頁(yè)巖氣之惑

21世紀，一種新能源逐漸火熱起來(lái)。

2000年，這種新能源在美國能源總消耗量中占的比重還不到1%，但自2006年開(kāi)始，其開(kāi)采速度突然加快，短短幾年，每年開(kāi)采的速度都至少翻倍。到2009年已經(jīng)占美國能源總消耗量的14%，時(shí)至今日這一比例已經(jīng)上升到30%左右。據估計，到2035年還會(huì )進(jìn)一步增加到近50%。

這種新能源就是頁(yè)巖氣。

得益于頁(yè)巖氣的大規模開(kāi)采利用，美國再一次喊出了“能源自主”的口號。有人將此稱(chēng)為“頁(yè)巖氣革命”，相對于稱(chēng)石油為“黑金”，頁(yè)巖氣則被稱(chēng)為“藍金”。2012年，國際能源署發(fā)布的《世界能源展望》中稱(chēng)，到2017年，美國就將取代沙特阿拉伯，成為全球最大的石油天然氣生產(chǎn)國。

其實(shí)美國并不是全世界頁(yè)巖氣儲量最多的國家。2011年，美國能源信息署（EIA）對全世界33個(gè)石油天然氣儲量較大國家的頁(yè)巖氣資源進(jìn)行了估算，得出的結論是，這33個(gè)國家擁有可采頁(yè)巖氣資源合計187萬(wàn)億立方米，其中美國有24萬(wàn)億立方米，而中國的可采儲量則高達36萬(wàn)億立方米，高居全世界首位，占初步探明可采儲量的20%左右。

受此鼓勵，國家在“十二五”計劃中專(zhuān)門(mén)規劃了頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)項目。計劃在此期間優(yōu)選30到50個(gè)頁(yè)巖氣遠景區和50到80個(gè)有利目標區；探明可采儲量2000億立方米；到2015年實(shí)現頁(yè)巖氣年產(chǎn)65億立方米。同時(shí)進(jìn)一步規劃到2020年實(shí)現年產(chǎn)頁(yè)巖氣1000億立方米的目標。

與使用煤炭相比，頁(yè)巖氣最大的優(yōu)勢在于環(huán)保。按照年產(chǎn)65億立方米頁(yè)巖氣這個(gè)數字來(lái)計算，相比使用煤炭可以減少二氧化碳排放約1400萬(wàn)噸，減少二氧化硫排放11.5萬(wàn)噸，減少煙塵排放5.8萬(wàn)噸，減少氮氧化合物排放4.3萬(wàn)噸。

美好的未來(lái)似乎正在向我們招手。但事實(shí)上，情況卻沒(méi)有想象中樂(lè )觀(guān)。我國在開(kāi)發(fā)利用頁(yè)巖氣的道路上，恐怕還有很多彎路要走，很多困難要克服。

頁(yè)巖氣開(kāi)采的瓶頸

頁(yè)巖氣與致密砂巖氣、煤層氣、天然氣水合物一樣，都屬非常規油氣藏。雖然其主要成分跟天然氣相同，都是甲烷（CH4），但在具體開(kāi)采過(guò)程中區別相當大。

頁(yè)巖氣普遍存在于頁(yè)巖的空隙中，以吸附氣或水溶氣的形式存在。其滲透率非常低，必須想辦法打開(kāi)密封的空隙才能將之提取出來(lái)。這種資源已經(jīng)被發(fā)現了約200年時(shí)間，之所以到近期才開(kāi)始開(kāi)發(fā)，正是因為開(kāi)采頁(yè)巖氣的技術(shù)難度相當大。因此曾有人將開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣形容為“從石頭里榨出血”。美國開(kāi)采頁(yè)巖氣的成功，很大程度上得益于水力壓裂技術(shù)的逐漸成熟。

水力壓裂技術(shù)開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣，當然需要水，而且是大量的水。由于需要在水中添加藥物，為避免藥物跟水中其他物質(zhì)起化學(xué)反應喪失效果，對水質(zhì)的要求還相當高。據說(shuō)其純凈程度甚至高于飲用水。在目前技術(shù)條件下，水資源匱乏的地區無(wú)論有多少頁(yè)巖氣資源，其意義也相當于食之無(wú)味，棄之可惜的雞肋。而眾所周知，中國正是水資源相對匱乏的國家。

另外，添加在水力壓裂液中的藥物，很多都是對環(huán)境有害的。比如說(shuō)為增加壓裂液的粘度而加入的胍膠，為防止儲層中的粘土膨脹而加入的鉀鹽。這些藥物進(jìn)入地下之后，短期內可能影響不大，但經(jīng)過(guò)長(cháng)期滲透、擴散，很可能會(huì )污染淺層地下水。這種污染到目前為止基本無(wú)法治理。

同時(shí)，頁(yè)巖氣的主要成份甲烷極易擴散、揮發(fā)，之所以能保存下來(lái)，完全是因為頁(yè)巖層的密封性。要開(kāi)采頁(yè)巖氣首先就要破壞頁(yè)巖層的密封，密封破壞后甲烷會(huì )迅速散失掉。目前的開(kāi)采方法只能做到先破壞，再設法恢復。即便采用低傷害壓裂液等先進(jìn)技術(shù)，最多也只能恢復到原來(lái)水平的10%到20%。

這種特性導致頁(yè)巖層的采收率相當低。傳統天然氣采收率可以達到約60%，而頁(yè)巖氣的采收率只有約5%到6%。如果按照這個(gè)采收率計算的話(huà)，我國數十萬(wàn)億立方米的可采頁(yè)巖氣資源開(kāi)發(fā)后，能拿到手的恐怕也只有區區幾萬(wàn)億立方米而已。原本夠用幾百年的資源，開(kāi)采過(guò)程中大量損耗，到手的只能用幾十年，這恐怕就得不償失了。

甲烷也是主要溫室氣體，有人認為其對環(huán)境的破壞作用比二氧化碳還大。如果利用頁(yè)巖氣減少二氧化碳排放的同時(shí)，導致更多甲烷通過(guò)土壤、地下水滲透后排放到大氣層中，這豈不是會(huì )造成更嚴重的環(huán)境問(wèn)題？

另外，頁(yè)巖氣開(kāi)采的另一個(gè)特點(diǎn)是雖然可開(kāi)發(fā)周期長(cháng)，但初期早期產(chǎn)量遞減快，需要打很多井，占用很多土地。美國目前采用的水平井水力分段壓裂技術(shù)，能夠打一個(gè)直井之后橫向發(fā)展，采集一個(gè)水平面上的頁(yè)巖氣，可仍然沒(méi)能有效解決這個(gè)問(wèn)題。我國目前還沒(méi)能完全有效的掌握水平井水力分段壓裂技術(shù)，已建成的頁(yè)巖氣井以直井水力壓裂技術(shù)為主。這就會(huì )占用更多的土地。

成功不能復制

開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣有如此多的困難和問(wèn)題，但我們沒(méi)有現成可學(xué)的經(jīng)驗，從現實(shí)情況看，中國絕不可能復制美國在頁(yè)巖氣方面的成功。

雖然中美頁(yè)巖氣儲量都很豐富，但成藏機理卻有極大不同。從形成年代看，美國頁(yè)巖氣主要形成于距今7000萬(wàn)年到4億年的中生代至古生代晚期。而中國則主要形成與距今4億到10億年的古生代早期到元古代晚期。這導致中國的頁(yè)巖氣比美國的埋藏更深。美國主要頁(yè)巖氣礦藏集中在800米到2600米之間，但中國頁(yè)巖氣的埋藏深度大多至少在2000米以上，很多地方甚至在3000米以上。這無(wú)疑增加了開(kāi)采的難度。

另外從沉積相上看，美國頁(yè)巖氣層以均質(zhì)性相對較好的海相沉積層為主，而中國有很大一部分頁(yè)巖氣層為陸海過(guò)度相和陸相，均質(zhì)性很差。雖然2011年我國在陜西省甘泉縣打出第一口有產(chǎn)量的陸相頁(yè)巖氣井，粉碎了國內外部分專(zhuān)家提出的“陸相頁(yè)巖氣井不出氣”的假說(shuō)，但毫無(wú)疑問(wèn)，陸相和陸海過(guò)度相頁(yè)巖氣層的開(kāi)發(fā)相對要困難一些。

同時(shí)因為中國地殼構造比較復雜，頁(yè)巖氣生成后受到的地質(zhì)改造破壞較嚴重，我國的頁(yè)巖氣資源保存條件較差，散失很?chē)乐?。這導致即便找到好的頁(yè)巖層，其中的頁(yè)巖氣含量也未必就高。對勘探和開(kāi)采都會(huì )產(chǎn)生不利影響。

從頁(yè)巖氣儲量的分布上看，我國的情況也未必有利。國土資源部的調查結果顯示，除青藏高原外的頁(yè)巖氣資源，約15%左右分布在西北，約18%分布在長(cháng)江中下游及東南沿海地區，約27%分布在華北和東北地區，約40%分布在長(cháng)江上游及西南地區。

水資源相對匱乏的西北、華北、東北等地區就很難大規模進(jìn)行頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)。長(cháng)江流域、東南沿海地區和西南地區，水資源可能不成問(wèn)題。但這幾個(gè)地區也是傳統的農業(yè)生產(chǎn)區，大規模開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣不可避免地會(huì )出現頁(yè)巖氣與農業(yè)灌溉“爭水”的情況。長(cháng)江中下游和東南沿海地區經(jīng)濟發(fā)達，土地資源非常緊張，在這一地區開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣需要為占用土地支付更多的成本，也不太劃算。長(cháng)江中上游和西南地區山高路險，基礎設施薄弱。無(wú)論是勘探、開(kāi)采還是資源外運都不是件輕松的事情。在很多地方，想開(kāi)采頁(yè)巖氣甚至需要先修通道路。

從石油工業(yè)基礎設施的角度看，我國與美國也相差甚遠。美國石油天然氣工業(yè)發(fā)展了一百多年時(shí)間，國內輸油、輸氣管道多達50萬(wàn)公里左右，稱(chēng)得上密如蛛網(wǎng)，頁(yè)巖氣開(kāi)采出來(lái)之后可以直接進(jìn)入管網(wǎng)成為商品。而我國即便經(jīng)過(guò)多年建設，到目前為止也只有輸油、輸氣管道6萬(wàn)公里。管網(wǎng)建設是需要時(shí)間的，沒(méi)有捷徑可走，這導致頁(yè)巖氣開(kāi)采出來(lái)后很難商品化，對開(kāi)發(fā)商的吸引力就要小得多。

同時(shí)，我們也應吸取美國開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣當中環(huán)保方面的教訓。

前文講到，水力壓裂液中添加的藥物在長(cháng)期擴散后可能造成地下水污染。因此美國過(guò)去一直通過(guò)《安全飲用水法》對水力壓裂進(jìn)行限制，這方面施工要受到環(huán)保部門(mén)的監督。但在2005年，迫于能源需求的巨大壓力，以及資本對開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣并從中獲得利潤的需求，美國通過(guò)《能源政策法案》，廢除了《安全飲用水法》中關(guān)于水力壓裂的內容，解除了環(huán)保部門(mén)的監督權。

換言之，美國很可能是犧牲了未來(lái)幾十甚至幾百年的環(huán)境安全，來(lái)?yè)Q取眼下對頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的輝煌成果。能否稱(chēng)為飲鴆止渴尚不能定論，但這么做肯定不是什么好事。

美國國土面積比中國還大，人口只有不到中國的四分之一，他們或許可以這樣做。但中國明顯不行。別說(shuō)在長(cháng)江中下游和東南沿海，即便是長(cháng)江上游和西南的幾個(gè)省市，也集中了將近3億人口，幾乎跟美國全國人口相當。在這些人口密集的地區，如果因為開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣造成水源污染，那后果無(wú)疑是災難性的。

走自己的路

綜上所述，對我國來(lái)講一方面是頁(yè)巖氣資源蘊藏量巨大，另一方面是開(kāi)發(fā)和利用仍然存在困難，條件尚不成熟。在目前階段，國家不該僅僅因為急需資源就盲目搞規劃、投資金、上項目，定產(chǎn)量，尤其不該過(guò)早地引入資本。

資本是趨利的，他們計算的是本集團的利益，在乎的是眼下的利潤最大化，只會(huì )看目前的產(chǎn)量和開(kāi)采成本，不會(huì )管對環(huán)境造成了多大破壞，不會(huì )在乎貽害多少年，更不會(huì )去管采收率，不會(huì )在乎開(kāi)采一立方米頁(yè)巖氣的同時(shí)糟蹋了多少資源。只有相關(guān)技術(shù)發(fā)展到適合的程度，相關(guān)政策法規已經(jīng)完善并落實(shí)到位了，資本的進(jìn)入才能起到提高效率的作用。否則，資本的利益和國家的利益就是對立的。

真正科學(xué)的做法是穩扎穩打，一方面完善勘探工作，另一方面進(jìn)行科學(xué)和技術(shù)方面的研究。完善勘探工作，也不該僅僅針對頁(yè)巖氣，應該針對包含頁(yè)巖氣、致密砂巖氣、煤層氣和天然氣水合物等資源在內的整個(gè)非常規油氣藏。只有真實(shí)可靠地摸清我國非常規油氣藏的儲量、埋藏深度、沉積相特征等關(guān)鍵信息，才可能建立適合中國的非常規油氣藏開(kāi)發(fā)策略，讓有限的資源得以最大化的開(kāi)發(fā)和利用。

長(cháng)遠來(lái)看，更應著(zhù)眼于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)方面的新技術(shù)，比如超臨界二氧化碳開(kāi)發(fā)技術(shù)。與水力壓裂技術(shù)相比，超臨界二氧化碳開(kāi)發(fā)技術(shù)有幾大優(yōu)勢。

首先就是可以大幅度減少水資源的占用。利用這一技術(shù)，即便在水資源奇缺的西北、華北地區，一樣可以成功開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣。在長(cháng)江流域和東南沿海、西南地區，也可以解決頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)用水跟農業(yè)生產(chǎn)之間的矛盾。

其次是可以充分保護油氣層。在打開(kāi)油氣層的時(shí)候就使用超臨界二氧化碳進(jìn)行保護，可以徹底解決目前頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中先破壞再恢復的不良狀況，明顯提高采收率。

最后是環(huán)保。二氧化碳本身既是工業(yè)廢氣又是溫室氣體，過(guò)去通常直接排放到大氣中，現在全世界對環(huán)保和碳排放問(wèn)題越來(lái)越重視，直排這種做法早晚要改變。據說(shuō)已經(jīng)有企業(yè)準備將其深埋到地下了。既然如此，那將之用于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)就屬于變廢為寶。而且二氧化碳本身無(wú)毒，過(guò)去就一直用于生產(chǎn)碳酸飲料，直接攝入也不傷害人體，自然不存在污染地下水的問(wèn)題。

與水力壓裂法相比，超臨界二氧化碳法的環(huán)境成本要低得多。開(kāi)采時(shí)多一點(diǎn)投入，未來(lái)在治理、恢復環(huán)境上少花許多人力物力，這無(wú)疑是劃算的。而且相信只要實(shí)現規?；?，其成本也是可以逐步降低的。

另外，超臨界二氧化碳從技術(shù)上講也并不復雜。其臨界溫度是31.1攝氏度，臨界壓力是7.38兆帕，這種要求在700多米以上的井深中很容易達到。前文已經(jīng)講到，中國的頁(yè)巖氣層多數在2000米以上，達到這個(gè)條件并不困難。

當然，從目前來(lái)講超臨界二氧化碳法的理論上還存在很大空白。這種技術(shù)涉及到的油田開(kāi)發(fā)相態(tài)變化，我國并沒(méi)有進(jìn)行深入研究。通俗講就是僅僅知道利用這個(gè)方法可以開(kāi)采頁(yè)巖氣，但還講不清其中的道理，貿然利用的話(huà)，誰(shuí)也不知道什么地方可能產(chǎn)生問(wèn)題，更不知道會(huì )產(chǎn)生多大問(wèn)題。但為了開(kāi)發(fā)干旱缺水地區的頁(yè)巖氣資源，為了避免頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對農業(yè)生產(chǎn)的影響和對環(huán)境的破壞，這部分工作是我國必須要做的。

我國政府對頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的投入力度不可謂不大。僅從對企業(yè)的補貼看，中央財政就設立了專(zhuān)項資金，為每立方米頁(yè)巖氣提供0.4元的補貼。但這種補貼僅能使更多企業(yè)對開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣產(chǎn)生興趣，完全解決不了最根本的科學(xué)研究、技術(shù)突破等問(wèn)題。想要解決這些問(wèn)題，還是只能靠政府牽頭，把地質(zhì)、物探和鉆井等方面的專(zhuān)家集中起來(lái)，群策群力共同進(jìn)行研究和商討。

我們只有立足于自己的實(shí)際情況，在具體技術(shù)和經(jīng)驗上學(xué)習美國，在宏觀(guān)管理上建立自己的指導方針，走出適合自己的道路，才能真正有效的把地下的“藍金”變成手中的財富。