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頁巖氣開發(fā)專題(八) | 薛承瑾：十問頁巖氣開發(fā)政
時(shí)間：2020-01-10 09:35
來源：
作者:songxinyuan
編者按 | 以“高效推動(dòng)中國頁巖氣開發(fā)”為主題的第九屆中國頁巖氣發(fā)展大會(huì)，于2019年12月28日成都勝利閉幕。本屆大會(huì)由中國石油天然氣集團(tuán)公司、中國石油化工集團(tuán)有限公司、中海油研究總院有限責(zé)任公司、中國石油化工集團(tuán)工程技術(shù)顧問有限公司，中國海洋石油研究院，以及中國石油大學(xué)、中國石油工程學(xué)院非常規(guī)科學(xué)技術(shù)研究院、四川省人民政府、成都市博覽局、北京振威展覽有限公司、《石油與裝備》共同組織召開。
中石化石油工程技術(shù)服務(wù)股份有限公司副總工程師 薛承瑾
第九屆中國頁巖氣發(fā)展大會(huì)圍繞頁巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、經(jīng)濟(jì)開發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新等熱點(diǎn)話題進(jìn)行廣泛深入的探討。中石化石油工程技術(shù)服務(wù)股份有限公司副總工程師薛承瑾從北美非常規(guī)資源開發(fā)遇到的挑戰(zhàn)入手，提出了值得研究與深入探討的頁巖氣開發(fā)若干技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策問題。
薛承瑾認(rèn)為：中國頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要矛盾已由技術(shù)與需求的矛盾轉(zhuǎn)向成本與需求的矛盾。中國頁巖氣產(chǎn)業(yè)下步發(fā)展必須革現(xiàn)有技術(shù)的命，經(jīng)濟(jì)性決定頁巖氣事業(yè)的成敗，低成本經(jīng)濟(jì)開發(fā)之路是頁巖氣發(fā)展的必由之路。
以下為中石化石油工程技術(shù)服務(wù)股份有限公司副總工程師薛承瑾現(xiàn)場發(fā)言實(shí)錄：
能在會(huì)議現(xiàn)場看到這么多非常年輕的面孔，真的很開心。這預(yù)示著我們的事業(yè)后繼有人、興旺發(fā)達(dá)。
今年在美參加OTC會(huì)議給我有一種強(qiáng)烈的感覺——北美頁巖油氣也許正在走下坡路。這印證了我之前的一個(gè)疑惑——北美頁巖油氣以極快的速度發(fā)展，并產(chǎn)生了頁巖油氣革命，導(dǎo)致了美國能源自給和全球能源格局重構(gòu)，但是，它可持續(xù)嗎？中國的頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展一直在向北美學(xué)習(xí)，尤其是在剛開始的時(shí)候。如果在不遠(yuǎn)的將來，美國頁巖油氣發(fā)展現(xiàn)狀成為我們現(xiàn)實(shí)的話，我們該怎么辦？北美頁巖油氣開發(fā)生產(chǎn)商與我們的使命有什么異同？使命的不同是否意味著開發(fā)政策的不同？誠然，中國的頁巖氣產(chǎn)業(yè)在過去一段時(shí)間里取得的成績是閃閃發(fā)光的，但是，如何使這種光芒可持續(xù)、更長久地閃耀？
大家知道，自2012年底焦頁1HF井取得重大突破以來，中國的頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入了快車道。受2015年底焦石壩如期高效建成50×108m3/a產(chǎn)能大好形勢的鼓舞，中國的頁巖氣勘探開發(fā)向更貧、更深、壓力更低、地質(zhì)更復(fù)雜的地區(qū)進(jìn)軍。其中，中國石化2017年底建成了100×108m3/a產(chǎn)能，預(yù)計(jì)2019年底累計(jì)產(chǎn)量將超過290×108m3。目前，中國頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要矛盾已由技術(shù)與需求的矛盾轉(zhuǎn)向成本與需求的矛盾。
如何完善開發(fā)政策，改進(jìn)現(xiàn)有的方案使其更適用、更經(jīng)濟(jì)，以滿足更劣質(zhì)頁巖氣資源開采的需要，是我們目前最關(guān)心的問題。本著“觀點(diǎn)不一定正確但一定明確”和“大膽假設(shè)小心求證”的態(tài)度，利用今天這個(gè)機(jī)會(huì)，向大家報(bào)告一下我的一些不成熟的思考，謬誤之處請批評指正。
近些年來，由于水平井及細(xì)分壓裂技術(shù)的進(jìn)步，美國頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。技術(shù)進(jìn)步表現(xiàn)在水平段不斷增長、段數(shù)不斷增多、成本不斷降低、鉆井周期不斷減少、壓裂效率不斷提高等方面?？纯催@些曲線和表格就知道他們的發(fā)展有多快了。美國有100多個(gè)頁巖油氣田，MARCELLUS是最大的，我認(rèn)為也是與中國的頁巖氣田最可比的。咱們就以它為例吧。大家可以看一看這幾個(gè)曲線和表格。左邊是水平段長度的變化、壓裂參數(shù)的變化、月產(chǎn)量的變化及累計(jì)產(chǎn)量的變化，右邊是鉆完井、試氣壓裂成本的變化和每米水平段可采儲
量的變化。這些變化都說明技術(shù)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步是實(shí)實(shí)在在的。
但是為什么在如此大好的形勢下，北美的頁巖油氣田要走下坡路了呢？要回答這個(gè)問題需要專題研究。
2019年10月31日HIS發(fā)表一份報(bào)告（US Onshore:Shale to enter a major slowdown）初步回答了這個(gè)問題。其主要觀點(diǎn)是：在經(jīng)歷近些年高速增長后，美國頁巖油氣正處于產(chǎn)量下降最劇烈的時(shí)期，預(yù)計(jì)2020年資本支出的85%用于彌補(bǔ)產(chǎn)量遞減，2021年在WTI油價(jià)47.5美元/桶情況下，即使現(xiàn)金流全部用于鉆井也無法避免產(chǎn)量下降。在優(yōu)先考慮股東回報(bào)的商業(yè)模式下，投資者信心不足，生產(chǎn)商融資困難，產(chǎn)量穩(wěn)定增長必然困難。英國《金融時(shí)報(bào)》2019年12月19日發(fā)表題為“2020石油行業(yè)需要關(guān)注的問題”文章，文中指出“有跡象表明，2020年美國頁巖油氣的增長可能放緩，甚至最終可能發(fā)生逆轉(zhuǎn)。在該領(lǐng)域仍占主導(dǎo)地位的小型獨(dú)立企業(yè)現(xiàn)在越來越難籌資，而且很難持續(xù)產(chǎn)生正向的自由現(xiàn)金流。”這進(jìn)一步佐證了我的判斷。
再來看看我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我認(rèn)為，2015年之前我們解決了技術(shù)有沒有的問題，2015年之后解決了技術(shù)的自主性問題。水平段長從1000m到3000m，從段塞式加砂到“密切割+暫堵轉(zhuǎn)向+長段塞連續(xù)強(qiáng)加砂”，從高強(qiáng)度覆膜陶粒到石英砂，從可鉆橋塞到可溶橋塞，從膠液體系到極簡滑溜水體系，等等。技術(shù)突破與進(jìn)步引領(lǐng)了頁巖氣勘探開發(fā)事業(yè)的巨大成功，僅川渝地區(qū)就發(fā)現(xiàn)了6個(gè)頁巖氣田，探明地質(zhì)儲量達(dá)1.81萬億方，2019年產(chǎn)量將達(dá)150億方。同時(shí)，大涪陵頁巖氣田通過新層系投入、打調(diào)整井和井口增壓等措施，綜合遞減得到控制，采收率有望翻番。但我們也遇到了諸如新區(qū)常壓、深層開采技術(shù)不成熟，一次性投入大、經(jīng)濟(jì)效益差，老區(qū)自然遞減大、穩(wěn)產(chǎn)難等問題。
對比中美頁巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我認(rèn)為有兩大不同：
第一，初心與使命不一樣。美國頁巖氣開發(fā)的使命是，追求經(jīng)濟(jì)效益的最大化，實(shí)現(xiàn)資本的最大回報(bào)。如果資本回報(bào)率相對較低，就無法實(shí)現(xiàn)資本投入的可持續(xù)。我們的初心和使命是，在保證國家能源安全的前提下，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益最大化。
第二，開發(fā)政策大不同。美國開發(fā)政策追求的是最大限度的提高初期產(chǎn)量，從而達(dá)到快速收回投資的目的。我認(rèn)為，中國的開發(fā)政策應(yīng)該是盡可能地穩(wěn)定供氣，實(shí)現(xiàn)氣田較低的綜合遞減和較高的最終采收率。
二、頁巖氣開發(fā)值得關(guān)注的十個(gè)問題
我們必須要走具有中國特色的頁巖氣開發(fā)之路。走自己的路，就不能照抄別人的東西；走自己的路，就要在實(shí)踐中形成自己的開發(fā)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。要形成自己的開發(fā)政策，就必須圍繞氣田開發(fā)的生命周期，提出問題并回答問題。就當(dāng)下國內(nèi)頁巖氣開發(fā)中的熱點(diǎn)與難點(diǎn)，我試著提出以下10大問題與大家一起討論。
水平段長度與初產(chǎn)正相關(guān)已被證實(shí)。中美頁巖氣開發(fā)實(shí)踐表明，更長的水平段可以帶來更高的初產(chǎn)。因此追求更長的水平段已經(jīng)成為生產(chǎn)商開發(fā)政策的首選。但是過長的水平段意味著過高的一次性投入。因此從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度上說，并不是越長越好，而是有一個(gè)最佳值。致密油氣藏開發(fā)實(shí)踐已經(jīng)證實(shí)了這個(gè)觀點(diǎn)的正確性，并得到理論的支撐。所以水平段到底多長，不僅是地質(zhì)問題，也是工程問題。如何用最少的投入打最長的水平段是地質(zhì)工程一體化需要解決的問題。由于目前所有的數(shù)模軟件都不能真實(shí)地反映頁巖氣藏的滲吸狀況，因此工程設(shè)計(jì)所依據(jù)的模擬結(jié)果都是值得商榷的。而這一問題并非一時(shí)能夠解決。“水平段一趟鉆”已經(jīng)在實(shí)踐中廣泛應(yīng)用，并取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。我們一趟鉆的平均長度已經(jīng)從1300m到了1600m以上。這就給我們帶來一個(gè)啟發(fā)，就當(dāng)前情況而言，水平段長度應(yīng)該是一個(gè)區(qū)間或有一個(gè)最小值，而不是一個(gè)絕對值。現(xiàn)場應(yīng)根據(jù)一趟鉆的實(shí)際情況來最終決定水平段到底有多長。
因此建議，大力發(fā)展“一趟鉆”技術(shù)，在滿足最小長度的情況下，一趟鉆能打多長就打多長。服務(wù)商與生產(chǎn)商簽一個(gè)協(xié)議，多打一米獎(jiǎng)勵(lì)多少。
第二，壓裂強(qiáng)度多大合適壓裂段數(shù)與簇?cái)?shù)、液量與砂量等構(gòu)成了壓裂強(qiáng)度的重要指標(biāo)。中美頁巖氣田正在追求越來越多的段數(shù)和簇?cái)?shù)、越來越大的液量與砂比，“密切割”、“大型”成為一個(gè)時(shí)髦的詞。但是壓裂強(qiáng)度的增加意味著投入的增加，而強(qiáng)度的增加并不意味著經(jīng)濟(jì)效益一定會(huì)提高。中美頁巖氣井所測的產(chǎn)氣剖面都已證實(shí)了“28”定律的存在，即20%的段產(chǎn)了80%的氣。由此，引出兩個(gè)問題：一是需要在水平段均勻的布置壓裂段簇嗎？
二是不同甜度的段需要同等強(qiáng)度地一次壓開嗎？因此建議，在分段之前進(jìn)行充分的地質(zhì)與工程綜合研究，確定水平段的甜點(diǎn)和甜度，依據(jù)甜度的不同確定本次壓裂的強(qiáng)度。同時(shí)要為開發(fā)階段的重復(fù)壓裂做技術(shù)準(zhǔn)備。
第三，現(xiàn)有地層條件能形成復(fù)雜縫嗎
高應(yīng)力差（中淺層>8MPa，深層>6.1MPa）裂縫易沿層理擴(kuò)展或者形成臺階狀橫切縫，裂縫復(fù)雜度明顯降低，甚至不能形成復(fù)雜裂縫。從這個(gè)意義上講，我國南方頁巖氣田壓裂大多不能自然形成復(fù)雜縫。而能否形成復(fù)雜縫，本人認(rèn)為是壓裂方案技術(shù)路線的決定因素。
因此建議，在壓裂設(shè)計(jì)前，必須對特定的儲層進(jìn)行巖石力實(shí)驗(yàn)，判斷是否滿足形成復(fù)雜縫的條件，以確定壓裂的主要設(shè)計(jì)原則。
第四，在不能形成復(fù)雜縫情況下如何實(shí)現(xiàn)體積壓裂
壓裂排量的大小決定了地面裝備能力投入的大小，也是決定壓裂成本高低的重要因素之一。大排量、高砂比已經(jīng)成為目前廣泛使用的技術(shù)手段。但是對于主應(yīng)力差遠(yuǎn)高于6.1MPa不能形成復(fù)雜縫的地層而言，用大型壓裂的理念來指導(dǎo)設(shè)計(jì)，會(huì)不會(huì)造成浪費(fèi)，會(huì)不會(huì)給頁巖氣藏開發(fā)及調(diào)整帶來負(fù)面的影響？因此建議，對于不能形成復(fù)雜縫的地層，應(yīng)該采取低排量、造長縫以及暫堵的方式增加裂縫的復(fù)雜性。
第五，壓裂液的經(jīng)濟(jì)性如何進(jìn)一步提高
壓裂液對頁巖儲層的二次傷害，曾經(jīng)是我們優(yōu)先考慮的問題之一。為了追求高的導(dǎo)流能力和盡可能高的初產(chǎn)，我們在開發(fā)初期使用了過高的、沒有必要的技術(shù)指標(biāo)，從而也帶來了巨大的浪費(fèi)。三年前，在一次國際會(huì)議上我呼吁“簡化壓裂液體系，降低壓裂液費(fèi)用”。近兩年來在各方的努力下，壓裂液的成本呈指數(shù)式下降。這體現(xiàn)了我們理念的變化，理念的變化帶來的是直接的經(jīng)濟(jì)效益。在壓裂液領(lǐng)域我們?nèi)匀挥泻芏鄦栴}沒有解決。如壓裂液在頁巖儲層中的作用機(jī)理是什么？是增能、是支撐還是驅(qū)替？壓裂液中的各類化學(xué)劑如何進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)（如防膨劑）？如果這些基礎(chǔ)問題都沒有回答的話，如何進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)？
因此建議，深入開展與壓裂液相關(guān)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。
第六，支撐劑的經(jīng)濟(jì)性如何進(jìn)一步提高
三年前，也就是在這個(gè)會(huì)場，我大聲疾呼，“不要為了追求過高的導(dǎo)流能力使用陶?；蚋材ぬ樟Ａ?，就用石英砂吧”！近兩年來，支撐劑的使用大為改觀。實(shí)踐表明，采用100%石英砂替代，單井壓裂成本降低30%左右，而累產(chǎn)并沒有減少。但是目前仍有部分井區(qū)仍在大量使用高成本高強(qiáng)度的支撐劑。同時(shí)，在開發(fā)實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)有意思的現(xiàn)象，即壓裂液返排率越低產(chǎn)量越高。我們不禁要問，沒有返排的壓裂液干什么去了？在地層中到底起到了什么作用？這是一個(gè)需要深究的問題。我認(rèn)為，沒有返排的壓裂液也許部份地充當(dāng)了支撐劑的角色。
因此建議，開展清水不加砂壓裂研究與試驗(yàn)。一旦成功功莫大焉。
第七，打加密調(diào)整井還是強(qiáng)化壓裂
毋庸置疑，老區(qū)打加密調(diào)整井是降低老區(qū)綜合遞減率最重要的措施。涪陵老區(qū)近年來的開發(fā)實(shí)踐也表明，打加密調(diào)整井后采收率是一次井網(wǎng)采收率的一倍以上。但是，大量的加密調(diào)整井的投入給頁巖氣經(jīng)濟(jì)開發(fā)帶來沉重負(fù)擔(dān)。因此，就有人提出用強(qiáng)化壓裂延長裂縫長度等方式來部分替代調(diào)整井的議題。現(xiàn)壓裂設(shè)計(jì)中所模擬出來的壓裂主縫半長為250m左右，對于600m井距而言，理論上似乎可以替代調(diào)整井的功能。但是，最近根據(jù)煤層氣壓裂的實(shí)際觀測結(jié)果，得出驚人的結(jié)論：微地震監(jiān)測裂縫半長為130m-170m，實(shí)際井下觀測僅集中在井筒8m范圍之內(nèi)，主縫延伸小于30m。這就給我們帶來了一個(gè)啟發(fā)，我們頁巖氣壓裂是不是也是這樣，實(shí)際縫長到底是多少？計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)模擬與實(shí)際結(jié)果相差到底有多遠(yuǎn)？微地震監(jiān)測結(jié)果有用嗎？
因此建議，鑒于頁巖壓裂延伸機(jī)理不夠清楚，設(shè)計(jì)軟件存在理論缺陷，裂縫實(shí)際延伸到底有多長存在疑問。因此，強(qiáng)化壓裂無法替代打調(diào)整井，但可以通過優(yōu)化設(shè)計(jì)減少打井?dāng)?shù)量。
第八，初產(chǎn)最大化是謀求的主要目標(biāo)嗎
國內(nèi)頁巖氣田生產(chǎn)井遞減特征與北美基本一致，氣井投產(chǎn)第一年平均遞減60%左右，北美平均為70%左右。如果要比較低的自然遞減率，就必須要有比較低的初產(chǎn)，較高的初產(chǎn)必然導(dǎo)致較高的自然遞減率。如要穩(wěn)產(chǎn)就必然導(dǎo)致打較多的新井和較高的新井產(chǎn)量以及較高的措施產(chǎn)量。同時(shí)，較高的初產(chǎn)和采氣速度也意味著較大的生產(chǎn)壓差和較快的見水。因此，追求較高的初產(chǎn)唯一的好處是在開發(fā)初期得到較快的投資回報(bào)。
這與我們追求穩(wěn)產(chǎn)和較高的最終采收率是不協(xié)調(diào)的。
因此建議，在保證最低的投資回報(bào)率的前提下，追求適當(dāng)?shù)某醍a(chǎn)和適當(dāng)?shù)淖匀贿f減。細(xì)水慢流、細(xì)水穩(wěn)流應(yīng)是我們應(yīng)該遵循的基本的開發(fā)政策。
青海尕斯庫勒油田開辟了我國低滲透油田整體壓裂的先河，樹立了整體、立體開發(fā)的概念，并使之成為我國低滲油氣藏高效開發(fā)的手段。目前，頁巖氣藏開發(fā)中并沒有充分考慮到整體壓裂的開發(fā)效果。井位的部署、水平段的方向、壓裂的強(qiáng)度、層內(nèi)的產(chǎn)量挖掘、開發(fā)過程中的加密調(diào)整、層系的產(chǎn)量接替等等是頁巖氣開發(fā)的有機(jī)整體，是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，牽一發(fā)而動(dòng)全身。因此，必須將其視為一個(gè)整體加以考慮。
因此建議，把低滲透油田整體壓裂的概念引入到頁巖氣藏開發(fā)中，以提高整個(gè)氣藏的開發(fā)效果。
油田開發(fā)有EOR（強(qiáng)化采油）的問題，那么頁巖氣開發(fā)有沒有EGR（強(qiáng)化采氣）之說？打調(diào)整井和提高生產(chǎn)壓差都是提高氣藏采收率的重要手段，但這主要是針對提高游離氣采收率而采取的措施。如何提高吸附氣的采收率是一個(gè)值得深入研究的問題。通過大量二氧化碳和甲烷的吸附性能實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，二氧化碳對于頁巖的吸附能力遠(yuǎn)大于甲烷。為此，我們開展了“973”專項(xiàng)研究，并取得了許多進(jìn)展。
因此，頁巖氣的開發(fā)也有“EGR”的問題。注二氧化碳既可以補(bǔ)充氣藏能量，又可以置換驅(qū)替甲烷，同時(shí)還可以減少溫室氣體排放，建議加快現(xiàn)場研究試驗(yàn)。一旦成功，利國利民。
思路決定出路，非常規(guī)資源開發(fā)需要非常規(guī)思路；
中國頁巖氣下步發(fā)展必須革現(xiàn)有技術(shù)的命；
經(jīng)濟(jì)性決定頁巖氣事業(yè)的成?。?/span>
低成本經(jīng)濟(jì)開發(fā)之路是頁巖氣發(fā)展的必由之路；
（本文系第九屆中國頁巖氣發(fā)展論壇系列系列報(bào)道）
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