本文对比了国内外钻井效率及压裂效率,在对标分析的基础上提出几点建议:加大瓶颈技术的攻关力度,补齐短板;加强超前储备技术研究、基础研究和应用基础研究,支撑颠覆性技术创新;加快中国油气田技术服务行业的自动化、信息化、智能化进程,提升国际竞争力;加强合作研发,重点攻关当前和未来的共性关键技术。

一、国内外钻井效率对比

2018年美国动用钻机数大约1135台(在用钻机数1032台),钻井数23400口,钻井进尺9031×10 4 m,测算平均钻机月速大约6730m;2018年中国平均钻机月速大约2800m,不足美国的一半。

以水平井钻井为例,为开发页岩油气,美国水平井钻井数和钻井进尺爆发式增长。2018年钻水平井15700口,完成进尺7989×10 4 m(见图1,图2)。

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图12000-2019年美国水平井钻井数

图22000-2019年美国水平井钻井进尺数

水平井钻井数和钻井进尺的占比持续上升(见图3,图4),分别于2015年和2012年首次超过50%,2018年分别达到65%和86.7%。水平井已成为美国新钻井的主流井型或第一大井型,美国水平井钻井工作量远远超过直井和定向井钻井工作量。大部分在用旋转钻机用于钻水平井,2018年,美国1032台旋转钻机中的900台用于钻水平井。

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图32000-2019年美国水平井钻井数占比

图42000-2019年美国水平井钻井进尺数占比

在水平段长度持续增加的情况下,2011-2019年平均钻机月速不断提高(见图5),2018年达到大约6725m/(台月)。

图52000-2019年美国水平井钻机月速(测算值)

中国水平井钻完井技术发展很快,已实现规模应用,保障了常规油气和非常规油气的规模开发。2018年中国钻水平井大约2500口,占比约为10%。美国页岩油气水平井钻井多使用“一趟钻”,目前单井段“一趟钻”已成常态,两井段“一趟钻”正在推广应用,多井段“一趟钻”持续增加,“一趟钻”创造的进尺纪录突破5500m。

“一趟钻”的推广应用使美国页岩油气水平井钻井周期持续缩短,深度为4000~5000m的水平井,其平均钻井周期已缩短到15d以内(见图6)。

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图6美国西南能源公司在Appalachia东北部页岩气区块的作业效果

中国水平井钻井技术进步很快,钻井周期也在持续缩短,部分水平井的钻井周期已缩短至10d以内,但平均钻井周期仍在50d左右,是美国的3倍以上。主要原因有:(1)中国地质太过复杂;(2)水平井钻井技术与美国还有较大的差距,“一趟钻”实现难度还很大。

二、国内外压裂效率对比

以分段压裂技术为例,为实现页岩油气的高效开发,美国压裂技术不断升级。表现为水平井水平段越来越长、压裂段数越来越多、支撑剂用量越来越大。

2015年提出了“超级压裂”的概念,主要是通过延长水平井段、缩短段间距、增加压裂级数和提高单级加砂强度等手段来增加完井强度,实现“超级规模”缝网,从而有效提高单井产能。

受资源特征、地表条件等因素限制,中国在长水平井分段压裂方面与美国有较大差距(见表2),主要表现在支撑剂用量小,尚未达到“超级压裂”的标准(支撑剂用量>2.4t/m),工厂化作业规模小,作业效率较低,单井压裂成本还有下降空间。

表2中国-美国压裂技术对标分析

三、建议

加大瓶颈技术的攻关力度,补齐短板。在中美关系不确定性日益增加的大背景下,中国油气田技术服务行业瓶颈技术的存在,威胁着中国油气勘探开发行业的可持续发展。

加强超前储备技术研究,逐步从跟跑阶段进入并跑和领跑阶段。在研发方面要坚持做到应用一代、攻关一代、试验一代、储备一代。

加强基础研究和应用基础研究,支撑颠覆性技术创新。基础研究和应用基础研究是催生颠覆性理论、颠覆性技术的摇篮。中国的石油公司基础研究和应用基础研究不足,制约着石油公司的原始创新和技术研发,为此有必要对基础研究和应用基础研究提供长期稳定的经费支持,并单独列支。

加快中国油气田技术服务行业的自动化、信息化、智能化进程,提升国际竞争力。加大自动化设备,比如自动化钻机、钻机自动化设备、自动控压钻井等的推广应用力度,快速提升自动化水平。加强与IT巨头的合作研发,持续攻关核心软件和平台,快速提升信息化、智能化水平,将智能化作为未来技术创新的主攻方向之一。

加强合作研发,重点攻关当前和未来的共性关键技术。中国的石油公司均存在一些有待改进和攻关的共性关键技术,如井下耐高温高压仪器、提高采收率技术、钻井提速工具、井漏井塌防治技术、套管变形防治技术、人工智能技术、环保技术等。

广泛开展跨界融合创新,吸纳行业外的公司和个人参与技术创新。未来油气技术创新将越来越多地依赖跨界融合创新,产生技术突破或颠覆性技术,石油企业有必要建立开放型技术创新平台,吸纳更多的公司和个人参与。