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对于油气上游业务，企业在低油价时往往强调降本增效，甚至不惜减产，到了高油价时则偏好增产提效，甚至不惜增本。北美页岩油气革命的成功使石油公司做到了无论油价高低，都能够增产降本提效，其秘诀就是依靠技术创新，特别是有效实施技术组合。 2008－2018年，伴随着美国页岩油气产量的大幅度上升，页岩气平均开采成本从早期的4～6美元/千立方英尺降至目前的3美元/千立方英尺以下，五大主要致密油产区的盈亏平衡价格从前期的70～90美元/桶降至目前的30～40美元/桶。与此同时，作业效率大幅提升，在水平段长度、压裂段数大幅增加的情况下，钻完井周期缩短了60%以上。2017年，美国非常规石油产量达2.4亿吨，占其石油总产量的52%；非常规天然气产量达到6360亿立方米，占其天然气总产量的80%。 在低油价时期，美国非常规油气开发战略从“遍地开花”向几个高产富集盆地集中，即使在同一盆地中，作业者也倾向于围绕已证实的高产富集区进行开发。如何快速准确地找到油气“甜点区”（即高产富集区），精准布井，提高储层钻遇率和油气产量，对于降本增效至关重要。 “甜点区”预测技术组合包括4项关键技术：1）基于大数据的资源评价与有利选区评价技术；2）致密储层微观孔隙结构三维可视化及定量表征技术；3）“甜点”关键地质参数定量表征技术；4）地质－工程一体化“甜点”准确识别与评价技术。 油气田勘探开发属于数据密集型行业，而且数据的采集量正在以惊人的速度增长，将这些数据加以分析利用就会产生极大的价值。EOG资源公司利用自有的巨大数据集与公司所有资产建立实时关联，并与测井数据库、岩心数据库、三维地震数据库、油藏模型库等建立密切联系，以地质条件为基础，利用大数据分析技术，优化钻完井设计，实现精准水平井段定位。2018年EOG公司新增井中“优质井”（在油价40美元/桶条件下，直接税后收益率大于30%的井）占比从2014年的14%提高到90%以上）。 谓“一趟钻”，就是钻头一次下井打完一个开次的所有进尺。“一趟钻”可显著减少钻头用量、起下钻次数和时间，还可简化井身结构，减少套管和水泥用量以及相应的固井工作量，从而大幅度缩短钻井周期，降低钻井成本。 “一趟钻”是水平井钻井提速降本的牛鼻子工程，是钻井工程的全面升级，也是一项系统工程，涉及8项关键技术：1）钻井方案优化设计；2）自动化钻机；3）高效长寿命钻头，通常是定制钻头；4）个性化优质钻井液；5）高压喷射钻井及优选参数钻井；6）常规导向钻井或旋转导向钻井；7）随钻地质导向；8）远程专家决策支持中心。钻头、钻井液、导向工具、仪器以及钻井工艺、装备的最佳匹配，是“一趟钻”的基本保证，“一趟钻”不仅需要集成应用先进高效钻井技术与装备，还需要地质工程一体化解决方案，更需要团队协作。 在美国页岩油气水平井钻井中，单井段“一趟钻”已成常态，双井段“一趟钻”得到推广应用，多井段“一趟钻”持续增加。单次“一趟钻”完成的进尺纪录突破6000米。正是因为“一趟钻”的推广应用，促成了美国页岩油气水平井钻井周期持续缩短，井深4000～5000米的水平井平均钻井周期已缩短到10天左右。 2017年，斯伦贝谢公司在二叠盆地的一口长水平井中，用其PowerDrive Orbit旋转导向钻井系统和PDC钻头，“一趟钻”完成全部81/2英寸水平段的钻进，完成进尺4146米，是当年二叠盆地“一趟钻”完成的最长水平段；用时4.5天，日进尺912米，平均机械钻速38米/小时。美国怀俄明州DJ盆地一口井深5405.02米、水平段长度2895.6米的页岩水平井，一开和二开均为“一趟钻”，钻井周期仅3.5天。该井二开应用贝克休斯公司的81/2英寸Talon Force高转速PDC钻头、63/4英寸高造斜率旋转导向钻井系统AutoTrak Curve、7英寸Navi-Drill Ultra XL45螺杆钻具，“一趟钻”至总井深5405.02米，实现了二开3个井段（直井段＋斜井段＋水平段）的“一趟钻”，创造了该盆地两项新的钻井纪录。1.95天钻进4651.55米（含2895.6米水平段），最快日进尺2519.78米。钻至造斜点后，将水基钻井液换成油基钻井液，造斜段的设计造斜率为10°/100英尺（30.48米）。 近年来，美国水平井段平均长度不断增加，许多区块水平段长度实现了翻倍增长，涌现出了许多超长水平井。在主要致密油产区，新钻井水平段长度大于2400米的占比都超过了40%，其中巴肯和二叠盆地米德兰地区甚至超过了70%。在水平段长度增加的同时，压裂强度也不断加大。与2014年相比，2018年平均压裂段间距减少了15.5%，压裂段数、支撑剂以及压裂液用量都增加了40%以上。2018年支撑剂平均用量为2.4吨/米，已接近IHS公司定义的“超级压裂”指标的下限。 “超级压裂”又称强化完井，技术要点包括：1）提高支撑剂浓度；2）提高压裂液用量；3）增加压裂簇数量；4）减少段间距。通过这一系列技术组合措施来增加完井强度，实现“超级规模”缝网，从而提高单井产能。 “超级压裂”并不是所有生产井的灵丹妙药，主要适用于核心区的优质井。应用实践表明，“长水平井＋超级压裂”技术组合效果与区块资源品位有很强的正相关性，也就是说，该技术组合最适合在资源品位较好的核心区采用。在非核心区，这种技术组合不但没有效果，反而会增加钻井和压裂成本。 2014年低油价以来，先锋自然资源公司（Pioneer）先后进行了3次压裂技术革新，水平段长度从2400米增至3000米以上，支撑剂用量从1.5吨/米增至4.5吨/米，压裂簇间距从18米缩短至4.6米，充分发挥了“长水平井＋超级压裂”的技术组合效力，单井日产和单井估算最终可采储量（EUR）都实现了翻倍。 从综合经济评价结果来看，加大液量和支撑剂用量、延长水平段长度会导致建井投资上升，但同时大幅提高了单井产量和单井估算最终可采储量。综合计算结果显示，这种技术组合成功降低了桶油成本，降幅高达9美元/桶。 中国“甜点区”识别评价难度大 与美国相比，中国地质背景异常复杂，多期构造演化，海相页岩热演化程度高、埋深大，陆相和过渡相页岩单层厚度薄、非均质性强，非常规油气富集规律具有特殊性，富集区规模有限，决定了中国非常规油气“甜点区”评价难度大，寻找规模有效储量面临挑战。目前，中国初步建立了致密油气和海相页岩气、高煤阶煤层气“甜点”地球物理预测和地质综合评价方法，但“甜点”预测成功率偏低，优质储层预测精度有待提升。 “一趟钻”与北美有较大差距 近年来，中国水平井钻完井技术进步迅速，平均钻井周期逐渐缩短，但仍是美国同类水平井的3倍左右，与北美地区的技术相比还有较大差距。主要表现在：1）井筒完整性工艺措施不过硬，处理井下复杂情况一般就需要4～9天；2）钻头质量不过硬，机械钻速慢，单井钻头用量多（一般为9～13只），起下钻次数多，无进尺工作时间多；3）旋转导向钻井系统依赖进口，成本偏高，仅服务费就要200万～300万元/井；4）钻井方案设计有待持续改进。 体积压裂存在技术短板 目前，中国以分层分段为核心的体积压裂技术尚存在以下短板：1）技术装备能力不足，对于主体压裂设备，中国单车最大排量是2.8立方米/分，国际先进水平达4.9立方米/分；2）施工作业效率低、成本高、装备稳定性差，中国工厂化压裂通常2～3级/天，钻塞时间1～2小时/级，每天作业8～12小时，对应国际先进水平为5～7级/天，钻塞时间10～30分钟/级，每天24小时作业；3）高端压裂装备、高效及耐高温高压分层分段工具、耐高温压裂材料缺乏，不能满足非常规油气规模效益开发、老区稳产及超深层（7000米以深）改造需求。 目前，中国油气上游业务面临增储上产与降本增效的双重压力，妥善处理好增产降本提效的关系是推进高质量发展的内在要求。 把技术组合作为增产降本提效的有力抓手 油气田勘探开发是一个由多专业、多学科构成的复杂系统工程，而单项技术往往针对特定目标，侧重点各不相同。美国页岩油气开发选取“甜点区”预测、“一趟钻”和“超级压裂”的技术组合或系统，整体部署、整体攻关，把从勘探到开采的全过程需要部署的10多个研发环节精简到3个，起到了1+1＞2的协同效应。建议借鉴美国页岩油气开发经验，在技术研发及技术方案设计时进一步筛选、优化并突出重点，特别是要明确技术组合的概念，充分考虑技术组合要素，并在实践中加以完善，切实发挥技术组合的威力，在老油田挖潜及页岩油气开发中实现增产降本提效。 强化核心技术，克服技术瓶颈，形成技术系统 美国页岩油气勘探开发选准3项核心技术，每一项都明确了要点和内涵。例如，“一趟钻”涉及8项关键技术，包括钻井方案优化设计、自动化钻机、高效长寿命钻头（定制钻头）、个性化优质钻井液、高压喷射钻井及优选参数钻井、常规导向钻井或旋转导向钻井、随钻地质导向、远程专家决策支持中心。要实现一趟钻，实现10天钻进4000米，以上8项技术缺一不可，必须作为一个系统工程统一部署，改变过去“在某些领域单项技术没问题，综合作业就有问题；国外公司操作没问题，我们操作就出问题”的尴尬局面，不仅追求掌握单项核心技术，更要掌握整个技术系统。 研究制定与技术组合相配套的技术发展策略 长期以来，我们习惯于单项技术突破或建立基于关键技术的系列，但对技术组合重视不够，也缺乏相应的技术发展策略和创新机制。在技术组合中，各个技术要素的研发和实施都需要良好的沟通和协作，需要资料、知识和经验的共享，需要建立各方互利共赢的机制，需要发挥好各自的核心带动作用。建议中国石油企业研究制定与技术组合相配套的技术发展策略及政策，明确各关键技术领域中的技术组合，并按照技术组合的思路和理念进行部署和实施。同时，充分利用大数据和智能化、信息化建设优势，搭建数据共享和综合决策平台，以技术创新的提速和提效，带动公司技术和装备水平的快速提升，为推动中国油气上游业务高质量发展提供技术保障。 《国际石油经济》 原文信息 |
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