美國(guó)頁巖2.0時(shí)代才剛起步

　　我們正在見證歷史，頁巖革命1.0時(shí)代隨著油價(jià)自由落體式暴跌已經(jīng)結(jié)束，現(xiàn)在正處于頁巖革命2.0時(shí)代的黎明。在頁巖革命1.0時(shí)代，關(guān)鍵詞是效率，在2.0時(shí)代，關(guān)鍵詞將是有效性，在2.0時(shí)代，頁巖油氣即使在目前油價(jià)背景下，仍然具備很強(qiáng)經(jīng)濟(jì)性，將頁巖革命推向2.0時(shí)代的仍然是技術(shù)，尤其是以大數(shù)據(jù)為代表的先進(jìn)ICT技術(shù)。頁巖革命2.0將是油氣行業(yè)的智慧能源革命。

　　本文根據(jù)無所不能人氣擔(dān)當(dāng)曹寅在第六屆亞洲非常規(guī)天然氣峰會(huì)的現(xiàn)場(chǎng)演講整理而成。

　　隨著年初以來的油價(jià)自由落體式暴跌,國(guó)內(nèi)很多媒體和機(jī)構(gòu)都預(yù)言美國(guó)頁巖時(shí)代的終結(jié)，甚至就連很多美國(guó)媒體都看空美國(guó)頁巖項(xiàng)目的未來。

　　的確，在過去的高油價(jià)時(shí)代，美國(guó)的頁巖項(xiàng)目存在巨大泡沫，大量外國(guó)資本蜂擁美國(guó)，投資了很多天價(jià)頁巖區(qū)塊，同時(shí)美國(guó)本土油氣生產(chǎn)的快速增長(zhǎng)也反過來顛覆了全球油氣供需平衡，自2008年以來，全球原油新增產(chǎn)量75%來自北美頁巖和致密油氣項(xiàng)目。但在油價(jià)自由落體運(yùn)動(dòng)式暴跌后，頁巖革命看起來似乎成為了一個(gè)笑話。但是，有必要向指出的是，頁巖革命并非始于高油價(jià)時(shí)代，頁巖項(xiàng)目獲得業(yè)界重視其實(shí)始于90年代，那時(shí)的油價(jià)和目前價(jià)格處于同一水平。

　　我們可以把北美頁巖項(xiàng)目正式開始大規(guī)模開發(fā)的2005年至此輪油價(jià)暴跌前，也就是2014年下半年以前，稱為“頁巖革命1.0”，在頁巖革命1.0時(shí)代，以Mitchell發(fā)明的水平井分段壓裂為代表的作業(yè)技術(shù)和自2005年之后暴漲的油價(jià)孕育并且助產(chǎn)了頁巖項(xiàng)目的輝煌。

　　而從2014年下半年開始的時(shí)代，可以稱為“頁巖革命2.0”，在2.0時(shí)代，由于全球油氣供需平衡被打破，油價(jià)很可能會(huì)長(zhǎng)期徘徊在相對(duì)低位，技術(shù)將成為頁巖項(xiàng)目的唯一發(fā)展動(dòng)力，新設(shè)備，新工具，新作業(yè)方法，新物探技術(shù)等新技術(shù)將在頁巖2.0時(shí)代大放異彩，不僅將頁巖項(xiàng)目從盈虧平衡線上拉回來，并且終將再次實(shí)現(xiàn)頁巖油氣新的輝煌。

　　頁巖革命1.0時(shí)代關(guān)鍵詞：機(jī)械助力效率

　　自從2005年以來的頁巖革命1.0時(shí)代，北美的油氣公司在各大頁巖產(chǎn)區(qū)打了十幾萬口井，壓裂了幾百萬次。在像Barnett這樣的成熟產(chǎn)區(qū)，單井產(chǎn)量在2005年以來的頁巖1.0時(shí)代內(nèi)增長(zhǎng)了數(shù)倍，但是仍然有約40%的壓裂完全沒有任何油氣產(chǎn)出，同時(shí)有30%左右的壓裂產(chǎn)出較少，25%的高效壓裂貢獻(xiàn)了80%左右的產(chǎn)出。

　　為了獲得經(jīng)濟(jì)性，油公司和油服作業(yè)公司的工作重心在于效率，通過加大工作量，鉆更多新井，鉆更長(zhǎng)的水平井，更多次壓裂，生產(chǎn)更多的油氣。很多先進(jìn)的技術(shù)得到快速發(fā)展并進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，其中的典型就是“井工廠”技術(shù)，頁巖項(xiàng)目開發(fā)井型在頁巖1.0時(shí)代經(jīng)歷了垂直井，水平井，最終完成了叢式“井工廠”模式的蛻變。

　　“井工廠”模式的核心在于集中在單個(gè)井場(chǎng)實(shí)現(xiàn)多個(gè)井組的鉆探及后續(xù)作業(yè)。鉆井過程中，利用可移動(dòng)式鉆機(jī)進(jìn)行鉆井，完井后短距離移動(dòng)依次進(jìn)行第二次、第三次、第四次、甚至第五次和第六次鉆完井，實(shí)現(xiàn)在面積有限的井臺(tái)內(nèi)批量化鉆完井。由于井口位置比較集中，無需像常規(guī)鉆井一樣，每鉆完一口井之后需要轉(zhuǎn)場(chǎng)，不用重新布置井場(chǎng)。在井工廠模式下，除了鉆機(jī)外，施工設(shè)備等無需移動(dòng)，并且還可以在井場(chǎng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)同步大規(guī)模儲(chǔ)層壓裂，與此同時(shí)鉆井液、壓裂液實(shí)現(xiàn)循環(huán)回收利用，最后統(tǒng)一進(jìn)行生產(chǎn)規(guī)劃管理，大大降低單次作業(yè)成本。

　　“井工廠”模式就像其名字一樣，將制造業(yè)的批量化、流程化、標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用到了油氣行業(yè)，實(shí)現(xiàn)資源合理配置，大大降低頁巖項(xiàng)目的開發(fā)成本和開發(fā)周期。目前井工廠模式已經(jīng)成為北美頁巖項(xiàng)目的作業(yè)主流，主要用于井工廠模式的可移動(dòng)鉆機(jī)數(shù)量占目前活躍的陸上鉆機(jī)數(shù)量的50%以上。

典型井工廠作業(yè)示意圖

　　除了井工廠模式以外，為了追求更高效率，北美的油服公司在作業(yè)各階段都在進(jìn)行探索，眾所周知，頁巖項(xiàng)目開發(fā)的關(guān)鍵在于儲(chǔ)層改造，其中的核心就是壓裂，而壓裂的核心在于壓裂泵的馬力和壓裂支撐劑，過去五年間，北美的壓裂車組的馬力增長(zhǎng)了數(shù)十倍，而壓裂支撐劑，也就是我們常說的壓裂沙，平均單井用量增長(zhǎng)了200%，并且制造壓裂沙的材料也發(fā)生了巨大變化，從最初的天然石英砂，到現(xiàn)在最先進(jìn)的人造多層結(jié)構(gòu)樹脂砂，在這樣的背景下，雖然壓裂支撐劑占頁巖項(xiàng)目成本上升了2%， 但單井產(chǎn)量?jī)H在2015上半年就相對(duì)于2014年增長(zhǎng)了40%，成果非常顯著。

頁巖項(xiàng)目壓裂砂用量變化

　　到頁巖革命1.0時(shí)代結(jié)束之前，也即油價(jià)暴跌之前，北美的頁巖項(xiàng)目作業(yè)在效率上已經(jīng)臻于化境，讓我們來看幾個(gè)震撼的數(shù)字：

　　2014年底相對(duì)于2010年底，每臺(tái)鉆機(jī)每年鉆井?dāng)?shù)量平均增長(zhǎng)了130%，水平井平均鉆進(jìn)長(zhǎng)度平均增長(zhǎng)了125%，鉆井速度平均增長(zhǎng)了60%，而相對(duì)的每井鉆井成本，在這四年內(nèi)僅僅增長(zhǎng)了10%不到。

　　這就意味著，2014年的頁巖油氣井口成本相對(duì)于2010年下降了一大半，2010年時(shí)的頁巖項(xiàng)目井口成本約90美元，現(xiàn)在平均成本僅僅在40-60美元之間，少部分項(xiàng)目的成本甚至可以達(dá)到20美元以下。

　　從經(jīng)濟(jì)性上來說，北美頁巖項(xiàng)目已經(jīng)能夠趕上油價(jià)暴跌的節(jié)奏了，這也是為什么在低油價(jià)的背景下，部分北美頁巖主產(chǎn)區(qū)產(chǎn)量直到今天仍然不減反增的原因，Permian產(chǎn)區(qū)是其中的代表，最近，Permian產(chǎn)區(qū)的區(qū)塊交易非常活躍，原因就是有很多油公司看好頁巖項(xiàng)目未來的經(jīng)濟(jì)性，逢低抄底。

Permian產(chǎn)區(qū)油氣產(chǎn)量情況（至2015年10月）

　　頁巖革命2.0時(shí)代：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的有效性

　　在頁巖革命1.0時(shí)代,效率是主要目標(biāo),即是用相同的成本,在相同的時(shí)間內(nèi)鉆更多的井,更長(zhǎng)更深的井,進(jìn)行更多次的壓裂,進(jìn)而產(chǎn)出更多的油氣。在躺著都能賺錢的高油價(jià)時(shí)代，將油氣資源盡快從地底釋放變現(xiàn)的策略堪稱無比正確。但是，當(dāng)油價(jià)在數(shù)月之內(nèi)被腰斬之后，頁巖項(xiàng)目的開發(fā)戰(zhàn)略必須進(jìn)行大幅調(diào)整。僅僅依靠效率，頁巖項(xiàng)目無法在目前低油價(jià)時(shí)代同低成本的常規(guī)油氣資源競(jìng)爭(zhēng)，在這樣的背景下，“有效性”替代效率成為頁巖項(xiàng)目繼續(xù)革命的關(guān)鍵。

　　所謂有效性，是相對(duì)于目前在頁巖項(xiàng)目中普遍存在的無效和低效作業(yè)方式而言的。如前所言，目前北美頁巖項(xiàng)目的70%左右的壓裂僅僅貢獻(xiàn)了20%左右的油氣產(chǎn)出，除了壓裂以外，還有相當(dāng)數(shù)量的井完全打下去沒有任何產(chǎn)出?？上攵?，有多少資源和時(shí)間浪費(fèi)在了無效的作業(yè)上，不過反過來看，如果能夠大幅提升開發(fā)有效性，將使頁巖項(xiàng)目的成本在目前基礎(chǔ)上再下一個(gè)大臺(tái)階。

　　如此低的開發(fā)有效性并非是開發(fā)企業(yè)有意造成，而是來源于頁巖項(xiàng)目根深蒂固的復(fù)雜性。由于油氣資源廣泛存在于頁巖中，同時(shí)，頁巖也廣泛存在于不同地質(zhì)環(huán)境，地質(zhì)環(huán)境和儲(chǔ)層構(gòu)造的多樣性，因此，頁巖資源同常規(guī)油氣資源不同，頁巖項(xiàng)目的開發(fā)策略都應(yīng)該根據(jù)每一片頁巖產(chǎn)區(qū)，每一個(gè)生產(chǎn)區(qū)塊，甚至每一口井，每一次壓裂的特點(diǎn)而區(qū)別設(shè)計(jì)。

　　在頁巖革命1.0時(shí)代，雖然也有公司按照個(gè)性化和精細(xì)化的原則開發(fā)頁巖項(xiàng)目，但是大部分頁巖項(xiàng)目仍然沿用傳統(tǒng)油氣的粗放式開發(fā)方式，作業(yè)團(tuán)隊(duì)對(duì)于幾百米甚至幾千米以下的儲(chǔ)層情況甚少了解，有限的物探數(shù)據(jù)根本無法指導(dǎo)作業(yè)者進(jìn)行精細(xì)化的資源判定和開發(fā)方案設(shè)計(jì)。

　　打個(gè)比方，傳統(tǒng)油氣開發(fā)就像給人類做手術(shù)，每個(gè)人的生理結(jié)構(gòu)都完全一樣，因此只要根據(jù)癥狀就可以判定病人生了什么病，并按照過去的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)手術(shù)方案，手術(shù)的時(shí)候也不用擔(dān)心，所有人的的內(nèi)臟都長(zhǎng)在同樣位置。但是，頁巖油氣開發(fā)就像給不同的外星人做手術(shù)，首先，無法根據(jù)癥狀判別外星人的病因，其次每個(gè)外星人的生理結(jié)構(gòu)都不一樣，必須積累大量數(shù)據(jù)才能對(duì)每個(gè)外星人的生理結(jié)構(gòu)有深入理解。

　　為了實(shí)現(xiàn)頁巖革命2.0，頁巖項(xiàng)目開發(fā)企業(yè)的開發(fā)策略正在發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，精細(xì)化開發(fā)替代粗放式開發(fā)，個(gè)性化開發(fā)替代一般化開發(fā)，而實(shí)現(xiàn)這兩大替代的基礎(chǔ)還是在于技術(shù)的進(jìn)步，尤其是油氣企業(yè)對(duì)于先進(jìn)ICT技術(shù)的深入利用，這其中的典型就是大數(shù)據(jù)技術(shù)。其實(shí)，在能源電力行業(yè)中，最早應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)的就是油氣行業(yè)。

　　油氣行業(yè)對(duì)于新技術(shù)一直很敏感，很早之前，國(guó)際油服公司就應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)處理地震數(shù)據(jù)，以推測(cè)計(jì)算儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)和油氣儲(chǔ)量。在頁巖革命2.0時(shí)代，數(shù)據(jù)在頁巖項(xiàng)目開發(fā)的全流程中都將起到核心的作用，一，物探，二，開發(fā)方案設(shè)計(jì)，三，鉆井，四，完井。

　　簡(jiǎn)單來說，第一，在物探過程中，通過各種地球物理和地球化學(xué)方式（比如人工地震）采集大量地質(zhì)數(shù)據(jù)，然后通過大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建地質(zhì)模型，這在傳統(tǒng)油氣領(lǐng)域早已應(yīng)用，但是目前頁巖開發(fā)項(xiàng)目中，正在使用最先進(jìn)的物探技術(shù)，例如比三維地震更先進(jìn)的四維地震（三維延時(shí)地震），獲得的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以往的傳統(tǒng)物探方式，因此唯有大數(shù)據(jù)解決方案才能應(yīng)對(duì)，作業(yè)方通過大數(shù)據(jù)技術(shù)可以清晰地了解地下幾百米甚至上萬米的地質(zhì)情況和頁巖資源的特征，成為精細(xì)化開發(fā)和個(gè)性化開發(fā)的基礎(chǔ)。

　　第二，在開發(fā)方案設(shè)計(jì)過程中，只有通過先進(jìn)大數(shù)據(jù)技術(shù)才能在海量地質(zhì)數(shù)據(jù)中優(yōu)選出作業(yè)目標(biāo)，一些頁巖開發(fā)企業(yè)正通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，自動(dòng)的對(duì)不同儲(chǔ)層進(jìn)行聚類分析，優(yōu)選出可壓性較好，裂隙發(fā)育成熟，巖層脆性較大，水平壓力差較大的儲(chǔ)層，大大降低了后期鉆井和完井過程中的無效作業(yè)工作量。

　　第三，在頁巖項(xiàng)目鉆井過程中，數(shù)據(jù)的采集和分析更是貫穿始終，鉆井成本一直是油氣生產(chǎn)成本的重要組成部分，智慧的自動(dòng)化方案可以有效提升鉆井的效率，從而大量降低成本。

　　挪威公司Sekal是一家由挪威國(guó)家石油公司投資的新興數(shù)據(jù)服務(wù)公司，是頁巖項(xiàng)目鉆井大數(shù)據(jù)服務(wù)的典型企業(yè)，這家公司在北美提供基于數(shù)據(jù)模型的實(shí)時(shí)鉆井監(jiān)測(cè)和控制方案，利用的就是鉆井過程中，尤其是在頁巖項(xiàng)目最重要的水平井和定向井中所產(chǎn)生的巨量數(shù)據(jù)，根據(jù)目前的數(shù)據(jù)，每口頁巖油氣井可以產(chǎn)生1-15TB的數(shù)據(jù)量。Sekal提供一系列能夠幫助降低鉆采過程中風(fēng)險(xiǎn)和支出的產(chǎn)品，通過使用先進(jìn)的物理模型來全面精確模擬鉆采過程中井體的實(shí)時(shí)狀況，并且將模擬結(jié)果可視化，使用基于大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)模型之后，模擬結(jié)果的精確性和可靠性比以前單純靠專家解讀有限數(shù)據(jù)的方法有了大幅提升。

　　Sekal的產(chǎn)品能夠做到實(shí)時(shí)的頁巖項(xiàng)目鉆井模擬，包括復(fù)雜的超長(zhǎng)水平井和定向井，并且可以對(duì)鉆采中發(fā)生的問題立即做出風(fēng)險(xiǎn)提示，甚至可以提前幾個(gè)小時(shí)預(yù)測(cè)可能發(fā)生的問題。在頁巖革命1.0時(shí)代，由于井下環(huán)境特別復(fù)雜，是典型的高溫、高濕、高壓、高腐蝕環(huán)境，因此，鉆直井時(shí)候還好，但是鉆水平井和定向井的過程中問題頻出，更不用說目前常見的超長(zhǎng)水平井了，不僅可能導(dǎo)致安全事故，破壞自然環(huán)境，而且也使頁巖項(xiàng)目開采成本居高不下，難以控制。頁巖項(xiàng)目開發(fā)公司使用了Sekal的產(chǎn)品之后，就可以大幅提升鉆采的安全性和效率，堪稱革命性的變化。

　　第四，對(duì)于頁巖油氣來說，完井的核心步驟就是儲(chǔ)層改造，而儲(chǔ)層改造的最重要手段就是壓裂，由于頁巖極致密的孔隙結(jié)構(gòu)，以及極低的滲透率，必須通過壓裂來釋放被囚禁在頁巖中的油氣資源，可以說壓裂有效性決定了頁巖項(xiàng)目的生死。

　　但是，在頁巖革命1.0時(shí)代，壓裂的有效性很低，大部分水平井壓裂沒有到考慮地層的非均質(zhì)性，按照等距離分段方式進(jìn)行壓裂，導(dǎo)致大部分的壓裂不貢獻(xiàn)油氣產(chǎn)能，同時(shí)又造成真正油氣富集的甜點(diǎn)區(qū)沒有得到充分壓裂，資源配置嚴(yán)重不合理。而且，由于沒考慮到不同地層的特性，無法很好利用不同地層的地質(zhì)和力學(xué)特性，分段壓裂無法形成合力，裂隙形狀單一，釋放的油氣資源就少，此外，不合理壓裂還極容易造成井下作業(yè)事故，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

　　在頁巖革命2.0時(shí)代，壓裂將是數(shù)據(jù)指導(dǎo)的精準(zhǔn)壓裂，通過開發(fā)設(shè)計(jì)階段的精準(zhǔn)儲(chǔ)層建模，充分考慮到地層的非均質(zhì)性，進(jìn)行可壓性精確評(píng)價(jià)，在資源富集的甜點(diǎn)區(qū)域內(nèi)尋找壓裂甜點(diǎn)，然后在鉆井過程中進(jìn)行模型修正，只在需要壓裂的地方壓裂，只在有高效產(chǎn)出的地方壓裂，實(shí)現(xiàn)作業(yè)資源的有效配置，用同樣的投入，大大增加頁巖油氣的產(chǎn)量。

　　目前已經(jīng)有很多領(lǐng)先的油服公司在頁巖項(xiàng)目開發(fā)中深入利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，并且獲得較好效果，哈里伯頓通過利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，部分頁巖項(xiàng)目的成本降低了40%以上，貝克休斯利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，使部分老頁巖氣井的產(chǎn)量翻了一番，斯倫貝斯也通過大數(shù)據(jù)技術(shù)在部分頁巖項(xiàng)目上減少了50%成本，康菲公司通過運(yùn)用一系列以大數(shù)據(jù)為代表的先進(jìn)ICT技術(shù)，在存量頁巖氣井上實(shí)現(xiàn)了30%的產(chǎn)量增長(zhǎng)，貝克休斯表示，他們?cè)?015年第一季度收到的對(duì)于大數(shù)據(jù)服務(wù)需求咨詢超過了過去兩年的總合。

　　如果每一次壓裂都能夠最大化產(chǎn)出，那每一口頁巖油氣井的產(chǎn)量甚至最高可以在目前基礎(chǔ)上增長(zhǎng)300%，大數(shù)據(jù)的的確確在低油價(jià)時(shí)代為頁巖項(xiàng)目帶來了新的生命。

　　目前美國(guó)頁巖油氣項(xiàng)目的井口成本在20-60美元每桶，此外還有運(yùn)輸成本，如果從最遠(yuǎn)的北達(dá)科他Bakken產(chǎn)區(qū)通過鐵路將頁巖油運(yùn)到墨西哥灣的煉廠，將再需要15美元每桶的運(yùn)輸成本（所以巴菲特要花巨資購買北柏林頓鐵路公司），在頁巖革命2.0時(shí)代，頁巖油氣的井口成本將再下降一半，就算加上15美元的運(yùn)輸成本，北達(dá)科他運(yùn)到到墨西哥灣的頁巖油售價(jià)也不過是25-45美元每桶。在得州的頁巖項(xiàng)目，由于運(yùn)輸成本較低，比起中東進(jìn)口原油，北美頁巖項(xiàng)目將具備非常強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　此外，真正讓沙特等OPEC國(guó)家顫抖的是，推動(dòng)頁巖油氣前進(jìn)的是技術(shù)，而不是資源，技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是永遠(yuǎn)不會(huì)消失的，沙特發(fā)動(dòng)的油價(jià)戰(zhàn)爭(zhēng)，最終將砸到自己腳上，我們將在不久的將來見證北美頁巖油氣的復(fù)興，沙特那些王爺不懂的是，技術(shù)永遠(yuǎn)是第一生產(chǎn)力。（【無所不能 文|曹寅】）