左汝強(qiáng)

(國(guó)土資源部，北京100812)

美國(guó)近期陸地油氣鉆井業(yè)逐步回升的態(tài)勢(shì)分析

左汝強(qiáng)

(國(guó)土資源部，北京100812)

自2014年6月國(guó)際油價(jià)暴跌開(kāi)始，世界油氣市場(chǎng)進(jìn)入低迷階段。而當(dāng)美國(guó)二疊紀(jì)盆地巨量頁(yè)巖油藏發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)之后，從2016年中期開(kāi)始，美國(guó)陸上油氣鉆采活動(dòng)逐漸增加，鉆井承包商與鉆井公司攜鉆機(jī)蜂擁而至二疊紀(jì)盆地和其它油田。這新一輪油氣市場(chǎng)可能回復(fù)的跡象，進(jìn)一步促進(jìn)了鉆井設(shè)備的更新?lián)Q代，以工廠(chǎng)化作業(yè)為標(biāo)志的新型先進(jìn)鉆機(jī)將供不應(yīng)求，而大多數(shù)老舊機(jī)械式鉆機(jī)則面臨淘汰。另一方面，由于這二三年油氣市場(chǎng)的低谷，許多高級(jí)技術(shù)人員和熟練操作人員被裁員，人才大量流失，而新型先進(jìn)鉆機(jī)也需要具有專(zhuān)門(mén)技能的人員操作，于是近期美國(guó)許多公司把保留和培養(yǎng)鉆采技術(shù)人才放在重要位置，制訂和實(shí)施了許多培訓(xùn)人才的策略和措施。本文對(duì)近期美國(guó)陸地油氣鉆井活動(dòng)的主要特點(diǎn)和態(tài)勢(shì)進(jìn)行了分析。

美國(guó)頁(yè)巖氣革命；陸地油氣鉆井；開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)數(shù)；交流變頻頂驅(qū)鉆機(jī)；直流驅(qū)動(dòng)頂驅(qū)鉆機(jī)；液圧驅(qū)動(dòng)步進(jìn)運(yùn)移系統(tǒng)；工廠(chǎng)化鉆井

0 引言

10余年來(lái)，美國(guó)啟動(dòng)并引領(lǐng)的頁(yè)巖氣革命，推進(jìn)了全球能源格局的變化。而OPEC、俄羅斯等在世界油氣市場(chǎng)上與美國(guó)激烈的博弈，促使從2014年夏開(kāi)始，國(guó)際油價(jià)暴跌，美國(guó)與世界各地油氣鉆采業(yè)跌入低谷。但是，2016年，美國(guó)二疊紀(jì)盆地發(fā)現(xiàn)巨大的頁(yè)巖油藏，基于優(yōu)異的地質(zhì)條件，與歷史傳承豐厚的基礎(chǔ)設(shè)施，誘使大量石油公司攜鉆機(jī)蜂擁而至，驅(qū)動(dòng)了其油氣產(chǎn)量大增，市場(chǎng)油價(jià)也隨之略有回升。雖然目前對(duì)于未來(lái)前景還難以斷言，但是一年來(lái)美國(guó)陸上油氣市場(chǎng)的逐步回升，還是帶來(lái)一息希望，使鉆井承包商們蠢蠢欲動(dòng)，加緊對(duì)鉆井設(shè)備更新?lián)Q代，積極培養(yǎng)鉆井技術(shù)和操作人才，以便在今后新一輪的油氣市場(chǎng)中占有一席競(jìng)爭(zhēng)之地。

1 美國(guó)陸地油氣鉆井活動(dòng)開(kāi)始回升，開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)逐步增加

從2014年底開(kāi)始，美國(guó)陸上開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)數(shù)急劇下滑，在約1年半的時(shí)間里，從2014年底的約1900臺(tái)，到2016年5月觸底降至了379臺(tái)，見(jiàn)圖1。從2016年五六月起，國(guó)際油氣市場(chǎng)由低谷回升，油氣產(chǎn)量增加，油價(jià)回升(由低于30美元/桶逐步上升至當(dāng)前約50美元/桶)。這種下滑的趨勢(shì)中止，形勢(shì)逆轉(zhuǎn)。開(kāi)動(dòng)的石油鉆機(jī)數(shù)量也開(kāi)始增加。在隨后的每個(gè)季度內(nèi)，美國(guó)陸上鉆機(jī)開(kāi)動(dòng)數(shù)都有增長(zhǎng)，至2017年3月，已經(jīng)達(dá)到747臺(tái)。據(jù)貝克·休斯與 Spears and Associates預(yù)測(cè)，2017年平均可達(dá)到800臺(tái)，表明了從2016年的平均500臺(tái)增長(zhǎng)了60%。

圖1 美國(guó)2014—2017年各季度陸上鉆井開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)數(shù)目

由圖1還可發(fā)現(xiàn)，在2017年3月全美陸上開(kāi)動(dòng)的747臺(tái)鉆機(jī)中，竟約有300臺(tái)鉆機(jī)是在二疊紀(jì)盆地(Permian Basin，圖2)的油田實(shí)施作業(yè)，其所占比例幾乎高達(dá)42%。由此可見(jiàn)，目前二疊紀(jì)盆地油田已經(jīng)引領(lǐng)美國(guó)陸上油氣產(chǎn)量。二疊紀(jì)盆地作為美國(guó)油氣增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)油田，甚至對(duì)全世界油氣市場(chǎng)的復(fù)蘇也起著重要推動(dòng)作用。

圖2 美國(guó)主要頁(yè)巖油氣盆地位置 (紅圈內(nèi)為二疊紀(jì)盆地)

2 美國(guó)二疊紀(jì)盆地石油儲(chǔ)量巨大，開(kāi)發(fā)成本低廉，鉆機(jī)蜂擁而至

2.1 二疊紀(jì)盆地石油儲(chǔ)量巨大

2016年9月，在已有百年歷史、業(yè)已衰敗的二疊紀(jì)盆地重又發(fā)現(xiàn)了大量頁(yè)巖油藏。估計(jì)發(fā)現(xiàn)的資源量超過(guò)30億桶石油儲(chǔ)量、75萬(wàn)億ft3(注：1 ft3=0.02832 m3，下同)天然氣儲(chǔ)量(約合142.5億桶)。2016年11月15日，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)宣布，在二疊紀(jì)盆地發(fā)現(xiàn)了美國(guó)歷史上最大的連續(xù)型油藏，其原油技術(shù)可采儲(chǔ)量高達(dá)200億桶，天然氣儲(chǔ)量16萬(wàn)億ft3，凝析油儲(chǔ)量16億桶。

二疊紀(jì)盆地目前的石油日產(chǎn)量約220萬(wàn)桶，相當(dāng)于中國(guó)現(xiàn)在石油日產(chǎn)量的1/2。據(jù)能源數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)IHS Markit預(yù)測(cè)，二疊紀(jì)盆地到2021年的石油產(chǎn)量將達(dá)到400萬(wàn)桶/日。

2.2 二疊紀(jì)盆地石油價(jià)格低廉

二疊紀(jì)盆地能夠如此興旺，在很大程度上源于其超低的頁(yè)巖油開(kāi)采成本。能源咨詢(xún)公司Rystad Energy的研究結(jié)果顯示，二疊紀(jì)油田2016年的盈虧平衡價(jià)在40美元/桶以下，在一些最好油田的油價(jià)已經(jīng)降低到25～30美元/桶或更低，比美國(guó)其它油田油價(jià)要低得多，如 Bakken盆地的油價(jià)比二疊紀(jì)盆地的高達(dá)2～3倍。在二疊紀(jì)盆地的Delaware和Midland，很多區(qū)塊的開(kāi)發(fā)成本還不到30美元/桶。二疊紀(jì)盆地作為非常規(guī)石油的頁(yè)巖油，其開(kāi)采成本為何低至如此程度，甚至比一些常規(guī)油田還要低呢？其原因如下。

2.2.1 地質(zhì)條件優(yōu)越，油氣儲(chǔ)量巨大

(1)資源埋藏深度淺，許多區(qū)塊儲(chǔ)層深度僅1000 m。

(2)含油氣地層厚，目標(biāo)儲(chǔ)層像千層餅(圖3)，最多可達(dá)10～15層，甚至更多。無(wú)需運(yùn)用投資高昂和技術(shù)高超的水平鉆井，只采用簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)的垂直井就能夠鉆越十多個(gè)儲(chǔ)層。

(3)正如前述，油氣資源極為豐富。

圖3 二疊紀(jì)盆地如同千層餅一樣的頁(yè)巖油氣藏儲(chǔ)層

2.2.2 油氣開(kāi)發(fā)史悠久

百年以上的油氣開(kāi)發(fā)史，使二疊紀(jì)盆地在人員、技術(shù)、資金和法律法規(guī)等方面有雄厚的積累。比如，許多區(qū)塊在歷史上早已形成的地價(jià)就很低；地表基礎(chǔ)設(shè)施，如早先開(kāi)發(fā)常規(guī)油氣的老舊鉆井都可再次利用；二疊紀(jì)盆地也是全美油氣管網(wǎng)最密集的兩個(gè)地方之一，以及該盆地原先就存在許多小型油服公司。諸多因素都促成二疊紀(jì)盆地鉆采活動(dòng)成本低下。

2.2.3 經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)低

得克薩斯州的土地屬于私有財(cái)產(chǎn)，許多區(qū)塊土地就是得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校(UT， Austin，美國(guó)最著名石油工程大學(xué))的財(cái)產(chǎn)，而美國(guó)其他州的土地多屬于美國(guó)聯(lián)邦政府，石油公司在租地、繳稅以及環(huán)保等方面要承受更重的負(fù)擔(dān)。

2.3 二疊紀(jì)盆地鉆采作業(yè)活躍，低谷時(shí)撤離的鉆機(jī)重新回歸

根據(jù)Douglas-Westwood統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，美國(guó)于2015年陸地鉆井21000口，而到2016年，跌落至11000口，減少了47.6%。但是，2017年則可期望鉆井達(dá)到20000口。而且，鉆井?dāng)?shù)目可以預(yù)期在2016—2020年期間總共增加143%。

隨著二疊紀(jì)盆地的油氣開(kāi)采活動(dòng)逐步興盛，已占有美國(guó)陸地石油鉆采和供給的主體地位，到2017年上半年，自2016年5月由二疊紀(jì)盆地油田撤離的一半鉆機(jī)業(yè)已回歸。

如圖4所示，Independence鉆井承包公司的 ShaleDriller 210型鉆機(jī)，在二疊紀(jì)盆地正為Pioneer自然資源公司( Pioneer Natural Resources)施工作業(yè)。而當(dāng)2016年5月鉆機(jī)市場(chǎng)處于低谷時(shí)，該公司只有其14臺(tái)鉆機(jī)中的4臺(tái)在此盆地施工，但至2017年5月，其14臺(tái)鉆機(jī)全都參與了鉆井作業(yè)，且主要應(yīng)用于二疊紀(jì)盆地與Haynesville油氣田。所有鉆機(jī)的利用率均達(dá)到100%，而且對(duì)該鉆機(jī)的需求還在增長(zhǎng)。公司正在考慮下一步再訂購(gòu)新造鉆機(jī)。

美國(guó)最大的3家石油公司最近也都把目標(biāo)瞄向了二疊紀(jì)盆地。?？松梨诠?017年初發(fā)布，其勘探開(kāi)發(fā)重心將轉(zhuǎn)移到二疊紀(jì)盆地，計(jì)劃當(dāng)年將25%的投資用于以該盆地為主的非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)；雪佛龍公司也寄希望于2017年依靠二疊紀(jì)油田實(shí)現(xiàn)盈利；美國(guó)第三大石油公司馬拉松石油公司計(jì)劃將以11億美元現(xiàn)金收購(gòu)美國(guó)二疊紀(jì)盆地油氣資產(chǎn)。

二疊紀(jì)盆地不但吸引傳統(tǒng)的大石油公司，而且有不少剛建立的新公司也積極進(jìn)入。如Fortuna資源公司于2017年1月剛開(kāi)始成立，已在二疊紀(jì)盆地 Delaware油田獲得了約8000英畝(1英畝=4046.86 m2)土地。至5月，該公司已獲得5口油井，計(jì)劃在年內(nèi)鉆3口水平井。

圖4 在二疊紀(jì)盆地施工的Independence公司的 210型頁(yè)巖鉆探鉆機(jī)

二疊紀(jì)盆地鉆采活動(dòng)如此火熱，各家大小公司紛紛前往爭(zhēng)搶土地和油田，以至人們稱(chēng)此現(xiàn)象為“二疊紀(jì)恐慌”(Permian Panic)，或認(rèn)為二疊紀(jì)盆地是“美國(guó)頁(yè)巖油氣的未來(lái)”(The Future of US Shale)，甚至認(rèn)為二疊紀(jì)盆地的開(kāi)發(fā)是“美國(guó)第二次頁(yè)巖油氣革命”。

3 新型先進(jìn)鉆機(jī)供不應(yīng)求與多數(shù)老舊鉆機(jī)面臨退役

3.1 市場(chǎng)需求新型先進(jìn)鉆機(jī)以提高鉆井效率和生產(chǎn)率

大批鉆機(jī)擁向或重新回歸二疊紀(jì)與其它油田，表明了美國(guó)陸上鉆井業(yè)復(fù)蘇的跡象。但是，另一方面，鉆機(jī)開(kāi)動(dòng)數(shù)目的多少，在當(dāng)今也許不能再完全認(rèn)為是鉆井市場(chǎng)興衰的標(biāo)志。這種標(biāo)志在過(guò)去的鉆井業(yè)是有顯著意義的，但是到了現(xiàn)在，因?yàn)殂@井設(shè)備和技術(shù)的改進(jìn)，提高了鉆井效率，縮短了鉆井時(shí)間，需要施工的天數(shù)也就減少了。所以，當(dāng)前鉆井公司只需開(kāi)動(dòng)較少數(shù)目的鉆機(jī)而能夠完成更多的鉆井?dāng)?shù)量。目前，在二疊紀(jì)盆地，能夠在30天內(nèi)鉆一口井。而在5年以前，在此地區(qū)鉆一口井則平均需要60～90天。另一方面，現(xiàn)在油井的油氣采收率也大大地提高了，每一口井每天都比過(guò)去增產(chǎn)出更多的油氣量。現(xiàn)在鉆井的生產(chǎn)量比2014年增加了20%～30%。預(yù)測(cè)今年和明年2年內(nèi)，鉆井生產(chǎn)率將再提高10%～15%。

鉆井效率和油氣生產(chǎn)率的提高取決于鉆采業(yè)各方面的技術(shù)進(jìn)步，其中最重要的是水平鉆井與水力壓裂技術(shù)的迅速提高。更深的水平鉆井及延深鉆井(ERD, Extended Reach Drilling)使油氣儲(chǔ)層更多地暴露于井眼；更大程度的水力壓裂效果，也進(jìn)一步將井眼油氣采收延伸至儲(chǔ)層更遠(yuǎn)的部位，從而獲得更高的油氣采收率。

美國(guó)頁(yè)巖氣革命發(fā)生之后，自2009年起，美國(guó)用于鉆水平井的鉆機(jī)數(shù)量超過(guò)其它井型的鉆機(jī)。而自2010年起直至2015年的6年間，水平鉆井的鉆機(jī)數(shù)成倍增長(zhǎng)(圖5)。至2015年，水平井鉆機(jī)開(kāi)動(dòng)數(shù)(1420臺(tái))已經(jīng)是垂直井鉆機(jī)開(kāi)動(dòng)數(shù)(380臺(tái))的3.7倍，是定向井鉆機(jī)開(kāi)動(dòng)數(shù)(200臺(tái))的7.1倍。

圖5 美國(guó)2010—2015年水平井與其它井型在用鉆機(jī)數(shù)量對(duì)比

水平井鉆井有其特殊性和難度，其所運(yùn)用的鉆機(jī)比鉆垂直井和定向井的鉆機(jī)在技術(shù)性能上有更高的要求。在水平井的水平井段鉆進(jìn)中，因重力作用，井眼環(huán)空低邊會(huì)逐漸形成巖屑沉淀，這就使鉆桿柱和鉆具回轉(zhuǎn)增加了很大的摩阻，從而就需要更大功率，特別是更大扭矩的頂驅(qū)鉆機(jī)方可勝任。另一方面，對(duì)泥漿泵則要求大功率使鉆井液對(duì)井眼實(shí)施有效的沖洗，方可順利地實(shí)施鉆井作業(yè)。

3.2 頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)石油鉆機(jī)的基本要求

近幾年來(lái)，對(duì)于逐步增大水平位移的水平鉆井，特別是為適應(yīng)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)，廣泛應(yīng)用工廠(chǎng)化鉆井作業(yè)的需要，從而對(duì)當(dāng)代石油鉆機(jī)提出以下基本要求。

3.2.1 運(yùn)用大功率先進(jìn)的交流變頻頂驅(qū)或直流驅(qū)動(dòng)頂驅(qū)鉆機(jī)

水平井廣泛的運(yùn)用改變了鉆井公司挑選鉆機(jī)的方式。美國(guó)鉆井市場(chǎng)在傳統(tǒng)上主要是按絞車(chē)的功率對(duì)鉆機(jī)分級(jí)，這對(duì)于實(shí)施垂直鉆井具有實(shí)際意義，因?yàn)楫?dāng)時(shí)將提升能力(大鉤載荷)作為主要的考慮因素。但是，對(duì)于現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的水平鉆井，提升能力卻變得不是特別重要了。目前,水平井鉆井通常是根據(jù)其測(cè)量深度(MD, Measured Depth)來(lái)表示其鉆井深度，但是若按照實(shí)際垂直深度(TVD，True Vertical Depth),現(xiàn)在水平井鉆井的實(shí)際垂深卻是變淺了。因此，對(duì)鉆機(jī)提升能力的要求就不那么重要了，而是要求鉆機(jī)大功率，特別是要求更大的連續(xù)扭矩，現(xiàn)在的交流變頻或直流驅(qū)動(dòng)的頂驅(qū)鉆機(jī)都可以滿(mǎn)足這個(gè)要求。

3.2.2 選用大功率泥漿泵

施工現(xiàn)場(chǎng)一般要求提供約51.68 MPa( 7500 psi)壓力的泥漿泵系統(tǒng)。傳統(tǒng)鉆垂直井通常要求泥漿泵壓力在24.12～34.45 MPa(3500～5000 psi)的范圍內(nèi)。選用51.68 MPa(7500 psi)及其以上壓力的泥漿泵，能夠以更大的液力功率對(duì)井眼實(shí)施有效地沖洗，并可以鉆進(jìn)延伸得更遠(yuǎn)的水平鉆井。

3.2.3 配置步進(jìn)或滑軌運(yùn)移系統(tǒng)(Walking or Skid System)，滿(mǎn)足批量鉆井(Pad Drilling)和工廠(chǎng)化鉆井(Factory Drilling)的需要

近20年，特別是美國(guó)頁(yè)巖氣革命開(kāi)始以來(lái)，油氣鉆井模式也發(fā)生了很大的變化，已經(jīng)從單井模式和叢式井模式發(fā)展到批量鉆井和工廠(chǎng)化鉆井模式。過(guò)去，將常規(guī)鉆機(jī)從一個(gè)井口遷移到下一個(gè)井口通常需要3～4天，而配置以液壓或電動(dòng)的步進(jìn)或滑軌運(yùn)移系統(tǒng)的鉆機(jī)，其整套鉆機(jī)連同全部鉆桿立根可在幾小時(shí)甚至1 h之內(nèi)遷移完畢。由此可顯著地縮短鉆井周期，大大地降低鉆探成本。

3.2.4 研發(fā)應(yīng)用自動(dòng)化鉆井作業(yè)鉆機(jī)

完全自動(dòng)化鉆機(jī)的廣泛應(yīng)用還有待時(shí)日。但是，為了配合工廠(chǎng)化鉆井作業(yè)模式，目前美國(guó)陸上鉆機(jī)主要采用交流變頻或直流頂驅(qū)鉆機(jī)，并配備自動(dòng)化井口裝置(如鐵鉆工)，自動(dòng)管具操作系統(tǒng)、遠(yuǎn)離井口一體化司鉆控制室、自動(dòng)貓道等。

3.2.5 日益廣泛應(yīng)用雙燃料(柴油，天然氣)動(dòng)力系統(tǒng)

雙燃料動(dòng)力是指采用柴油和天然氣兩種燃料，而且是這兩者之間能實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換的動(dòng)力機(jī)組。這種新型發(fā)動(dòng)機(jī)組具有良好的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。

一套雙燃料裝置成本為6～10萬(wàn)美元，加上2萬(wàn)美元安裝費(fèi)用，實(shí)施鉆井作業(yè)一年后可回收成本，并在以后多年內(nèi)大幅節(jié)約燃料費(fèi)用。例如，一套原來(lái)配備3臺(tái)柴油機(jī)的鉆井設(shè)備，更換采用雙燃料動(dòng)力裝置后，每年能夠節(jié)約的成本約為40萬(wàn)美元。

由于在雙燃料動(dòng)力機(jī)中，天然氣對(duì)柴油的替代率通常都在50%從上，可達(dá)到“節(jié)能減排”的效果，對(duì)減少污染、保護(hù)環(huán)境是有利的。

3.3 當(dāng)代新型先進(jìn)鉆機(jī)的應(yīng)用

自2016年中期鉆采市場(chǎng)回暖后，大部分返回油田施工作業(yè)的鉆機(jī)，是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于批量鉆井和工廠(chǎng)化鉆井的，具有1500 hp(1118.55 kW)功率，配置步進(jìn)運(yùn)移系統(tǒng)并配備約51.68 MPa(7500 psi)泥漿泵的交流鉆機(jī)。圖4是Independence鉆井承包公司的 ShaleDriller 210型鉆機(jī)，為交流變頻頂驅(qū)鉆機(jī)，配置了約51.68 MPa(7500 psi)的泥漿泵，液圧驅(qū)動(dòng)步進(jìn)運(yùn)移系統(tǒng)，并具有雙燃料動(dòng)力裝置。該公司頁(yè)巖氣鉆機(jī)系列中201型鉆機(jī)的步進(jìn)系統(tǒng)，是在整套鉆機(jī)底座的四角上各安裝一個(gè)液壓“步行鞋”(Walking shoe，圖6)。每只“步行鞋”有一個(gè)垂直油缸用于“抬腳”，一個(gè)水平油缸用于“跨步”。鉆機(jī)4只“步行鞋”行走的步伐節(jié)奏如同四腳動(dòng)物，可將全套鉆井設(shè)備連同所有立根鉆桿，迅速地運(yùn)移至下一個(gè)的井口位置。該201型鉆機(jī)籍助其步進(jìn)系統(tǒng)，運(yùn)移整套鉆機(jī)的速度大約為20 m/h(60 ft/h)。上述的201型為四五年前配備步行系統(tǒng)的鉆機(jī)，目前新型步進(jìn)系統(tǒng)鉆機(jī)運(yùn)移的速度要快得多。

如果說(shuō)把步進(jìn)或滑軌系統(tǒng)作為工廠(chǎng)化鉆井施工最必須配備的要求來(lái)看，而配置約51.68 MPa(7500 psi)泥漿泵的要求，最初只是對(duì)應(yīng)用于1524～3048 m(5000～10000 ft)或更長(zhǎng)水平井段油田的要求。Latshaw公司已經(jīng)有少數(shù)鉆機(jī)在奧克拉荷馬州的STACK油田施工，在那里鉆進(jìn)1524 m(5000 ft)水平 井段并無(wú)需約51.68MPa(7500psi)的泥漿泵。但是，一旦完成任務(wù)，轉(zhuǎn)移到二疊紀(jì)盆地Delaware油田去施工，那里正在鉆進(jìn)1524～3048 m(5000～10000 ft)水平井段的水平井，則要求配備約51.68 MPa(7500 psi)的泥漿泵了。Latshaw公司至今已經(jīng)為鉆機(jī)配備了步進(jìn)系統(tǒng)和約51.68 MPa(7500 psi)的泥漿泵。該公司目前正在對(duì)其全部41臺(tái)鉆機(jī)中1/3沒(méi)有步進(jìn)系統(tǒng)的鉆機(jī)都重新予以安裝，并配備約51.68 MPa(7500 psi)泥漿泵。

Nabors公司是全球最大的陸地鉆井承包商，在全世界25個(gè)國(guó)家約有500臺(tái)鉆機(jī)實(shí)施鉆井施工。該公司至今已經(jīng)生產(chǎn)了一系列屬于交流變頻頂驅(qū)并配備步進(jìn)系統(tǒng)的工廠(chǎng)化鉆機(jī)，2013年推出17臺(tái)最新的PACE-X型鉆機(jī)(圖7)。自2014年以來(lái)，Nabors公司又繼續(xù)向巿場(chǎng)提供35臺(tái)PACE-X型鉆機(jī)。近兩年，該公司還推出提供美國(guó)市場(chǎng)的PACE -M800型鉆機(jī)，以提高鉆機(jī)步進(jìn)運(yùn)移系統(tǒng)的靈活性，滿(mǎn)足工廠(chǎng)化作業(yè)施工現(xiàn)場(chǎng)井口排列圖形更加緊湊、復(fù)雜的要求，并能鉆進(jìn)水平井更長(zhǎng)的水平井段，以及進(jìn)一步減少鉆井時(shí)間達(dá)20%～30%。2016年，Nabors公司還完成了安裝用于美國(guó)本土的Rigtelligent模塊式鉆機(jī)，能夠遠(yuǎn)程連續(xù)地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制鉆機(jī)的施工作業(yè)，從而增強(qiáng)了鉆井性能，提高了鉆井效率，并強(qiáng)化了實(shí)施日益復(fù)雜困難的定向鉆井的能力。

圖6 Independence公司201型鉆機(jī)(1500 hp) 步進(jìn)系統(tǒng)4個(gè)“步行鞋”之一

美國(guó)計(jì)劃從2016年起，在5年內(nèi)新建500臺(tái)工廠(chǎng)化鉆機(jī)。其中大部分(70%)用于美國(guó)陸地鉆井市場(chǎng)，其他30%投放境外國(guó)際市場(chǎng)。

上述新型先進(jìn)鉆機(jī)日益受到鉆井承包商和施工 作業(yè)公司的歡迎，并促使擁有老舊鉆井設(shè)備的鉆井承包商去投資置辦新的鉆機(jī)，以保持在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)地位。

圖7 Nabors公司PACE-X新型工廠(chǎng)化作業(yè)鉆機(jī)在施工現(xiàn)場(chǎng)

3.4 老舊鉆機(jī)難以勝任當(dāng)代水平鉆井需要，多數(shù)面臨退役

目前，在美國(guó)各油田大部分正在執(zhí)行項(xiàng)目合同施工中的鉆機(jī)，一旦鉆井任務(wù)完畢，是可能尋找到新的施工項(xiàng)目的。那些在油氣市場(chǎng)低迷期間一直承擔(dān)施工任務(wù)的鉆機(jī)，都是鉆井施工公司所鐘愛(ài)的，具有高技術(shù)性能的新型先進(jìn)鉆機(jī)，而不是從閑置庫(kù)房中取出的老式鉆機(jī)。而且，如果把市場(chǎng)低迷時(shí)入庫(kù)閑置的鉆機(jī)取出，準(zhǔn)備投入使用則還需再投入費(fèi)用。不僅僅是除塵和組裝之后就能勝任作業(yè)，還要求檢修或升級(jí)使鉆機(jī)達(dá)到工作狀態(tài)。若將這些鉆機(jī)再送至油田作業(yè)，則每臺(tái)都還需要花費(fèi)25～100萬(wàn)美元。

由于較老的機(jī)械式鉆機(jī)不能滿(mǎn)足水平井工廠(chǎng)化鉆井作業(yè)的需要，鉆井承包商已大量地讓此類(lèi)鉆機(jī)退役。國(guó)民油井華高公司(NOV，National Oilwell Varco)2014年在美國(guó)總共可提供3250臺(tái)鉆機(jī)，而到了2016年則只有2100臺(tái)。其開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)下降數(shù)量竟超過(guò)1/3。在這些退役的鉆機(jī)中，70%～80%是過(guò)去那些僅適用于鉆垂直井的老舊機(jī)械式鉆機(jī)。預(yù)計(jì)今后幾年退役最多的鉆機(jī)也還是這些市場(chǎng)已不太需要的老鉆機(jī)。

雖然機(jī)械式鉆機(jī)應(yīng)用市場(chǎng)正在萎縮，但是對(duì)于垂直井鉆井仍然具有一定市場(chǎng)。原因在于它們比交流變頻頂驅(qū)和直流頂驅(qū)鉆機(jī)便宜得多，其鉆井成本約為后者的1/3，而且還無(wú)需承擔(dān)鉆水平井和水力壓裂作業(yè)等的額外費(fèi)用。所以，機(jī)械式鉆機(jī)還具有少量市場(chǎng)用途。圖8為T(mén)exakoma公司承包于Unit鉆井公司在得克薩斯州Roberts縣施工的23型鉆機(jī)，正在鉆探一口垂直井。

圖8 Texakoma鉆井公司23型鉆機(jī)在 得克薩斯Robert縣實(shí)施垂直井作業(yè)

4 油氣市場(chǎng)前景仍然不十分明朗，鉆機(jī)日租費(fèi)仍處低位

2017年內(nèi)，鉆機(jī)日租費(fèi)適當(dāng)?shù)脑黾邮强赡艿模荒芷诖湓黾舆^(guò)快。交流變頻電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)和直流驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)最高的日租費(fèi)已降低至14000～16000美元。2017年上半年，這個(gè)價(jià)位變化不是很大。貫穿整個(gè)2017年，對(duì)于具有工廠(chǎng)化鉆井作業(yè)能力的交流變頻頂驅(qū)鉆機(jī)，預(yù)期日租費(fèi)會(huì)有所增長(zhǎng)，但是不可能太多，因?yàn)橛蜌馐袌?chǎng)的前景尚不十分清晰。

實(shí)際上，鉆井施工公司要求與承包商簽訂長(zhǎng)期合同，而不只是一口井一口井的項(xiàng)目合同。鉆井施工公司期望獲得一年期長(zhǎng)的施工合同，是因?yàn)槟壳般@機(jī)的日租費(fèi)接近低谷，爭(zhēng)取合同簽長(zhǎng)些更為有利。但是，鉆井承包商(如Latshaw公司)則更希望只簽訂6個(gè)月的合同，而不是鎖定于目前最低的日租費(fèi)去簽訂全年承包合同，因?yàn)檎诨嘏氖袌?chǎng)日租費(fèi)隨時(shí)有望看漲。

圖9為L(zhǎng)atshaw公司的 14型鉆機(jī)正在俄克拉荷馬州的STACK油氣田施工。該公司將2016年5月撤離的9臺(tái)鉆機(jī)已全部返回此處油田施工，并簽訂了6個(gè)月的合同。鉆井施工公司很想按既定的低日租費(fèi)簽訂一年時(shí)間的長(zhǎng)合同，但是Latshaw承包商決定其鉆機(jī)對(duì)外租賃只能按6個(gè)月簽訂合同。

5 未來(lái)油氣市場(chǎng)要求對(duì)各類(lèi)人員加強(qiáng)培訓(xùn)提高

2014年國(guó)際油氣市場(chǎng)下滑之后，國(guó)際油氣價(jià)格暴跌，全球油氣行業(yè)的工作崗位急劇減少，僅美國(guó)德 克薩斯州就減少了10萬(wàn)個(gè)。針對(duì)油氣市場(chǎng)低谷期間鉆采技術(shù)、管理和操作人員的大量流失、降格使用和離職退休，許多油氣公司十分重視，積極制訂策略和措施，加強(qiáng)招聘、培訓(xùn)和提高各類(lèi)實(shí)用熟練人才，以防未來(lái)油氣市場(chǎng)恢復(fù)后的后繼缺人，造成在激烈的市場(chǎng)拼搏中失去競(jìng)爭(zhēng)力。油氣技術(shù)人員和熟練操作工大量流失和退休，是逐步回暖的油氣市場(chǎng)面臨的另一個(gè)問(wèn)題。

圖9 Latshaw公司簽訂6個(gè)月合同的14型鉆機(jī)在STACK油田施工

5.1 對(duì)高級(jí)管理人才實(shí)施“知識(shí)傳承”策略

近一二年，油氣行業(yè)中約有一半人員陸續(xù)退休，具有30年以上工作經(jīng)驗(yàn)的高級(jí)技術(shù)人員先后離開(kāi)鉆采崗位，這將會(huì)造成豐富的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)被帶走，使得今后鉆采技術(shù)水平大為下降。因此，許多公司將“知識(shí)傳承”作為重要決策，在這些高級(jí)人才退休前3～5年采取措施和辦法，如培訓(xùn)、導(dǎo)師、教練、交流，以及新員工培訓(xùn)等，將知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)保留、傳承給年輕的員工。也有許多公司讓退休高級(jí)技術(shù)和管理人員發(fā)揮“余熱”，為他們保留3年郵箱和電話(huà)，建立咨詢(xún)指導(dǎo)平臺(tái)，繼續(xù)發(fā)揮作用。

5.2 加強(qiáng)對(duì)鉆井現(xiàn)場(chǎng)施工操作人員培訓(xùn)

自2016年中期油氣市場(chǎng)開(kāi)始回暖之后，另一個(gè)有待解決的問(wèn)題，是要重新雇用原來(lái)已被辭退的員工，并且招聘新的員工并對(duì)其提供適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)。而且，對(duì)原有處于油氣開(kāi)發(fā)低迷階段仍在工作的人員也需要重新培訓(xùn)。原因是在過(guò)去不景氣的時(shí)段內(nèi)，鉆井承包商為挽留人才，不使其失業(yè)，已經(jīng)將許多熟練老員工降級(jí)使用，例如，井場(chǎng)經(jīng)理降為司鉆的職務(wù)。目前形勢(shì)已經(jīng)轉(zhuǎn)好，應(yīng)把他們重新提升回原有的職務(wù)，從而再進(jìn)行培訓(xùn)還是必要的。

5.3 Latshaw鉆井公司為保障施工安全對(duì)員工的培訓(xùn)方法

對(duì)于鉆井作業(yè)安全問(wèn)題，并不是雇用以前老鉆工比聘用新鉆工會(huì)發(fā)生事故更少。Latshaw公司分析表明，85%有記錄的事故發(fā)生于剛到公司工作不到6個(gè)月，但只具有以前老鉆井經(jīng)驗(yàn)的操作人員身上。這些老鉆井人員到一家新公司來(lái)操作以前從未使用過(guò)的新型先進(jìn)鉆機(jī)，當(dāng)然容易釀成事故。另一方面，剛進(jìn)入鉆井行業(yè)的新操作人員，反而比上述擁有老經(jīng)驗(yàn)的員工具有更少的事故記錄。這是因?yàn)樾氯胄袇⒓鱼@井操作的人員是一切從零開(kāi)始的，他們不會(huì)自以為是，也沒(méi)有以前在別處井場(chǎng)染上的陳規(guī)陋習(xí)，因而能夠完全接受Latshaw公司的企業(yè)文化和新型先進(jìn)鉆機(jī)的操作技能，以及安全作業(yè)的要求，從而能夠在施工現(xiàn)場(chǎng)順利、安全地完成施工作業(yè)。

Latshaw鉆井公司自2016年增加開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)數(shù)目以來(lái)，至2017年二季度已雇用約250名新員工，并采取將新雇員與公司原來(lái)有經(jīng)驗(yàn)的技工相結(jié)合的辦法。每名新的雇員與一位老員工搭配，結(jié)為師徒關(guān)系，在開(kāi)始的14天內(nèi)配對(duì)，緊密結(jié)合工作。如果需要，這個(gè)教學(xué)周期也可能延長(zhǎng)至2個(gè)周期。新鉆工需要經(jīng)過(guò)3個(gè)月的培訓(xùn)項(xiàng)目才可以成為鉆臺(tái)工。這種計(jì)劃安排表明，伴隨著雇用新員工的施工過(guò)程，鉆井事故正在減少。

6 總結(jié)和啟示

6.1 世界和我國(guó)頁(yè)巖氣等非常規(guī)油氣資源巨大，油氣能源前景良好

20世紀(jì)70年代，就有多名專(zhuān)家提出，常規(guī)資源只占油氣總資源量的一小部分，大部分是致密砂巖氣、頁(yè)巖氣、煤層氣、重油、頁(yè)巖油氣和天然氣水合物等非常規(guī)油氣資源。近年來(lái)，美國(guó)著名石油公司和大學(xué)對(duì)美國(guó)7大油氣盆地開(kāi)展資源評(píng)價(jià)，表明常規(guī)油氣僅占總資源量的10%～20%，而80%～90%則是非常規(guī)油氣資源。

美國(guó)具有近百年歷史、業(yè)已衰敗的二疊紀(jì)油氣盆地的起死回生，近一年重新發(fā)現(xiàn)了巨大的頁(yè)巖油資源，使該盆地成為全球第二大油氣盆地。這給我們以啟示，即在業(yè)已開(kāi)采多年的常規(guī)油氣盆地開(kāi)展進(jìn)一步的勘探，是可能發(fā)現(xiàn)超出想象的、巨大的非常規(guī)油氣資源的。另外，美國(guó)最近研發(fā)出一項(xiàng)開(kāi)采稠油的氣壓熱流技術(shù)——S-BTF技術(shù)(baric-thermal flow)，運(yùn)用于二疊紀(jì)盆地Wardlaw油田開(kāi)采稠油，生產(chǎn)成本很低。既使油價(jià)降至25美元/桶，也能實(shí)現(xiàn)盈利。其每口井的盈虧平衡價(jià)，可降至16.5美元/桶。

我國(guó)是世界上頁(yè)巖油氣資源最豐富的國(guó)家之一。據(jù)美國(guó)能源信息署(EIA)等預(yù)測(cè)，中國(guó)的頁(yè)巖氣、頁(yè)巖油儲(chǔ)量分別占世界第一、二位。同時(shí)，在我國(guó)的遼河油田、渤海油田、塔里木盆地等也分布有稠油油藏。所以，今后通過(guò)加強(qiáng)對(duì)非常規(guī)油氣資源的勘探和鉆采技術(shù)的研發(fā)，依靠科技進(jìn)步，對(duì)于開(kāi)發(fā)我國(guó)豐富的非常規(guī)油氣資源的前景是良好的、樂(lè)觀的。這對(duì)于保障我國(guó)能源安全，改善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)是具有重要意義的。

6.2 隨著我國(guó)頁(yè)巖氣廣泛開(kāi)發(fā)的需要，應(yīng)加速工廠(chǎng)化作業(yè)鉆機(jī)的研發(fā)應(yīng)用

我國(guó)近年來(lái)已經(jīng)躍居為世界第二鉆井大國(guó)，但是整體鉆井技術(shù)水平與美國(guó)相比，尚有很大的差距。在陸地鉆機(jī)技術(shù)性能方面，電驅(qū)動(dòng)特別是交流變頻頂驅(qū)鉆機(jī)很少，配備步進(jìn)式和滑軌式運(yùn)移系統(tǒng)的鉆機(jī)就更少，自動(dòng)化鉆井作業(yè)程度較低，工廠(chǎng)化作業(yè)鉆機(jī)嚴(yán)重不足，這些都顯著地影響了我國(guó)頁(yè)巖氣等非常規(guī)油氣資源的開(kāi)發(fā)，限制了鉆井效率和油氣生產(chǎn)率的提高，難以降低生產(chǎn)成本。為此，應(yīng)積極鼓勵(lì)石油公司、油服公司與鉆井公司，并聯(lián)合有關(guān)科研院所與高等院校，加速研發(fā)以工廠(chǎng)化作業(yè)鉆機(jī)為標(biāo)志的現(xiàn)代化陸地石油鉆機(jī)，并加速推廣應(yīng)用。

6.3 加強(qiáng)對(duì)我國(guó)油氣鉆采技術(shù)和操作人員的培訓(xùn)，迎接新一輪油氣市場(chǎng)的復(fù)蘇

自2014年油價(jià)開(kāi)始暴跌，全球油氣市場(chǎng)處于低迷以來(lái)，已約3年時(shí)間。在此期間，美國(guó)許多頁(yè)巖油氣公司虧損、倒閉，世界各地不少油田減產(chǎn)、關(guān)閉、裁員，以及提前退休等，大量富有經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)嫻熟的技術(shù)人員和操作技工流失。另一方面，下一輪油氣市場(chǎng)的回復(fù)，必將更加廣泛地應(yīng)用新一代的先進(jìn)鉆機(jī)，這些都需要補(bǔ)充和準(zhǔn)備一批新型技術(shù)人員和操作人才。

我國(guó)近幾年油氣市場(chǎng)不振所面臨的問(wèn)題，與美國(guó)及某些其它國(guó)家是類(lèi)似的，上述美國(guó)對(duì)陸地鉆井高級(jí)管理人才實(shí)施“知識(shí)傳承”辦法，以及加強(qiáng)對(duì)鉆井現(xiàn)場(chǎng)施工操作人員培訓(xùn)策略和措施，是值得我們參考和借鑒的。

[1] Kelli Ainswort. Market remains competitive as contractors seek to upgrade rig fleets, hire and train new personnel while maintaining safety performance/US onshore continues ramp-up, but dayrates remain near bottom[J]. Drilling contractor,2017,(5-6).

[2] Alex Endress. From supermajors to tiny start-ups, operators of all sizes are flocking to prolific but low-cost Permian Basin; contractors maintain focus on rig upgrades, performance gains to meet customer demands / Permian Panic’ draws operators, boosts US onshore rig count[J].Drilling contractor,2016,(11-12).

[3] 小熊貓.全中國(guó)油田產(chǎn)量之和都不敵它？這座超級(jí)油田必將重塑世界格局[J/OL].石油Link,2017-05-02.

[4] Joanne Liou. Horizontal drilling, oil-rich plays to fuel US onshore activity despite expected slide in oil prices[J]. Drilling contractor,2014,(11-12).

[5] Joanne Liou. Rigs equipped with walk/skid systems, higher-powered mud pumps and top drives satisfy horizontal-drilling/Drilling the distance[J]. Drilling contractor,2014,(9-10).

[6] Katie Mazerov. US market going strong; in emerging markets, potential being weighed against challenges/Global Shale Report: An expanding playground[J]. Drilling contractor,2013,(5-6).

[7] 中國(guó)石油集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院.國(guó)外石油科技發(fā)展報(bào)告(2015)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2016.

[8] 子竹.開(kāi)采成本不到25美元/桶！美國(guó)又現(xiàn)石油開(kāi)采逆天科技[J/OL].石油Link,2017-06-12.

[9] Nicholas Newman.石油版“機(jī)器人總動(dòng)員是否加劇就業(yè)危機(jī)”[J/OL]. Oilsns,2017-07-03.

The Status of Onshore Drilling Ramp-up in USA

ZUORu-qiang

(Ministry of Land and Resources of the People’s Republic of China, Beijing 100812, China)

The world’s oil and gas market had entered into a downturn period since the free fall of international oil price in June 2014. Then, US onshore drilling industry began to ramp up since a great abundant shale oil was discovered in Permian Basin in Q2 2016. Contractors and operators of all sizes with rig fleet are flocking to Permian Basin and other plays. The upturn of the oil market has been promoting upgrade of drilling rig. Factory drilling mode, High-spec AC and SCR top drive rigs with powerful mud pumps and walking or skid systems, as well as bi-fuel capabilities have been the most in demand, the majority of older mechanical rigs should be retired. On the other hand, a lot of excellent technicians and skilled workers were cut and lost during the downturn period, so that may companies adopt effective measures to keep experienced employee and train the new drilling crew.

US shale gas revolution; onshore oil and gas drilling; active rig count; AC top drive rig with variable frequency; SCR top drive rig; walk moving system driven by hydraulic effect; factory drilling

2017-07-04

左汝強(qiáng)，男，漢族，1941年生，國(guó)土資源部咨詢(xún)研究中心原咨詢(xún)委員，教授級(jí)高級(jí)工程師，探礦工程專(zhuān)業(yè)，北京市海淀區(qū)北三環(huán)中路77號(hào)24樓1003室(100088),zrq1941@sina.com。

P634；TE242

A

1672-7428(2017)07-0001-08