油气井废弃成本影响因素研究

钱 媛，陈壁辉，陈 赞

（1.中国石化石油勘探开发研究院，北京 102206；2.首都经济贸易大学金融学院，北京 100070）

油气田的生命周期主要包括5个阶段：勘探、评价、开发、生产、废弃。在油气田的生命周期结束或者油气井遭受到无法弥补的伤害时，油气田将从资产变成负债。废弃作为油气田生命周期的最后一个阶段，需要进行合理的规划和实施，以避免可能造成的财务和安全风险。油气田的废弃主要包括4 个步骤：评估油气井的物理状况，包括地下钢套管和水泥，以及识别潜在的地下泄漏或危险；清洁井筒；使用水泥或其他封堵材料密封井眼；移除地面设备，恢复周围井场[1]。为了确保油气井永久废弃，应满足规定的封堵废弃目标，包括遵守政府监管要求、保护井筒穿透的淡水源、防止表面污染、使用可打捞井组件、防止被井筒穿透的不同渗透区之间的液压连通[2]。尽管油气井的废弃表示生命周期的结束，但有些废弃做法的影响甚至长于一般油气井的生产寿命[3]，因此需要评估油气井的废弃成本并合理安排废弃过程。

1 油气井合理废弃的必要性

根据美国国家环境保护局（EPA）定义，废弃井包括以下3 种：近期没有生产且没有封堵的井，包括未活动、暂时废弃、关闭、休眠和闲置状态的井；近期没有生产且没有作业的井，包括孤井、被遗弃的井、长期闲置和废弃的井；已经封堵以防止气体或者流体迁移的井[4]。Kang等[5]发现，在美国闲置的油气井中，有2/3的井没有被永久封堵。未合理封堵的废弃井可能会因盐水、石油或者甲烷泄漏而造成水和空气污染，对当地生态和全球环境带来潜在的安全风险和环境风险[6]。

对于废弃油气井，尤其是未封堵的油气井，甲烷的排放对安全和环境影响最为密切[7]。作为温室气体，甲烷20年的全球增温潜势是二氧化碳的86 倍，100年的全球增温潜势是二氧化碳的34倍[8]。自前工业化时代以来，大气中的甲烷浓度增加了一倍多，在推动气候变化方面的影响仅次于二氧化碳[9]。

目前，针对废弃油气井环境影响的研究主要集中在甲烷排放和对全球变暖的影响。其中，Kang 等[10]通过对美国宾夕法尼亚州47 万～75 万口废弃井评估发现，该州废弃油气井的甲烷排放相当于人为甲烷排放量的5%～8%。Townsend–Small 等[11]对美国138 口废弃的油气井进行取样研究，发现6.5%的油气井有可测量的甲烷排放，且大多数甲烷排放都来自于未封堵的油气井。Boutot 等[12]对美国的“孤儿油气井”分析发现，截至2022年4月，被记录在案的“孤儿油气井”达12 万口，占美国所有废弃井的3%，这些“孤儿油气井”每年的甲烷排放量占美国估计甲烷总排放量的5%～6%。封堵对于缓解废弃井的甲烷排放至关重要，特别是在短期，合理并正确地封堵废弃油气井可以带来巨大的气候效益[13]。

2 成本控制是油气井废弃的核心环节

油气行业的废弃成本是石油公司根据资源国法律、行政法规、国际公约和其他规定承担的环境保护和生态修复义务所确定的支出。具体包括与石油和天然气生产作业停止后拆除和清理地面设施或海洋结构物相关的成本，以及将石油和天然气田表面恢复到未生产前的生态状态所需的成本。国际石油合同之间对废弃成本的规定存在很大差异。有些合同规定了废弃成本的提取时间，包括在合同期结束时或合同期内提取，并对产量或时间提出了相应要求；有些合同规定了年度废弃成本的计算公式，包括使用寿命平均法或生产法确定的成本；还有一些合同对废弃义务的规定比较模糊，费用仅在合同期后期通过谈判在补充协议中予以澄清。

由于各国政府对废弃成本的立法和监管仍在不断完善中，国际石油公司在海外石油和天然气项目实施中面临着与废弃相关的巨大风险。特别是近年来，油价大幅波动，承包商无法承担巨额废弃成本。如果没有提前彻底审查废弃成本，项目的生命周期收入将受到很大影响[14]。

随着油气井生命周期结束，最大限度地回收储层中剩余的碳氢化合物，并安全、经济地废弃不再生产的油气井，是油气行业在油气井生命周期最后一个阶段的主要目标。对于石油企业来讲，油气井的废弃成本可能会很高。根据Saasen等[15]研究，封井弃井的成本约占挪威海上探井总成本的25%，而寻求成本效益高的封堵废弃技术是降低勘探钻井成本的必要条件。考虑到油气井的废弃不是一项投资，反而可能被视为企业和政府的损失，在油气井达到经济极限产量后，企业和政府可能会将所有收入用于资产的报废[16]。因此，在油气井的寿命结束时，需要对其废弃过程进行科学规划和执行，将可能增加运营支出的风险降至最低。

3 油气井废弃成本的影响因素

在制定油气井的废弃策略时，成本评估至关重要[17]。影响油气井废弃成本的因素很多，通过调研国内外关于油气井废弃的相关文章和案例研究，总结出10项油气井废弃成本的主要影响因素。

1）井深。研究发现，井深和废弃成本之间存在高度正相关关系[6]。随着井深的增加，油藏温度和压力升高，需要功能和性能更强大的设备以及更多的水泥和时间来封堵油气井，封堵成本随之升高[18]。根据Raimi 等[1]研究，垂直深度每增加304.8米，废弃井的平均废弃成本将增加20%。

2）井龄。随着时间的推移，井的完整性会下降，钢和水泥套管的退化会导致废弃井的成本增加，给封堵作业带来更多挑战。据研究统计，相比于使用年限超过60年的井，使用年限在40～60年井的废弃成本可以减少9%，而使用年限在0～40年井的废弃成本可以降低20%[1]。

3）泄漏问题。一些油气井由于密封的缺陷，可能会发生表层套管排气流（SCVF）和气体运移（GM）。SCVF 涉及表层套管和下一个套管柱之间的气体向上从表层套管通气组件流出的运动，当地面和下一个内部套管柱之间的水泥环形成泄漏通道时，可能会产生SCVF。GM 是在地表套管排气阀关闭的情况下，外部套管的气体压力达到一定程度后没有其他排放路径，只能从套管外泄漏到临近地层的运动[19]。两种流体泄漏问题在油气井的全生命周期都有发生的可能，会引致额外的补救作业，增加油气井的废弃成本。Trudel等[20]通过研究加拿大不列颠哥伦比亚省的陆上废弃井发现，没有泄漏问题的油井废弃成本在5 万美元以上，而存在SCVF 和GM 问题的垂直井的废弃成本超过190 万美元，比没有泄漏问题井的成本增加了10～40倍。

4）生产类型。在油气井的废弃过程中，油井由于停产已经失去了大部分的压力，气井由于存在天然气泄漏到地表的可能性而面临更高的废弃成本。Raimi等[1]基于美国超过7 500口废弃油气井的样本研究发现，仅生产天然气的井比生产石油的井废弃成本高9%，井龄较长的气井需要更多的时间和设备来阻止天然气的流动，而油井发生大规模地面石油泄漏的代价虽然高昂，但发生的概率较低，废弃成本要低于气井。

5）钻井类型。不同类型的钻井会影响废弃成本。Trudel等[20]研究发现，加拿大不列颠哥伦比亚省水平井废弃时的平均年限为9.6年，而定向井/斜井为12.1年，垂直井为18.3年。与垂直井相比，水平井与储层接触面积较大，资源消耗速度更快，导致经济生命周期更短。

6）地形条件。考虑到材料运输、设备固定等问题，丘陵地形场地的废弃成本会比平坦地形的废弃成本高。此外，高海拔废弃作业通常涉及到重型机械，同时会增加钻机或者其他设备的选址和安装难度，因此海拔高度的升高也会增加地面修复的成本。

7）合同规模。在油气井的废弃过程中，废弃成本会随着井数的增加而上升，但考虑到规模经济效应，大规模废弃合同的平均单井废弃成本会低于小规模废弃合同的平均单井废弃成本。Weber等[6]研究发现，废弃成本与合同签订的时间以及是否为国家封堵合同等因素密切相关，其中影响最大的是合同规模。Raimi 等[1]研究得出，合同每增加一口井，单井的废弃成本会下降约3%。Andersen和Coupal[21]对美国怀俄明州255 口废弃井的数据估算发现，当井场只有一口井时，每口井的废弃成本约为3.8万美元；而当井场有多口井时，由于规模效应的存在，每口井的平均废弃成本为1.5万美元。

8）市场条件。由于市场条件和其他因素，油气井的废弃成本可能会随时间发生变化。如，石油和天然气价格上涨可能使得钻井数量增加，导致对油田工人和服务提供商的需求增加。随着对生产要素投入增多，工人和服务提供商可能会要求更高的工资和服务费，从而增加油气井的废弃成本[22]。

9）技术变化。目前，打水泥塞是封堵废弃油气井的主要方式，为了提高封堵质量，还可以使用不同的添加剂来提高水泥的特性[23]。Khalifeh等[24]发现岩基矿物聚合物有较大潜力作为永久封堵废弃油气井和地层隔离的材料。此外，为了消除油基和水基钻井液存在下的持续套管压力，提高井和管道表面的黏合度，铋合金在近年来被建议作为永久性封堵材料[25]。针对目前笼统挤注水泥或循环注水泥产生的封井效果不好的问题，谢敏[26]通过研制Y441–112 封隔器、丢手接头及注水泥器等工具，实现了逐层封堵、逐级丢手功能，可以有效地保证废弃油气井的封井效果。杨雄等[27]从封堵剂的适应性、施工过程和挤封设计等因素出发，开展了吐哈油田的水泥封堵技术研究应用，形成了以笼统挤封、低替高挤、封上挤下、循环封串加压挤封、带压候凝为主体的系列封堵工艺模式和串槽预处理、带压候凝等挤封控制技术。随着技术进步，废弃油井会变得更加高效，从而降低未来的废弃成本。

10）地方差异。地区之间的地形地质条件、经济市场环境、地方法规政策等存在差异，影响油气井的废弃成本。此外，不同地区对封堵油气井和恢复地面位置的技术要求不同，要求更严格的地区，废弃成本更高[22]。由于美国各州监管要求差异和当地供需情况变化，美国不同地区的单井废弃成本约为2.7万美元至数十万美元不等[28]。Raimi等[1]研究发现，新墨西哥州和德克萨斯州油气井的废弃成本要比宾夕法尼亚州的废弃成本分别高出94%和38%，而蒙大拿州和堪萨斯州的废弃成本则比宾夕法尼亚州分别低115%和35%。

4 油气井合理废弃的对策建议

从油气公司角度来看，第一，考虑到市场条件、地形条件和地方差异对油气井废弃成本的影响，为了保证公司在全生命周期内的整体收入，公司在投资进入一项油气项目之前需要提前做好市场调研和对当地资源、地理、经济、政治等方面的可行性评估，了解当地的油气井废弃要求并合理评估废弃成本。第二，考虑到井龄和合同规模对废弃成本的影响，选择合适的废弃时间并进行批量废弃油气井可以有效减少公司的整体成本。第三，从技术层面来看，为了降低废弃成本，公司可以开发新的封堵工具和技术来提高油气井的废弃效率，如，研发新型封堵材料、改进水泥塞设计等。第四，对废弃井进行改造再利用也是有效降低废弃成本的一种方式，可以对井深、出口温度等符合地热开发条件的废弃井重新利用，不仅能够降低成本，还能缓解能源问题。

从政府角度来看，第一，考虑到井深、井龄、生产类型等因素对油气井废弃成本的影响，政府在监管时可以根据影响因素调整对油气公司的财务保证要求。如，为了保证油气井的合理废弃，在同等条件下，可以对井深更大、井龄更长、有潜在泄漏风险的垂直气井收取更高的保证金，或通过征收罚款、限制钻井许可等措施来保证封堵作业的有效进行。第二，部分油气井在堵塞之前可能需要重新钻探或者修建道路，因此回收所有的废弃井在经济上不可行。在预算有限的情况下，应坚持效用最大化原则。如果政策侧重油气井废弃时甲烷的排放等安全隐患，则应优先封堵油气井；如果侧重环境、就业等因素，则应将表面复垦作为优先事项。第三，影响油气井废弃成本的因素很多，可以制定一套统一的油气井的废弃成本评估体系，有效指导油气公司进行废弃成本的核算和监督。