中国“页岩气”储量第一?

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导读:石头缝里挤“蓝金” 3月16日,国家能源局发布了《页岩气发展规划(2011-2015年)》(下简称“《规划》”),计划在“十二五”期间,完成探明页岩气地质储量6000亿立方米,可采储量2000亿立方米,实现2015年页岩气年产量65亿立方米。 实际上,“65亿立方米”只是个很小的数字,预计到2020年,页岩气年开采总量将达600亿~1000亿立方米。 这就意味着,如果按2020年我国天然气总需求量约3800亿立方米估算,页岩气大约可满足其中的16%~26%。而2020年我国常规

石头缝里挤“蓝金”

3月16日,国家能源局发布了《页岩气发展规划(2011-2015年)》(下简称“《规划》”),计划在“十二五”期间,完成探明页岩气地质储量6000亿立方米,可采储量2000亿立方米,实现2015年页岩气年产量65亿立方米。

实际上,“65亿立方米”只是个很小的数字,预计到2020年,页岩气年开采总量将达600亿~1000亿立方米。

这就意味着,如果按2020年我国天然气总需求量约3800亿立方米估算,页岩气大约可满足其中的16%~26%。而2020年我国常规天然气产量预计为1700亿立方米左右,这样一来,届时天然气自足率可达60%~70%,将彻底扭转此前预计的2020年我国天然气一半以上依赖进口的局面。这是具有重大战略意义的蓝图!

什么是页岩气?页岩气其实是一种天然气,与普通的天然气相比,区别在于它们在地下的存在形式不同。

页岩气是保留在石油岩层中的天然气,与“煤层气”、“致密气”同属一类。普通的天然气存在于油田或者天然气田中,等于是储藏在“地下巨大的气箱”里,开采相对容易,因此长期以来得到较多的开发。

页岩气则像海绵里的水,需要用力挤压,才能冒出来。有人把页岩气比喻成石缝里榨出的“蓝金”。因为石油被称为“黑金”,天然气作为清洁能源,被称为“蓝金”。

就其成因,传统理论认为,页岩气是由古生物遗骸长期沉积地下,经过漫长地质年代变质裂解,而产生的气态碳氢化合物,这属于正统的“有机成因理论”。基于有机成因理论找到的天然气被称为常规天然气。

不过,还有一种理论认为,天然气的基本成分碳和氢两种元素,早在地球形成过程中就大量存在,它们比较容易结合成甲烷即天然气,这就是天然气的“无机成因理论”。根据这种理论,天然气应该大量存在于岩石之中,这类天然气被称为非常规天然气。页岩气就是非常规天然气的一种,其他比较重要的非常规天然气还有煤层气、致密砂岩气等。

页岩气主要是以吸附或游离状态,聚集于暗色泥页岩或高碳泥页岩中。全世界全部沉积岩中,泥页岩约占总量的六成,因此页岩气资源的前景极其远大。

中国“页岩气”储量第一?

天然气资源地质示意图

中国页岩气储量第一?

世界上有多少页岩气可供开采呢?实际上,除了北美,世界其他地区的页岩气资源潜力根本没普查过,因此无法对其潜力进行评价。不过美国能源情报署(EIA)曾公布了一份名为《2011年全球页岩气资源初步评估》的报告,认为以现有技术来看,以下9国可开采的页岩气储量排名靠前:

该报告把中国排在世界第一,引起国内能源界很大争议,因为这个数据比中国自己的估计高出很多,而美国从未对中国的页岩气进行过系统勘查,并不真正掌握数据,因此权威性不足。此外,这份报告也没提到俄罗斯和中亚的页岩气储量。

中国国土资源部公开发表的估计数据认为,中国页岩气可采储量约为25万亿立方米。但这一数字也高于美国对自身储量的评估,堪称世界第一。不过这一数字也只是估值,因此《规划》提出,“十二五”期间要基本完成全国页岩气资源潜力调查与评价,掌握页岩气资源潜力与分布。

在常规天然气探明可采储量方面,美国《油气杂志》给出了2011年位居前7的国家排名,其中没有中国。

也就是说,在不考虑页岩气的情况下,世界大部分探明天然气可采储量,集中在俄罗斯、伊朗和卡塔尔;而在考虑页岩气的情况下,中国、美国、阿根廷可与这3国比肩。这说明,页岩气将给世界能源版图带来巨大变数。

当然,俄罗斯、伊朗等常规天然气富集地区,仍可能有着巨大的页岩气潜力,只是尚未评估而已。此外,中亚地区也值得关注。一般认为,中亚地区的天然气远景储量仅次于俄罗斯和中东地区。

中国“页岩气”储量第一?

美国能源情报署(EIA)在其《2011年全球页岩气资源初步评估》的报告中公布的,可开采页岩气储量排名前9的国家。

“页岩气”将改变世界格局

人们对于页岩气的认识,仅有一百多年的历史。

1821年,美国纽约州一个小镇开钻第一口商业性的页岩气井。它只有8.23米深,而当时美国开国元勋托马斯·杰斐逊还在世。不过页岩气极少埋藏这么浅,大多数页岩气存在于超过1500米深的岩层中,因此开发十分困难。

直到20世纪90年代,随着水力压裂和水平钻井技术的发展,页岩气的商业开发才真正具备了可能性。

1999年,在北美最具代表性的巴内特页岩气田(位于美国得克萨斯州中北部)出现了4口页岩气井;到2004年末,该气田页岩气井猛增至744口。页岩气开采技术的突破,使美国非常规天然气产量大幅增加,被称作“页岩气革命”。如今,美国已经超过俄罗斯跃升为全球第一大天然气生产国。预计到2035年,美国天然气总产量的47%将是页岩气。

与美国“页岩气革命”的进程同时发生的,是世界能源供给格局的剧变。作为世界最主要能源的石油,其全球总产量在进入21世纪后,几乎年年在36亿吨上下徘徊,被很多评估者认为其“产量峰值”已经到来,未来产量很难有大幅增加,无法满足全球能源需求的大幅增长。一度被寄予厚望的核电,在2011年3月日本福岛核事故后,德国、日本等国先后出台“弃核”日程表,无法再挑起未来能源供给的重担。这样,天然气势必成为满足全球新增能源消费需求的第一选择。

天然气成为新增能源的第一选择,除了归功于“页岩气革命”带来的产量突破,也与天然气适合城市人口消费的特点有关。在中国、印度等人口大国快速城市化的大背景下,天然气比煤炭、石油更加高效且清洁。

2011年3月30日,美国白宫发布了《未来能源安全蓝图》,指出由于页岩气和页岩油技术快速发展,美国能源对外依存度已大大降低。该蓝图制定了加大美国本土非常规油气资源开发力度的战略,目标是在2035年之前,使美国成为能源净出口国。

“页岩气革命”正在使美国从世界最大能源进口国转变成出口国。当美国成为能源出口国,国际经济秩序也将大变。当前的国际经济秩序,是建立在美国作为世界最大能源进口国基础上的。美国与沙特等波斯湾国家1974年达成“石油单一使用美元结算”的协议之后,美元便与石油形成“绑定”关系。世界各国向海湾国家购买石油只能使用美元,海湾国家把获得的美元存入欧洲的银行体系,欧洲的银行则以金融投资等方式使美元流回美国,这样就形成了全球美元循环中的“主流”。

与石油不同,天然气的定价权尚在争夺中,将来哪种货币成为天然气贸易的主要结算货币尚未确定,因此,伴随着天然气重要性的上升,国际经济秩序的各个环节都将面临激烈的主导权争夺,从而产生根本性的变化。

中国“页岩气”储量第一? 中国“页岩气”储量第一?

左:在常规天然气探明可采储量方面,美国《油气杂志》给出了2011年位居前7的国家排名,其中没有中国。

右图:全球一次能源占比(1970~2030年)来源:《BP能源展望》

(注:一次能源是指直接取自自然界没有经过加工转换的能量和资源,如原煤、原油、天然气、太阳能等。经过加工转换以后得到的能源产品,称为二次能源,如电力、蒸汽、液化石油气等。)

我国尚未掌握关键技术

发展页岩气产业也将推动我国工业技术的进步。要从地下超过1500米甚至3000米深度的岩层采出天然气,需要集成最先进的物探技术、控制技术、材料技术、机械技术等多种工业基础技术,势必推动地质学、计算机科学等多门学科的发展。也就是说,系统化的页岩气工程技术,将提高工业的整体水平。

页岩气开采的技术要求很高,其核心是水平钻井技术和水力压裂技术。水平钻井是钻头可以在地下沿着任意角度前进,“想钻哪里就钻哪里”的技术。《规划》称,目前我国已初步掌握了页岩气直井压裂技术,但水平井技术尤其是分段压裂等关键技术,尚待突破。

页岩储层厚度薄,渗透率低,水平井加多级压裂是目前美国页岩气开发应用最广泛的方式。实际上,目前我国已掌握的直井压裂技术,距离真正开发页岩气还有距离,因为直井压裂意味着,要想大规模采出气体,就要使用大型水力压裂。而大型水力压裂由于成本太高,对地层伤害大已经在美国停止使用。目前在美国页岩气生产井中,有85%的井是采用水平井和多级压裂技术结合的方式开采,增产效果显著。而这对水平井技术尤其是分段压裂等关键技术,要求很高。

中国“页岩气”储量第一?

页岩气开发示意图

来源:《石油机械》2011年第9期

开发页岩气恐伤及地下水

天然气本身是低碳能源,主要成分是甲烷,完全燃烧后大部分产物是水蒸气,仅产生少量二氧化碳,且碳排放量只相当于石油和煤的一半。2011年德班世界气候变化大会前,“低核、高天然气情景”开始进入碳减排议程。从气候变化谈判的进程来看,“绿色气候基金”可能成为今后国际碳排放额交易及技术转让的主要操作平台。对于基金这样的金融化平台来说,天然气比核技术、清洁煤技术、风能及太阳能等减排项目容易操作得多。因此,仅从这个角度判断,发达国家也会把天然气作为实现碳减排的主要方式来推动。

页岩气开发和其他能源一样,也不是完美的,其带来的环境问题主要来自其开发过程。概括而言有三:

其一是可能带来地下水的污染。开采页岩气采用的压裂液中含有多种化学成分,如为了溶解矿物和造缝而添加的盐酸、为了保持压裂液的黏度而添加的硼酸盐等,这些化学添加剂可能造成地下水的污染。尤其需要注意的是,页岩气钻井的深度常超过1500米,如果污水回收工作做得不好,会导致深层地下水甚至超深层地下水被污染。

其二是可能带来地质灾害隐患。《规划》中提到的我国页岩气潜力地区包括华北地区。由于长期超采地下水,华北地区存在大面积地下水采空区,而页岩气开发则是要向地下施加高压力,这可能带来一定地质灾害隐患。

其三是可能加剧缺水矛盾。《规划》中提到的我国页岩气潜力地区还包括准噶尔盆地(位于新疆北部)、吐哈盆地(位于新疆东部)、鄂尔多斯盆地等,这些地区都是缺少地表水的地区,页岩气开发必须采用高压水力压裂技术,一口页岩气井就需要大约20万吨水,这可能会加剧当地的缺水矛盾。

我国在大规模开发页岩气之前,这些环境问题须先找到解决之道。

中国“页岩气”储量第一? 中国“页岩气”储量第一?

左图:页岩气水平井丛式开发 右图:水力喷射压裂原理图

我国无法照搬美国现成技术

特别需要注意的是,我国的地质条件与美国不同,美国的页岩是海相页岩,而我国大部分是陆相页岩,无法直接使用美国的现成技术,这就意味着我国需自主开发适应中国地质条件的全套技术。《规划》提出,要形成适合我国地质条件的页岩气地质调查与资源评价技术方法、页岩气勘探开发关键技术及配套装备等。这是“十二五”期间需要解决的首要课题。

页岩气一旦生产出来,如何达到消费端,也是有待克服的难题。天然气本身是具有“管道先行”特点的,必须先修好可到达终端消费者的管网,然后才能被输送利用。然而,我国的管网目前密度极低,管道总长度只有约10万公里。相比之下,面积比我国略小的美国却有近200万公里天然气管道。我国的潜在页岩气田大多是在人口稀少的山区,要在开发出页岩气之前先完成管网建设,确实难度极大。

当然,还有另一种解决思路,那就是通过天然气分布式能源系统,把页岩气就地转化为电力,再输送到消费端。

中国“页岩气”储量第一?

分段压裂示意图

(作者为北京集成创新经济咨询中心研究员)

√环境百科————

水力压裂法

水力压裂法又称为液压破裂法,是指向地下岩层泵入高压液体致使岩层产生裂缝,达到油气增产的一种技术。这些高压液体常常是掺有沙石和少量化学物质的高压水。因为浪费水资源,且有污染地下水的隐患,页岩气开采在多国受到质疑。2011年6月,法国成为第一个立法禁止采用水力压裂法的国家。英国政府虽然继续支持水力压裂法,但公众的反对声浪也非常高。

水力压裂法从1950年起开始使用,但盈利也就是最近几年的事,主要是得益于近年来水平钻井技术的突飞猛进,它才广泛应用于页岩气开采中。当前,人们还在研发页岩气开采的其他技术,如气动压裂。但这个技术还在开发阶段,经济上的可行性还是未知数。

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