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页岩气神话破灭?

时间: 2015年03月30日 | 作者: | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
在未来的几十年中,美国希望依靠充足的天然气供应助力经济复苏,但这可能会成为泡影。

 在宾夕法尼亚页岩层上,一台钻机正在利用水力压裂法开采天然气。

 

当美国总统奥巴马谈到未来时,他认为美国经济将会繁荣发展,而这很大程度上得益于美国巨大的天然气储量。在2012年国情咨文中,他宣布:“我们拥有足够美国使用100年的天然气储量。”

 

奥巴马的言论反映了美国国内普遍存在的乐观情绪。这一切都要归功于水力压裂法(hydraulic fracturing),该方法能够以较低成本从页岩(一种细粒沉积岩)中开采出天然气。美国上下,诸如“页岩革命”和“资源富足”这样的词汇一直回响在各公司的董事会上。

 

各公司和企业为廉价且数量可观的天然气预言投下了巨额赌注。预计在未来20年中,美国工业和电力生产商将在新的天然气计划中注资上千亿美元。另有数十亿美元会被投入到出口设备的建设中,这将使美国有能力向欧洲、亚洲和南美洲等地输出液化天然气。

 

所有的资金投入都依赖天然气产量能像美国能源部能源信息管理局(Energy Information Administration,EIA)所预期的那样,整个行业会在未来数十年实现持续增长。eia行政主管亚当·赛敏斯基(Adam Sieminski)2014年曾宣布:“EIA毫不怀疑天然气产量会一路攀升,这种势头将持续到2040年以后。”

 

但是,仔细分析这恢弘预言背后的假设,我们会发现这种预期可能有些盲目乐观。部分原因在于,政府的预期是基于对主要页岩气地层或页岩气产区的粗略研究。目前,研究人员对这些层位进行过细致的分析,随后发布了更加保守的预估。计算表明,在这类层位中“最佳开采点”(sweet spots,能够获利的油气开采点)存在的数量比预期要少。

 

作为深入预估天然气产量项目的成员之一,得克萨斯大学奥斯汀分校石油与地球系统工程学院院长塔德·帕策克(Tad Patzek) 表示,这样的结果可谓“噩耗”。眼前,石油公司正在不遗余力地快速度开采和出口大量页岩气,但帕策克说:“我们正将自己置身于一场巨大的失利之中。”

 

这件事产生的影响已经远远超出了美国本土。如果美国天然气产量下跌,向海外大规模出口的计划将会搁浅。其他希望开发本国页岩层的国家也将重新考虑该计划。“如果页岩气的开采在美国出现败象,势必会对世界其他国家的热情造成打击,”来自皇家国际事务研究所的经济学家保罗·史蒂文斯(Paul Stevens)说。

 

一开始人们普遍对天然气的前景表示悲观,直到5年前,这样的观点才发生了剧烈变化,人们开始认为天然气的储量很丰富。整个上世纪90年代,美国的天然气产量持续走高。由于天然气为美国提供了四分之一的能源,如果产量下降,人们担心美国将不得不依靠进口。通过收集能源相关的数据,EIA在2008年时为美国的能源前景做出了预估:在未来数十年内美国天然气的产量将保持平稳。

 

然而,页岩气的爆发却让人们大吃一惊。它主要依靠的开采技术在几十年前就存在了,但当时天然气的价格低廉,用水力裂压技术开采页岩气的费用过高。到了21世纪,天然气价格的持续走高,才促使很多公司使用这项技术开采页岩气。由于使用了这项钻井技术,美国天然气产量达到了历史顶峰,使美国重新获得在几十年前就曾荣获的头衔——世界上最大的天然气生产国。

 

天价的岩石

这主要得益于横跨西弗吉尼亚、宾夕法尼亚和纽约的马塞勒斯(Marcellus)页岩层。在过去几年中,各公司在森林覆盖的群山中打了8 000多口深井,目前仍以每月100多口井的速度增加。在进入页岩层前,每口井先垂直下探2 000余米,后在页岩层中侧向延伸1 000多米。马塞勒斯页岩层每天能提供3.85亿立方米的页岩气,能够为美国的发电厂提供一半以上的天然气消耗量。

 

还有很大一部分的美国天然气供应来自其他三大产区——位于得克萨斯州的巴奈特(Barnett)、阿拉斯加州的费耶特维尔(Fayetteville)以及跨越路易斯安那州和得克萨斯州边界的海内斯威尔(Haynesville)。这4大产区共计有30 000多口钻井,产量占到美国页岩气总产量的三分之二。

 

和其他预估机构一样,EIA并没有预见爆发已经到来,而且一如既往地低估页岩气的产量。但是,随着页岩气产量剧增的事实逐渐浮现,该机构大幅上调了页岩气产量的长期预期。正如其在《2014年度能源展望》(Annual Energy Outlook 2014)中的参考案例一样,在天然气价格一直维持相对较低水平的前提下,其价格会逐渐升高,由于页岩气开采加剧,美国天然气的产量会持续升高,一直到2040年。

 

EIA并未针对几大不同的产区单独发表产量预估,但是已把整体预估透露给了《自然》杂志。在最新的预估中,美国四大页岩区的产量会持续增加,直到2020年,之后20年产量趋于稳定。其余页岩区产量会持续增长到2040年。

 

石油行业分析师有他们自己的预估,但通常低于EIA的预估。经济学家盖伊·卡鲁索(Guy Caruso)之前担任过EIA主管,目前就职于华盛顿州的战略与国际问题研究中心,他说“EIA的预估相当接近共识”。得克萨斯州农工大学的地质学家吕德·韦杰马斯(Ruud Weijermars)却认为,这些咨询公司很少发布他们预估背后的细节,使其假设和方法难以被评估和讨论,他表示,与工业和咨询机构相比,科学界中主流的同行评议机制与之截然不同。

 

为了提供准确透明的页岩气产量预估,得克萨斯大学奥斯汀分校的石油工程师和经济学家们组成了一个研究小组,花费了3年时间系统地研究主要页岩层。这项研究获得了纽约市阿尔弗雷德·P·斯隆基金(Alfred P. Sloan Foundation)150万美元的资助,其成果将逐步在学术杂志和会议上发表。韦杰马斯评论说,这是目前为止该领域中最权威的工作。

 

如果天然气价格按照EIA在2014年度报告中预估的那样发展,得克萨斯州研究小组预计,四大页岩产区的页岩气产量将在2020年达到顶峰,之后逐渐下降。到2030年,它们最多只能达到EIA预估产量的一半。而且,即使EIA的保守估计也高出该研究小组的预估。帕策克说,“得克萨斯州研究小组明显不同意EIA的预估结果。”

 

得克萨斯州研究小组和EIA预估的最大不同在于,两份评估采用了不同的精细度。EIA按照区块对每个页岩层进行划分,然后计算该地区的平均产能。但很多区县超过1 000平方千米,足够容纳上千口钻井。与之不同的是,得克萨斯州研究小组把每个产区以2.6平方千米为单位进行划分,比EIA的分辨率高了20倍。

 

分辨率十分关键,因为每个区块都有最佳开采点,该点可以产出大量页岩气,而其他很多地区的钻井产能较低。油气公司首先会选择最佳开采点,因此之后钻探的钻井,产能会低于当前的钻井。然而目前为止,EIA的预估模型都假设在某一区域内,未来的钻井产能至少和当前的持平。帕策克说,“正是由于这种预估方式导致了他们的结果过于乐观。”

 

得克萨斯州研究小组进行高分辨率研究,会使模型将最佳开采点与边缘地区分开。该研究项目的合作首席、得克萨斯大学奥斯汀分校的地质学家斯科特·廷克(Scott Tinker)说,“相比过去,我们能更好地预估产量的未来趋势。”

 

得克萨斯州研究小组和EIA研究的另一个不同之处在于,如何预估不同产区的钻井总数。EIA并未明确公布这一数字,但似乎它预估的钻井数目要比得克萨斯州研究小组的多。因为得克萨斯州研究小组会排除一些不适合钻井的地区,例如湖泊和大城市的所在地。预估之所以采取这样的形式来模拟现实,主要是因为得克萨斯州研究组的成员们都是石油工业的长期从业者,有丰富的经验。

 

 

争议不断

还有一些使用更简单方法进行的独立研究,其结论也与得克萨斯州研究小组的预估吻合。路易斯安那州立大学的韦杰马斯和马克·凯泽(Mark Kaiser),以及加拿大地质调查局的地质学家戴维·休斯(David Hughes)的研究成果都表明,如果像EIA预估的那样增加产量,需要在接下来的25年中大量、持续地增加钻井数目,但这样操作很难盈利。

 

一些业内人士对得克萨斯州研究小组的评估结果印象深刻。位于科罗拉多泉的内林联合公司(Nehring Associates)经营石油和天然气领域中广泛使用的数据库,其中一位油气分析师这样说,非常规资源评估就应该按照得克萨斯州研究小组的方法来做。

 

帕策克说EIA的方法是“有根据的猜测”,但却难以接受。他还说,EIA凭借他们拥有的时间和资源,已经做到了最好。2014年,EIA做所有能源类型的数据收集和预估的预算仅1.17亿美元,仅相当于在海内斯威尔页岩区打12口钻井的花费。卡鲁索说,EIA的预估是“物有所值”的,但我总感觉我们资金不足,EIA要做越来越多的事,经费却越来越少。

 

帕策克承认,预估页岩气产量很难,而且很不确定,一部分原因在于技术和钻探方法正在迅速发展。在新的页岩层,公司仍在寻找最佳开采点。而且,在井与井能够互相产生明显影响之前,这些井到底能以一个什么样的密度布局,也一直是难题。

 

EIA的代表认同这份评估,并表示他们不应该将其与得克萨斯州研究小组的研究成果相比,因为各自采用了不同的假设和不同的情况。EIA石油与天然气勘探和生产分析工作组的领导,约翰·斯陶布(John Staub)说,“两种模型各有所长,在很多方面也能形成互补,事实上,EIA已经综合了得克萨斯大学工作组的观点。”

 

然而在10月14日在线发表的一份工作论文中,两名EIA分析师承认,到目前为止,该机构的方法存在问题。他们认为最好能够利用高分辨率地质图来预估,他们以得克萨斯州研究小组为例,认为其模型在描述最佳开采点时可以提高预估准确度。该论文发表了一份免责声明,声称作者的观点并不代表EIA的分析师,而在2015年,该机构将计划按照上述原则运用新方法预估马塞勒斯页岩的产量。

 

圆梦还是破梦

对于自己的研究结果和指示意义,得克萨斯州研究团队的成员们仍争论不休。廷克比较乐观,他认为研究团队的结论过于保守,实际产量可能高于估计值。他表示,四大页岩气产区将会对“美国未来几十年的天然气产量做出巨大的贡献。而且,这已经为我们争取了很多时间。”

 

而帕策克则认为,实际的天然气产量将会低于研究小组的预估结果。他谈到页岩气的产量将会在未来十年左右达到顶峰,之后“将会出现急速下降”。他还表示,“到那时,整个美国将会惊醒,发现这一切不过是南柯一梦。”帕策克预期天然气价格将会迅速升高,随之而来的是,美国将会因过多以天然气为能源的工业计划而不堪重负,面临同样险境的还有以天然气驱动的机动车系统。他说:“无论如何,都会对美国的经济造成不利影响。”

 

美国能够依据来自上万口页岩气钻井的数据做出预估。如果对于美国来说,预估尚且如此困难,那么对于那些拥有更少钻井的国家,不确定性就更大。EIA已经委托美国国际先进能源公司(Advanced Resources International,ARI)对全球页岩气潜力进行评价。2013年公布的结果显示,全球页岩层已探明的天然气储量总计可达220万亿立方米。以现今消耗速率估算——天然气对全球能源的贡献占总体四分之一——将能提供65年的能源供给。然而,ARI的报告并未提及这项评估的不确定性,以及从经济角度考虑,可开采的天然气总量如何。

 

史蒂文斯认为,这样的估算“非常值得怀疑,而且有跟风的嫌疑”。他以ARI对波兰的评估为例:当时预计波兰拥有欧洲最大的页岩气储量,而在2011~2013年,ARI把波兰最有前景地区的页岩气储量预期值调低了三分之一,也就是说,该区一些试井的产量低于预期。与此同时,波兰地质研究所开展了自己的研究,计算结果表明,相同地区的天然气储量不足ARI最初预估的十分之一。

 

专家表示,如果美国天然气供应的枯竭速度比预期更快,或者环保主义者的反对呼声更高,那么对于类似波兰这样的国家来说,页岩繁荣将难以实现。

 

然而尤其在美国,对页岩气的乐观情绪依然占据主导地位。因此,一些能源专家非常担心。内林还说:“这里面存在着巨大的不确定性。而人们总是说‘请给我一个数字’。仅仅是数字,即使是有问题的,也比不确定更让人感到宽慰。”

 

本文作者 梅森·英曼居住于加利福尼亚州,是一位自由撰稿人。

 

(撰文 梅森·英曼(Mason Inman)  翻译 都晓菁)
 
 
本文来自《环球科学》2015年第2期,转载请注明出处。
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