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張弭:美國經驗,中國創新,推動中國頁巖氣革命

2018-12-07 15:21:39 中國能源網   作者: 張弭  

編者按:2018年11月28日,由國際能源署、中國能源研究會主辦,中國能源網承辦的2018油氣創新發展國際論壇在北京召開。會上,眾多專家討論了當前我國油氣發展面臨的挑戰,探尋未來油氣產業發展的路徑。除發言嘉賓的上述觀點引發與會者強烈共鳴外,新形勢下油氣產業上下游創新模式探索也成為嘉賓的熱議話題。中國航天科工宏華集團總裁張弭在會上發表了《美國經驗,中國創新,推動中國頁巖氣革命》的主旨演講。以下內容為中能網根據大會發言實錄整理而成。

張弭:美國經驗,中國創新,推動中國頁巖氣革命

尊敬的各位領導,各位專家,上午好!

航天科工在去年5月16號控股宏華集團,我們也就戴了個紅帽子,但是活照干。希望這種混合所有制能夠把兩者的優勢發揮出來,在非常規領域有所建樹。我今天發言的題目是:美國經驗,中國創新,推動中國頁巖氣革命,必須要革命。

第一部分,地質,我是學機械的,我談地質是從外行的角度,看美國的地質進步是怎么來推動非常規的。

首先,應該是觀念的革命,然后不斷的方法創新,兩個混動。

這是美國的一個預測,北美地區在2035年的時候,非常規要達到1萬億,頁巖氣大約是7000多億到8000億,這是中石油做的,到2050年的時候,中國的頁巖氣也就1000多億,大約在2030年的時候,800億到1000億。觀念的革命,剛才鄒院士已經說到了,從不可開采的資源禁區到現在經濟可采的,而且是主力的資源,未來是世界級的戰略資源,不只是頁巖氣,美國的頁巖油也已經超過了常規油。我們從06年開始向美國提供裝備,看著它頁巖氣的技術一代、二代、三代、四代,特別是2014年油價下跌以后,第三代、第四代基本上不好分得清,從裝備、工程、地質理論、檢測方式各方面,同步前進。

第一代都清楚,水平井,體積壓裂。第二代著眼于工程方面的,摸清規律。在低油價以后正好發力,水平井加長了一倍,甚至再一倍,細切分的壓裂技術,高效的裝備和工具,地質上,以前是通過微地震,后來是示蹤劑等等,通過工程實踐來分清每一口井每一層每一段產出效益。這樣形成一種滾動的持續的高速發展。在這種創新方法的推動之下,理論得到進步,實踐也得到大幅度的提升。

原來打一口井的地方,原來認為這一口井一壓橫向縱向都是畫一個圓,都壓開了,后來通過微地震,特別是示蹤劑,發現層與層之間難以穿透,而是橫向在發展,而且橫向發展力度200米也好,100米、300米也好,但是感覺只有在幾十米以內的才能有效壓裂,這樣不斷的在同一個層位,當然,美國地質好一些,它的厚度從50米到100米,可以發展到兩層、三層,甚至到五層。原來打一口井的地方現在一般要打9口井,有的是12口井,更夸張的是18口井,而且由于每一口井的水平段延長,再加上細切分壓裂,每口井的產量又成倍增長。

所以說,它這樣解放出來的儲量,在非常規領域,地質儲量、資源量、探明可采儲量等等,這個界限和常規的區分不一樣,按照美國的地質儲量,如果集中在一個層位,它算采收率的話,直接拿這個和采出來比,采收率大幅度提高。

從這點來看,因為以前老說我們的資源量比美國的高,也有說是儲量,也有說是資源量,但是從2018年和美國2016年來看,美國的頁巖氣地質儲量已經是數倍于中國,所以說,特朗普的底氣很足。

觀念革命,方法創新,帶來它的產量持續增長,剛才潘主任說到了投入。從07、08年以后,每年基本上是一萬口井,到后面降下來了,但是每一口井是原來的幾倍的產量,它在07年到2016年這個高峰的十年時間,每年的頁巖氣增長是460億,我們現在一個十年計劃都達不到的水平。在地質資源觀念變革以后,再加上工程技術的創新支撐,特朗普的底氣是,每年1萬億,確保100年。

第二部分,從美國的實踐來看,工程是解放資源最關鍵的環節和手段。

在這十年的時間,美國干了啥,從90天一口井,降到了15天,水平段從1500米提高到了3000米,這一算,就是12倍,十年的時間,工程給非常規開發創造的條件就是效能提高10倍。這是它統計的各個盆地的平均天數,大約在15天左右。這個時候不是鉆完,固完井,把整個井的工程交給完井的。

在整個實踐過程中,從開鉆到固井的各個環節,開鉆、測井、錄井、固井,測井不是每個都測,錄井和鉆井一體化,固井基本上鉆完,鉆頭舉起來套管就跟著下,根本不通井,而在我們國內光是輔助作業的時間也要10天到15天,從工程的各個環節管理上提高效率。現在中國的水平大約就是美國第二代技術,也就是五到八年前的水平,兩個月左右。再拿幾個典型的井來分析一下。

美國Delaware地區,很熱的,從這可以看到,各個參數,一代、二代、三代、四代,這里可以看到,它的速度每小時是30米到80米,中國最高打過12米,但是平均下來就是6-7米。急速參數鉆井,去年去美國考查,發現美國急速參數鉆井是怎么回事,泵壓是關鍵,沒有泵壓就實現不了。如果我們看我們的統計數據還是靠鉆壓,這就是一個誤導,那個時候真實鉆壓和表上的鉆壓完全是兩回事,而且是要靠螺桿力矩。中國怎么把美國現成技術引進回來,我們今年有4臺鉆機在鉆,我們想做這個,結果一動起來這樣不行那樣不行。但我們爭取實現,要把現有鉆井周期降到30天,這個是能夠實現的。

再說一個關鍵,把資源拿出來,剛才鄒科學家已經從微觀上分析了從頁巖氣出來的通道。美國也做研究,但是它更在于實踐,通過方法,通過實踐,它的井間距從400米降到了100米左右,頁巖油一般都在100米以下,頁巖氣一般是在100米到150米,細切分壓裂段距減小,縫間距到了8米,我們現在一般是幾十米。這是井距的分析,而且是大量的數據。前幾天康菲介紹的,都是大量的數據再加上工程實踐,如果這個技術在中國,是不是該這么密,那是另外一回事,但是這個方向應該是正確的。最近中石化也在做研究,如果中間打一口井、兩口井,就翻1倍到1.5倍,按厚度,40米到50米,理論上最少可以兩層開發,甚至三層。如果這樣試驗出來,就可能變成兩個涪陵、三個涪陵,甚至更多,因為細切分壓裂以后,采收率還會大幅度提升。

細切分高密度壓裂,數倍提升采收率,美國頁巖氣的采收率都在30以上,這個可能會對中國的可采資源的認識有一個提高,剛才說到地質的時候我已經說到這一點,這個細切分壓裂總產出增長12倍,井間距和分層開發,加上細切分壓裂,這是10倍,美國的四代技術和第一代技術相比就是十幾倍。

要把氣拿出來,光壓出肯定是不行的,因為積巖孔隙度和滲透率是很低的,關鍵是加進去多少砂,而且這個砂要在多大范圍內加進去,在美國的壓裂,我們在美國干了700多段,基本上一天1000方砂要灌進去,水盡量少,砂盡量多,從段塞連續到最后段塞加連續,提高砂比。

為了讓井孔附近的改造得到充分,形成復雜的裂縫體系,美國從第一代追求裂縫的長變成追求裂縫的力,砂要填滿,通道要充分,這個技術是美國提高采收率,特別是頁巖油,因為油的流動性比起氣更差,美國頁巖油的進步和壓裂技術有非常大關系的。除了示蹤劑大量運用以外,預置光纖技術也在開始,分成每一段,在整個生命周期出多少氣,出多少水,或者是出多少油,油氣混采這個就更重要。這些方法為地質學家,為后來的采氣工程師創造大數據的基礎平臺。

細切分壓裂以后,砂量爆增,如果還是陶粒,性價比就很差。美國通過試驗,把壓裂比例變了,砂的破碎壓裂盡管比地層壓裂要低,但是它即使壓潰,也比積巖的流通性好到不是一個數量級,是幾個數量級。

所以說,美國大量用石英砂,甚至粉砂,代替陶粒,壓裂效果非常好,成本大幅度下降,現在在中國買的陶粒都很少,美國加砂量整個趨勢,只是兩年的時間,2015年到2016年,基本上呈20度的方向在走,有基礎研究,也有實踐,最后采出效率,如果效果不好它也降下來,但是總的趨勢還是往上走的。

工程技術推動頁巖氣采收率不斷提高,以馬塞勒斯盆地來看,動用的鉆機數量2017年感覺降低了,但是單井每天的產量翻了26倍,所以現在馬塞勒斯盆地成為美國頁巖氣巨大增量,一個盆地將近兩千億,一個盆地超過整個中國的常規非常規全部自采氣。這個得益于工程的把地質資源解放出來,由于這些革命的發生,讓成本,特別是在2014年以后,這么大的斜率下來,就是靠這些。所以說,事物總是兩方面的,如果油價不暴跌,說不定還在原來的基礎上躺著,力度也很高。油價暴跌,反過來刺激美國的工程地質學家們降低成本,實際上現在美國頁巖氣的成本好的公司做到20美元,差一點的40美元,30美元是常態,現在美國的油價對美國的非常規仍然是高利潤的,它還在礦權上要花很多錢,中國的礦權還不花錢,而且氣價還高,天然氣的成本,中上水平的5毛錢,2元錢的時候,內部收益率還達到10以上,現在是4了,你說它的收益率有多高。

投入產出比大幅度提升,單井投資下降,單井產出大幅度提升。

第三部分,工程要干好,工欲善其事必先利其器,非常榮幸,宏華從06年開始,到09年,我們在美國賣了70多臺鉆機,美國的頁巖氣有10%幾的井是我們的鉆井打的,前兩年最困難的時候美國還大量投入改造升級第一代的鉆機。所以說,先進的裝備是提高工作效率的核心之一,我們針對四川盆地的情況,我們也開發出專門的頁巖氣自動化鉆機,井架是垂直起升的,我們都穿著中石油的衣服在干,門不開,開個后門進去的。本來我們是想達到這個,現在裝備有了,我們一上去,原來的電網是按照普通參數,帶不起,我們要用3000多千瓦,它現在就2000多千瓦,再用上去隔壁就鬧起來了。下一個平臺我們自己把電網遷上去,怎么也要實現。在整個鉆井裝備體系里面,美國的第二次改造里面做了些什么事呢?首先是數字化的,所謂的AC鉆機全變頻的,帶數控的,關鍵的絞車,一定要AC的,美國的頁巖氣必須用壓差送鉆,否則干不了,除非少量直井,反應要敏銳,而且適合數字化。泥漿泵,功率要提升1.5倍,壓裂要從35兆瓦提升到50兆瓦。由于油價降低以后,美國的人工成本和保險費用是很大的,高度自動化的,一個班三五個人的鉆機是美國的發展趨勢,這些我們也都適應。

另外就是環保。

應該說,工程上在超級螺桿應用中間,螺桿進出口壓差產生力矩,拖著鉆具走,鉆頭在前面拖著它走,橫力矩,橫定的切身,這個技術完了以后,同樣一個鉆頭,一樣十天,他可能用五天,因為它比我們深得多,要深一倍,甚至兩倍,而且是連續的,不是間斷的。所以,這是一個很重要的關鍵,回到國內推不動。

整個鉆井,高度自動化的變頻驅動鉆機,這個在我們頁巖氣作業里面達成率可能30%有沒有都成問題,可能都沒有,直驅頂驅,高效的井下工具,智能控制軟件,形成激進參數鉆井,大平臺多井位。我相信中國實現一個月還是有希望。

壓裂設備,剛才大偉主任說美國一般是七八百段,我們現在有兩套設備在美國,給我們提的要求是每年不得低于兩千段,兩千段是我們的平均水平,我們拿美國的統計數據來一看,這是動用的馬力和車組、總段數一除,每年兩千段是常態,國內200段就算不錯。最近,我們強烈要求,每年要保證400段工作量,華東局提出,每年超過1000段我們要給它降價。

美國一個是提高設備可靠性,一個是加大備份,至少有1/3的備份,但是我們電動壓裂以后,備份需求大幅度降低。拉鏈式壓裂兩班倒連續作業,現在到年底前,明年的工作量都定好了,每個平臺哪一天進全都排好,沒有說一等就是一個月、兩個月的。所以說,兩班倒這是我們和中石化研究,利用電動壓裂泵噪音低的優勢,一定要在中國實現,哪怕周圍有居民,可以降到65分貝,如果還要求低,再加一層隔音噪,可以降到60分貝。現在是按照65分貝來做。

美國由于電網沒有中國發達,特別是頁巖氣地區,而且它是各個捆是小捆,采用燃氣發電機組,太便宜了,所以它用燃氣發電機組。這是它的電驅,大約發展到差不多100萬馬力,我們明年會超過60萬馬力。

整個壓裂設備方面,我可以自豪的說,我們是絕對的世界NO.1,美國是4500馬力,我們是6000馬力,中國的優勢在于川渝地區電網水電非常豐富,而且電價低,中石化靠近重慶那邊政策又優惠,基本上就是工業用電價格。大偉說的政府發力,給我們每個平臺,像給工業企業一樣供電,對降低開發成本可能比補貼還要好,還有就是電網,中國拉電網還是很費事,我們拉一個電網前期工作太久。

智能指揮系統是整個設備發電、配電、壓裂泵、混砂所有全部在這個房子里搞定,壓裂殼可以做到無人,而且這個數據積累一段時間,對智能壓裂非常有幫助。現在這個技術得到中石油和中石化的大力認可,已經在幾個區塊,這些區塊做規劃的時候,35KV,每個平臺3000萬千瓦的高壓電網必須先行,這是油公司的事,但是中石化由于加了電網,每口井降低200萬投資,加電網只花三千萬,多好的事,關鍵下一步是環保,可以做到零排放。

這是中石化的威遠區塊,兩條線,166口井,這是中石油四川頁巖氣公司榮縣區塊,現在已經把高壓電線拉到七八個平臺上,電動壓裂已經開始在壓。實現全電驅、低噪音以后,使得兩班倒作業成為可能。

剛才專家領導們提到的深層頁巖氣,我們現在和中石化華東局,因為有很大一部分在4000到4500米,實際工作壓力要在120兆帕以上,怎么保證持續的壓裂,我們在和它做這個項目。我們現在在國內已經壓了760段,美國壓了將近800段,我們提供泵數。這個指揮控制中心可以把所有操作全部搞定,五個工作崗位,目標是每天要壓從6段到10段。

地面裝備技術方面,中國完全可以和美國相比,電動壓裂裝備上是世界第一的,關鍵是用什么機制把它發揮出來,真正推動中國的頁巖氣革命。

第四部分,井下工具,他山之石可以攻玉。美國工程技術的進步主要是井下工具,井里的,包括大泵壓,它的超級螺桿需要這么大的壓差才引領的,但是國內沒有,怎么建立起這個培育機制是很關鍵的。

地面裝備現在是沒問題了,怎么創新井下工具系統,高端井下,實現快速灌井和優質完井的關鍵。螺桿,國內螺桿產量有可能是世界最高的,但是一根就是10萬人民幣左右,10萬到十幾萬,超過20萬的很少,美國一根螺桿是10萬美元,開始是20萬美元,它的壓差可以達到10兆帕,最大是14兆帕,一般控制在8-10個兆帕。鉆頭就不用說了,這種情況下,幾家鉆頭都能實現一趟鉆。再加上雙動力旋轉導向,配合高效鉆頭,可以單支鉆頭穩定在3000米,磨的時間并不多。在這些井下工具方面,如果還是要求中國的價格美國的性能肯定是不行,還有低價中標,成本不是靠紀委審計,是靠科學和科學進步才行的,這么多工作量也沒有紀委,也沒有出貪腐,我們這么多機構貪腐還一大堆,機制很關鍵。

高端井下工具中海油研制出來,但推廣不了,中石油也實現了,下井一千小時,但沒有形成產業,大家不敢用,沒有一個容錯機制和價格機制。

總結井下中美的差距,西方并沒封鎖中國,我們買可以買回來,可以先用著,用好以后我們再續。政策,剛才幾位領導都說得比較多了,現在因為央企那套體系招標一口井,甚至一口井分成幾個標,一個平臺分成幾口井,折騰下來根本沒法作業,而且不能促使服務公司進步。美國這套機制就是讓服務公司能賺錢,服務公司能進步,你不進步你就被淘汰,不是你低價留得住,甚至高價的留下,但是技術領先。還有剛才提到的障礙,本來今年鉆機進去安排至少打四口井,這樣那樣的原因,最后兩口井都打不完,你說怎么和美國比?美國一部鉆機一年10口井還是20口井的問題,環保,我們的環保講究審批,而不是從技術上追求本質環保,我沒有排放了,我對居民沒有干擾了,你還審批啥,整個片區一次審批就完了,一個平臺要批幾個月,你說這個東西咋干。

所以從地質工程裝備各方面足以支撐中國的頁巖氣革命。

美國成為最大的LNG出口國,關鍵它是整個能源戰略、產業戰略、全球戰略,他希望中東亂,清潔化石能源成為他未來十年、二十年,甚至三十年的主基調,最后在這個能源里面他掌握世界的主導權。我們習主席也發出了命令,這個必須要弄,要不然能源安全和生態文明建設咋搞?

中國資源、技術、環保、裝備、投資、市場都沒問題,特別市場,我們的氣價是美國的3倍到4倍,問題在那,怎么辦,大家都清楚。美國的頁巖氣革命,什么叫革命,它從一個輔助的角色,不可能的角色,到主力的角色。中國頁巖氣革命怎么能夠從輔助的到超過這個,能不能夠2030年達到1000億,2000億行不行,3000億行不行,哪一個環節不行。站在國家能源安全和藍天保衛戰的政治高度,我是央企的人,政治站位很重要,這不是經濟問題。所以說,中國的頁巖氣革命是必須的,謝謝。




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責任編輯: 張磊

標簽:美國,頁巖氣革命