油氣井廢棄成本影響因素研究

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)濟貿(mào)易大學金融學院，北京 100070）

油氣田的生命周期主要包括5個階段：勘探、評價、開發(fā)、生產(chǎn)、廢棄。在油氣田的生命周期結束或者油氣井遭受到無法彌補的傷害時，油氣田將從資產(chǎn)變成負債。廢棄作為油氣田生命周期的最后一個階段，需要進行合理的規(guī)劃和實施，以避免可能造成的財務和安全風險。油氣田的廢棄主要包括4 個步驟：評估油氣井的物理狀況，包括地下鋼套管和水泥，以及識別潛在的地下泄漏或危險；清潔井筒；使用水泥或其他封堵材料密封井眼；移除地面設備，恢復周圍井場[1]。為了確保油氣井永久廢棄，應滿足規(guī)定的封堵廢棄目標，包括遵守政府監(jiān)管要求、保護井筒穿透的淡水源、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、暫時廢棄、關閉、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因鹽水、石油或者甲烷泄漏而造成水和空氣污染，對當?shù)厣鷳B(tài)和全球環(huán)境帶來潛在的安全風險和環(huán)境風險[6]。

對于廢棄油氣井，尤其是未封堵的油氣井，甲烷的排放對安全和環(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)化時代以來，大氣中的甲烷濃度增加了一倍多，在推動氣候變化方面的影響僅次于二氧化碳[9]。

目前，針對廢棄油氣井環(huán)境影響的研究主要集中在甲烷排放和對全球變暖的影響。其中，Kang 等[10]通過對美國賓夕法尼亞州47 萬～75 萬口廢棄井評估發(fā)現(xiàn)，該州廢棄油氣井的甲烷排放相當于人為甲烷排放量的5%～8%。Townsend–Small 等[11]對美國138 口廢棄的油氣井進行取樣研究，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甲烷總排放量的5%～6%。封堵對于緩解廢棄井的甲烷排放至關重要，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)定承擔的環(huán)境保護和生態(tài)修復義務所確定的支出。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施或海洋結構物相關的成本，以及將石油和天然氣田表面恢復到未生產(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間，包括在合同期結束時或合同期內(nèi)提取，并對產(chǎn)量或時間提出了相應要求；有些合同規(guī)定了年度廢棄成本的計算公式，包括使用壽命平均法或生產(chǎn)法確定的成本；還有一些合同對廢棄義務的規(guī)定比較模糊，費用僅在合同期后期通過談判在補充協(xié)議中予以澄清。

由于各國政府對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目實施中面臨著與廢棄相關的巨大風險。特別是近年來，油價大幅波動，承包商無法承擔巨額廢棄成本。如果沒有提前徹底審查廢棄成本，項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束，最大限度地回收儲層中剩余的碳氫化合物，并安全、經(jīng)濟地廢棄不再生產(chǎn)的油氣井，是油氣行業(yè)在油氣井生命周期最后一個階段的主要目標。對于石油企業(yè)來講，油氣井的廢棄成本可能會很高。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投資，反而可能被視為企業(yè)和政府的損失，在油氣井達到經(jīng)濟極限產(chǎn)量后，企業(yè)和政府可能會將所有收入用于資產(chǎn)的報廢[16]。因此，在油氣井的壽命結束時，需要對其廢棄過程進行科學規(guī)劃和執(zhí)行，將可能增加運營支出的風險降至最低。

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，成本評估至關重要[17]。影響油氣井廢棄成本的因素很多，通過調(diào)研國內(nèi)外關于油氣井廢棄的相關文章和案例研究，總結出10項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關系[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大的設備以及更多的水泥和時間來封堵油氣井，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。隨著時間的推移，井的完整性會下降，鋼和水泥套管的退化會導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，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，可能會發(fā)生表層套管排氣流（SCVF）和氣體運移（GM）。SCVF 涉及表層套管和下一個套管柱之間的氣體向上從表層套管通氣組件流出的運動，當?shù)孛婧拖乱粋€內(nèi)部套管柱之間的水泥環(huán)形成泄漏通道時，可能會產(chǎn)生SCVF。GM 是在地表套管排氣閥關閉的情況下，外部套管的氣體壓力達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動[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，會引致額外的補救作業(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間和設備來阻止天然氣的流動，而油井發(fā)生大規(guī)模地面石油泄漏的代價雖然高昂，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，水平井與儲層接觸面積較大，資源消耗速度更快，導致經(jīng)濟生命周期更短。

6）地形條件。考慮到材料運輸、設備固定等問題，丘陵地形場地的廢棄成本會比平坦地形的廢棄成本高。此外，高海拔廢棄作業(yè)通常涉及到重型機械，同時會增加鉆機或者其他設備的選址和安裝難度，因此海拔高度的升高也會增加地面修復的成本。

7）合同規(guī)模。在油氣井的廢棄過程中，廢棄成本會隨著井數(shù)的增加而上升，但考慮到規(guī)模經(jīng)濟效應，大規(guī)模廢棄合同的平均單井廢棄成本會低于小規(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間以及是否為國家封堵合同等因素密切相關，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，單井的廢棄成本會下降約3%。Andersen和Coupal[21]對美國懷俄明州255 口廢棄井的數(shù)據(jù)估算發(fā)現(xiàn)，當井場只有一口井時，每口井的廢棄成本約為3.8萬美元；而當井場有多口井時，由于規(guī)模效應的存在，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隨時間發(fā)生變化。如，石油和天然氣價格上漲可能使得鉆井數(shù)量增加，導致對油田工人和服務提供商的需求增加。隨著對生產(chǎn)要素投入增多，工人和服務提供商可能會要求更高的工資和服務費，從而增加油氣井的廢棄成本[22]。

9）技術變化。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，實現(xiàn)了逐層封堵、逐級丟手功能，可以有效地保證廢棄油氣井的封井效果。楊雄等[27]從封堵劑的適應性、施工過程和擠封設計等因素出發(fā)，開展了吐哈油田的水泥封堵技術研究應用，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處理、帶壓候凝等擠封控制技術。隨著技術進步，廢棄油井會變得更加高效，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)對封堵油氣井和恢復地面位置的技術要求不同，要求更嚴格的地區(qū)，廢棄成本更高[22]。由于美國各州監(jiān)管要求差異和當?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，公司在投資進入一項油氣項目之前需要提前做好市場調(diào)研和對當?shù)刭Y源、地理、經(jīng)濟、政治等方面的可行性評估，了解當?shù)氐挠蜌饩畯U棄要求并合理評估廢棄成本。第二，考慮到井齡和合同規(guī)模對廢棄成本的影響，選擇合適的廢棄時間并進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來提高油氣井的廢棄效率，如，研發(fā)新型封堵材料、改進水泥塞設計等。第四，對廢棄井進行改造再利用也是有效降低廢棄成本的一種方式，可以對井深、出口溫度等符合地熱開發(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)類型等因素對油氣井廢棄成本的影響，政府在監(jiān)管時可以根據(jù)影響因素調(diào)整對油氣公司的財務保證要求。如，為了保證油氣井的合理廢棄，在同等條件下，可以對井深更大、井齡更長、有潛在泄漏風險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)濟上不可行。在預算有限的情況下，應堅持效用最大化原則。如果政策側重油氣井廢棄時甲烷的排放等安全隱患，則應優(yōu)先封堵油氣井；如果側重環(huán)境、就業(yè)等因素，則應將表面復墾作為優(yōu)先事項。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估體系，有效指導油氣公司進行廢棄成本的核算和監(jiān)督。