王世秋，衛(wèi)永剛，王國(guó)慶，馮玉寶

（1.中國(guó)石化勝利油田分公司海洋采油廠，山東東營(yíng) 257237；2.中國(guó)石化勝利油田分公司經(jīng)濟(jì)開發(fā)研究院，山東東營(yíng) 257000）

近年來(lái)，我國(guó)頁(yè)巖油氣發(fā)展迅速，特別是中國(guó)石化涪陵頁(yè)巖氣田，通過(guò)加強(qiáng)技術(shù)和管理創(chuàng)新，形成了頁(yè)巖氣藏開發(fā)的五大技術(shù)體系。低油價(jià)下，美國(guó)油企實(shí)現(xiàn)了頁(yè)巖油氣革命的成功。深入分析美國(guó)頁(yè)巖氣技術(shù)的發(fā)展歷程，客觀認(rèn)識(shí)我國(guó)與美國(guó)頁(yè)巖氣開發(fā)技術(shù)間的差距及不足，對(duì)國(guó)內(nèi)油氣田企業(yè)研究制定配套發(fā)展策略，促進(jìn)頁(yè)巖油氣開發(fā)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 美國(guó)頁(yè)巖氣技術(shù)代際特征及與涪陵頁(yè)巖氣開發(fā)技術(shù)對(duì)比

美國(guó)是世界上最早進(jìn)行頁(yè)巖氣資源勘探開發(fā)的國(guó)家，通過(guò)多年來(lái)持續(xù)不斷創(chuàng)新研發(fā)，進(jìn)入21世紀(jì)，以鉆井和壓裂技術(shù)為代表的頁(yè)巖氣開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破性進(jìn)展，推動(dòng)了頁(yè)巖氣開發(fā)規(guī)模爆炸式擴(kuò)張。據(jù)美國(guó)能源情報(bào)署統(tǒng)計(jì)，自2001-2018年，美國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量由140億立方米增至5 760億立方米，增長(zhǎng)了40倍以上。2008-2018年，頁(yè)巖氣開采成本從早期的4 ～6 美元/千立方英尺降至 3美元/千立方英尺，致密油盈虧平衡價(jià)格從前期的70～90美元/桶降至30～40美元/桶。隨著頁(yè)巖油氣產(chǎn)量不斷增長(zhǎng)，美國(guó)已由本世紀(jì)初年進(jìn)口量超過(guò)1 000億立方米的天然氣凈進(jìn)口國(guó)，2017年轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粴鈨舫隹趪?guó)，預(yù)計(jì)2022年將成為原油凈出口國(guó)，對(duì)世界油氣秩序和地緣政治格局產(chǎn)生深刻影響。

1.1 美國(guó)頁(yè)巖氣“三代”技術(shù)發(fā)展歷程

本世紀(jì)初以來(lái)，按照產(chǎn)量規(guī)模可將美國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)展分為3個(gè)階段，第一階段2001-2010年，產(chǎn)量規(guī)模由140 億立方米增至1 000 億立方米以上；第二階段2010-2015 年，產(chǎn)量規(guī)模由1 000 億立方米增至3 000 億立方米以上；第三階段2015 年至今，產(chǎn)量規(guī)模由3 000多億立方米增至5 000億 立方米以上。在不同發(fā)展階段，開發(fā)技術(shù)既有繼承發(fā)展的特點(diǎn)，也有創(chuàng)新發(fā)展的特征，其創(chuàng)新發(fā)展標(biāo)志可作為代際劃分的依據(jù)。

1）頁(yè)巖氣開發(fā)“一代”技術(shù)主要包括水平鉆井、大型水力壓裂、重復(fù)壓裂、同步壓裂等技術(shù)系列。2002年以前，美國(guó)頁(yè)巖氣開發(fā)以垂直井為主，采取凝膠或泡沫壓裂技術(shù)，成本較高、效果較差。2003年，戴文能源公司在美國(guó)政府的持續(xù)資助下，將隨鉆測(cè)井設(shè)備技術(shù)應(yīng)用到頁(yè)巖氣水平井開發(fā)，在巴肯的7 口頁(yè)巖氣試驗(yàn)水平井取得了巨大成功，拉開了頁(yè)巖氣水平井開發(fā)的序幕。2005年以后，大型水力壓裂、重復(fù)壓裂等技術(shù)使最終采收率增加8%～10%，可采儲(chǔ)量提高近60%，特別是2006年，同步壓裂技術(shù)開始實(shí)施，增產(chǎn)效果明顯[2]。到2010年，美國(guó)頁(yè)巖氣鉆井水平段達(dá)到1 500 米，鉆井周期30 天左右，多級(jí)壓裂段數(shù)達(dá)到16段，壓裂效率達(dá)到4段/日，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展對(duì)解放儲(chǔ)層、增加產(chǎn)量效果極其顯著[1]。

2）頁(yè)巖氣“二代”技術(shù)主要包括水平井規(guī)模化應(yīng)用、多級(jí)分段壓裂、壓裂完井檢測(cè)技術(shù)和“井工廠”模式等。資料顯示，2014 年美國(guó)獨(dú)立石油公司的鉆井水平段達(dá)2 000米以上，壓裂段數(shù)達(dá)到30段，壓裂效率達(dá)到8段/日，促使頁(yè)巖氣產(chǎn)量呈指數(shù)型增長(zhǎng)。巴肯頁(yè)巖區(qū)帶90%的鉆井采用“井工廠”模式，每個(gè)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)鉆井12 ～16 口。斯倫貝謝和貝克休斯公司推出的高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了16口水平井“造斜段＋水平段”的一趟鉆，平均鉆井周期降低40%以上。在這一時(shí)期，多級(jí)分段壓裂一般壓裂級(jí)數(shù)為20 ～30級(jí)，壓裂間距20～30米，極大地延伸了頁(yè)巖氣的開采范圍[3]。微裂縫綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)，為監(jiān)測(cè)、指導(dǎo)、評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣藏壓裂增產(chǎn)效果提供了利器。

3）頁(yè)巖氣“三代”技術(shù)主要標(biāo)志為“長(zhǎng)水平井＋超級(jí)壓裂”技術(shù)和多功能測(cè)井系統(tǒng)。2014年以來(lái)，以美國(guó)先鋒頁(yè)巖氣公司為代表的油氣企業(yè)在壓裂技術(shù)上取得了新突破，水平井平均壓裂段間距從73 米降至30 米，簇間距從18 米減小至4.6 米，依靠技術(shù)突破實(shí)現(xiàn)了單井產(chǎn)量大幅增長(zhǎng)，折算桶油操作成本降低9 美元、生產(chǎn)成本降至30美元。同期，頁(yè)巖油氣水平井的水平段長(zhǎng)度達(dá)到 3 000～5 000米，新鉆井水平段長(zhǎng)度大于2 400米的井?dāng)?shù)占比超過(guò)40%，美國(guó)巴肯和二疊盆地的數(shù)量甚至超過(guò)70%。超級(jí)壓裂技術(shù)的壓裂強(qiáng)度也在增加，壓裂段數(shù)能達(dá)到80段，日壓裂段數(shù)達(dá)到18段。另外，多功能測(cè)井系統(tǒng)的應(yīng)用推動(dòng)了測(cè)井技術(shù)邁向智能化進(jìn)程，大幅度提高了數(shù)據(jù)采集速度。

1.2 美國(guó)頁(yè)巖氣“三代”技術(shù)與涪陵頁(yè)巖氣技術(shù)對(duì)比

涪陵頁(yè)巖氣田是我國(guó)首個(gè)大型頁(yè)巖氣田。涪陵頁(yè)巖氣公司針對(duì)地面地下環(huán)境復(fù)雜，頁(yè)巖易垮塌等開發(fā)難題，加強(qiáng)技術(shù)和管理創(chuàng)新，形成了頁(yè)巖氣藏綜合評(píng)價(jià)、水平井組優(yōu)快鉆井、長(zhǎng)水平井分段壓裂試氣、試采開發(fā)配套、綠色開發(fā)等五大技術(shù)體系，對(duì)我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)起到了明顯的示范效應(yīng)[5]。

通過(guò)資料分析，選取水平井水平段長(zhǎng)度、鉆井周期、壓裂段數(shù)、壓裂效率、壓裂成本等頁(yè)巖氣開發(fā)的六項(xiàng)指標(biāo)，將美國(guó)頁(yè)巖氣“一代”“二代”“三代”技術(shù)與涪陵頁(yè)巖氣開發(fā)技術(shù)對(duì)比（見表1）。由于國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣田的地面環(huán)境、地質(zhì)條件、開發(fā)技術(shù)需求等差異大，因此頁(yè)巖氣勘探開發(fā)的技術(shù)指標(biāo)不具有完全可比性，僅作為參考。

對(duì)比情況表明，一是少數(shù)技術(shù)“并跑”。在水平井鉆井長(zhǎng)度、鉆井速度等方面，美國(guó)鉆井水平段達(dá)到3 000 米以上，涪陵鉆井水平段已達(dá)到 3 000多米（目前鉆井大多應(yīng)用斯倫貝謝鉆頭旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)技術(shù)），鉆井速度已達(dá)到13米/小時(shí)，基本達(dá)到美國(guó)第三代技術(shù)水平。二是部分技術(shù)“跟跑”。在水力壓裂段數(shù)、壓裂效率等方面，涪陵頁(yè)巖氣單井壓裂段數(shù)達(dá)到29 段，壓裂效率8 段/日，已達(dá)到美國(guó)頁(yè)巖氣開發(fā)的第二代技術(shù)水平。三是個(gè)別技術(shù)落后。在鉆頭旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)技術(shù)、壓裂完井檢測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)等方面，目前僅斯倫貝謝、貝克休斯等大型油氣服務(wù)公司擁有完整的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)技術(shù)，代表了當(dāng)今世界鉆井技術(shù)發(fā)展的最高水平。國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的隨鉆導(dǎo)向系統(tǒng)在成熟區(qū)塊已具有較強(qiáng)的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)[4]。在壓裂完井檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)方面，涪陵頁(yè)巖氣公司已開展了微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)，目前還處于起步研究階段，相當(dāng)于美國(guó)第一代技術(shù)水平。

表1 美國(guó)頁(yè)巖氣三代技術(shù)與我國(guó)涪陵技術(shù)現(xiàn)狀對(duì)比

2 美國(guó)頁(yè)巖氣革命成功的關(guān)鍵因素及啟示

美國(guó)頁(yè)巖氣革命的成功，與美國(guó)得天獨(dú)厚的頁(yè)巖氣資源條件、政府產(chǎn)業(yè)政策的推動(dòng)、地面輸氣設(shè)施的完善配套以及高度發(fā)達(dá)的市場(chǎng)化環(huán)境等客觀條件和外部因素密切相關(guān)，更為重要的是，美國(guó)油氣企業(yè)圍繞技術(shù)突破持續(xù)推動(dòng)原始創(chuàng)新、協(xié)同創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化合作創(chuàng)新，最終實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)的突破和商業(yè)化應(yīng)用，相關(guān)做法值得學(xué)習(xí)借鑒。

1）保持研發(fā)投入強(qiáng)度并高度重視前瞻性項(xiàng)目投入，是催生原始創(chuàng)新的重要保障。保持合理的研發(fā)投入強(qiáng)度（研發(fā)費(fèi)用占營(yíng)業(yè)收入的比重），是國(guó)際石油公司推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新、贏得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的共性做法。資料顯示，即使在油價(jià)暴跌期間，國(guó)際先進(jìn)石油企業(yè)仍保持了研發(fā)投入強(qiáng)度穩(wěn)中有升（2015年，?？松梨?、殼牌、雪佛龍、康菲等石油企業(yè)在嚴(yán)格控制成本費(fèi)用的同時(shí)，研發(fā)投入強(qiáng)度平均為0.5%，同比上升了0.15 個(gè)百分點(diǎn)）。正是依靠穩(wěn)定的研發(fā)費(fèi)用支持，?？松梨谠?0世紀(jì)90年代末實(shí)現(xiàn)了三維地震技術(shù)、水平井技術(shù)的突破和規(guī)模應(yīng)用，使單位勘探成本下降了近50%；2008年后實(shí)現(xiàn)了多級(jí)壓裂、鹽下地層成像等技術(shù)的突破，大幅提高了勘探開發(fā)的效率和效益。在研發(fā)項(xiàng)目的選擇上，將前瞻性技術(shù)擺在重要位置，雪佛龍公司早在1999年就設(shè)立了風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)投資公司，每年投入約2 500 萬(wàn)美元前瞻性技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)創(chuàng)業(yè)，促進(jìn)了新技術(shù)的革新與應(yīng)用；殼牌公司則啟動(dòng)了“游戲變革者計(jì)劃”，面向公司內(nèi)外征集具有“奇思妙想”的創(chuàng)意，并為有價(jià)值的新穎創(chuàng)意項(xiàng)目提供經(jīng)費(fèi)支持和商業(yè)技術(shù)指導(dǎo)，殼牌創(chuàng)意項(xiàng)目產(chǎn)生了公司40%的核心研發(fā)項(xiàng)目和30%的新創(chuàng)企業(yè)。

當(dāng)前，國(guó)家大力實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略，實(shí)行了科研費(fèi)用加計(jì)扣除等一系列鼓勵(lì)政策，為油氣企業(yè)推動(dòng)科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供了有利條件。鑒于以上情況，有必要以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略為引領(lǐng)，進(jìn)一步完善技術(shù)創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化的相關(guān)政策，以提高勘探開發(fā)效率和降本增效為目標(biāo)持續(xù)推進(jìn)科研攻關(guān)，加快技術(shù)創(chuàng)新特別是原始創(chuàng)新的步伐，使之成為油田高質(zhì)量發(fā)展的利器。

2）注重企業(yè)之間、企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)之間的技術(shù)交流，是推動(dòng)協(xié)同創(chuàng)新的重要舉措。美國(guó)頁(yè)巖氣技術(shù)的突破多來(lái)源于中小獨(dú)立石油公司（目前美國(guó)境內(nèi)擁有6 000多家獨(dú)立石油公司），同時(shí)，由美國(guó)政府資助的非盈利性研究機(jī)構(gòu)在水平井鉆井、水平井多段壓裂等方面也做出了重要貢獻(xiàn)，大型石油企業(yè)通過(guò)兼并收購(gòu)中小公司、加強(qiáng)與非盈 利性研究機(jī)構(gòu)合作等方式推動(dòng)了規(guī)?；瘧?yīng)用。在 一定程度上，美國(guó)頁(yè)巖氣革命是技術(shù)協(xié)作的產(chǎn)物。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)油氣企業(yè)不斷加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和勘探開發(fā)力度，在勘探開發(fā)上取得了一系列新的進(jìn)展和突破。特別是2019年以來(lái)，中國(guó)石油大港油田在官東區(qū)域頁(yè)巖油勘探取得突破，已形成億噸級(jí)增儲(chǔ)陣地；中國(guó)海油在渤中區(qū)域天然氣勘探獲得重大成果，在以原油為主的渤海灣盆地發(fā)現(xiàn)了儲(chǔ)量規(guī)模1 000億立方米的大型氣田。針對(duì)以上情況，國(guó)內(nèi)各油田企業(yè)有必要在堅(jiān)持自主創(chuàng)新的同時(shí)，加強(qiáng)與兄弟企業(yè)以及外部研究機(jī)構(gòu)的合作，通過(guò)引進(jìn)吸收、取長(zhǎng)補(bǔ)短，共同推動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)突破，實(shí)現(xiàn)合作發(fā)展。

3）加強(qiáng)油公司與油服公司的戰(zhàn)略聯(lián)盟，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新的重要途徑。在國(guó)際石油市場(chǎng)，油服公司既是油公司的服務(wù)者，也是技術(shù)創(chuàng)新的重要推動(dòng)者，從頁(yè)巖氣開發(fā)領(lǐng)域來(lái)看，目前鉆頭旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)、壓裂完井檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)等頂尖技術(shù)是由斯倫貝謝、貝克休斯等大型油服公司所掌握。圍繞提高勘探開發(fā)的效率和效益，國(guó)際油公司與油服公司通過(guò)建立戰(zhàn)略聯(lián)盟等新型發(fā)展模式，共享收益、共擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)包括頁(yè)巖氣在內(nèi)的油氣資源高效開發(fā)產(chǎn)生了重要推動(dòng)作用。

針對(duì)國(guó)內(nèi)油田資源品位變差、持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)難度增大的實(shí)際，有必要借鑒國(guó)外油公司與油服公司建立戰(zhàn)略聯(lián)盟的做法，深化油田公司和工程公司合作，經(jīng)驗(yàn)分享、交叉研究，形成合作創(chuàng)新、共同發(fā)展的新局面。

3 結(jié)語(yǔ)

石油企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)重要的是技術(shù)實(shí)力與管理能力的競(jìng)爭(zhēng)，先進(jìn)技術(shù)的集成和綜合應(yīng)用可大大提高勘探開發(fā)效益。我國(guó)具有豐富的頁(yè)巖油氣儲(chǔ)量，涪陵頁(yè)巖氣田通過(guò)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)、管理創(chuàng)新，取得了鉆井提速、施工效率提升、工程成本下降的顯著效應(yīng)，對(duì)國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)起到了明顯的示范效應(yīng)。但整體看，我國(guó)頁(yè)巖油氣等難動(dòng)用儲(chǔ)量開發(fā)技術(shù)仍存在較大的差距，借鑒美國(guó)等石油公司在頁(yè)巖氣田開發(fā)管理的主要做法，建議加強(qiáng)油氣田開發(fā)科技規(guī)劃建設(shè)，加強(qiáng)與國(guó)內(nèi)外具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)的石油公司、工程服務(wù)公司的合作，靈活運(yùn)用各種資源，強(qiáng)化科技組織管理，促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化能力，為油田高效勘探效益開發(fā)奠定基礎(chǔ)。