张弭：美国经验，中国创新，推动中国页岩气革命

编者按：2018年11月28日，由国际能源署、中国能源研究会主办，中国能源网承办的2018油气创新发展国际论坛在北京召开。会上，众多专家讨论了当前我国油气发展面临的挑战，探寻未来油气产业发展的路径。除发言嘉宾的上述观点引发与会者强烈共鸣外，新形势下油气产业上下游创新模式探索也成为嘉宾的热议话题。中国航天科工宏华集团总裁张弭在会上发表了《美国经验，中国创新，推动中国页岩气革命》的主旨演讲。以下内容为中能网根据大会发言实录整理而成。

张弭：美国经验，中国创新，推动中国页岩气革命

尊敬的各位领导，各位专家，上午好！

航天科工在去年5月16号控股宏华集团，我们也就戴了个红帽子，但是活照干。希望这种混合所有制能够把两者的优势发挥出来，在非常规领域有所建树。我今天发言的题目是：美国经验，中国创新，推动中国页岩气革命，必须要革命。

第一部分，地质，我是学机械的，我谈地质是从外行的角度，看美国的地质进步是怎么来推动非常规的。

首先，应该是观念的革命，然后不断的方法创新，两个混动。

这是美国的一个预测，北美地区在2035年的时候，非常规要达到1万亿，页岩气大约是7000多亿到8000亿，这是中石油做的，到2050年的时候，中国的页岩气也就1000多亿，大约在2030年的时候，800亿到1000亿。观念的革命，刚才邹院士已经说到了，从不可开采的资源禁区到现在经济可采的，而且是主力的资源，未来是世界级的战略资源，不只是页岩气，美国的页岩油也已经超过了常规油。我们从06年开始向美国提供装备，看着它页岩气的技术一代、二代、三代、四代，特别是2014年油价下跌以后，第三代、第四代基本上不好分得清，从装备、工程、地质理论、检测方式各方面，同步前进。

第一代都清楚，水平井，体积压裂。第二代着眼于工程方面的，摸清规律。在低油价以后正好发力，水平井加长了一倍，甚至再一倍，细切分的压裂技术，高效的装备和工具，地质上，以前是通过微地震，后来是示踪剂等等，通过工程实践来分清每一口井每一层每一段产出效益。这样形成一种滚动的持续的高速发展。在这种创新方法的推动之下，理论得到进步，实践也得到大幅度的提升。

原来打一口井的地方，原来认为这一口井一压横向纵向都是画一个圆，都压开了，后来通过微地震，特别是示踪剂，发现层与层之间难以穿透，而是横向在发展，而且横向发展力度200米也好，100米、300米也好，但是感觉只有在几十米以内的才能有效压裂，这样不断的在同一个层位，当然，美国地质好一些，它的厚度从50米到100米，可以发展到两层、三层，甚至到五层。原来打一口井的地方现在一般要打9口井，有的是12口井，更夸张的是18口井，而且由于每一口井的水平段延长，再加上细切分压裂，每口井的产量又成倍增长。

所以说，它这样解放出来的储量，在非常规领域，地质储量、资源量、探明可采储量等等，这个界限和常规的区分不一样，按照美国的地质储量，如果集中在一个层位，它算采收率的话，直接拿这个和采出来比，采收率大幅度提高。

从这点来看，因为以前老说我们的资源量比美国的高，也有说是储量，也有说是资源量，但是从2018年和美国2016年来看，美国的页岩气地质储量已经是数倍于中国，所以说，特朗普的底气很足。

观念革命，方法创新，带来它的产量持续增长，刚才潘主任说到了投入。从07、08年以后，每年基本上是一万口井，到后面降下来了，但是每一口井是原来的几倍的产量，它在07年到2016年这个高峰的十年时间，每年的页岩气增长是460亿，我们现在一个十年计划都达不到的水平。在地质资源观念变革以后，再加上工程技术的创新支撑，特朗普的底气是，每年1万亿，确保100年。

第二部分，从美国的实践来看，工程是解放资源最关键的环节和手段。

在这十年的时间，美国干了啥，从90天一口井，降到了15天，水平段从1500米提高到了3000米，这一算，就是12倍，十年的时间，工程给非常规开发创造的条件就是效能提高10倍。这是它统计的各个盆地的平均天数，大约在15天左右。这个时候不是钻完，固完井，把整个井的工程交给完井的。

在整个实践过程中，从开钻到固井的各个环节，开钻、测井、录井、固井，测井不是每个都测，录井和钻井一体化，固井基本上钻完，钻头举起来套管就跟着下，根本不通井，而在我们国内光是辅助作业的时间也要10天到15天，从工程的各个环节管理上提高效率。现在中国的水平大约就是美国第二代技术，也就是五到八年前的水平，两个月左右。再拿几个典型的井来分析一下。

美国Delaware地区，很热的，从这可以看到，各个参数，一代、二代、三代、四代，这里可以看到，它的速度每小时是30米到80米，中国最高打过12米，但是平均下来就是6-7米。急速参数钻井，去年去美国考查，发现美国急速参数钻井是怎么回事，泵压是关键，没有泵压就实现不了。如果我们看我们的统计数据还是靠钻压，这就是一个误导，那个时候真实钻压和表上的钻压完全是两回事，而且是要靠螺杆力矩。中国怎么把美国现成技术引进回来，我们今年有4台钻机在钻，我们想做这个，结果一动起来这样不行那样不行。但我们争取实现，要把现有钻井周期降到30天，这个是能够实现的。

再说一个关键，把资源拿出来，刚才邹科学家已经从微观上分析了从页岩气出来的通道。美国也做研究，但是它更在于实践，通过方法，通过实践，它的井间距从400米降到了100米左右，页岩油一般都在100米以下，页岩气一般是在100米到150米，细切分压裂段距减小，缝间距到了8米，我们现在一般是几十米。这是井距的分析，而且是大量的数据。前几天康菲介绍的，都是大量的数据再加上工程实践，如果这个技术在中国，是不是该这么密，那是另外一回事，但是这个方向应该是正确的。最近中石化也在做研究，如果中间打一口井、两口井，就翻1倍到1.5倍，按厚度，40米到50米，理论上最少可以两层开发，甚至三层。如果这样试验出来，就可能变成两个涪陵、三个涪陵，甚至更多，因为细切分压裂以后，采收率还会大幅度提升。

细切分高密度压裂，数倍提升采收率，美国页岩气的采收率都在30以上，这个可能会对中国的可采资源的认识有一个提高，刚才说到地质的时候我已经说到这一点，这个细切分压裂总产出增长12倍，井间距和分层开发，加上细切分压裂，这是10倍，美国的四代技术和第一代技术相比就是十几倍。

要把气拿出来，光压出肯定是不行的，因为积岩孔隙度和渗透率是很低的，关键是加进去多少砂，而且这个砂要在多大范围内加进去，在美国的压裂，我们在美国干了700多段，基本上一天1000方砂要灌进去，水尽量少，砂尽量多，从段塞连续到最后段塞加连续，提高砂比。

为了让井孔附近的改造得到充分，形成复杂的裂缝体系，美国从第一代追求裂缝的长变成追求裂缝的力，砂要填满，通道要充分，这个技术是美国提高采收率，特别是页岩油，因为油的流动性比起气更差，美国页岩油的进步和压裂技术有非常大关系的。除了示踪剂大量运用以外，预置光纤技术也在开始，分成每一段，在整个生命周期出多少气，出多少水，或者是出多少油，油气混采这个就更重要。这些方法为地质学家，为后来的采气工程师创造大数据的基础平台。

细切分压裂以后，砂量爆增，如果还是陶粒，性价比就很差。美国通过试验，把压裂比例变了，砂的破碎压裂尽管比地层压裂要低，但是它即使压溃，也比积岩的流通性好到不是一个数量级，是几个数量级。

所以说，美国大量用石英砂，甚至粉砂，代替陶粒，压裂效果非常好，成本大幅度下降，现在在中国买的陶粒都很少，美国加砂量整个趋势，只是两年的时间，2015年到2016年，基本上呈20度的方向在走，有基础研究，也有实践，最后采出效率，如果效果不好它也降下来，但是总的趋势还是往上走的。

工程技术推动页岩气采收率不断提高，以马塞勒斯盆地来看，动用的钻机数量2017年感觉降低了，但是单井每天的产量翻了26倍，所以现在马塞勒斯盆地成为美国页岩气巨大增量，一个盆地将近两千亿，一个盆地超过整个中国的常规非常规全部自采气。这个得益于工程的把地质资源解放出来，由于这些革命的发生，让成本，特别是在2014年以后，这么大的斜率下来，就是靠这些。所以说，事物总是两方面的，如果油价不暴跌，说不定还在原来的基础上躺着，力度也很高。油价暴跌，反过来刺激美国的工程地质学家们降低成本，实际上现在美国页岩气的成本好的公司做到20美元，差一点的40美元，30美元是常态，现在美国的油价对美国的非常规仍然是高利润的，它还在矿权上要花很多钱，中国的矿权还不花钱，而且气价还高，天然气的成本，中上水平的5毛钱，2元钱的时候，内部收益率还达到10以上，现在是4了，你说它的收益率有多高。

投入产出比大幅度提升，单井投资下降，单井产出大幅度提升。

第三部分，工程要干好，工欲善其事必先利其器，非常荣幸，宏华从06年开始，到09年，我们在美国卖了70多台钻机，美国的页岩气有10%几的井是我们的钻井打的，前两年最困难的时候美国还大量投入改造升级第一代的钻机。所以说，先进的装备是提高工作效率的核心之一，我们针对四川盆地的情况，我们也开发出专门的页岩气自动化钻机，井架是垂直起升的，我们都穿着中石油的衣服在干，门不开，开个后门进去的。本来我们是想达到这个，现在装备有了，我们一上去，原来的电网是按照普通参数，带不起，我们要用3000多千瓦，它现在就2000多千瓦，再用上去隔壁就闹起来了。下一个平台我们自己把电网迁上去，怎么也要实现。在整个钻井装备体系里面，美国的第二次改造里面做了些什么事呢？首先是数字化的，所谓的AC钻机全变频的，带数控的，关键的绞车，一定要AC的，美国的页岩气必须用压差送钻，否则干不了，除非少量直井，反应要敏锐，而且适合数字化。泥浆泵，功率要提升1.5倍，压裂要从35兆瓦提升到50兆瓦。由于油价降低以后，美国的人工成本和保险费用是很大的，高度自动化的，一个班三五个人的钻机是美国的发展趋势，这些我们也都适应。

另外就是环保。

应该说，工程上在超级螺杆应用中间，螺杆进出口压差产生力矩，拖着钻具走，钻头在前面拖着它走，横力矩，横定的切身，这个技术完了以后，同样一个钻头，一样十天，他可能用五天，因为它比我们深得多，要深一倍，甚至两倍，而且是连续的，不是间断的。所以，这是一个很重要的关键，回到国内推不动。

整个钻井，高度自动化的变频驱动钻机，这个在我们页岩气作业里面达成率可能30%有没有都成问题，可能都没有，直驱顶驱，高效的井下工具，智能控制软件，形成激进参数钻井，大平台多井位。我相信中国实现一个月还是有希望。

压裂设备，刚才大伟主任说美国一般是七八百段，我们现在有两套设备在美国，给我们提的要求是每年不得低于两千段，两千段是我们的平均水平，我们拿美国的统计数据来一看，这是动用的马力和车组、总段数一除，每年两千段是常态，国内200段就算不错。最近，我们强烈要求，每年要保证400段工作量，华东局提出，每年超过1000段我们要给它降价。

美国一个是提高设备可靠性，一个是加大备份，至少有1/3的备份，但是我们电动压裂以后，备份需求大幅度降低。拉链式压裂两班倒连续作业，现在到年底前，明年的工作量都定好了，每个平台哪一天进全都排好，没有说一等就是一个月、两个月的。所以说，两班倒这是我们和中石化研究，利用电动压裂泵噪音低的优势，一定要在中国实现，哪怕周围有居民，可以降到65分贝，如果还要求低，再加一层隔音噪，可以降到60分贝。现在是按照65分贝来做。

美国由于电网没有中国发达，特别是页岩气地区，而且它是各个捆是小捆，采用燃气发电机组，太便宜了，所以它用燃气发电机组。这是它的电驱，大约发展到差不多100万马力，我们明年会超过60万马力。

整个压裂设备方面，我可以自豪的说，我们是绝对的世界NO.1，美国是4500马力，我们是6000马力，中国的优势在于川渝地区电网水电非常丰富，而且电价低，中石化靠近重庆那边政策又优惠，基本上就是工业用电价格。大伟说的政府发力，给我们每个平台，像给工业企业一样供电，对降低开发成本可能比补贴还要好，还有就是电网，中国拉电网还是很费事，我们拉一个电网前期工作太久。

智能指挥系统是整个设备发电、配电、压裂泵、混砂所有全部在这个房子里搞定，压裂壳可以做到无人，而且这个数据积累一段时间，对智能压裂非常有帮助。现在这个技术得到中石油和中石化的大力认可，已经在几个区块，这些区块做规划的时候，35KV，每个平台3000万千瓦的高压电网必须先行，这是油公司的事，但是中石化由于加了电网，每口井降低200万投资，加电网只花三千万，多好的事，关键下一步是环保，可以做到零排放。

这是中石化的威远区块，两条线，166口井，这是中石油四川页岩气公司荣县区块，现在已经把高压电线拉到七八个平台上，电动压裂已经开始在压。实现全电驱、低噪音以后，使得两班倒作业成为可能。

刚才专家领导们提到的深层页岩气，我们现在和中石化华东局，因为有很大一部分在4000到4500米，实际工作压力要在120兆帕以上，怎么保证持续的压裂，我们在和它做这个项目。我们现在在国内已经压了760段，美国压了将近800段，我们提供泵数。这个指挥控制中心可以把所有操作全部搞定，五个工作岗位，目标是每天要压从6段到10段。

地面装备技术方面，中国完全可以和美国相比，电动压裂装备上是世界第一的，关键是用什么机制把它发挥出来，真正推动中国的页岩气革命。

第四部分，井下工具，他山之石可以攻玉。美国工程技术的进步主要是井下工具，井里的，包括大泵压，它的超级螺杆需要这么大的压差才引领的，但是国内没有，怎么建立起这个培育机制是很关键的。

地面装备现在是没问题了，怎么创新井下工具系统，高端井下，实现快速灌井和优质完井的关键。螺杆，国内螺杆产量有可能是世界最高的，但是一根就是10万人民币左右，10万到十几万，超过20万的很少，美国一根螺杆是10万美元，开始是20万美元，它的压差可以达到10兆帕，最大是14兆帕，一般控制在8-10个兆帕。钻头就不用说了，这种情况下，几家钻头都能实现一趟钻。再加上双动力旋转导向，配合高效钻头，可以单支钻头稳定在3000米，磨的时间并不多。在这些井下工具方面，如果还是要求中国的价格美国的性能肯定是不行，还有低价中标，成本不是靠纪委审计，是靠科学和科学进步才行的，这么多工作量也没有纪委，也没有出贪腐，我们这么多机构贪腐还一大堆，机制很关键。

高端井下工具中海油研制出来，但推广不了，中石油也实现了，下井一千小时，但没有形成产业，大家不敢用，没有一个容错机制和价格机制。

总结井下中美的差距，西方并没封锁中国，我们买可以买回来，可以先用着，用好以后我们再续。政策，刚才几位领导都说得比较多了，现在因为央企那套体系招标一口井，甚至一口井分成几个标，一个平台分成几口井，折腾下来根本没法作业，而且不能促使服务公司进步。美国这套机制就是让服务公司能赚钱，服务公司能进步，你不进步你就被淘汰，不是你低价留得住，甚至高价的留下，但是技术领先。还有刚才提到的障碍，本来今年钻机进去安排至少打四口井，这样那样的原因，最后两口井都打不完，你说怎么和美国比？美国一部钻机一年10口井还是20口井的问题，环保，我们的环保讲究审批，而不是从技术上追求本质环保，我没有排放了，我对居民没有干扰了，你还审批啥，整个片区一次审批就完了，一个平台要批几个月，你说这个东西咋干。

所以从地质工程装备各方面足以支撑中国的页岩气革命。

美国成为最大的LNG出口国，关键它是整个能源战略、产业战略、全球战略，他希望中东乱，清洁化石能源成为他未来十年、二十年，甚至三十年的主基调，最后在这个能源里面他掌握世界的主导权。我们习主席也发出了命令，这个必须要弄，要不然能源安全和生态文明建设咋搞？

中国资源、技术、环保、装备、投资、市场都没问题，特别市场，我们的气价是美国的3倍到4倍，问题在那，怎么办，大家都清楚。美国的页岩气革命，什么叫革命，它从一个辅助的角色，不可能的角色，到主力的角色。中国页岩气革命怎么能够从辅助的到超过这个，能不能够2030年达到1000亿，2000亿行不行，3000亿行不行，哪一个环节不行。站在国家能源安全和蓝天保卫战的政治高度，我是央企的人，政治站位很重要，这不是经济问题。所以说，中国的页岩气革命是必须的，谢谢。