美国启示:从页岩气到页岩油

2013-12-09 16:02:43 0

美国 页岩气 页岩油 致密油 能源消费构成 新能源

 

 

 

|张抗                 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院

 

 

本世纪第一个十年的后期 “页岩气革命”的肇发已为能源界所认可,随之带来更深入的讨论。对此,见仁见智,说法不一。美国页岩油气、乃至整个油气产量的增长及其所带来的变化可以给这些争议进一步的解读,使许多问题变得更加明朗。

 

1 美国页岩气持续快速增长

1.1 气价低迷是福不是祸

受运输方式和距离的制约,天然气的产销具有明显的地域分割性,地区的供需关系直接决定着气价的变化。20 世纪 80 年代末以来,北美气价一直偏低,其中加拿大(阿尔伯达省)又略低于美国(享利中心),影响较大的享利中心价格成为全球气价的重要参数。受供需关系偏紧影响,2002—2005 年北美气价曾略高于欧洲气价,如 2005 年美享利中心年均气价为 8.79 美元/百万英热单位,而同期德国年均进口价为 5.88 美元/百万英热单位。

美国页岩气的大量生产使 2006 年、2007 年气价有所回落,但 2008 年仍达 8.85 美元/百万英热单位的高值。此后气价急剧下跌,2009 年降至 3.89 美元/百万英热单位,2010 年、2011 年也仅略高于 4 美元/百万英热单位,2012 年甚至仅为 2.76 美元/百万英热单位。

与之相比,2012 年日本进口的液化天然气(LNG)、德国进口的天然气平均价分别达 16.75 美元/百万英热单位和 11.03 美元/百万英热单位;经合组织原油到岸价高达 18.82 美元/百万英热单位,不同地区间、油气间价格分离的趋势快速加大。持续的低气价严重影响了经营者产气的积极性,以致有人认为,美国页岩气生产难以为继。

但是,聪明的经营者开辟出了“气亏油补”的路子,道路越走越宽广。石油天然气地质学的基础理论认为:地壳中的油气都源于沉积岩中的富有机岩层(如暗色页岩),即生烃岩。伴随成岩过程,有机质发生热演化,在热演化逐渐成熟的过程中即生油也生气,从而形成同源油气共生和伴生。这一特点对常规油气和非常规油气,致密(砂岩)油气和页岩油气的生成都是一样的。

但一套页岩层在同一盆地的不同部位产出油气的比例、性质有所不同。如美国著名的沃斯堡盆地巴耐特页岩,盆地深处热成熟程度高、镜质组反射率 Ro>1.1%的地区以产气为主,而在较深处 Ro为 0.9%~1.1%的地区则同时产天然气和凝析油(在地下高温高压下呈气态),向更浅处在Ro为 0.6%~0.9%的地区则多产正常轻质原油。

当然,从几乎为纯甲烷的干气到多含乙烷、丙烷等的湿气,从独立的气层气到溶解于石油的伴生气,从凝析油到正常原油(业内常称其为黑油)是逐渐过渡的。这种地质特点对生产者来说,无疑是可喜的,他们可以用基本上相同的技术向同一套页岩的埋深较浅处布井(其单井作业成本还可降低),这样就可以主要出油而少出气;对凝析油气藏来说,也可用人为控制气层压力的办法使之多产(凝析)油少产气,而且这种轻质凝析油的经济价值远大于正常原油,特别是重质原油。

2012 年均价,同一热当量的油价为气价的 6.8 倍,若以轻质油计,此倍数还更高。于是,在油气钻井数量总体回升的背景下,以上两项开发措施仍可在低气价时做到页岩气、页岩油的产量双双增长,经营利润不减。

 

1.2 产量保持高速增长

本世纪之初,美国页岩气产量并不多,2000 年仅为 122×108m3。但到 2005 年便进入技术过关、实施大面积开发阶段,产量以两位百分数的年增长率快速增长,2008 年气产量迅速升到 60×108m3。气价急剧下跌仅对产量短期有点影响,但基于上述原因很快又恢复了快速增长的势头,2008—2012年的 4 年间年增长率达 32.5%。2012 年页岩气产量达 2049×108m3,占全部气产量的 37%,已超过致密气的产量。

页岩气产量上升的原因之一是相当多的油井为油(凝析油)气同产。还显示出更深层、更重要的原因,即在某种程度上可以说是气价下降的压力化作了要求技术进一步提高的动力。尽管专打天然气的钻井数量明显减少了,但单井气产量的不断升高是使页岩气产量仍保持快速增势的重要原因。与此相应,页岩气的生产成本也随之进一步降低。生产实践否定了“低气价使美国页岩气生产难以为继”的说法。

美国能源信息署(EIA)和国际能源署(IEA)都对美国页岩气的发展做出了乐观的展望,认为在 2035 年其页岩气产量可占全部气产量的 46%,将超过其他非常规气产量,非常规气产量亦明显超过常规天然气产量。EIA2013 年发布了其对全球页岩气技术可采资源量第二次评价的结果,认为全球页岩气技术可采资源量为 7299tcf(203.7×1012m3),约占全球天然气资源量的 32%;其中美国页岩气技术可采资源量为 567tcf(16×1012m3)、约占全美天然气资源量的 27%。从美国页岩气的资源量和产量发展趋势判断,目前正处于其生命周期的青年期,可在相当长的时间内保持产量高速增长的势头。

 

1.3 全球产量增长的主要来源

美国自 1972 年天然气产量达 6208×108m3的历史峰值后,产量一直呈整体降势。但自 2005 年以来页岩气革命弥补了传统天然气的减产,使天然气总产量呈上升态势。表 1 显示,2008—2011 年期间,美国天然气产量年增长率平均为 4.35%,2012 年为 5.07%,皆高于同期世界总增长率,特别是明显高于产量分别居第二位、第四位(以 2012 年排序)的俄罗斯和加拿大,即使沙特阿拉伯、伊朗、中国的相应年度增长率也相当高,但由于它们的基数低,对世界增产的贡献率却远低于美国。

2008—2011 年、2011—2012 年增产量计,美国分别占全球同期增量的 32.7%和 45.3%,成为全球天然气增长的首要来源国。近年来美国天然气增长的势头正在加大,2011 年天然气产量超过了历史峰值。这再次否定了在思维方式上就存在根本缺陷的“峰值论”和“枯竭论” 的预测。

 

 

2 美国页岩油成为新生长点

进入新世纪,对油气工业来说,真可为“柳暗花明又一村”,“页岩气的革命”突发使人们膛目结舌,页岩油的崛起更是引人关注。

 

2.1 产量大幅增长

以开发页岩气为目的的气井在生产中亦可在井口分离出伴生的凝析油,这是一种质量很好的轻质原油,颜色偏浅。因而,在本世纪初,伴随页岩气的增产,美国以凝析油为主的页岩油产量也在不断增加。2004 年达到 11.1×104bbl/d,进而使美国的石油产量从 2006 年 684.1×104bbl/d 的最低点开始了具历史性的转降为升;但此时页岩油产量的增势还较小,2007 年仅增产 0.9%,而 2008 和 2009年的平均年增长率也仅为 2.3%。

但是,气价大降迫使业者将大量钻井转向页岩油之后,情况有了重大变化。2009 年页岩油的产量就已达 25×104bbl/d,到 2011 年达到 90×104bbl/d(约 4500×104t/d),两年间增加了 2.6 倍,并使 2011 年页岩油占全美石油产量的 11.5%。按照 EIA 的初步统计,2012 年上半年致密油产量近 100×104bbl/d,比上年增加 9.7%。显然,美国页岩油产量呈加速增长之势。

 

2.2 全球产量增长最多的国家

美国石油产量从 2006 年开始转降为升,此后上升势头加大,2008—2011 年、2011—2012 年间的产量年增长率分别为 4.57%和 14.23%。这种快速增长是经历过长期发展的石油大国所罕见的,明显超过了 2012 年排名世界第一位、第二位的沙特阿拉伯和俄罗斯,也给苦于石油产量长期增长缓慢的中国留下深刻印象。按年增长率排序列在美国之后的伊拉克、科威特依次为 11.5%、9.2%,伊拉克是处于战后恢复期,科威特则因为前几年人为压低了产量,产量基数小,故年增量并不很大。

由于美国石油产量基数大,高年增长率下其年增量就更显突出。2012 年全球经济总体相对稳定,石油产量增加 1.001×108t,而美国增产就达 0.492×108t,占全球的 49.15%,表现出与天然气一样的特点,即美国成为全球石油产量增长量、年增速越来越大的首要来源。

业内有关致密油气的概念有广义和狭义两种。从目前流行的角度上说,在谈论天然气时常用狭义概念,如美国非常规气产量由致密气、煤层气、页岩气构成,这里的致密气仅指致密砂岩气;而在讨论非常规油时却常使用致密油的广义概念,页岩是典型的致密岩石,页岩油往往被归为致密油。

在后一种情况下往往说明其大部来是页岩油(如《BP 全球能源展望·2013》),甚至在列举其产地产层时看出其全部来自页岩油,这时的致密油就可与常规油相并列。其实,术语在不同场合含义有差别是并不罕见的,我们不必过分拘泥于教科书上的定义,要尊重广大实践者已约定成俗的说法。作为研究者,在使用这些名词时要认真分析其真实所指,以免张冠李戴,得出不当结论。在本文中,为使前后连贯还是统一使用页岩油一词,仅在引用时尊重原文用语。

 

2.3 页岩油将成为一匹“新黑马”

EIA 在 2013 年 4 月的《技术可采页岩油和页岩气资源量报告》中公布了对页岩油、页岩气资源量评价的新数据。该报告认为,全球页岩油技术可采资源量为 3450×108bbl(约为 470.6×108t),较2011 年的评价增加了 3130×108bbl,增长了 10 倍,约占全球原油资源量的 10%。报告单独评价了美国页岩油气技术可采资源量为 580×108bbl(约为 79.1×108t),占美国石油资源量的 26%,使原计算的包括页岩油气在内的石油资源量增长了 35%。显然,近几年对页岩研究和勘探的新进展使我们对页岩油资源潜力有了更高的评价。

与上述评价相对应,普华永道公司发布了《页岩油——下一次能源革命》的报告,其中以截至2011 年的数据预测,2035 年全球页岩油产量将达 1400×104bbl/d,占届时石油产量的 12%。笔者计算,所预测的 2035 年页岩油产量相当于 2011 年世界石油产量的 16.8%,显然,此预测值不算高。

另按 EIA 2013 年初预测,美国页岩(致密)油产量将在 2020 年前后达到 272×104bbl/d(1.36×108t/a)左右,美国石油产量将出现约 3.75×108t 左右的新峰值。2020—2040 年页岩油有可能占美全部石油产量的 1/3。而后又在新版全球概览中预测,2020 年美国致密油产量可达 300×104bbl/d,占全美石油产量的 36%。直接受惠于美国的技术和管理,加拿大 2011 年致密油产量为 19×104bbl/d,约占其石油产量的 5.4%,预测 2035 年产量可达 50×104bbl/d。EIA 还预测,2020 年中国页岩油产量可能超过 20×104bbl/d,阿根廷内乌达盆地页岩油产量可达 15×104bbl/d。页岩油将成为能源中继页岩气之后出现的“新黑马”,将会以处于青年期的活跃生命力共同推动页岩这一油气新领域的开拓,推动油气地质学和勘探学理论的创新发展。

 

 

3 页岩油气发展与能源构成优化

3.1 “气升煤降”优化了美国能源消费构成

天然气、继之石油产量大幅增加直接改变了美国的基础能源消费构成,其突出表现为“气升煤降”,即天然气消费量和所占比例的增加使煤炭消费量及其所占比例缩小。这个变化在油气产量猛增的 2008—2012 年特别明显。短短 4 年期间天然气消费量增加近 10%,所占比例提高了 4.2%;与之相应,煤炭消费量降低了 22.6%,所占比例降低了 4.3%。油气增产使美国基础能源价格下降。

美国得克萨斯中质油(WTI)价格之前长期高于欧洲布伦特原油、甚至中东迪拜重质油,2009 年以来一反常态成为最便宜的石油。以 2012 年的年均价对比,三者依次为 94.13 美元/bbl、111.67 美元/bbl、109.08 美元/bbl。天然气大幅降价,直接惠及民用、商用,特别是惠及以天然气中的低烷烃为原料的基础化工,进而使精细化工也降低了成本。此外,美国煤炭主要用于发电,大量的煤电厂改为气电厂,减少污染的同时还大幅降低了发电成本。美国油气产量的猛增也使得油气进口量锐减。美国煤炭供应过剩亦使煤价降低,进而使其出口量日增,其中相当部分运往东亚,并使中国煤炭进口来源名单中增加了美国。

油气工业发展、低成本拉动油气化工复苏、制造业回归等都给经济增添了活力,提高了就业率。能源价格和进口量的双降给美国经济的全面恢复创造了较宽松的条件。与之对比,欧洲和东亚—南亚却处于相反状态中,对其经济复苏或发展势头有负面影响。耐人寻味的是,在基础能源消费总量减少(2012 年为 2008 年的 93.9%)的背景下,美国化石能源所占比例却变化不大,2000 年、2008 年、2012 年分别为 89.4%、89.2%、88.6%。

 

3.2 能源消费构成变化的启示

将近年来美国的能源构成与其基本国情类似却未能发展页岩油气的欧洲相对比可以得到许多启示。为数据采取上的方便,选取能耗最大的 5 国(法、德、意、西、英)为欧洲的代表。

 

3.2.1 新能源的发展不能过分依赖大量补贴和优惠的政策

欧洲是世界上最重视环保和节能的地区,与其他地区相比其新能源技术水平和在全部能源中所占比例都处于世界前列。“绿色”意识不仅深入到能源领域并在一定程度上影响到政治(选举)。欧洲 5 国在能源消费量总体下降的背景上,石油、煤炭消费量及所占比例亦成降势,与之相应的是天然气用量及比例有所上升,这种较长期以来的变化趋势在 2000—2008 年表现得也很典型,但 2008年以后情况却有所不同。

在金融危机的沉重打击下,不仅经济困难、多见负增长,而且社会动荡、政治危机频发。这时无力再持续对新能源给予大量补贴和优惠的政策,从而使发展还不够成熟、市场竞争力尚有缺欠的新能源发展势头大减。仅以上述 5 国新能源消费年增长率计,2011 年为 22.%,2012 年降至 17.1%。其天然气主要来源是价格与石油联动的俄罗斯管道气和 LNG 的长期合同,高气价的压力迫使其天然气用量和比例降低,2012 年消费量比 2008 年降低 12.1%,所占比例降低 1%。

能源作为社会经济的基础之一具有巨大的惯性。能源构成大幅度的调整也好,从“石油时代”向多能源互补且新能源比重日趋增大的“后石油时代”过渡也好,都不是短期内可完成的。它既受生产力发展水平所制约,又必须受市场所左右,超越客观条件靠政府行政推动、靠各类补贴生存是事倍功半,甚至是事与愿违的。

中外许多事例都说明,在任何一种能源缺乏市场竞争力时大规模的“硬上”都是不可取的,而首先在补贴下进行小规模的多发展模式、多技术路线的试点却是可行的。事实表明,即使在像欧洲这样生产和社会文明高度发达的地区,当经济无力承担长期的、越来越高额的补贴时,还是要“求救”于曾被丢弃的煤炭,因为这才是经济运营能承担得起的能源。

 

3.2.2 为了一跃而后退也不失为良策

欧洲经济长期陷于低迷且至今也难以看到可复苏的明确信号。在这种严峻形势逼迫下只好“忍痛”改变长期以来压缩煤炭消费的方针,加大煤炭的消费量补贴和所占比例,2012 年欧洲煤炭消费量比 2008 年增加 3.4%,所占比例提高了 2%。这种经济困难时加大煤炭用量的现象在一些发达国家(如日本)和发展中国家(如印度、印度尼西亚)多可见到。但这种情况对于“绿色”意识颇深的西方发达国家肯定只会是暂时的权宜之计。

当然,此时煤炭清洁化利用技术的进展也为其加大消费量创造了一些条件。欧洲尚且如此,其他条件更差的发展中国家不更应该从中吸取教训吗?而美国的事例又说明,油气的充分供应和低成本大力促进了经济发展,使之成为支撑美国能在欧洲之前走出衰退阴影开始经济复苏的重要因素。美国近年能源构成的变化还说明,降低对环境的污染还有一条更现实的路,即加大化石能源中污染较少、较易集中治理的石油,特别是天然气的消费量;同时依托科技进步大力推进化石能源(特别是煤炭)的清洁化利用。

 

3.3 页岩油气的增长无碍新能源的发展

回顾近二三十年能源发展的历程,使人们在环保的严峻形势和石油枯竭论的双重压力下把优化能源构成、发展新能源摆到了空前的高度。此时,人们发展新能源的心情十分急迫,认为吃“夹生饭”似乎也比没饭吃强。把许多待完善、市场竞争力欠缺的项目推上了大规模发展之路,高额的补贴和特殊的优惠成为普遍采取的办法。

但页岩油气及其所带动的整个非常规油气的大发展向我们展示了另一种前景:油气不会因“资源枯竭”而使产量下降,它可以充分供应至 21 世纪后期。而非常规油气、特别是美国页岩油气的价格不但没有最初想象的那样高,反而出现了比许多难采的常规油气田成本更低的势头。

在评论页岩油气发展情况时,我们常能听到一种“高论”,即这两匹“黑马”削弱了人们发展新能源的内在动力,阻碍了新能源发展的势头,不利于环保,特别是气候控制。这种论调是非理性的,它从另一个方面也反映出许多新能源缺乏市场竞争力、缺乏发展自信的情况。

人类进入石油(petroleum,实际上包括油和气)时代的时间还不算长,发展还很不平衡(如中国实际上还处于煤炭时代,煤炭占基础能源消费量的 70%左右),还处在以油气代替煤炭的历史进程中,油气作为保障和促进生产发展的能源还有强大的生命力。继续加大力度以石油、特别是天然气代替煤炭,不但推进了生产的发展,而且立竿见影地缓解了对环境的负面影响,这也就为发展新能源创造了宽松的环境。经济衰退中的欧洲难以保持对新能源的支持力度。

反之,经济的顺利发展就有能力对新能源以更有力的支撑,使之以更踏实的研究和试验性生产攻克难点,提高其科技水平,完善自己的生产链。待到它有了市场竞争力时,大份额的取代不可再生能源(首先是化石能源)便是顺理成章的事了,超越时代、超越经济和能源发展的客观规律是难以在现实中生存的。从这个角度上说,页岩油气、非常规油气的发展是为新能源的发展创造了宽松的环境和更好的条件,谈不上什么“阻碍了新能源发展的势头”。

 

 

 

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