世界经济论坛：2011年能源展望
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| ——天然气的新时代（三） | |
2011-7-6
第二章 天然气供应革命
几年的发展就能给国际天然气市场带来巨变。仅在5年前，我们曾预计北美天然气生产将迅速减少。全球液化产能的大规模扩张将使疲软的北美市场恢复活力，并使亚欧成为全球天然气市场的供需中心。价格不贵且丰富的液化天然气资源有望与常规天然气资源展开竞争。人们很少关注页岩气、致密气和煤层气等非常规天然气资源。
页岩气的出现打破了所有假设。以新的方式将所有已知技术组合在一起已导致北美非常规天然气成本竞争力取得了突破。目前在大多数情况下，非常规天然气的价格比常规天然气的价格低。2002年，页岩气仅占美国天然气供应的2%，而到2010年已增至24%。
而今许多地区都在开发非常规天然气的潜力。从北美吸取的教训可能将运用到全世界。
非常规天然气革命
人们知晓页岩气已有数十年的历史。事实上，页岩是许多常规石油和天然气资源的烃源岩（source rock）。尽管如此，直到最近，低渗透性和多孔性使得从页岩中提取天然气的成本过于高昂或技术可行性低。近十年来，这种情况发生了变化，因为对新技术的大规模投资使北美的页岩气生产发生了革命性变化，并使页岩气在成本上具有竞争力。
从页岩中生产天然气，有两种技术至关重要，即水平钻井（horizontal drilling）技术和水力压裂（hydraulic fracturing）技术。这两种技术都有数十年的使用历史，但将这两种技术结合使用则是引发页岩气革命的关键。
• 水平钻井技术指打一口垂直井至预定深度，而后水平钻孔以获取更多的储量。
• 另一个是水力压裂（hydraulic fracturing）技术，指在高压下向井中注入液体以使储气岩破裂，并让岩石中的天然气能够流向井眼而后到达地面。压裂液通常由水和沙子（或其他固体）组成，主要是为了使储气岩破裂后保持破裂状态。提高上述过程效率的化学物质包括不足1%的压裂液。最近利用多种压裂技术来进一步增加气井的产量。
水平钻井技术与水力压裂技术的结合的突破出现在2002-2003年，尽管过了5年人们才认识到这种革命性技术的影响。然而，两种技术的结合只是发挥页岩气潜力的开始。每一种地质构造都需要一种独特的方法。两个钻井工在近距离的同一地质层上钻井却通常产生不同的生产成本。不同的页岩储集层在渗透性、孔隙率和深度等特性方面各不同。当考虑到政策和利益攸关者等因素时，明确任何具体区域的非常规天然气机会将更具挑战性。在非常规天然气革命的过程中，政策可能与地质和技术一样重要。
北美：“页岩之风”
页岩气是北美天然气供应游戏规则的改变者。据IHS剑桥能源研究协会（IHS CERA）估计，北美非常规天然气包括超过51万亿立方米(Tcm)（1,800万亿立方英尺[Tcf]）的可采天然气——超过自1930年以来北美已生产的天然气产量。这些新增资源加上此前的估计值，将导致天然气资源量超过85万亿立方米(Tcm)（或3000Tcf），可以满足北美100多年的消费需求（按照北美当前的消费量计算）。图5标注了最重要的北美页岩资源所在地。鉴于页岩气的规模和所处位置接近美国东北部需求中心，马塞勒斯页岩（Marcellus Shale）资源特别具有发展前景。
天然气产量也反映出页岩技术已带来了新的丰富产量。在短短的两年内，北美天然气产量中页岩气的比重就翻了一番，从2008年的12%（每日2亿立方米[Bcm]或66亿立方英尺[Bcf]）增至2010年的24%（每日0.4Bcm或13.8Bcf）。到2020年，页岩气占北美天然气产量的比重可能增至50%。
图5：北美非常规天然气热点
http://www.drcnet.com.cn/DRCnet.common.web/docimage.aspx?ImageID=1427726
来源：IHS剑桥能源研究协会
页岩气生产技术的进步也改变了北美天然气供应曲线（见图6）。很大一部分新供应能够以低成本生产——全周期成本（in full-cycle cost terms）低于145美元/千立方米(Mcm)（4美元/百万英热单位）。[1] 如此低成本的天然气的出现正推动非常规天然气供应的增加，并改变了对未来北美天然气价格发展方向的假设。然而，成本最低的资源并不必然是那些首先被开发的资源。管道运输能力必须能够连通生产区域与需求中心。例如，基础设施的局限性可能会延迟加拿大霍恩河（Horn River）和蒙特尼页岩（Montney Shales）以及美国中大西洋州的马塞勒斯页岩（Marcellus Shale）部分区域的开发。市场规模、个体生产商所占面积以及服务业的服务能力等实际问题将与生产成本一样，决定生产水平。
图6：页岩气正改变北美供应曲线的形态*
（亨利港保本价）
http://www.drcnet.com.cn/DRCnet.common.web/docimage.aspx?ImageID=1427727
来源：IHS剑桥能源研究协会
* 指已探明资源、可能性资源和潜在资源。
许多页岩开采区的成本低是因为生产效率得到了提升。水平钻井技术使我们可以从单井中获得更多的天然气储量。此外，在单个地点或井场（well pad）钻取多个井可以实现使用一套钻井设备钻取多个水平井，而不需要在井与井之间拆卸和重新组装钻井设备。在一个井场钻取多个井也可以减少对耕地的骚扰（Land disturbance）。此外，批量操作（“batch” operations）——即对多个天然气井进行重复操作并分阶段钻探许多井——也可以提高施工效率。提高钻井效率意味着钻取一定数量的井所需使用的钻井设备减少，会大幅节省成本。此外，对北美的页岩层的了解较深，这意味着出现“干井（dry hole）”的风险低。
页岩生产的持续强劲增长有赖于在钻井和完井（well completion）过程中持续的创新、获得土地以及获取钻探许可的及时性。页岩气产业将推动创新进程，但监管是一个独立的问题。塔里斯曼能源公司CEO 曼佐尼（John Manzoni）在其论文《让天然气成为迈向低碳未来的桥梁式燃料》（Securing Natural Gas as a Bridge Fuel to a Low-Carbon Future）中如此写道，“须提高勘探和开发（E&P）业在帮助设计能源政策以确保天然气的伟大前景的战略作用”，他说。要获得公众对页岩气产业的认可，环境问题的适当管理尤为重要。曼佐尼接着表示，“勘探和开发业必须加倍努力以确保最高标准的维护，并与社区合作减少地表骚扰（surface disturbance），使其对野生动物的影响最小化，并保护地下水资源。”
页岩气开发面临的环境挑战 页岩气开发所引发的环境问题已成为了美国部分地区的重大问题，而随着页岩气生产的增加，这些环境问题还可能在其他地区出现。从许多方面来看，获取越来越多的低碳天然气储量是有利的，因为与其他燃料相比，使用天然气可以减少温室气体和许多空气污染物的排放。然而，天然气所带来的好处相对较为分散，只有在使用天然气的时候和地方才会获益。而在减少温室气体排放方面，其所带来的益处是全球性的。 然而，与页岩气开发相关的不利环境影响的风险只出现在生产天然气的当地。这些问题普遍存在于场地整理、钻井和压裂过程中。页岩气开发过程中会出现对土地的骚扰、尘土（nuisance dust）、噪音和柴油机尾气排放，但一旦页岩气井处于生产阶段，则其影响最小。 对页岩气开发最大的担忧与水相关。在对每个页岩井进行打钻和压裂时需要1500-1900万升（400-500加仑）水。而该数量的水足够满足35-45个美国家庭一年的用水需求了。然而，与其他一些燃料相比，页岩气开发的耗水量较少。例如，煤炭从生产到发电所需的水量是页岩气的4倍，而且前提是发电厂使用的是闭路冷却系统（closed-loop cooling）。然而，各地的水资源储量各不同，水的可得性可能成为干旱地区的一大挑战。 饮用水的污染也是一个关键问题，主要集中在水力压裂过程及其污染地下蓄水层的可能性。然而，地质情况和正确的井式安装（proper well installation）会使其成为不可能。正确安装的井包括被混凝土包围的铁壳（steel casing），以将井与其经过的地下蓄水层分隔开来。地面套筒（surface casing）延伸至最深的饮用水水源下50-100英尺处。页岩气资源一般位于潜在最深饮用水地下蓄水层以下数千英尺处。页岩的低渗透性和其他形成物束缚了压裂液从页岩上流至饮用水水源层，甚至在压裂过程中承受压力时也是如此。 虽然水力压裂不太可能造成水污染，但采出水（produced water）的存储和处理以及钻井过程中使用的水和化学物都可能是水污染的潜在源。同样，存放于接近钻井的深坑中的钻探泥浆（drilling mud）的释放也是可能的。这些风险普遍存在于所有的石油和天然气开发过程中，但与压裂相关问题相比，这些风险仍未得到公众足够的重视。适当处理地表的水和其他物质对避免径流和地表水受污染至关重要。 |
欧洲：认识页岩气的潜力
对欧洲页岩气资源的预测可与北美页岩气资源的预测相媲美。在《打破常规：欧洲非常规天然气的发展前景》一文中，IHS剑桥能源研究协会资深研究主管彼得·杰克逊（Peter Jackson）对欧洲非常规天然气的发展前景进行了评估，并将波兰、波罗的海国家（the Baltics）、德国和奥地利的页岩资源描述为“世界级”的，见图7。然而，受多种因素的影响，欧洲非常规天然气的发展机会可能不同于北美的页岩气革命。
首先，欧洲矿产资源所有权（ownership of mineral rights）对欧洲开采企业的挑战不同于北美勘探与开发企业所面临的挑战。通常美国的矿权为私有，连同地表土地所有权（surface rights）一起转让。财产（property）所有者也可以出售或转让财产底下资源的所有权。另一方面，欧洲矿产资源的所有权通常属于国家。因此欧洲的勘探与开发企业与ZF而非个体业主进行谈判。这就为矿产的开发带来了障碍。与ZF谈判是一个既耗时又需要调动更多资源的过程。而最终的让步还会让开发商与地上资源所有者产生冲突，后者并不分享所产生的收益。
图7：欧洲的非常规天然气资源
http://www.drcnet.com.cn/DRCnet.common.web/docimage.aspx?ImageID=1427729
来源：IHS剑桥能源研究协会
其次，在钻井和生产过程中地上活动是不可避免的。地上活动可能包括建造公路和基础设施以将重型设备运至钻井现场，处理污水以及过去并未进行陆上钻探（onshore drilling）的地区地形风貌的变化。因为欧洲的人口密度更高且陆上钻井经验有限，将地上扰动降至最低尤为重要。此外，因为欧洲天然气开发为土地所有者带来的经济收益比北美小，因此他们并没有太大的动力去忍受天然气开发可能带来的不利影响。
第三，欧洲并没有成套的专项陆上钻井设备用于在非常规天然气资源区进行钻井。这就提出了技术和物流方面的问题，这些问题必须在资源大规模开发以前得以解决。另外，欧洲还将不得不建立起一套物流体系来支撑陆上天然气勘探和开发工业。
尽管存在着诸多潜在挑战，但在欧洲开发陆上天然气资源的理由很有说服力。供应的多元化可以增强天然气市场的稳定性，同时也能提高公众对广泛使用天然气（尤其在发电领域）的信心。
在欧洲，波兰是生产非常规天然气潜力最大的国家。在高产的情况下，IHS剑桥能源研究协会预测，波兰的非常规天然气年产量将从目前的约5Bcm（每日0.5Bcf）增至2025年超过100Bcm（每日9.7Bcf）。预计同期波兰国内天然气年消费量将增至略高于20Bcm（每日1.9Bcf），这意味着波兰可能成为重要的天然气出口国，并改变中欧地区的天然气供应现状。即使在产量较低的情境下，波兰也将从一个天然气进口国变身为天然气出口国。
彼得·杰克逊（Peter Jackson）这样描述欧洲非常规天然气面临的政策挑战，“在设计欧洲非常规天然气未来过程中，能源政策的重要性至少等同于地质情况。如果未能实现监管环境的合理化，那么非常规天然气生产的起飞将在地域上受限或时间上延期。随着时间的推移，决策者可能面临战略抉择：即支持非常规天然气——一个相对清洁的本地资源——或采用更加昂贵的零排放清洁技术。”与此同时，欧洲大量非常规天然气资源的发展潜力进一步使针对里海和中亚地区的潜在新能源供应的讨论复杂化。
[1] 全周期单位成本包括具体区域开采企业所面临的所有成本，包括资本和营业开支、矿区土地使用费和税收。
（未完待续…）
英文链接：http://www.weforum.org/reports/energy-vision-update-2011-new-era-gas?fo=1
作者：世界经济论坛，IHS剑桥能源研究协会；国研网编译 来源：世界经济论坛 2011年
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