受产能规划等因素影响较大。潘庄已实施的6口多分支水平井目前产能已达到30×10⁴m³/d。以水平井与垂直井均达到30×10⁴m³/d产能，并配有相应规模的集输、集气设施为对比基础，分析其综合采气成本。

1.水平井综合采气成本

（1）钻井投资。表6-20为6口多分支水平井的钻井投资明细表，达到30×10⁴m³/d产能，水平井钻井投资额9032.49万元人民币。

表6-20 水平井钻井投资预测表

（2）地面集输工程。6口水平井的集输站（1号集输站），其管线用地及站场用地按临时征地处理，施工共需临时占地100亩，占地费用约45.0万元。按照目前6口水平井集输工程设计，6口井的所有气量将汇集到1号集输站，由0.1～0.2MPa增压到0.7MPa，然后集中外输到脱水增压站和附近的LNG/CNG站。根据设备订购和工程总包合同，地面集输工程投资约1507.50万元（表6-21）。

综上所述：6口水平井日产达到30×10⁴m³/d，并具备外输能力共需投资人民币1.05亿元，每立方气综合采气成本约为1.06元。

表6-21 6口水平井地面集输建设投资预测表

2.垂直井综合采气成本

垂直井平均日产以3500m³计算，要达到日产30×10⁴m³的规模，需实施垂直井约86口。据中联端郑项目地面工程设计，每10口井设一座集气站，平均6个集气站设一座增压气站。鉴于30×10⁴m³/d的生产规模较小，暂不考虑建设末站。其余辅助设施，如配电设备、自控设施等均按30×10⁴m³/d相应规模建设。

（1）钻井投资。根据垂直井建成日产30×10⁴m³产能规模，其钻井投资额约为9391.20万元（表6-22）。

表6-22 垂直井钻井投资预测表

（2）地面配套设施建设投资。因垂直井数较多，配套的站场相对较多，占地费用较高。一个集气站需占地5亩，一个增压气站需占地10亩。管线临时占地按1m宽作业带计算。永久征地费以每亩10万元计，临时占地费以每亩4500元计。垂直井集输管网分两种：第一种为集气管网，即压气站之间和压气站至末站之间管网。按设计，86口垂直井需建1.5个压气站，建设时考虑合并为一座压气站集中处理。第二种为集输管网，即各井至集气站和集气站至压气站管线。若每口井至集气站平均管线距离以700m计，86口井共需建设集输管线约60km。按平均10口垂直井一个集气站设计，共需集气站9座。其他配套设施主要包括：输配电网：平均1口井电网建设约1.3万元人民币。电力增容：平均1个站增容投资17.9万元人民币。自控系统：只在压气站建设，平均投资37.2万元人民币。目前暂不考虑建设。表6-22为与86口垂直井配套的地面建设工程投资明细，合计3173.48万元（表6-23）。

综上所述，垂直井达到日产30×10⁴m³生产规模，钻井及其配套地面设施建设共需投资人民币约1.26亿元，每立方米煤层气综合采气成本约为1.27元。按建成日产气30×10⁴m³，年产能达1×10⁸m³规模计算，垂直井钻井方案要比水平井钻井方案预计多投资约0.20亿元，其综合采气成本相对高出约0.21元/m³。

表6-23 垂直井地面集输建设投资预测表

三、不同井型的成本核算和经济性分析

本次示范工程进行了不同井型多分支水平井的试验，包括工程井和生产井分离的多分支水平井、工程井和生产井合一的多分支水平井、末端对接水平井，这三种井型的多分支水平井工程成本存在差异，同时产量也有所差别。其应用的对象或者说针对不同的地质条件和煤层特征有所不同。

工程井和生产井分离的多分支水平井，关键技术采用国外设备和工具，如DS01和DS02井，工程成本在1606万～1866万元；工程井和生产井合一的多分支水平井，主要采用国产设备和国内队伍，钻井规模相对较小，如PHH-001、PHH-002井，工程成本在528万～612万元。末端对接水平井，主要采用国产设备和国内队伍，单支水平井，如DS20-1井，工程成本在528万～612万元。

从产气效果分析，到目前为止，地下煤层段分支多、水平分支井长度大，达到较大抽排面积的多分支水平井，产气量较高，如果通过井组排采，达到区域整体压降，实现压力干扰，将会提高煤层气单井产量，提高煤层气采收率。DS01-1V单井达到1×10⁴m³以上，潘庄PZP井组单井平均达到5×10⁴m³。工程井和生产井合一的多分支水平井产气效果与工程井和生产井分离的多分支水平井基本类似，差别在于节省了穿针、钻生产井等分项工程及其工程费用，但排采过程中修井次数增多，生产维护成本要增加。本次旨在试验15号煤层产气潜力，因此产量相对于3号煤层偏低。末端对接水平井从单井规模而言单井产量相对较低，但形成井组后，产量仍然较好。保德项目由4口末端对接水平井组成开发井组，单井产量超过6000m³，显示了这种完井方式同样具有良好的生产潜力。

总体而言，井型是根据钻井的地形、地质和储层条件进行设计，如何使井型和地形、地质和储层条件实现优化配置，将是达到工程经济合理的关键。同时，通过设备和工具的国产化，技术队伍的本土化，将是降低工程成本造价、实现良好经济效益的必由之路。

四、多分支水平井开发项目经济效益分析

现以潘庄区块为例评价水平井开发的投资效益。

（一）潘庄区块产能规划及地面建设

1.水平井部署及产能规模

潘庄区块面积为150.77km²，是目前国内煤层气勘探开发最活跃的区域，除矿井采煤区、煤层气开发试验区、自然保护区、资源与地表条件不适区，选择有利区域进行开发井部署。3号煤层可布置62口直井与98口多分支水平井，15号煤层可布置91口多分支水平井，产能规划为5×10⁸m³/a（表6-24）。

表6-24 区块钻井计划表

2.地面设施建设

根据产能规划及布井安排，建设相配套的地面集输设施。水平井地面设施包括排采设备、集输管网（集气管线、集气支线和集气干线）、集气站、脱水增压站、指挥中心及通讯、配电、道路等设施。地面建设预算详见表6-25。

表6-25 地面建设预算价格表

（二）水平井开发总体投资分析

按照上述的产能与地面设施建设规划，在潘庄区块内以水平井技术开发建设5×10⁸m³/a产能，包括钻井工程、地面设施建设及不可预见费，总体投资预测约16.68亿元人民币（表6-26）。

表6-26 水平井技术开发方案建成年产能5×10⁸m³的投资预测总表

备注：多分支水平井单井投资第一年按1500万元/井、第二、三年按1200万元/井、第四年及以后按800万元/井进行测算。

（三）水平井运营成本分析

（1）人员费用。包括集气站、脱水增压站排采人员以及管理人员费用。集气站平均每站按8人定员，脱水增压站按12人定员，排采人员按每人负责3口排采井，并按3班编制测算，管理人员则按17人编制。工人工资加福利平均以每月3000元计，管理人员工资加福利平均每月8000元。

（2）修井费用。平均1口井1年修井1.5次，每次修井费用2万元。

（3）电费。用电负荷为单井负荷10kW；集气站按平均运行3台压缩机设计，每台功率280kW；脱水增压站包括大型压缩机，负荷按5000kW计算；指挥中心负荷按680kW计算。

（4）水费。以3万元/a估算。

（5）维修费用。在设备全部投入运营后，以30万元/月估算。

（6）环保费用。水平井单井环保投资平均1万元/月。

综上所述，项目运行20年，年平均作业费约为6456万元人民币（表6-27）。

表6-27 项目年平均作业费用预算表

（四）项目运行20年后续投资及投资回报分析

1.后续投资情况分析

如按3年达产，项目运行20年计算，从第四年开始，共需补打水平井108口，以维持5×10⁸m³产能至第十年。同时需同步建设相应的地面配套集输设施，预计项目后续投资约为18.77亿元人民币，项目总体投资为35.45亿元人民币。

2.投资回报分析

通过分析，水平井技术开发煤层气，其财务内部收益率达到29.86%（表6-28），投资回收期5.50年，两项评价指标优越性明显。

表6-28 水平井技术开发投资分析表

五、社会效益

多分支水平井钻井完井技术除了显著的经济效益之外，社会效益也十分明显。表现在节省井场用地和减少征地，同时实现环境保护；煤矿区煤层气快速抽采，实现煤矿安全生产目标。

与相同抽排面积的直井相比，多分支水平井将少2/3井场占地。一个多分支水平井井场占地面积约2400m²；对应抽排面积内布6口直井，6口直井井场占地面积共需7200m²。

多分支水平井由于井场占地少，特别适合高差大、地形复杂的山地，适合森林保护区等林区。一方面在复杂的山区，减少道路、井场等征地面积，另一方面积极保护了林区森林植被的砍伐，保护山体、土壤的剥离，使得植被、山体、土壤等环境得到最大的保护。

煤矿生产安全是目前企业和国家的头等大事。利用多分支水平井技术使煤矿井下煤层气实现快速抽采，经过4～5年的抽采，煤层气采收率可以达到60%～70%左右，在采煤前降低煤层含气量，节省煤矿建设和煤炭生产过程中通风系统和抽放系统投资，减少煤矿瓦斯灾害，保障煤矿安全生产，其社会效益不可估量。