一趟钻——美国页岩油气水平井钻井持续降本增效的有效途径-李德波

1、一趟钻美国页岩油气水平井钻井持续降本增效的有效途径杨金华杨金华中国石油集团经济技术研究院2017年10月2低油价下，美国页岩油气开发依然热火朝天在高油价时期，美国已经实现页岩油气的规模开发。油价暴跌以来，美国常规油气的生产受到低油价的明显冲击，产量下降，而页岩气的开发总体没有受到低油价的冲击，产量持续增长，页岩油的生产虽受到低油价的冲击，但产量已从2016年下半年开始加升。前前 言言3美国页岩油气主产区在低油价下，页岩油气已成为美国油气开发的重点，二叠纪盆地又是重中之重，油公司、服务公司纷纷转战二叠纪盆地，在二叠纪盆地开展页岩油气大会战。前前 言言4油价暴跌以来，二叠纪盆地的油气产量不降反升，

2、而且是成倍增长，在很大程度上弥补了其他页岩油气产区产量的下降。前前 言言5开发页岩油气离不开水平井钻井和分段压裂，二者推动了美国页岩油气革命革命。在年度钻井工作量中，水平井已成为美国的第一大井型随着页岩油气的大开发，美国水平井钻井数从2009年的6800口快速增至2014年的20200口，2015年和2016年因国际油价暴跌和持续低迷，水平井钻井数分别降至14100口和7200口，但水平井钻井数的占比持续上升，2016年再创新高，达到55.8%。前前 言言6美国水平井钻井工作量远远超过直井钻井工作量同样随着页岩油气的大开发，美国水平井钻井进尺数从2009年的2621.28万米快速增至2014年

3、的8180.83万米，2015年和2016年因国际油价暴跌和持续低迷，水平井钻井进尺数分别降至万米和万米，但水平井钻井进尺的占比同样持续上升，2016年再创新高，达到74%。无论从井数还是从进尺来看，美国水平井钻井工作量远远超过直井钻井工作量。前前 言言7水平井平均井深不断增加随着技术的不断进步，美国水平井平均井深不断增加，2013年首次突破4000米，2016年再创新高，达到4533.90米。水平井平均井深不断增加主要原因是水平段平均长度不断增加。在巴肯等页岩油气产区，有大量的水平井水平段长度超过3000米。前前 言言8大部分在用旋转钻机用于钻水平井2014年用于钻水平井的在用旋转钻机数12

4、75台，占比68.47%2016年用于钻水平井的在用旋转钻机数387台，占比78.34%2017年6月初，用于钻水平井的在用旋转钻机数猛增至780台，占比达到创新纪录的84%。（在用钻机总数927台）前前 言言92017年6月初，美国共有在用钻机数927台，其中368台在二叠纪盆地，占比达40%，主要用于钻水平井，开发页岩油气。二叠纪盆地在用钻机数前前 言言10 美国页岩油气开发热火朝天，原因是多方面的，其中一个重要原因就是开发成本大幅度下降随着技术的不断进步和开发经验的不断学习与积累，美国页岩油气单位产量的开发成本总体呈下降趋势。油价的暴跌和持续低迷又为油公司进一步降低页岩油气开发成本提供了

5、契机。在个别区块，页岩油的盈亏平衡点已降至2030美元/桶，在当前油价下仍然可获得可观的收益。前前 言言11公司案例 EOG资源公司EOG资源公司主要从事美国页岩油气的开发，其水平井的水平段长度起来越长，钻井周期却越来越短，单位进尺钻完井成本越来越低，主要原因是之一是广泛应用了一趟钻。EOG资源公司水平井平均钻井周期（天） 前前 言言12公司案例 EOG资源公司EOG资源公司水平井平均钻完井成本（百万美元） 前前 言言13公司案例 美国西南能源公司美国西南能源公司也主要从事美国页岩油气的开发，从2010年至2016年，公司在东北Appalachia页岩气产区的水平井的平均水平段长度从1097.

6、9米增加到1872.1米，钻井周期却从25.6天缩减至9天，主要原因也是因为推广应用一趟钻。西南能源公司东北Appalachia页岩气水平井钻完井效果前前 言言14前前 言言降低页岩油气水平井钻完井成本的途径主要包括： 管理创新； 技术创新； 商业模式阜新。技术创新方面，综合起来讲就是推广应用一趟钻一趟钻。15一、什么是一趟钻二、一趟钻的关键技术三、美国一趟钻的应用现状与前景四、国内一趟钻现状五、启示与建议汇报汇报 内内 容容16一、什么是一趟钻一、什么是一趟钻一趟钻没有严格的定义。钻头一次下井打完一个开次的所有进尺（从套管鞋到套管鞋），这无疑是一趟钻。钻头一次下井打完某个井段，比如水平段，即

7、使水平段不是从套管鞋到套管鞋，这也是非常了不起的事情，在国内也叫一趟钻。对于水平井来说，一个开次可能涉及一个、两个或多个井段，比如直井段、斜井段、水平段。17一、什么是一趟钻一、什么是一趟钻一趟钻已成为低油价下水平井钻井提速降本的有效途径，多井段一趟钻的提速降本效果尤为明显。一趟钻可以说是一项系统工程，不仅仅是钻头技术的升级，还是钻井工程的全面升级，也是水平井钻井总体技术水平的集中体现。要实现一趟钻，不仅需要集成应用先进高效技术，还需要团队协作。18一、什么是一趟钻二、一趟钻的关键技术三、美国一趟钻的应用现状与前景四、国内一趟钻现状五、启示与建议汇报汇报 内内 容容19二、一趟钻的关键技术二、

8、一趟钻的关键技术一趟钻作为一项系统工程，其关键技术涉及地面、井下的多个方面。1、钻井方案优化设计优化钻井方案设计，在确保安全钻井的前提下，尽量简化井身结构。20二、一趟钻的关键技术二、一趟钻的关键技术2、先进钻机，特别是自动化钻机一趟钻必须配备先进钻机，主要是交流变频电驱动钻机，尤其是自动化钻机。在工厂化作业中，需要使用自动化程度较高的工厂化作业钻机，可实现钻机在井间的快速移动，移动方式主要是步进式或轨道式。这些先进钻机需要配备顶驱、一体化司钻控制室，以及一些自动化设备。21二、一趟钻的关键技术二、一趟钻的关键技术3、适合一趟钻的高效长寿命钻头，通常是定制的钻头少用一只钻头比提高多只钻头的机械

9、钻速更有意义。根据所要钻的地层和井段，优选或定制适合一趟钻的高效钻头。要求钻头钻速快、寿命长、进尺多，可导向性好，成本低。优质高效钻头是实现一趟钻的最基本条件。若钻头寿命短、进尺少，则一趟钻无从谈起。22二、一趟钻的关键技术二、一趟钻的关键技术4、个性化的优质钻井液通常使用适合所钻地层和井段的个性化钻井液，井壁稳定性好，摩阻小，携屑能力强，成本低。哈里伯顿公司的SHALEDRIL水基钻井液体系适合页岩地层适合页岩地层BarnettBarnettEagle FordEagle FordFayettevilleFayettevilleHaynesvilleHaynesvilleMarcellusM

10、arcellusSHALEDRILSHALEDRIL钻井钻井液体系液体系SHALEDRIL BSHALEDRIL BSHALEDRIL ESHALEDRIL ESHALEDRIL FSHALEDRIL FSHALEDRIL HSHALEDRIL HSHALEDRIL MSHALEDRIL M23二、一趟钻的关键技术二、一趟钻的关键技术5、强化参数钻井大钻压、高转速、大排量等强化参数钻井有助于提高机械钻速，对实现一趟钻尤为重要。例如，PDC钻头+RSS+螺杆钻具24二、一趟钻的关键技术二、一趟钻的关键技术6、常规导向钻井或旋转导向钻井在美国页岩油气水平井钻井中，常规导向钻井作为一种经济有效的导向

11、方式，得到了广泛应用，完成了大量的一趟钻。旋转导向钻井不断取代常规定向钻井和常规导向钻井，广泛用于钻高难度水平井、多分支井、大位移井、海上定向井，同样实现了大量的一趟钻，高造斜率旋转导向钻井实现的两个井段和多个井段一趟钻越来越多。全球定向钻井市场规模25二、一趟钻的关键技术二、一趟钻的关键技术7、随钻地质导向钻井不但要钻得快，更要钻得准。为精准导向，需要实施随钻地质导向或随钻储层导向，因此需要使用具备地质导向功能的MWD或LWD，或者使用集成地质导向功能的高端旋转导向钻井系统。26二、一趟钻的关键技术二、一趟钻的关键技术8、远程专家决策支持中心该中心既是大数据分析中心，又是一个决策支持中心，所

12、配备的多学科专家团队可随时监督钻井方案的执行情况，同时可根据来自现场的实时信息，及时修正钻井方案，更好地完成地地质导向等钻井作业。一个多学科专家团队可同时指导多个钻井现场的作业。有了远程专家决策支持中心，更有利于开展地质导向，更好地发挥专家团队的作用，因此更有利于更实现一趟钻。27二、一趟钻的关键技术二、一趟钻的关键技术钻头、钻井液、导向工具和仪器匹配好，是实现一趟钻的基本条件。一趟钻的发展趋势：一次下井以更快的速度、更短的时间和更低的成本，高质量地完成多个井段的钻进（多，快，好，省）。28一、什么是一趟钻二、一趟钻的关键技术三、美国一趟钻的应用现状与前景四、国内一趟钻现状五、启示与建议汇报汇

13、报 内内 容容29三、美国一趟钻的应用现状与前景三、美国一趟钻的应用现状与前景1、应用规模不断扩大一趟钻并不是什么新技术或新理念。随着技术的进步,一趟钻的应用规模不断扩大，涵盖各类井型，开发各类油气资源。井型直井定向井水平井大位移井油气资源常规（陆上，海上）非常规（页岩气，致密油，致密气，煤层气，油砂等）30三、美国一趟钻的应用现状与前景三、美国一趟钻的应用现状与前景2、一趟钻完成的井段数量从单一井段到多个井段一趟钻完成的井段数量从单一井段到两个井段，甚至多个井段。在美国页岩油气水平井钻井中，单一井段的一趟钻已成常态，两个井段的一趟钻得到推广应用，多个井段的一趟钻不断增加。单个井段一趟钻两个井

14、段一趟钻多个井段一趟钻钻井周期2007 2010 201331三、美国一趟钻的应用现状与前景三、美国一趟钻的应用现状与前景3、一趟钻完成的进尺不断增加随着技术的不断进步和经验的不断积累，一趟钻完成的进尺不断增加，促进了美国页岩油气长水平段水平井的推广应用。在美国页岩油气开发中，一趟钻完成的进尺纪录已突破6000米。一趟钻完成的进尺2007 2010 2013 201732三、美国一趟钻的应用现状与前景三、美国一趟钻的应用现状与前景4、钻井周期不断缩短，钻井成本不断降低一趟钻可简化井段结构，减少下套管的层数和作业量。实现多个井段一趟钻的页岩油气水平井，井段结构已简化为只有两开次。表层套管（一趟钻

15、）技术套管（一趟钻）33三、美国一趟钻的应用现状与前景三、美国一趟钻的应用现状与前景一趟钻可减少单井钻头用量、起下钻次数和时间，有利于减少非生产时间。因此，一趟钻不断缩短美国页岩水平井钻井周期，降低钻井成本。井深40005000米的页岩水平井平均钻井周期已减至10天左右。更有甚者，一口井深5405.02米、水平段长度2895.6米的页岩水平井，只有两开次，钻井周期仅3.5天。34三、美国一趟钻的应用现状与前景三、美国一趟钻的应用现状与前景Encana公司二叠盆地致密油水平井钻井学习曲线和平均钻井周期2017年上半年纪录0.01219.2 2438.4 3657.6 4876.8 6096.0

16、井深，米35三、美国一趟钻的应用现状与前景三、美国一趟钻的应用现状与前景5、应用前景广阔展望未来，在美国页岩油气水平井钻井中，随着技术的进步，一趟钻的应用规模将进一步扩大；井身结构因一趟钻的推广应用而进一步简化，两开次将越来越多；一趟钻的提速降本效果将更加显著。与此同时，一趟钻将推动其他油气资源的经济开发。36三、美国一趟钻的应用现状与前景三、美国一趟钻的应用现状与前景井案例 一天钻1英里（1610米），三开一趟钻2015年美国CONSOL能源公司在一个井场用工厂化作业方式钻8口水平井。储层薄，厚度不足1.5米储层倾斜造斜段造斜率高水平段长钻井难度很大6、典型案例37主要得益于自动化、信息化主

17、要得益于自动化、信息化自动化钻机高造斜率旋转导向钻井系统随钻储层导向远程专家决策支持中心及多学科专家团队定制的PDC钻头 三、美国一趟钻的应用现状与前景三、美国一趟钻的应用现状与前景尽管钻井难度大，钻井提速非常明显尽管钻井难度大，钻井提速非常明显 多井实现三开一趟钻（斜井段+水平段）。 钻得最快的两口水平井，水平段日进尺分别达到1613.3米/日和1774.2米/日（一天钻1英里）。 一趟钻完成的进尺最多的达到4597.6米。 尽管页岩储层薄，这些井仍然获得了100%或接近100%的储层钻遇率。井身结构井身结构：一开：171/2英寸钻至182.9米二开：121/4英寸钻至垂深670.6米三开：

18、83/4英寸井眼贝克休斯公司38三、美国一趟钻的应用现状与前景三、美国一趟钻的应用现状与前景井案例 超级水平井水平段长度达5652.2米，一趟钻钻完斜井段和水平段2016年一季度，美国Eclipse 资源公司在俄亥俄州Utica页岩气产区钻成了一口总井深达8244.2米的水平井，页岩层埋深2000米左右，水平段长度5652.2米，号称超级水平井，创造了美国陆上水平井水平段长度新纪录。“斜井段+水平段”实现了一趟钻垂深约2000米总井深8244.2米水平段长度5652.2米钻井周期17.6天，少于预期。共执行124段压裂，用时23.5天，平均每天压裂5.3段。钻完井成本1583.7万美元，远远低

19、于该地区的其他井，创了该地区的新低。Eclipse 资源公司计划钻更多的超级水平井。 39三、美国一趟钻的应用现状与前景三、美国一趟钻的应用现状与前景井案例井案例 3.53.5天钻一口井深天钻一口井深5405.025405.02米的水平井米的水平井2017年第一季度，美国怀俄明州DJ 盆地一口页岩水平井二开应用贝克休斯的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。 40三、美国一趟钻的应用现状与前景三、美国一趟钻的应用现状与前景一趟钻钻至总井深5405.02米，水

20、平段长度2895.6米，实现了二开三个井段（直井段+斜井段+水平段）的一趟钻：完成进尺4651.55米，用时仅1.95天。表层井眼一趟钻表层套管下深大约650米水平段长度2895.6米造斜段的设计造斜率：10/100英尺钻至造斜点后，将水基钻井液换成油基钻井液。创造了DJ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。41三、美国一趟钻的应用现状与前景三、美国一趟钻的应用现状与前景一开一趟钻，二开一趟钻，全井钻井周期仅3.5天，比邻井平均钻井周期缩短33%。先前作业者曾用常规导向泥浆马达从二开开始一趟钻钻到完钻井深，平均用时5.2天，平均日进尺973.53米。 二开三个井段（直井段+造斜段+水平段）一趟钻 42一、什么是一趟钻二、一趟钻的关键技术三、美国一趟钻的应用现状与前景四、国内一趟钻现状五、启示与建议汇报汇报 内内 容容43四、国内一趟钻现状四、国内一趟钻现状中石油、中石化在常规油气和致密气开发中，一趟钻都有少量应用，均成功地实施过两个井段的一趟钻和三个井段的一趟钻，但一趟钻并未得到推广应用。在页岩气的开发中，中石化早就在探