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

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
中国石油集团经济技术研究院 2017年10月
前 言
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。
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。
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汇报 内 容
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
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二、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。
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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。
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契机。 在个别区块，页岩油的盈亏平衡点已 降至20—30美元/桶，在当前油价下仍 然可获得可观的收益。
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前 言
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。
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前 言
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。
5000 4500 4000 3500 3000
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%。
60000 55000 50000 45000 直井 定向井 水平井
100%
直井 定向井 水平井
90% 80% 70%
直井 定向井 水平井
钻井进尺，万米
百分比
60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
13000 12000 11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
50% 40% 30% 20% 10% 0%
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
8
2016
在用钻机数，台
100 200 300 400 500 600 0
2011年2月4日 2011年6月4日 2011年10月4日 2012年2月4日 2012年6月4日 2012年10月4日 2013年2月4日 2013年6月4日 2013年10月4日 2014年2月4日 2014年6月4日 2014年10月4日 2015年2月4日 2015年6月4日 2015年10月4日 2016年2月4日 2016年6月4日 2016年10月4日 2017年2月4日 2017年6月4日
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
平均井深，米
7
前 言
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1275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）
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 水平段长度，米
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 钻完井成本，万美元
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 产量，亿立方米
西南能源公司东北Appalachia页岩气水平井钻完井效果
1,500 1,400 1,300 1,200 1,100 1,000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
100% 90% 80% 70% 60% 直井 定向井 水平井
在用钻机数，台
百分比
2010年1月8日 2010年7月8日 2011年1月8日 2011年7月8日 2012年1月8日 2012年7月8日 2013年1月8日 2013年7月8日 2014年1月8日 2014年7月8日 2015年1月8日 2015年7月8日 2016年1月8日 2016年7月8日 2017年1月8日
25.6
1518.5 1287.21240.5 1097.9 1872.1 1646.8 1448.4
700 590 620
700 610 540 530
71.9
101.9 99.1
16.5 13.2 12.9 10.2 10.0 9.0
42.8 15.3 0.3 6.5
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 钻井周期，天
50% 40% 30% 20% 10% 0%
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
5
2016
前 言
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。
的作用，因此更有利于更实现一趟钻。
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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。
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
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
市场规模，亿美元
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 常规定向 旋转导向
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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
SHALEDRIL钻井 液体系
Barnett
SHALEDRIL B
Eagle Ford
SHALEDRIL E
Fayetteville
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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。
100% 90% 80% 70% 60% 直井 定向井 水平井
水平井钻井数,口
40000
百分比
35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
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
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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。
EOG资源公司水平井 平均钻井周期（天）
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前 言
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）
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前 言
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 1097.9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。
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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
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前 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。
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汇报 内 容
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
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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。
2
前 言
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。
美国页岩油气主产区
3
前 言
油价暴跌以来，二叠纪盆地的油气产量不降反升，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。
4
前 言
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
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。
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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。
前 言
2017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
9
Hale Waihona Puke Baidu
前 言
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
SHALEDRIL F
Haynesville
SHALEDRIL H
Marcellus
SHALEDRIL M
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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
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二、一趟钻的关键技术
6、常规导向钻井或旋转导向钻井