美國的頁巖氣開發對世界天然氣市場的影響

郭揆常

（上海石油天然氣有限公司，上海 200041）

頁巖氣是指從頁巖層中開采出來的天然氣，主要成分是甲烷，與煤層氣和致密型砂巖氣同屬非常規天然氣。頁巖氣燃燒后的碳排放量低，是一種新的清潔高效新能源。頁巖氣吸附或游離狀態聚集在泥頁巖或者高碳泥頁巖中，與常規儲層氣藏不同，頁巖既是天然氣生成的源巖，也是聚集和保存天然氣的儲層和蓋層。頁巖一般表現為致密物，即使含氣有效孔隙度一般也只有1%～5%，頁巖氣以游離相態（大約50%）存在于裂縫、孔隙及其他儲集空間，以吸附狀態（大約50%）存在于粘土顆粒及孔隙表面。頁巖氣開發利用過程所帶來的負面環境影響是各種化石燃料能源中最小的。

1 頁巖氣資源特點

頁巖氣資源在含油氣盆地中的蘊藏量很豐富，被認為是含油氣盆地中最后進入開發的油氣資源。據1997年不完全估算，全球頁巖氣資源量高達456.24萬億m3，超過全球常規天然氣資源量的436.1萬億m3。近年來，隨著鉆井、完井（尤其是水平井鉆井、連續油管射孔和水力壓裂等）技術的進步，以及在天然氣市場需求增加、價格上升的推動下，發現頁巖氣的地方越來越廣，對頁巖氣資源的認識迅速提高，估計全球最終頁巖氣資源量將超過1000萬億m3。頁巖氣資源潛力巨大，以北美的Newark East氣藏為例，目前證實的頁巖氣資源量約2.6萬億m3，2007年頁巖氣產量為315億m3，累計頁巖氣產量為1 200億m3。

頁巖氣資源的含氣面積廣，頁巖氣藏為連續型氣藏，缺少明顯的圈閉，也沒有明顯的氣水界線，分布范圍與處于生氣窗以內的烴源巖范圍基本一致，為大面積區域含氣。頁巖氣的儲層致密，頁巖氣產自被固結至超低孔隙度和滲透率的粘土和粉砂級顆粒組成的頁巖中，頁巖儲層孔隙度一般為4%～6%，滲透率小于1×10－6μm2。與常規天然氣藏相比，頁巖氣藏的經濟產量在很大程度上要依賴于天然裂縫。頁巖中天然裂縫的發育可以大大改善其經濟性，在天然裂縫發育區頁巖儲層孔隙度可達10%，滲透率可達1×10－3μm2。

頁巖氣的開采比較困難，目前產量還比較低。美國早期頁巖氣中40%的井初期裸眼測試無氣流，55%的井初始無阻流量沒有工業價值。所有井都需要實施儲層壓力改造。早期開發的5個頁巖含氣盆地，改造后單井產量894～28 300m3／d，平均8 063m3／d。近年來，水平井、水力壓裂及分段壓裂技術的成功應用，單井產量大幅提高，水平井平均單井產量約20 000m3／d。最大水平井單井產量47.6萬m3／d。頁巖氣井產量年遞減率小，一般每年減少2%～3%，最大5%，因此巖氣井的壽命一般為30～50年。不過頁巖氣開采的采收率變化較大，美國頁巖氣藏開發證實，頁巖氣藏采收率變化范圍在5%～60%。其中，埋藏較淺、地層壓力低、有機碳與吸附氣含量低的頁巖氣藏，采收率約60%；埋藏較深、地層壓力高、吸附氣含量高的頁巖氣藏采收率只有25%～50%。目前，頁巖氣藏的勘探開發投資較大，美國主要頁巖氣藏勘探開發成本統計表明，頁巖氣井單井勘探成本為300～800萬美元，是2000—2003年美國陸上油井單井勘探成本的7倍，氣井單井成本的5倍。

2 美國頁巖氣開發現狀

據美國能源信息署（EIA）估算，美國擁有技術可開采天然氣儲量超過49.38萬億m3，其中非常規天然氣儲量占到60%，特別是廣泛分布于美國48個州的頁巖氣，資源豐富儲量巨大。美國能源信息署認為，美國今后天然氣可采儲量的增長，將主要來自這種非常規天然氣儲量。2007年美國的頁巖氣產量占天然氣總產量的比例為12%，預計到2013年將上升到35%，2030年進一步上升到55%。

得益于非常規天然氣尤其是頁巖氣開發技術的突破，美國是目前全球唯一實現頁巖氣商業開采的國家，2008年頁巖氣總產量達600億m3，2009年美國天然氣總產量6 240億m3，超過俄羅斯成為世界第一天然氣生產國，從此美國天然氣消費長期依賴進口的局面也發生了逆轉。能源跨國公司相繼參與美國頁巖氣資源開發，2009年12月，埃克森美孚以410億美元收購了美國XTO能源公司，正式拉開了石油巨頭角逐頁巖氣資源開采的序幕。2010年1月，法國的道達爾石油公司以8億美元購買了美國切薩皮克能源公司在巴尼特頁巖區25%的資產，還將為切薩皮克能源公司的鉆井、完井及設備改造提供60%的資金支持。同年5月，英國天然氣公司以9.5億美元收購了美國EXCO公司在阿巴拉契亞盆地26.5萬公頃區域內50%的頁巖氣資產。5月底，英荷殼牌公司以47億美元收購了East Resources，并收購了德克薩斯州南部伊格爾福德頁巖氣地區10.1萬hm2的開采權。

頁巖氣的大量生產對美國產生了重大影響，頁巖氣的發展為美國推動低碳經濟戰略提供了巨大動力，也使世界油氣的地緣政治格局發生結構性調整。2009年美國通過《清潔能源與氣候法案》之后，擺在該國發電企業面前的一個問題就是采用什么清潔能源來代替傳統的煤炭發電。這一問題在頁巖氣開發取得突破之后得到解決，美國的天然氣依賴進口的局面也發生徹底改變，天然氣發電的資源約束不復存在。頁巖氣的生產不僅使美國發電壓力得到緩解，而且使能源密集產業高成本壓力得到了緩解。賓夕法尼亞州和紐約州傳統上是大宗能源的進口區，而在頁巖氣大規模開發之后，變成了能源生產供應區。今后，這里將有更多的公共汽車和卡車直接使用天然氣。前些年，美國的一些能源密集型制造業公司一直在向海外轉移，以尋找更加便宜的能源來保持全球競爭力。目前，由于相對便宜的天然氣供應，使其選擇留在本土發展的成本壓力在一定程度減少。

當然，頁巖氣的“異軍突起”也讓美國常規天然氣的生產倍感壓力。據EIA統計，美國墨西哥灣常規天然氣的產量正在大幅度下降，從2007年的3 960萬m3／d，降低到目前的1 980萬m3／d，減少了一半。當地用于鉆天然氣井的鉆機數量也從2001年的約170臺下降到目前的不足100臺。與此同時，由于美國近年來大力開發頁巖氣，非常規天然氣產量迅速提高，從而使從加拿大進口的管道天然氣量逐年減少。2007年開始，美國從加拿大進口的管道天然氣下降非常明顯，預計到2013年進一步下降約28%。加拿大的天然氣生產商正在全球范圍內為其過剩產能尋找買家。

3 美國頁巖氣對國際天然氣市場格局的影響

頁巖氣不僅讓美國國內市場發生了變化，而且也使國際LNG出口目標發生轉移。由于當前美國天然氣市場處于供過于求和高庫存的狀態，北美發展LNG的空間已經縮小，這迫使一些LNG出口商將出口目標從美國轉移到歐洲和亞太市場。卡塔爾LNG項目Qatargas3和Qatargas4即將于今年建成投產，到時LNG年產能將達到7 700萬t。這些項目原本都是面向美國市場的，現在不得不另尋買家，甚至美國的近鄰特立尼達也不得不開始向歐洲和南美洲出口部分LNG。

金融危機帶來的油氣資源短期供應過剩的局面還未完全扭轉，美國頁巖氣產量迅速增加則進一步加劇了全球天然氣和LNG供大于求的趨勢。天然氣出口國流向的轉移和天然氣出口商之間的競爭使得天然氣市場逐漸開始由賣方市場向買方市場轉變，天然氣期貨價格從2008年的0.459美元／m3大幅下降到0.106美元／m3。管道氣“照付不議”合同和LNG長期合同出現更改的可能性。價格的長期低迷還將加劇俄羅斯和卡塔爾等天然氣出口國的競爭。根據美國能源署的統計，美國天然氣井口價在2002年一度跌到了0.104美元／m3，此后雖然一度急速飆升，2008年達到0.272美元／m3，但2009年又迅速跌至0.112美元／m3。美國天然氣庫存量一直較高，雖然進入2010年以后持續降低，但近期又有所增加。截至2010年7月23日當周，美國的天然氣庫存總量為826億m3，僅次于2010年1月1日當周882億m3的水平。

俄羅斯天然氣工業股份公司已經表示，在出售給歐洲的天然氣中，最多可以有15%的天然氣按照現貨市場價出售。而在以前該公司堅持按照長期合同價格向歐洲出售天然氣。在已經失去美國市場的前提下，俄羅斯對中國市場的重視程度會進一步增加，俄羅斯天然氣價格的松動可能使中國在中俄天然氣價格談判過程中擁有更多的議價空間。可以預期，隨著更多的LNG進入歐洲和亞太地區，可能導致現貨價格降低和長期合同發生變化。目前LNG長期合同定價與石油掛鉤，隨著LNG供應的進一步寬松，今后可能會有更多用戶轉向現貨市場，并促使LNG價格降低。

4 美國頁巖氣對油氣地緣政治格局的影響

美國頁巖氣經濟開發的巨大成功，迅速吸引了世界各國的廣泛關注。石油公司圍繞頁巖氣資源的激烈爭奪和戰略布局已經全面展開，世界天然氣市場的傳統格局也在悄無聲息中改變。

這一影響最明顯的體現首先是美國和俄羅斯地位的變化，美國憑借資源主導優勢在能源外交和鞏固政治霸權方面有了更多的話語權，可通過爭奪天然氣貿易伙伴達到排擠俄羅斯在亞歐大陸天然氣供應壟斷的目的。雖然俄羅斯認為，開發頁巖氣田需要投入巨額資金，在價格上不可能與俄羅斯的天然氣競爭，但同時也承認，頁巖氣被開發會改變天然氣市場的結構。俄羅斯天然氣產量的下降則是該影響的直接體現。這意味著俄羅斯將失去在歐洲天然氣市場強硬的定價權和一定范圍的市場份額，歐洲各國天然氣消費單一依賴俄羅斯的局面將徹底改變，歐洲各國長期以來一直試圖尋找的天然氣來源多元化的目標又多了北美這個重要的來源地。

全球天然氣市場向買方傾斜，資源國試圖通過打能源牌實現其政治意圖的目的將很難達成。目前，加拿大的管道氣和卡塔爾的LNG正在尋找新的買家，如果它們轉而進入歐洲市場，會進一步擠占俄羅斯在歐洲的份額并促使俄羅斯開發亞洲市場的意愿更加強烈。

基于美歐的傳統同盟關系，伊朗對歐洲的天然氣供應可能因此會有部分分流到亞太地區，但是如果沒有價格上的優勢，也難于立足亞太市場。亞太地區的天然氣供應多元格局的呈現，也會使原本復雜的亞太地區油氣地緣競爭更加撲朔迷離。

中國的能源消費大國地位和現階段相對良好的經濟環境，使得全球天然氣供應商普遍認為中國會是未來LNG進口潛力最大的國家。因此，未來一段時間內，中國面臨的油氣地緣競爭壓力將會減弱，來自資源國的能源合作愿望將會增強。

5 我國頁巖氣開發現狀及建議

研究報告顯示，中國的非常規天然氣資源量是常規天然氣的5倍多，其中頁巖氣的資源量初步估算在30萬億m3左右，具有巨大的開發潛力和經濟效益，非常規天然氣將會為中國能源結構調整做出貢獻。2010年，我國天然氣表觀消費量1 072億m3，其中國內產量為950億m3，凈進口120億m3，預計到2020年，我國天然氣缺口將突破1 350億m3。因此，積極有計劃地開發頁巖氣資源將是我國滿足天然氣需求的重要途徑和保障。

2004年，國土資源部油氣資源戰略研究中心即開始頁巖氣資源的研究工作，認為重慶市東南地區、四川盆地等是頁巖氣資源最有利的成礦區帶，確定為首批實地勘查目標區。2009年8月，在重慶市綦江縣啟動了中國首個頁巖氣資源勘查項目。這標志著繼美國和加拿大之后，中國正式開始頁巖氣資源的勘探開發。國土資源部計劃到2020年優選出20～30個頁巖氣勘探開發區，力爭2020年實現150億m3至300億m3的年產能。2009年11月，中美雙方簽署了關于在頁巖氣領域合作的備忘錄，并簽署了《美國國務院和中國國家能源局關于中美頁巖氣資源工作行動計劃》。2010年5月26日，中美兩國發表了能源安全合作聯合聲明，其中一項議題就是加強中美在頁巖氣領域的合作。目前，國家發改委正抓緊制定并爭取盡快出臺頁巖氣專項發展規劃，“十二五”期間初步形成頁巖氣發展的資源、技術和產業基礎，為“十三五”加快發展創造條件。國家科技重大專項中設立了頁巖氣專題和示范工程，目的是吸收先進技術，掌握適應我國資源狀況的勘探開發和生產管理技術。

資源勘探程度低，技術不成熟是當前我國頁巖氣發展面臨的主要問題。為了加快我國頁巖氣的開發利用，除了國家制定頁巖氣發展專項規劃、制定有關礦權使用、專用設備引進、氣價確定、稅收等方面的優惠政策外，還要從頁巖氣勘探開發的專業層面上作出努力。

1）由行業主管部門牽頭，積極推進全國頁巖氣資源的進一步勘查，摸清家底，為頁巖氣發展規劃的具體實施提供資源基礎。

2）積極開展頁巖氣開發技術的研究。以前頁巖氣因開采困難而被放棄，但是10年前美國取得了技術突破：采用水平打鉆技術、多層的水力壓裂技術，或將這兩種技術結合運用，成功地實現了頁巖氣的商業性開采，形成了一套較為成熟的頁巖氣勘探開發技術體系，使頁巖氣的商業化生產變得可行。其中，“水平井分段壓裂”是目前頁巖氣開采中的關鍵技術。頁巖氣的開采過程需要先從地面垂直鉆探到頁巖層，再通過開鑿水平井穿越頁巖層內部，并在水平井內分段進行大型水力加砂壓裂，獲得大量的人工裂縫，還要在同一地點，鉆若干相同的水平井，對地下頁巖層進行比較徹底的人工改造，造成大面積網狀裂縫，最后才能獲得規模產量的天然氣。我國在吸收引進這些技術的同時，必須積極研究適合我國資源特點的開發技術，形成配套完善的低成本技術體系。

3）以我為主，合作開發。選擇較成熟的頁巖區與國外石油公司合作，學習其先進技術，降低資金投入成本，積累頁巖氣優選、評價、試采、工藝設計、現場實施、技術服務、評估與分析的經驗，建立起符合我國頁巖氣藏特點的勘探開發配套技術系列，加快我國頁巖氣開發的步伐。

4）在成熟探區開展頁巖氣開采技術先導試驗，建立頁巖氣開發的先導性示范區。依據頁巖氣資源評價的成果，近期選擇一到兩個有利地區開展老井評價和頁巖氣開發的先導性試驗，積累包括地震儲集層預測、低滲透氣藏儲集層大型壓裂改造、裂縫性氣藏壓裂井產能評價以及微地震監測技術等頁巖氣開發的經驗和技術，為規模開發準備條件。

5）發展頁巖氣需要解決環保難題，頁巖氣雖然是清潔能源，但其生產過程比常規油氣生產存在更大的環境風險。壓裂開采法（Hydraulic Fracturing）需要消耗大量的水，廢水與壓裂液可能污染地下水源或發生泄漏，美國環保組織已多次抗議由于開采頁巖氣而導致的污染水源、損壞房屋等事件，歐洲許多國家正是由于對環境的擔憂而不鼓勵發展頁巖氣。我國固然不能因噎廢食，但有備才能無患。在研發適合我國資源情況的頁巖氣開采技術的同時，應重點發展相應的環境保護技術和風險防控措施，在未來的頁巖氣開采中實現技術創新，在與其他頁巖氣強國的技術競爭中體現自己的優勢。