美國頁(yè)巖氣成本被低估

“頁(yè)巖氣革命”——從以前無(wú)法開(kāi)采的頁(yè)巖儲層中開(kāi)采頁(yè)巖氣和頁(yè)巖油——已經(jīng)被作為能源博弈的改變者。它正在抵消傳統石油和天然氣產(chǎn)量的下降，其中頁(yè)巖氣被當作實(shí)現低碳未來(lái)的過(guò)渡性燃料，頁(yè)巖油（也被稱(chēng)為致密油）則被認為能夠使美國重新成為全球最大的石油生產(chǎn)國，并減少對石油進(jìn)口的需求。

這些令人陶醉的主張已經(jīng)在很大程度上被包括國際能源署（IEA）和美國能源信息署（EIA）在內的政府機構所接受。BP公司預測，到2030年，頁(yè)巖氣產(chǎn)量將達到2011年的3倍，致密油產(chǎn)量則將在2011年的基礎上增長(cháng)6倍。

這些主張經(jīng)不起仔細的推敲。在一份由加利福尼亞圣羅薩的“后碳研究所”發(fā)布的報告《非傳統燃料能開(kāi)啟一個(gè)能源充裕的新時(shí)代嗎？》中，分析了美國的30個(gè)頁(yè)巖氣田和21個(gè)致密油田，揭示了頁(yè)巖革命將難以維持的現實(shí)。該研究基于工業(yè)界和政府廣泛采用數據庫中的65000座頁(yè)巖井的數據。它表明頁(yè)巖井和頁(yè)巖油/氣田的生產(chǎn)能力都呈現出陡峭的下降趨勢。許多頁(yè)巖氣田的生產(chǎn)成本已經(jīng)超過(guò)了當前的天然氣價(jià)格，需要進(jìn)一步增加鉆井和資本投入來(lái)維持產(chǎn)量。

雖然頁(yè)巖氣和致密油的開(kāi)采將在較長(cháng)的一段時(shí)間內維持在某一水平之上，但產(chǎn)量將很可能比工業(yè)界和政府的樂(lè )觀(guān)預測要低。除非價(jià)格顯著(zhù)上漲，否則頁(yè)巖氣的供應將在未來(lái)十年內大幅下降。圍繞頁(yè)巖氣和致密油，進(jìn)行更為現實(shí)的討論迫在眉睫——它需要在可持續性、成本，以及環(huán)境影響等方面進(jìn)一步分析。

頁(yè)巖氣產(chǎn)量實(shí)為虛假繁榮

水平井鉆探和大規模多級水力壓裂這兩項技術(shù)的突破，已經(jīng)使得開(kāi)采藏于不透水的巖石中的碳氫化合物成為可能。2004年，美國的水平天然氣井比例不足10%，現在則是61%。

全球范圍來(lái)看，雖然很多國家都建立了示范工程，但是大多數的頁(yè)巖氣產(chǎn)量仍來(lái)自于北美洲。在經(jīng)歷一段時(shí)期的快速增長(cháng)之后，自2012年年初開(kāi)始，產(chǎn)量已經(jīng)維持在了一個(gè)較穩定的水平。頁(yè)巖氣產(chǎn)量已經(jīng)從2000年占美國天然氣總產(chǎn)量的2%，增長(cháng)至2012年天然氣總產(chǎn)量的近40%；同期的美國天然氣總產(chǎn)量則增長(cháng)了25%。這一供大于求的局面導致美國的天然氣價(jià)格嚴重下跌。目前，價(jià)格已經(jīng)有了些微微的回升，但是對于許多沒(méi)有液態(tài)烴類(lèi)產(chǎn)能的頁(yè)巖氣田而言，因天然氣價(jià)格過(guò)低而導致它們缺乏盈利能力。

大規模頁(yè)巖氣生產(chǎn)最早開(kāi)始于10年前的Barnett頁(yè)巖區，并迅速蔓延至其他地區。五大頁(yè)巖氣田生產(chǎn)了美國80%的頁(yè)巖氣，按產(chǎn)量從高到低依次為：路易斯安娜州的Haynesville，德克薩斯州東部的Barnett，跨越西佛吉尼亞州、賓夕法尼亞州和紐約州的Marcellus，阿肯色州的Fayetteville，以及俄克拉荷馬州的Woodford。

目前，出現了一種相繼發(fā)生特定模式。某個(gè)頁(yè)巖氣田被發(fā)現后，一股租賃熱潮隨之而來(lái)。在美國，鑒于油氣勘探和開(kāi)發(fā)具有較高的風(fēng)險和利潤回報，各方為了權衡利益分配并降低風(fēng)險和減少不確定性，長(cháng)期以來(lái)形成了油氣租賃制度。私人、聯(lián)邦或州政府土地所有者，將油氣資源的礦產(chǎn)權益授予給油氣開(kāi)發(fā)商，而開(kāi)發(fā)商擁有資金和技術(shù)，在獲得這種礦產(chǎn)權益后進(jìn)行勘探、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。接著(zhù)則是3～5年的天然氣開(kāi)采繁榮期，因為如果某一地點(diǎn)不再生產(chǎn)天然氣，租賃轉讓將會(huì )被終止。頁(yè)巖氣富集區被稱(chēng)作甜點(diǎn)，被首先識別出來(lái)并進(jìn)行鉆探，接著(zhù)確定其邊緣區域。氣田的平均品質(zhì)（由初始產(chǎn)能決定）最初先上升，然后開(kāi)始下降。

自2010年以來(lái)，美國五個(gè)最大頁(yè)巖氣田中有四個(gè)氣田的平均產(chǎn)量一直在下降。在Haynesville，2012年的平均產(chǎn)量幾乎比2010年少了三分之一。Marcellus是一個(gè)例外：在這塊年輕的、巨大的頁(yè)巖田上，依然在不斷地被發(fā)現和進(jìn)行開(kāi)采，其供應量依然保持著(zhù)增長(cháng)。

一個(gè)氣井的產(chǎn)量會(huì )在幾年內迅速衰退。美國五大頁(yè)巖氣田中的氣井，在頭三年后的產(chǎn)量下降了80%～95%。用擬合的雙曲線(xiàn)來(lái)表示產(chǎn)量遞減趨勢的行業(yè)慣例，并推斷氣井的壽命可以達到40年或者更多，有些過(guò)于樂(lè )觀(guān)了?，F有的歷史產(chǎn)量數據至多只有幾年，因此，還不足以證實(shí)氣井能夠有如此長(cháng)的壽命。由于產(chǎn)量的下降速度大于這些模型的典型結論，這一方法經(jīng)常高估氣井的最終開(kāi)采量和經(jīng)濟指標。美國地質(zhì)調查局的可采量評估，有時(shí)甚至不足工業(yè)界所吹捧的可采量的一半。

為了維持供應量，必須鉆探新的氣井。在Haynesville氣井，每年幾乎需要新建800口氣井——差不多是2012年在役氣井數量的1/3——來(lái)維持2012年的產(chǎn)量水平。每口井的投資費用約為9億美元，為保持產(chǎn)量基本持平鉆井每年需要花費70億美元，若加上租賃、基礎設施和利息在內的總成本則更高。

從全美國來(lái)看，這相當于每年需要新建7200口氣井，花費至少420億美元，也僅能抵消產(chǎn)量的下降。為了維持產(chǎn)量以支撐較低的頁(yè)巖氣價(jià)格，鉆探企業(yè)的投資無(wú)法完全從銷(xiāo)售中得到回收。2012年，美國頁(yè)巖氣的產(chǎn)值只有330億（雖然一些氣井同時(shí)還生產(chǎn)數量可觀(guān)的液態(tài)烴類(lèi)，從而提升了經(jīng)濟性）。對于不生產(chǎn)液態(tài)烴類(lèi)的頁(yè)巖氣田，即便只是為了保持收支相抵，也需要天然氣價(jià)格的增長(cháng)。

為了維持頁(yè)巖氣的產(chǎn)量，需要工業(yè)界投入大量的資金。隨著(zhù)時(shí)間的推移，最好的頁(yè)巖田及其甜點(diǎn)被鉆探完畢，維持供應的成本將上升。許多現有的頁(yè)巖氣生產(chǎn)并不經(jīng)濟，即便只是維持產(chǎn)量，都需要更高的天然氣價(jià)格，更不用說(shuō)提高產(chǎn)量了。

致密油產(chǎn)量難以持續增長(cháng)

致密油的情況也十分相似。兩個(gè)頁(yè)巖油田生產(chǎn)了全美81%的致密油——德克薩斯州南部的Eagle Ford，以及北達科他州和蒙大拿州的Bakken。這兩地區的新井產(chǎn)量均在一年后下跌了約60%，第二年的產(chǎn)量只維持在不到40%，第三年則不到30%并持續下跌。綜合新舊氣井的總產(chǎn)量，整個(gè)氣田每年的下跌幅度大約是40%。

這些油田的最大產(chǎn)能取決于可以用于鉆探油井的最大數量。油井之間無(wú)法相隔太近，因為這樣將汲取同一片儲油層中的儲量，增加了成本卻無(wú)法提高可采量。EIA估計Bakken和Eagle Ford油田可以承受的油井數，差不多是現有油井數量的三倍，或每個(gè)油田約12000個(gè)油井。

假設目前Bakken每年鉆探1500口油井的速度得以維持，預計它的產(chǎn)量可以上升到100萬(wàn)桶/天。然而，基于EIA所估計的關(guān)于Bakken的最大可鉆探地點(diǎn)的數量，產(chǎn)量將于2017年達到峰值。屆時(shí)，可新增的用于鉆探油井將耗盡，隨之產(chǎn)量每年衰減40%。我不同意那些認為Bakken的產(chǎn)量將在很多年維持高水平的觀(guān)點(diǎn)，這種情況所需要的油井數，比符合要求的數量多出數千口。

實(shí)現能源獨立還需長(cháng)遠打算

政府和工業(yè)界必須認識到頁(yè)巖氣和頁(yè)巖油并不便宜且總有一天會(huì )耗盡：美國70%的頁(yè)巖氣來(lái)自產(chǎn)量不再增長(cháng)或下降中的頁(yè)巖田。而致密油產(chǎn)量遠期的持續性也存在疑問(wèn)。

高產(chǎn)量的頁(yè)巖田是稀少的，30塊頁(yè)巖氣田中有6塊占總產(chǎn)量的88%，21塊致密油田中有2塊占總產(chǎn)量的81%。許多生產(chǎn)出來(lái)的油或氣來(lái)自于頁(yè)巖田內相對面積很小的甜點(diǎn)內。而油/氣井的整體品質(zhì)會(huì )隨著(zhù)甜點(diǎn)中的井達到飽和而開(kāi)始下降，這又進(jìn)一步需要持續增長(cháng)的油/氣井數量來(lái)維持產(chǎn)量。

產(chǎn)量最終會(huì )受到可用鉆井地點(diǎn)數量的限制，而且一旦達到這一限制，產(chǎn)量將以每年30%～50%的速度下降。對于Bakken和Eagle致密油田來(lái)說(shuō)，預計這種情況將在5年內發(fā)生。

EIA的預測表明，到2040年，美國將開(kāi)采完所有已知的頁(yè)巖氣儲量、58%的未探明頁(yè)巖氣資源，以及78%的未探明致密油資源?；陂_(kāi)采此類(lèi)烴類(lèi)化合物的原理，這些預計顯得過(guò)分樂(lè )觀(guān)。EIA預計的天然氣價(jià)格缺乏可信度，因為它對未來(lái)20年穩定增長(cháng)的供應量的生產(chǎn)成本估算偏低。宣稱(chēng)美國能源獨立并部署計劃以出口頁(yè)巖資源是不明智的。頁(yè)巖革命的長(cháng)期生命力必須在一個(gè)針對未來(lái)的、可持續的能源戰略中加以考慮。

（作者J. David Hughes系美國加利福尼亞州圣羅薩“后碳研究所”地球科學(xué)家。轉載自《自然》，第494卷，第7437期，2013年2月21日。）