用頁巖氣呼喚“美麗中國”

榨出石頭縫里的“藍金”

◎賈晉京

    “頁巖氣”對許多人來說也許有點陌生，但它已經(jīng)在重塑世界能源的未來,。3月5日,，溫家寶總理在《政府工作報告》中就提到：“……加快頁巖氣勘查開發(fā)攻關(guān)，提高新能源和可再生能源比重,?！绷頁?jù)商務(wù)部網(wǎng)站4月24日報道，江西省地礦部門調(diào)查發(fā)現(xiàn),，該省僅部分地區(qū)的可采頁巖氣量就多達2500億立方米,，相當(dāng)于擁有2.5億噸待采石油。江西省“缺油乏氣”的歷史有望改寫,。
    那么,，頁巖氣究竟是何方神圣？它對中國能源結(jié)構(gòu)來說意味著什么,？

 
石頭縫里擠“藍金”

    3月16日,，國家能源局發(fā)布了《頁巖氣發(fā)展規(guī)劃（2011-2015年）》（下簡稱“《規(guī)劃》”），計劃在“十二五”期間,，完成探明頁巖氣地質(zhì)儲量6000億立方米,，可采儲量2000億立方米，實現(xiàn)2015年頁巖氣年產(chǎn)量65億立方米,。
    實際上,，“65億立方米”只是個很小的數(shù)字，預(yù)計到2020年,，頁巖氣年開采總量將達600億～1000億立方米,。
    這就意味著，如果按2020年我國天然氣總需求量約3800億立方米估算,，頁巖氣大約可滿足其中的16%～26%,。而2020年我國常規(guī)天然氣產(chǎn)量預(yù)計為1700億立方米左右，這樣一來,，屆時天然氣自足率可達60%～70%,，將徹底扭轉(zhuǎn)此前預(yù)計的2020年我國天然氣一半以上依賴進口的局面。這是具有重大戰(zhàn)略意義的藍圖,！
    什么是頁巖氣,？頁巖氣其實是一種天然氣，與普通的天然氣相比，區(qū)別在于它們在地下的存在形式不同,。
    頁巖氣是保留在石油巖層中的天然氣,，與“煤層氣”、“致密氣”同屬一類,。普通的天然氣存在于油田或者天然氣田中,，等于是儲藏在“地下巨大的氣箱”里，開采相對容易,，因此長期以來得到較多的開發(fā),。
    頁巖氣則像海綿里的水，需要用力擠壓,，才能冒出來,。有人把頁巖氣比喻成石縫里榨出的“藍金”。因為石油被稱為“黑金”,，天然氣作為清潔能源,，被稱為“藍金”。
    就其成因,，傳統(tǒng)理論認(rèn)為,，頁巖氣是由古生物遺骸長期沉積地下，經(jīng)過漫長地質(zhì)年代變質(zhì)裂解,，而產(chǎn)生的氣態(tài)碳?xì)浠衔?，這屬于正統(tǒng)的“有機成因理論”?；谟袡C成因理論找到的天然氣被稱為常規(guī)天然氣,。
    不過，還有一種理論認(rèn)為,，天然氣的基本成分碳和氫兩種元素,，早在地球形成過程中就大量存在，它們比較容易結(jié)合成甲烷即天然氣,，這就是天然氣的“無機成因理論”,。根據(jù)這種理論，天然氣應(yīng)該大量存在于巖石之中,，這類天然氣被稱為非常規(guī)天然氣。頁巖氣就是非常規(guī)天然氣的一種,，其他比較重要的非常規(guī)天然氣還有煤層氣,、致密砂巖氣等。
    頁巖氣主要是以吸附或游離狀態(tài),，聚集于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中,。全世界全部沉積巖中，泥頁巖約占總量的六成,，因此頁巖氣資源的前景極其遠(yuǎn)大,。

天然氣資源地質(zhì)示意圖

中國頁巖氣儲量第一,？

    世界上有多少頁巖氣可供開采呢？實際上,，除了北美,，世界其他地區(qū)的頁巖氣資源潛力根本沒普查過，因此無法對其潛力進行評價,。不過美國能源情報署（EIA）曾公布了一份名為《2011年全球頁巖氣資源初步評估》的報告,，認(rèn)為以現(xiàn)有技術(shù)來看，以下9國可開采的頁巖氣儲量排名靠前：
    該報告把中國排在世界第一,，引起國內(nèi)能源界很大爭議,，因為這個數(shù)據(jù)比中國自己的估計高出很多，而美國從未對中國的頁巖氣進行過系統(tǒng)勘查,，并不真正掌握數(shù)據(jù),，因此權(quán)威性不足。此外,，這份報告也沒提到俄羅斯和中亞的頁巖氣儲量,。
    中國國土資源部公開發(fā)表的估計數(shù)據(jù)認(rèn)為，中國頁巖氣可采儲量約為25萬億立方米,。但這一數(shù)字也高于美國對自身儲量的評估,，堪稱世界第一。不過這一數(shù)字也只是估值,，因此《規(guī)劃》提出,，“十二五”期間要基本完成全國頁巖氣資源潛力調(diào)查與評價，掌握頁巖氣資源潛力與分布,。
    在常規(guī)天然氣探明可采儲量方面,，美國《油氣雜志》給出了2011年位居前7的國家排名，其中沒有中國,。
    也就是說,，在不考慮頁巖氣的情況下，世界大部分探明天然氣可采儲量,，集中在俄羅斯,、伊朗和卡塔爾；而在考慮頁巖氣的情況下,，中國,、美國、阿根廷可與這3國比肩,。這說明,，頁巖氣將給世界能源版圖帶來巨大變數(shù)。
    當(dāng)然，俄羅斯,、伊朗等常規(guī)天然氣富集地區(qū),，仍可能有著巨大的頁巖氣潛力，只是尚未評估而已,。此外,，中亞地區(qū)也值得關(guān)注。一般認(rèn)為,，中亞地區(qū)的天然氣遠(yuǎn)景儲量僅次于俄羅斯和中東地區(qū),。

美國能源情報署（EIA）在其《2011年全球頁巖氣資源初步評估》的報告中公布的，可開采頁巖氣儲量排名前9的國家,。

“頁巖氣”將改變世界格局

    人們對于頁巖氣的認(rèn)識,，僅有一百多年的歷史。
    1821年,，美國紐約州一個小鎮(zhèn)開鉆第一口商業(yè)性的頁巖氣井,。它只有8.23米深，而當(dāng)時美國開國元勛托馬斯·杰斐遜還在世,。不過頁巖氣極少埋藏這么淺,，大多數(shù)頁巖氣存在于超過1500米深的巖層中，因此開發(fā)十分困難,。
    直到20世紀(jì)90年代,，隨著水力壓裂和水平鉆井技術(shù)的發(fā)展，頁巖氣的商業(yè)開發(fā)才真正具備了可能性,。
    1999年,，在北美最具代表性的巴內(nèi)特頁巖氣田（位于美國得克薩斯州中北部）出現(xiàn)了4口頁巖氣井；到2004年末,，該氣田頁巖氣井猛增至744口,。頁巖氣開采技術(shù)的突破，使美國非常規(guī)天然氣產(chǎn)量大幅增加,，被稱作“頁巖氣革命”,。如今，美國已經(jīng)超過俄羅斯躍升為全球第一大天然氣生產(chǎn)國,。預(yù)計到2035年,，美國天然氣總產(chǎn)量的47%將是頁巖氣。
    與美國“頁巖氣革命”的進程同時發(fā)生的,，是世界能源供給格局的劇變,。作為世界最主要能源的石油，其全球總產(chǎn)量在進入21世紀(jì)后,，幾乎年年在36億噸上下徘徊，被很多評估者認(rèn)為其“產(chǎn)量峰值”已經(jīng)到來，未來產(chǎn)量很難有大幅增加,，無法滿足全球能源需求的大幅增長,。一度被寄予厚望的核電，在2011年3月日本福島核事故后,，德國,、日本等國先后出臺“棄核”日程表，無法再挑起未來能源供給的重?fù)?dān),。這樣,，天然氣勢必成為滿足全球新增能源消費需求的第一選擇。
    天然氣成為新增能源的第一選擇,，除了歸功于“頁巖氣革命”帶來的產(chǎn)量突破,，也與天然氣適合城市人口消費的特點有關(guān)。在中國,、印度等人口大國快速城市化的大背景下,，天然氣比煤炭、石油更加高效且清潔,。
    2011年3月30日,，美國白宮發(fā)布了《未來能源安全藍圖》，指出由于頁巖氣和頁巖油技術(shù)快速發(fā)展,，美國能源對外依存度已大大降低,。該藍圖制定了加大美國本土非常規(guī)油氣資源開發(fā)力度的戰(zhàn)略，目標(biāo)是在2035年之前,，使美國成為能源凈出口國,。
    “頁巖氣革命”正在使美國從世界最大能源進口國轉(zhuǎn)變成出口國。當(dāng)美國成為能源出口國,，國際經(jīng)濟秩序也將大變,。當(dāng)前的國際經(jīng)濟秩序，是建立在美國作為世界最大能源進口國基礎(chǔ)上的,。美國與沙特等波斯灣國家1974年達成“石油單一使用美元結(jié)算”的協(xié)議之后,，美元便與石油形成“綁定”關(guān)系。世界各國向海灣國家購買石油只能使用美元,，海灣國家把獲得的美元存入歐洲的銀行體系,，歐洲的銀行則以金融投資等方式使美元流回美國，這樣就形成了全球美元循環(huán)中的“主流”,。
    與石油不同,，天然氣的定價權(quán)尚在爭奪中，將來哪種貨幣成為天然氣貿(mào)易的主要結(jié)算貨幣尚未確定,，因此,，伴隨著天然氣重要性的上升,，國際經(jīng)濟秩序的各個環(huán)節(jié)都將面臨激烈的主導(dǎo)權(quán)爭奪，從而產(chǎn)生根本性的變化,。

左：在常規(guī)天然氣探明可采儲量方面,，美國《油氣雜志》給出了2011年位居前7的國家排名，其中沒有中國,。
右圖：全球一次能源占比（1970～2030年）來源：《BP能源展望》
（注：一次能源是指直接取自自然界沒有經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換的能量和資源,，如原煤、原油,、天然氣,、太陽能等。經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換以后得到的能源產(chǎn)品,，稱為二次能源,，如電力、蒸汽,、液化石油氣等,。）

我國尚未掌握關(guān)鍵技術(shù)

    發(fā)展頁巖氣產(chǎn)業(yè)也將推動我國工業(yè)技術(shù)的進步。要從地下超過1500米甚至3000米深度的巖層采出天然氣,，需要集成最先進的物探技術(shù),、控制技術(shù)、材料技術(shù),、機械技術(shù)等多種工業(yè)基礎(chǔ)技術(shù),，勢必推動地質(zhì)學(xué)、計算機科學(xué)等多門學(xué)科的發(fā)展,。也就是說,，系統(tǒng)化的頁巖氣工程技術(shù)，將提高工業(yè)的整體水平,。
    頁巖氣開采的技術(shù)要求很高,，其核心是水平鉆井技術(shù)和水力壓裂技術(shù)。水平鉆井是鉆頭可以在地下沿著任意角度前進,，“想鉆哪里就鉆哪里”的技術(shù),。《規(guī)劃》稱,，目前我國已初步掌握了頁巖氣直井壓裂技術(shù),，但水平井技術(shù)尤其是分段壓裂等關(guān)鍵技術(shù)，尚待突破,。
    頁巖儲層厚度薄,，滲透率低，水平井加多級壓裂是目前美國頁巖氣開發(fā)應(yīng)用最廣泛的方式,。實際上,，目前我國已掌握的直井壓裂技術(shù),，距離真正開發(fā)頁巖氣還有距離，因為直井壓裂意味著,，要想大規(guī)模采出氣體,，就要使用大型水力壓裂。而大型水力壓裂由于成本太高,，對地層傷害大已經(jīng)在美國停止使用。目前在美國頁巖氣生產(chǎn)井中,，有85%的井是采用水平井和多級壓裂技術(shù)結(jié)合的方式開采,，增產(chǎn)效果顯著。而這對水平井技術(shù)尤其是分段壓裂等關(guān)鍵技術(shù),，要求很高,。

頁巖氣開發(fā)示意圖
來源：《石油機械》2011年第9期

開發(fā)頁巖氣恐傷及地下水

    天然氣本身是低碳能源，主要成分是甲烷,，完全燃燒后大部分產(chǎn)物是水蒸氣,，僅產(chǎn)生少量二氧化碳，且碳排放量只相當(dāng)于石油和煤的一半,。2011年德班世界氣候變化大會前,，“低核、高天然氣情景”開始進入碳減排議程,。從氣候變化談判的進程來看,，“綠色氣候基金”可能成為今后國際碳排放額交易及技術(shù)轉(zhuǎn)讓的主要操作平臺。對于基金這樣的金融化平臺來說,，天然氣比核技術(shù),、清潔煤技術(shù)、風(fēng)能及太陽能等減排項目容易操作得多,。因此,，僅從這個角度判斷，發(fā)達國家也會把天然氣作為實現(xiàn)碳減排的主要方式來推動,。
    頁巖氣開發(fā)和其他能源一樣,，也不是完美的，其帶來的環(huán)境問題主要來自其開發(fā)過程,。概括而言有三：
    其一是可能帶來地下水的污染,。開采頁巖氣采用的壓裂液中含有多種化學(xué)成分，如為了溶解礦物和造縫而添加的鹽酸,、為了保持壓裂液的黏度而添加的硼酸鹽等,，這些化學(xué)添加劑可能造成地下水的污染。尤其需要注意的是,，頁巖氣鉆井的深度常超過1500米,，如果污水回收工作做得不好,，會導(dǎo)致深層地下水甚至超深層地下水被污染。
    其二是可能帶來地質(zhì)災(zāi)害隱患,?！兑?guī)劃》中提到的我國頁巖氣潛力地區(qū)包括華北地區(qū)。由于長期超采地下水,，華北地區(qū)存在大面積地下水采空區(qū),，而頁巖氣開發(fā)則是要向地下施加高壓力，這可能帶來一定地質(zhì)災(zāi)害隱患,。
    其三是可能加劇缺水矛盾,。《規(guī)劃》中提到的我國頁巖氣潛力地區(qū)還包括準(zhǔn)噶爾盆地（位于新疆北部）,、吐哈盆地（位于新疆東部）,、鄂爾多斯盆地等，這些地區(qū)都是缺少地表水的地區(qū),，頁巖氣開發(fā)必須采用高壓水力壓裂技術(shù),，一口頁巖氣井就需要大約20萬噸水，這可能會加劇當(dāng)?shù)氐娜彼堋?br>    我國在大規(guī)模開發(fā)頁巖氣之前,，這些環(huán)境問題須先找到解決之道,。

左圖：頁巖氣水平井叢式開發(fā)           右圖：水力噴射壓裂原理圖

我國無法照搬美國現(xiàn)成技術(shù)

    特別需要注意的是，我國的地質(zhì)條件與美國不同,，美國的頁巖是海相頁巖,，而我國大部分是陸相頁巖，無法直接使用美國的現(xiàn)成技術(shù),，這就意味著我國需自主開發(fā)適應(yīng)中國地質(zhì)條件的全套技術(shù),。《規(guī)劃》提出,，要形成適合我國地質(zhì)條件的頁巖氣地質(zhì)調(diào)查與資源評價技術(shù)方法,、頁巖氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)及配套裝備等。這是“十二五”期間需要解決的首要課題,。
    頁巖氣一旦生產(chǎn)出來,，如何達到消費端，也是有待克服的難題,。天然氣本身是具有“管道先行”特點的,，必須先修好可到達終端消費者的管網(wǎng)，然后才能被輸送利用,。然而,，我國的管網(wǎng)目前密度極低，管道總長度只有約10萬公里,。相比之下,，面積比我國略小的美國卻有近200萬公里天然氣管道,。我國的潛在頁巖氣田大多是在人口稀少的山區(qū)，要在開發(fā)出頁巖氣之前先完成管網(wǎng)建設(shè),，確實難度極大,。
    當(dāng)然，還有另一種解決思路,，那就是通過天然氣分布式能源系統(tǒng),，把頁巖氣就地轉(zhuǎn)化為電力，再輸送到消費端,。

分段壓裂示意圖

    （作者為北京集成創(chuàng)新經(jīng)濟咨詢中心研究員）

√環(huán)境百科————

水力壓裂法

    水力壓裂法又稱為液壓破裂法,，是指向地下巖層泵入高壓液體致使巖層產(chǎn)生裂縫，達到油氣增產(chǎn)的一種技術(shù),。這些高壓液體常常是摻有沙石和少量化學(xué)物質(zhì)的高壓水。因為浪費水資源,，且有污染地下水的隱患,，頁巖氣開采在多國受到質(zhì)疑。2011年6月,，法國成為第一個立法禁止采用水力壓裂法的國家,。英國政府雖然繼續(xù)支持水力壓裂法，但公眾的反對聲浪也非常高,。
    水力壓裂法從1950年起開始使用,，但盈利也就是最近幾年的事，主要是得益于近年來水平鉆井技術(shù)的突飛猛進,，它才廣泛應(yīng)用于頁巖氣開采中,。當(dāng)前，人們還在研發(fā)頁巖氣開采的其他技術(shù),，如氣動壓裂,。但這個技術(shù)還在開發(fā)階段，經(jīng)濟上的可行性還是未知數(shù),。