中國天然氣產量峰值研究及建議

陸家亮 趙素平 孫玉平 唐紅君

中國石油勘探開發研究院

經過近10多年的快速發展，中國已躋身全球天然氣產量、消費量大國行列。當下，氣候變化的壓力與能源領域新技術發展共同驅動著全球能源大變革，“更多清潔能源、更少二氧化碳”成為能源革命的主旋律，提高天然氣消費比例已成為中國治理大氣污染和霧霾的最佳現實選擇，未來中國天然氣市場發展潛力巨大。科學研究和判斷天然氣產量峰值對于國家能源戰略制定、統籌國產氣與進口氣資源布局、合理規劃天然氣業務發展等都具有重要的意義。峰值產量研究是一項非常復雜的系統工程，涉及資源基礎、經濟水平、地緣政治、技術進步、環境保護等多重因素，準確評估難度大，必須進行多學科綜合研究。為此，基于多年從事天然氣戰略研究的認識及經驗，筆者采用多種方法、結合多種情景，按照不同資源類型評估了中國天然氣的產量峰值，以期對國家能源戰略部署、天然氣產業發展規劃提供依據。

1 對天然氣產量峰值的認識

1.1 產量峰值的基本概念

“石油峰值”研究的興起與發展源于美國著名石油地質學家哈伯特(Hubbert) 1949年發現的礦物資源“鐘形曲線”規律[1]。他認為石油作為不可再生資源，任何地區的石油產量都會達到最高點，達到峰值后，該地區的石油產量將不可避免地開始下降[1]。1956年，在美國石油產量仍不斷增長的大背景下，哈伯特便大膽預言美國的石油產量在1967—1971年達到峰值后將會下降。1970年，美國石油產量果然達到階段頂點。這一“精準”的預測結果使哈伯特的石油峰值理論引發了一場巨大的轟動，由此將石油峰值研究推向了高潮。

隨著研究的深入，石油峰值的概念得到了補充和完善。愛爾蘭地質學家坎貝爾（Campbell）將石油峰值定義為某一油區或者國家油氣產量出現的高峰極值及其到來時期[2]。美國前能源顧問斯克里鮑斯基（Skrebowski）將石油峰值定義為這樣一個點，在該點之后，石油產量不再增加，但是這一點并不意味著石油的枯竭，而只是意味著石油產量不再增加[3]。

國內第一個關于油氣田儲量、產量的中長期預測模型始于著名地球物理學家翁文波院士。他在1984年出版的《預測論基礎》[4]專著中指出，任何有限體事物都是“興起—成長—鼎盛—衰亡”的自然過程，油氣的開采也有著類似的規律，并且在此基礎上建立了油氣儲產量預測的“翁氏模型”。之后，陳元千等學者對油氣產量預測也進行了大量的分析和研究[5-6]。

較之于石油，天然氣的開發利用相對較晚且長期作為石油的附產品出現，關于天然氣產量峰值的關注度遠不及石油，也未檢索到有關系統研究全球天然氣峰值產量的報道。筆者認為，天然氣產量峰值研究應充分考慮天然氣產業鏈具有上中下游一體化的特點，消費市場和輸配管網建設都要求天然氣供應必須有較長的穩定期。為此，將天然氣產量峰值定義為國家或盆地天然氣產量達到最大規模（上下波動不超過5%）、持續穩產時間不低于20年時所對應的產量。也就是說，天然氣峰值產量的到來并不意味著天然氣產量即將走向枯竭，而是有一個較長的平臺期。

1.2 產量峰值研究的重要性

天然氣產量峰值研究對于促進能源轉型和減少CO2排放量、推動社會經濟可持續發展、提高人們科學合理利用天然氣資源的意識等都具有迫切的現實意義。從國家的角度來看，合理評價天然氣產量峰值有利于制定能源安全戰略、超前謀劃海外天然氣資源利用布局、科學部署國家天然氣發展要務。從油公司的角度來看，把握天然氣產量峰值有利于科學制定公司發展戰略和油氣田開發規劃部署、合理配置資產、實現效益最大化等，保證公司可持續發展。從天然氣產業鏈來看，產量峰值不僅是產業鏈一體化協調發展的關鍵，而且也是中游輸配管網建設和下游市場開拓的基礎。

1.3 對產量峰值的認識具有不確定性

如前所述，產量峰值研究是一項復雜的系統工程，其影響因素眾多。不同的研究機構和學者對峰值的認識都有其相應的條件，條件一旦改變，峰值也就隨之發生變化，甚至同一研究機構和學者對峰值的認識也會隨著條件的改變而改變。因此，對產量峰值的認識具有不確定性。有關石油產量峰值問題業界一直爭論不休，其原因主要是人們往往只過度關注峰值的結果，而忽略了峰值的條件。

可以肯定的是，油氣作為一種總量有限的資源，峰值是客觀存在的，研究關注的重點應該是峰值的大小以及達到峰值的時間。隨著油氣資源范圍由陸上常規、非常規、到海上再到極地，資源規模不斷擴大，同時考慮技術突破、激勵政策、能源結構調整等影響因素的變化，都使得我們需要不斷研究、修正對峰值的認識。

2 中國天然氣產量峰值研究

2.1 天然氣產量的預測方法

目前，天然氣產量的預測方法主要包括：類比法（如資源采氣速度法）、生命模型法（如哈伯特、翁氏模型等）、組合模型法（灰色—哈伯特法等）、儲采比控制法、產量構成法、油氣藏工程法和供需一體化預測法等（表1）。每一種預測方法的特點和適用條件都不盡相同：盆地勘探開發初期一般采用類比法，中后期側重于生命模型法和組合模型法；在氣田層面一般采用油氣藏工程法，在盆地和國家層面則更多地使用生命模型法、產量構成法、組合模型法和供需一體化法；短期預測時采用產量構成法、組合模型法具有較高的精度，中長期預測時使用生命模型、儲產比控制法更能把握宏觀趨勢；而供需一體化預測法則著眼于市場需求，基于天然氣業務一體化協調發展的要求來預測產量。

筆者經過多年的研究積累，在原天然氣產量預測方法的基礎上，研究形成了灰色—哈伯特、神經網絡—哈伯特和產量構成（不確定性模型）等新方法[7-8]，集成開發了“天然氣產量預測系統”（圖1）。該系統既能夠反映宏觀發展趨勢又能夠提高預測精度，從而便于快捷地對天然氣產量發展趨勢進行科學預測。本文基于上述預測系統，結合不同資源特點，預測了國內常規氣（含致密氣，下同）、煤層氣和頁巖氣的產量，并按時間順序疊加得到了中國天然氣產量的發展趨勢。

表1 天然氣產量預測方法對比表

圖1 天然氣產量預測系統構成示意圖

2.2 常規氣

2.2.1 資源基礎

天然氣資源量是產量預測的基礎。據2015年全國油氣資源動態評價結果，中國天然氣可采資源量為50.1×1012m3[9]。截至2016年底，全國累計探明氣層氣可采儲量6.64×1012m3，天然氣探明程度為13.3%。國外的勘探開發經驗表明，成熟盆地天然氣探明率介于30%～60%[10]，結合國內天然氣地質條件，將我國天然氣資源最終探明程度設置為40%和50%兩種情景，即累計探明天然氣可采儲量介于20×1012～ 25×1012m3。

2000年以來，隨著經濟快速發展對能源需求量的持續增加以及環境問題的日益突出，天然氣作為一種相對清潔高效的能源得到了前所未有的重視，各油公司持續加大對天然氣業務的投入，中國天然氣儲量實現了高峰增長，年均新增探明可采儲量超過3 000×108m3（圖2）。從國家和油公司發展戰略來看，天然氣仍是中長期戰略發展的重點，結合天然氣資源量和近期的勘探成果，筆者認為2030年前，中國天然氣新增儲量可以持續高峰增長；利用生命模型擬合得出了2030年之后階段新增可采儲量潛力（表2）。按此儲量增長趨勢，2030、2050年中國天然氣資源探明率分別為23%、33%，處于合理的范圍之內。

圖2 1996—2016年中國常規天然氣新增可采儲量統計結果圖

2.2.2 研究結果

基于上述資源潛力分析結果，利用多種方法預測了2050年前的中國常規氣產量，結果分述于下。

2.2.2.1 生命模型、組合模型法

產量變化具有生命周期性，即產量先后經歷快速上升的青年期、相對穩定的壯年期、急劇下降的老年期和低產背景下緩慢下降的衰亡期。這是利用翁氏模型、胡陳張模型、哈伯特模型、灰色—哈伯特組合模型的理論基礎。采用以上方法的分析結果認為，中國常規氣產量峰值將于2026年前后到達，其峰值產量介于2 400×108～2 600×108m3（圖3）。

2.2.2.2 產量構成法

產量構成法的內涵是以氣田/項目/區塊為基本單位，依據開發指標，測算各基本單位的天然氣產量潛力，進而疊加得出產量總目標。該方法預測結果相對可靠，但需要的參數較多。鑒于開發指標存在著不確定性，研究中采用國內外100多個大中型氣田的開發指標分布規律，由此形成開發指標概率分布，采用隨機概率對結果進行測算，模擬計算200次產量概率分布。預測得到的P95、P5中國常規天然氣高峰產量介于1 800×108～2 500×108m3，P50概率對應的預測結果為2 100×108m3左右（圖4、表3）。

2.2.2.3 儲采比控制法

該方法的預測原理是以儲采比作為控制條件來進行產量預測，通過合理控制產量和儲量的匹配關系，保持較長時期的產量穩定，實現天然氣業務可持續發展。其核心是儲采比的合理取值。根據多個國家不同階段的儲采比變化規律，結合中國天然氣資源特點，設置穩產期儲采比為20和25兩種情景[11]。評價結果表明，中國常規天然氣高峰產量介于2 100×108～2 300×108m3，高峰期到達時間分別為2028年、2030年。國煤層氣產量為45×108m3。

表2 中國常規天然氣可采儲量增長潛力預測結果表

圖4 基于產量構成法的中國常規氣產量預測結果圖

2.2.2.4 綜合分析結果

生命模型法和組合模型法基于對天然氣資源量的評價結果來進行預測，其預測結果偏高。產量構成法基于單個氣田產量疊加并考慮每個氣田產量的不確定性。儲采比控制法基于儲量和產量的相互匹配關系和穩產期約束，預測結果相對可靠。筆者綜合分析后的推薦結果：中國常規天然氣產量峰值介于 2 000×108～ 2 200×108m3（表 4）。

2.3 煤層氣

據國土資源部發布的2015年全國油氣資源動態評價成果，我國埋深2 000 m以淺煤層氣地質資源量為30×1012m3，可采資源量為12.5×1012m3。其中具有現實可開發價值的有利區可采資源量為4×1012m3，主要分布在沁水盆地南部、鄂爾多斯盆地東緣、滇東黔西盆地北部和準噶爾盆地南部。從勘探開發實踐看，我國煤層氣以高煤階為主，與國外以低煤階為主不同，我國煤層氣勘探開發還存在著中高煤階深層開發主體技術、低煤階開發技術等薄弱環節。截至2016年底，全國累計探明煤層氣地質儲量為6 928×108m3，可采儲量為3 485×108m3。經過20余年的探索，已實現煤層氣的工業生產，初步建成沁水、鄂爾多斯東緣兩大地面生產基地，2016年全

表3 不同概率對應的中國常規氣峰值產量預測結果表

表4 不同方法預測的中國常規氣高峰產量結果表

國家能源局提出“十三五”期間，新增煤層氣探明地質儲量4 200×108m3，2020年煤層氣抽采量達到240×108m3[12]。劉琪和張映斌[13]根據氣價、井數、單井日產量等參數研究認為，2020年我國的煤層氣產量將介于100×108～250×108m3，2030年將介于300×108～500×108m3。國土資源部的研究成果[9]認為：2030年前我國的煤層氣年探明地質儲量仍將保持平穩增長態勢，2016—2020年可累計探明煤層氣儲量超過3 500×108m3，年均為700×108m3；2021—2030年可累計探明超過9 400×108m3，年均為946×108m3；2020年煤層氣產量為251×108m3，2030 年為 370×108m3。

筆者以重點盆地未來資源潛力分析結果為基礎，參考國外和國內已開發區塊的經驗來設置資源動用情景。近期以沁水盆地和鄂爾多斯盆地東緣1 000 m以淺煤層氣資源為主，中期向其他地區1 000 m以淺資源拓展，遠期開發動用深度介于1 000～1 500 m的資源。筆者參考國內外煤層氣開發經驗，基于下屬控制條件：1 000 m以淺資源探明率、采收率、穩產期末采出程度均取中值40%；1 000～1 500 m資源探明率和采收率均取值30%，穩產期末采出程度取40%，開發指標參考樊莊、沁水、保德等區塊的開發動態，可采儲量采氣速度取值3%，建產期3年（含排水期）。由此預測，2035年中國煤層氣產量將介于200×108～300×108m3；若礦權進一步理順，中高煤階深層、低煤階煤層氣開發技術獲得突破，財政補貼政策持續，2050年中國煤層氣產量則有望達到500×108m3。

2.4 頁巖氣

全國油氣資源動態評價成果表明，全國埋深4 500 m以淺頁巖氣地質資源量為122×1012m3，可采資源量為22×1012m3。其中具有現實可開發價值的有利區可采資源量為5.5×1012m3，主要分布在四川盆地及其周緣。截至2016年底，中國頁巖氣累計探明地質儲量5 441×108m3，探明可采儲量1 360×108m3，2016年全國頁巖氣產量為78.8×108m3。

自美國“頁巖氣革命”獲得成功進而大幅度提高天然氣產量后，國內各機構也對中國頁巖氣發展前景給予了評價和分析。結果表明：對2020年中國頁巖氣的產量預測結果基本一致，介于100×108～200×108m3；但2030年中國頁巖氣產量預測值的差別較大，介于200×108～1 500×108m3[14-19]。

美國頁巖氣可采資源量為18.8×10m，2015年產量達4 300×108m3[20]，重要的頁巖氣產區[21]穩產期可采儲量采氣速度介于2.3%～3.0%（表5）。筆者以調查報告公布的資源量為基礎，類比美國的頁巖氣資源量和重要產區開發規律后認為，四川盆地及其周緣的5.5×1012m3頁巖氣資源量可保證1 200×108m3的產量規模，中遠期突破海陸過渡相和陸相頁巖氣，則中國的頁巖氣年產量可超過1 500×108m3。

2.5 對中國天然氣產量峰值的綜合評價

綜合對常規氣、煤層氣、頁巖氣產量的預測結果，考慮資源接替時間效應，筆者預測2020年中國天然氣產量將介于1 750×108～1 850×108m3，2035年將介于2 800×108～3 300×108m3，2050年將介于3 300×108～ 4 100×108m3（表 6）。

從天然氣產量構成類型看，常規氣勘探開發時間較長，開發規律和技術也相對成熟，未來發展趨勢比較清晰，常規氣峰值范圍基本確定，預測的產量規模可信度高。

煤層氣和頁巖氣總體上還處于規模開發初期，資源規模待落實，資源品位低，受開發技術、氣價和政策等因素影響，產量預測結果不確定性較大，其產量峰值以及達到峰值的時間仍有待于持續跟蹤研究。

此外，我國天然氣供應還存在著一個極大的不確定因素，那就是天然氣水合物。2017年5月10日，在中國南海天然氣水合物試采工程首次試氣點火，并持續試采60天，累計產氣量超過30×104m3，創造了產氣時長和總量的世界紀錄，邁出了天然氣水合物勘探開發的關鍵一步[22]。盡管目前仍存在著經濟性、技術性方面的瓶頸，但這些難題并非不能突破。未來一旦實現革命性突破，天然氣水合物開發潛力將十分巨大，有可能成為中國天然氣產量再上新臺階的重要推手。

表5 美國頁巖氣重要產氣區相關參數對比表

表6 中國天然氣產量峰值預測結果表 108 m3

3 結論與建議

綜上所述，筆者認為預測期內中國的常規氣峰值可見，頁巖氣和煤層氣峰值需持續跟蹤研究，考慮到未來天然氣水合物的突破，中國天然氣產量增長潛力較大，前景光明。

從我國能源消費革命、美麗中國建設的要求來分析，預計2035年和2050年國內天然氣需求量將分別達到5 500×108m3和8 000×108m3，國內天然氣產量不能滿足需求量。為了擴大天然氣供應規模，實現能源轉型和節能減排的戰略目標、保證安全平穩供氣，在此提出如下建議。

3.1 加大對國內深層、深水、非常規等類型天然氣資源的勘探開發，鞏固國內天然氣供給的主導地位

深層、深水常規氣資源豐富，勘探開發程度低，具有較大的增儲上產潛力。深層氣藏成藏機制、地震預測與井筒技術等是制約深層天然氣勘探開發的理論與技術難題，建議加強深層地震資料采集、處理、解釋一體化攻關，加大安全快速鉆井、油氣層識別、油氣層保護、儲層改造等技術攻關，推動深層油氣勘探開發持續突破，夯實資源發展基礎。海上面臨主權爭議、開發技術不成熟等瓶頸問題，建議充分利用我國外交和軍事力量，啟動海域油氣實質性勘探開發，加強海洋領域物探技術、海洋鉆井工程技術裝備研發投入和團隊建設，同時加強與國外海域勘探開發技術實力雄厚的公司合作，借鑒其經驗與技術，促進海域油氣儲產量的快速增長。

頁巖氣、煤層氣處于勘探開發早期，截至2016年底可采資源探明率分別為0.6%和2.8%，但規模開發面臨工程技術、經濟效益和安全環保等方面的挑戰。建議加強統籌規劃和實施力度，深化資源規模和開發條件（包括技術、經濟、政策、環保等）論證，切實做好轉換生產經營模式、加強對外技術交流與合作，通過技術合作、技術引進和自主研發等手段，探索適合中國地質特點的節約型、清潔型非常規天然氣開發配套技術，推動全國非常規天然氣的規模效益開發。

通過加大國內天然氣的勘探開發力度，提高自我供給的能力，合理把控國產氣與進口氣的比重，建議將天然氣對外依存度控制在50%以內，確保國內天然氣供給的主導地位，保障能源供應安全。

3.2 高度重視海外天然氣資源利用的戰略布局，采取多種方式保障國內天然氣市場的供應安全

從全球范圍看，天然氣資源潛力巨大，這就為我國充分利用國外天然氣資源奠定了堅實的基礎。特別是在當前全球經濟復蘇乏力和低油價態勢下，對主要資源國和油氣消費國的能源戰略、對外合作政策造成了很大的沖擊，能源領域各利益相關方均進入了一個值得關注的油氣政策調整期，俄羅斯、委內瑞拉、厄瓜多爾、哈薩克斯坦、阿爾及利亞等一些國家或被迫采取措施，調整對外合作策略，降低對外合作的門檻、開放更多的途徑，以吸引國際資金。在鞏固和強化現有海外天然氣資源的基礎上，培育新的境外氣源，進一步加大對天然氣資源國的政策、能源生產消費等信息的收集和研究分析，采用合資合作、相互持股、合資交叉經營以及購買儲量、購買氣田等多種方式擴大對外合作，全方位推進海外天然氣自主開發與投資，提高海外天然氣自主開發率，建立健全海外天然氣供應基地，確保國內天然氣供應穩定和經濟平穩發展。特別是要抓住美國天然氣由進口轉為出口、國際LNG供應量在2020年前甚至之后一段時間內都是充足的良好契機，鼓勵油公司、地方企業、民營企業等多方參與聯合進口，加強對氣價形勢的研判和多氣源對比優化，適時簽訂一些長期、低價合同，增加多元化的天然氣進口渠道。

3.3 加快對天然氣水合物的開發評價，擴大并夯實天然氣產量峰值的資源基礎

天然氣水合物在自然界的儲量十分可觀，主要分布在大陸永久凍土帶和海洋底部的深水區，初步勘探結果認為，我國海域天然氣水合物資源量約為80×1012m3[22]。盡管2017年我國在天然氣水合物開發試采方面取得了突破性進展，但其勘探開發是一項復雜的系統工程，目前世界上尚無成熟的開采技術，要實現商業化開發尚任重道遠。建議國家設立天然氣水合物重大科技專項，加大人力、物力、財力投入，系統開展天然氣水合物開發評價，一旦開發技術獲得突破，我國的天然氣產量峰值還有很大的提升空間。因此我們要對中國的天然氣產量峰值充滿信心，堅定不移地走擴大天然氣利用、優化能源消費結構之路。

3.4 加強天然氣峰值產量滾動研究，不斷增強在國際競爭中的軟實力

在全球化、信息化的大背景下，資源、市場、宏觀經濟、地緣政治等每一項因素的變化都會掀起能源市場的巨大波動。因此需要持續滾動進行天然氣峰值研究，以便及時采取有效措施應對不斷變化著的全球天然氣市場。建議國家設立專門項目，依托國內有關研究機構，持續對天然氣宏觀政策、供需規模分析模型、關鍵指標取值、供需潛力等進行評價研究。同時加強與EIA等著名研究機構互換訪問學者共同開展課題研究，學習對方先進的體制和方法，了解國際最前沿的學術思想，培養造就一批具有國際視野、全球思維和長遠目光的戰略專家，緊密跟蹤國內外政治、經濟、能源形勢，滾動評價并權威發布全球天然氣行業發展報告，不斷提高中國在國際舞臺上的影響力。

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