谁说美国页岩时代结束了 2.0时代才刚起步

时间:2015-10-28
来源:无所不能 曹寅
分类:热点
我们正在见证历史,页岩革命1.0时代随着油价自由落体式暴跌已经结束,现在正处于页岩革命2.0时代的黎明。在页岩革命1.0时代,关键词是效率,在2.0时代,关键词将是有效性。

我们正在见证历史,页岩革命1.0时代随着油价自由落体式暴跌已经结束,现在正处于页岩革命2.0时代的黎明。在页岩革命1.0时代,关键词是效率,在2.0时代,关键词将是有效性,在2.0时代,页岩油气即使在目前油价背景下,仍然具备很强经济性,将页岩革命推向2.0时代的仍然是技术,尤其是以大数据为代表的先进ICT技术。页岩革命2.0将是油气行业的智慧能源革命。

本文根据曹寅在第六届亚洲非常规天然气峰会的现场演讲整理而成。

随着年初以来的油价自由落体式暴跌,国内很多媒体和机构都预言美国页岩时代的终结,甚至就连很多美国媒体都看空美国页岩项目的未来。

的确,在过去的高油价时代,美国的页岩项目存在巨大泡沫,大量外国资本蜂拥美国,投资了很多天价页岩区块,同时美国本土油气生产的快速增长也反过来颠覆了全球油气供需平衡,自2008年以来,全球原油新增产量75%来自北美页岩和致密油气项目。但在油价自由落体运动式暴跌后,页岩革命看起来似乎成为了一个笑话。但是,有必要向指出的是,页岩革命并非始于高油价时代,页岩项目获得业界重视其实始于90年代,那时的油价和目前价格处于同一水平。

我们可以把北美页岩项目正式开始大规模开发的2005年至此轮油价暴跌前,也就是2014年下半年以前,称为“页岩革命1.0”,在页岩革命1.0时代,以Mitchell发明的水平井分段压裂为代表的作业技术和自2005年之后暴涨的油价孕育并且助产了页岩项目的辉煌。

而从2014年下半年开始的时代,可以称为“页岩革命2.0”,在2.0时代,由于全球油气供需平衡被打破,油价很可能会长期徘徊在相对低位,技术将成为页岩项目的唯一发展动力,新设备,新工具,新作业方法,新物探技术等新技术将在页岩2.0时代大放异彩,不仅将页岩项目从盈亏平衡线上拉回来,并且终将再次实现页岩油气新的辉煌。

页岩革命1.0时代关键词:机械助力效率

自从2005年以来的页岩革命1.0时代,北美的油气公司在各大页岩产区打了十几万口井,压裂了几百万次。在像Barnett这样的成熟产区,单井产量在2005年以来的页岩1.0时代内增长了数倍,但是仍然有约40%的压裂完全没有任何油气产出,同时有30%左右的压裂产出较少,25%的高效压裂贡献了80%左右的产出。

为了获得经济性,油公司和油服作业公司的工作重心在于效率,通过加大工作量,钻更多新井,钻更长的水平井,更多次压裂,生产更多的油气。很多先进的技术得到快速发展并进入现场应用,其中的典型就是“井工厂”技术,页岩项目开发井型在页岩1.0时代经历了垂直井,水平井,最终完成了丛式“井工厂”模式的蜕变。

“井工厂”模式的核心在于集中在单个井场实现多个井组的钻探及后续作业。钻井过程中,利用可移动式钻机进行钻井,完井后短距离移动依次进行第二次、第三次、第四次、甚至第五次和第六次钻完井,实现在面积有限的井台内批量化钻完井。由于井口位置比较集中,无需像常规钻井一样,每钻完一口井之后需要转场,不用重新布置井场。在井工厂模式下,除了钻机外,施工设备等无需移动,并且还可以在井场内部实现同步大规模储层压裂,与此同时钻井液、压裂液实现循环回收利用,最后统一进行生产规划管理,大大降低单次作业成本。

“井工厂”模式就像其名字一样,将制造业的批量化、流程化、标准化、自动化等优点应用到了油气行业,实现资源合理配置,大大降低页岩项目的开发成本和开发周期。目前井工厂模式已经成为北美页岩项目的作业主流,主要用于井工厂模式的可移动钻机数量占目前活跃的陆上钻机数量的50%以上。

典型井工厂作业示意图

除了井工厂模式以外,为了追求更高效率,北美的油服公司在作业各阶段都在进行探索,众所周知,页岩项目开发的关键在于储层改造,其中的核心就是压裂,而压裂的核心在于压裂泵的马力和压裂支撑剂,过去五年间,北美的压裂车组的马力增长了数十倍,而压裂支撑剂,也就是我们常说的压裂沙,平均单井用量增长了200%,并且制造压裂沙的材料也发生了巨大变化,从最初的天然石英砂,到现在最先进的人造多层结构树脂砂,在这样的背景下,虽然压裂支撑剂占页岩项目成本上升了2%, 但单井产量仅在2015上半年就相对于2014年增长了40%,成果非常显著。

页岩项目压裂砂用量变化

到页岩革命1.0时代结束之前,也即油价暴跌之前,北美的页岩项目作业在效率上已经臻于化境,让我们来看几个震撼的数字:

2014年底相对于2010年底,每台钻机每年钻井数量平均增长了130%,水平井平均钻进长度平均增长了125%,钻井速度平均增长了60%,而相对的每井钻井成本,在这四年内仅仅增长了10%不到。

这就意味着,2014年的页岩油气井口成本相对于2010年下降了一大半,2010年时的页岩项目井口成本约90美元,现在平均成本仅仅在40-60美元之间,少部分项目的成本甚至可以达到20美元以下。

从经济性上来说,北美页岩项目已经能够赶上油价暴跌的节奏了,这也是为什么在低油价的背景下,部分北美页岩主产区产量直到今天仍然不减反增的原因,Permian产区是其中的代表,最近,Permian产区的区块交易非常活跃,原因就是有很多油公司看好页岩项目未来的经济性,逢低抄底。

Permian产区油气产量情况(至2015年10月)

页岩革命2.0时代:数据驱动的有效性

在页岩革命1.0时代,效率是主要目标,即是用相同的成本,在相同的时间内钻更多的井,更长更深的井,进行更多次的压裂,进而产出更多的油气。在躺着都能赚钱的高油价时代,将油气资源尽快从地底释放变现的策略堪称无比正确。但是,当油价在数月之内被腰斩之后,页岩项目的开发战略必须进行大幅调整。仅仅依靠效率,页岩项目无法在目前低油价时代同低成本的常规油气资源竞争,在这样的背景下,“有效性”替代效率成为页岩项目继续革命的关键。

所谓有效性,是相对于目前在页岩项目中普遍存在的无效和低效作业方式而言的。如前所言,目前北美页岩项目的70%左右的压裂仅仅贡献了20%左右的油气产出,除了压裂以外,还有相当数量的井完全打下去没有任何产出。可想而知,有多少资源和时间浪费在了无效的作业上,不过反过来看,如果能够大幅提升开发有效性,将使页岩项目的成本在目前基础上再下一个大台阶。

如此低的开发有效性并非是开发企业有意造成,而是来源于页岩项目根深蒂固的复杂性。由于油气资源广泛存在于页岩中,同时,页岩也广泛存在于不同地质环境,地质环境和储层构造的多样性,因此,页岩资源同常规油气资源不同,页岩项目的开发策略都应该根据每一片页岩产区,每一个生产区块,甚至每一口井,每一次压裂的特点而区别设计。

在页岩革命1.0时代,虽然也有公司按照个性化和精细化的原则开发页岩项目,但是大部分页岩项目仍然沿用传统油气的粗放式开发方式,作业团队对于几百米甚至几千米以下的储层情况甚少了解,有限的物探数据根本无法指导作业者进行精细化的资源判定和开发方案设计。

打个比方,传统油气开发就像给人类做手术,每个人的生理结构都完全一样,因此只要根据症状就可以判定病人生了什么病,并按照过去的经验设计手术方案,手术的时候也不用担心,所有人的的内脏都长在同样位置。但是,页岩油气开发就像给不同的外星人做手术,首先,无法根据症状判别外星人的病因,其次每个外星人的生理结构都不一样,必须积累大量数据才能对每个外星人的生理结构有深入理解。

为了实现页岩革命2.0,页岩项目开发企业的开发策略正在发生重大转变,精细化开发替代粗放式开发,个性化开发替代一般化开发,而实现这两大替代的基础还是在于技术的进步,尤其是油气企业对于先进ICT技术的深入利用,这其中的典型就是大数据技术。其实,在能源电力行业中,最早应用大数据技术的就是油气行业。

油气行业对于新技术一直很敏感,很早之前,国际油服公司就应用大数据技术处理地震数据,以推测计算储层结构和油气储量。在页岩革命2.0时代,数据在页岩项目开发的全流程中都将起到核心的作用,一,物探,二,开发方案设计,三,钻井,四,完井。

简单来说,第一,在物探过程中,通过各种地球物理和地球化学方式(比如人工地震)采集大量地质数据,然后通过大数据技术构建地质模型,这在传统油气领域早已应用,但是目前页岩开发项目中,正在使用最先进的物探技术,例如比三维地震更先进的四维地震(三维延时地震),获得的数据量远远超过以往的传统物探方式,因此唯有大数据解决方案才能应对,作业方通过大数据技术可以清晰地了解地下几百米甚至上万米的地质情况和页岩资源的特征,成为精细化开发和个性化开发的基础。

第二,在开发方案设计过程中,只有通过先进大数据技术才能在海量地质数据中优选出作业目标,一些页岩开发企业正通过数据挖掘技术,自动的对不同储层进行聚类分析,优选出可压性较好,裂隙发育成熟,岩层脆性较大,水平压力差较大的储层,大大降低了后期钻井和完井过程中的无效作业工作量。

第三,在页岩项目钻井过程中,数据的采集和分析更是贯穿始终,钻井成本一直是油气生产成本的重要组成部分,智慧的自动化方案可以有效提升钻井的效率,从而大量降低成本。

挪威公司Sekal是一家由挪威国家石油公司投资的新兴数据服务公司,是页岩项目钻井大数据服务的典型企业,这家公司在北美提供基于数据模型的实时钻井监测和控制方案,利用的就是钻井过程中,尤其是在页岩项目最重要的水平井和定向井中所产生的巨量数据,根据目前的数据,每口页岩油气井可以产生1-15TB的数据量。Sekal提供一系列能够帮助降低钻采过程中风险和支出的产品,通过使用先进的物理模型来全面精确模拟钻采过程中井体的实时状况,并且将模拟结果可视化,使用基于大数据的实时模型之后,模拟结果的精确性和可靠性比以前单纯靠专家解读有限数据的方法有了大幅提升。

Sekal的产品能够做到实时的页岩项目钻井模拟,包括复杂的超长水平井和定向井,并且可以对钻采中发生的问题立即做出风险提示,甚至可以提前几个小时预测可能发生的问题。在页岩革命1.0时代,由于井下环境特别复杂,是典型的高温、高湿、高压、高腐蚀环境,因此,钻直井时候还好,但是钻水平井和定向井的过程中问题频出,更不用说目前常见的超长水平井了,不仅可能导致安全事故,破坏自然环境,而且也使页岩项目开采成本居高不下,难以控制。页岩项目开发公司使用了Sekal的产品之后,就可以大幅提升钻采的安全性和效率,堪称革命性的变化。

第四,对于页岩油气来说,完井的核心步骤就是储层改造,而储层改造的最重要手段就是压裂,由于页岩极致密的孔隙结构,以及极低的渗透率,必须通过压裂来释放被囚禁在页岩中的油气资源,可以说压裂有效性决定了页岩项目的生死。

但是,在页岩革命1.0时代,压裂的有效性很低,大部分水平井压裂没有到考虑地层的非均质性,按照等距离分段方式进行压裂,导致大部分的压裂不贡献油气产能,同时又造成真正油气富集的甜点区没有得到充分压裂,资源配置严重不合理。而且,由于没考虑到不同地层的特性,无法很好利用不同地层的地质和力学特性,分段压裂无法形成合力,裂隙形状单一,释放的油气资源就少,此外,不合理压裂还极容易造成井下作业事故,严重影响生产效率。

在页岩革命2.0时代,压裂将是数据指导的精准压裂,通过开发设计阶段的精准储层建模,充分考虑到地层的非均质性,进行可压性精确评价,在资源富集的甜点区域内寻找压裂甜点,然后在钻井过程中进行模型修正,只在需要压裂的地方压裂,只在有高效产出的地方压裂,实现作业资源的有效配置,用同样的投入,大大增加页岩油气的产量。

目前已经有很多领先的油服公司在页岩项目开发中深入利用大数据技术,并且获得较好效果,哈里伯顿通过利用大数据技术,部分页岩项目的成本降低了40%以上,贝克休斯利用大数据技术,使部分老页岩气井的产量翻了一番,斯伦贝斯也通过大数据技术在部分页岩项目上减少了50%成本,康菲公司通过运用一系列以大数据为代表的先进ICT技术,在存量页岩气井上实现了30%的产量增长,贝克休斯表示,他们在2015年第一季度收到的对于大数据服务需求咨询超过了过去两年的总合。

如果每一次压裂都能够最大化产出,那每一口页岩油气井的产量甚至最高可以在目前基础上增长300%,大数据的的确确在低油价时代为页岩项目带来了新的生命。

目前美国页岩油气项目的井口成本在20-60美元每桶,此外还有运输成本,如果从最远的北达科他Bakken产区通过铁路将页岩油运到墨西哥湾的炼厂,将再需要15美元每桶的运输成本(所以巴菲特要花巨资购买北柏林顿铁路公司),在页岩革命2.0时代,页岩油气的井口成本将再下降一半,就算加上15美元的运输成本,北达科他运到到墨西哥湾的页岩油售价也不过是25-45美元每桶。在得州的页岩项目,由于运输成本较低,比起中东进口原油,北美页岩项目将具备非常强的竞争力。

此外,真正让沙特等OPEC国家颤抖的是,推动页岩油气前进的是技术,而不是资源,技术的优势是永远不会消失的,沙特发动的油价战争,最终将砸到自己脚上,我们将在不久的将来见证北美页岩油气的复兴,沙特那些王爷不懂的是,技术永远是第一生产力。

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