作者:金之钧 来源: 中国科学报 发布时间:2019-9-12
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页岩油革命并非庞氏骗局
美国页岩油勘探开发历程与启示

 

■中国科学院院士 金之钧

美国是世界上首个实现页岩油(即蕴藏在大套富有机质页岩层系中的石油资源,亦有文献称为致密油)商业开发的国家,目前全球90%以上的页岩油产量来自美国。凭借页岩油的成功开发,美国一举扭转了上世纪70年代以来的原油产量下滑颓势,原油自给能力大幅提高,同时也在重塑着世界石油市场格局。

然而,关于页岩油革新的质疑也一直存在。前段时间,甚至有媒体称“页岩油是庞氏骗局”“美国页岩油革命神话破灭”等。事实果真如此吗?

笔者认为,研究美国页岩油勘探开发历程,分析其经验,对推动我国页岩油产业发展有重要意义。

历程与特征

纵观美国页岩油的发展历程,可将其分为三个阶段,即探索发现、认识与技术突破和快速发展。

1953~1999年是美国页岩油探索发现阶段。此时的页岩油勘探开发活动集中在北部的威利斯顿盆地,以寻找泥岩裂缝油藏为目标,页岩油年产量不到10万吨。1953年发现的Antelope油田是美国第一个页岩油藏,产层是形成于3亿年前左右的海相暗色页岩,即巴肯组上段,获得27吨/日的产量。1992年,针对巴肯组上段的页岩油勘探开发活动明显增加,有20多家公司参与其中。此后,由于油价走低和难以进行可靠的产量预测,该区的页岩油钻探开发活动大幅减少。

2000~2007年是美国页岩油认识与技术突破阶段。此时的页岩油勘探开发活动虽然仍集中在巴肯页岩区,但目的层已转为巴肯组中段的白云岩和粉砂岩层段。随着水平井和水力压裂技术成功应用,产量得以迅速提高,2007年首次突破100万吨/年。2000年和2005年是该阶段两个至关重要的时间点,前者是Elm Coulee油田的发现时间,这是以巴肯中段为勘探目标后发现的第一个油田,在页岩油产业发展中具有里程碑式的意义;后者则是成功将水平井和水力压裂用于巴肯中段页岩油藏开发的时间,揭开了美国页岩油开发的新篇章。

2008年以来是美国页岩油快速发展阶段。一方面,受页岩气革命影响,美国国内气价持续低迷,之前从事页岩气勘探开发的公司纷纷转向页岩油,巴肯页岩区的作业量和产量快速提升;另一方面,巴肯页岩油快速发展带来了“溢出效应”,美国其他地区的页岩油勘探开发陆续获得突破,伊格尔福特、二叠盆地更是后来居上,成为新的页岩油勘探开发热点地区。

随着页岩油钻探活动在多地展开,美国页岩油产量进入快速增长期。2011年,年产量首次突破5000万吨,2012年达到1亿吨,2014年达到2亿吨,2018年突破3亿吨。

现状与展望

截至2017年底,美国的页岩油证实经济可采储量同美国常规原油和凝析油总证实储量相当。2017年,二叠盆地成为美国第一大页岩油资源区;巴肯区带退居第二位;第三大页岩油资源区是墨西哥湾盆地西部的伊格尔福特区带。美国地调局认为,二叠盆地、巴肯和伊格尔福特区带还有超过120亿吨待发现的(技术可开采)页岩油资源。

据美国能源信息署预测,美国页岩油会在2025年前后达到5亿吨以上的年产量峰值,占美国石油总产量的三分之二以上,并大体保持这一产量水平至2030年,之后会逐年降低,到2050年会降至4.4亿吨,但仍占美国石油总产量的一半以上。

国际能源署认为,2024年之前,全球新增石油供应的70%以上将来自美国,且有望在未来5年内取代沙特,成为全球最大的原油出口国,这一切都得益于页岩油。

BP也认为,美国页岩油年产量完全具备在2030年达到5亿吨的条件,甚至可能突破6亿吨。

成本和油价是确定产业可持续发展的重要依据。从发展历程来看,美国页岩油行业的成本呈总体下降趋势,页岩油公司的盈利能力也在持续改善。以巴肯页岩区为例,2014年油价下跌之前,该区页岩油项目的勘探开发成本在65美元/桶左右,油价下跌之后,页岩油公司凭借技术进步和一系列优化措施实现了降本增效,目前该区的页岩油勘探开发成本已降至50美元/桶左右,基本具备了在当前油价水平上实现盈利的条件。

据有关资料表明,自2000年以来,美国页岩油开发投资已超过12000亿美元,长期负现金流和高负债使美国页岩油发展的可持续性备受质疑,甚至有人提出“庞氏骗局”说,但其实美国页岩油目前已出现向好的苗头。

IHS Markit的数据显示,美国页岩油行业在2018年首次实现了16亿美元的年度净现金流入。预计2019年有约140亿美元的净现金流入;到2023年,页岩油行业的累计净现金流入将超过1400亿美元,基本可以应对长期债务问题。

经验与启示

美国页岩油革命的成功是资源、科技、市场、体制和基础设施等多因素合力作用的结果。

美国是页岩油资源最丰富的国家之一,优质的资源条件为页岩油革命提供了物质基础。持续的科技进步是页岩油革命成功的关键,坚持不懈的基础研究促进了页岩油勘探开发理论的创新,水平井、水力压裂及配套技术的综合利用实现了页岩油气的商业生产,以“井工厂”为代表的生产技术降低了页岩油气开发的操作和管理成本,不断的技术创新提高了页岩油气勘探开发效率。成熟的市场环境是页岩油发展的重要支撑,完善的体制机制则为页岩油革命提供了制度保障,包括明晰的矿权以及矿权交易与管理机制、极富竞争性的市场机制、高效的政府监管机制、多元投资主体与专业化分工服务相结合的体制。良好的基础设施条件使页岩油革命成果得以迅速扩大,美国管道系统总里程居全球之首,且连通了主要产区、消费区、炼厂和交易枢纽,产出的油气能迅速到达市场。

美国页岩油革命带给我们三方面的启示。

一是新产业的快速发展需要国家的战略扶持。美国政府为页岩油气等非常规油气资源发展制定了明确的战略目标,并长期给予扶持。专门设立了非常规油气资源研究基金,从20世纪80年代开始,先后投入60多亿美元,其中用于相关理论和技术研究的费用约为20亿美元。联邦政府和州政府还制定了针对非常规资源的补贴和扶持政策,如《能源意外获利法》中明确规定非常规能源开发享受税收补贴政策;《美国能源法案》规定,政府在10年内,每年投资4500万美元用于非常规油气技术研发。

二是美国目前大规模开发的是高成熟度的页岩油资源。从美国三大页岩油区的情况来看,实现商业开发的富有机质页岩属高成熟页岩油,具有油质较轻、气油比高、地层压力系数高、流动性较好等特点,通过现有的水平井体积改造技术和“平台式作业模式”能进行规模效益开发。美国还有大量中—低成熟页岩油资源,至今仍未实现商业开发。

三是分级分类动用是实现页岩油效益开发的重要保障。页岩油公司将产区按每1000英尺水平段初始产量分为5级,第一级的平衡油价只有32美元/桶左右,第五级则高达75~84美元/桶,在低油价下开发活动主要集中在最好的第一级区域内。IHS Markit的统计表明,第一级区域内的可钻井位已经有接近一半被钻。

在美国页岩油革命影响下,中国石油和中国石化公司从2010年开始启动了页岩油勘探评价工作。初步研究结果表明,中国陆相盆地发育多套湖相泥页岩层系,其分布范围广、有机质丰度高、厚度大,不仅为常规石油资源提供了丰富油源,而且有大量的油滞留于泥页岩层系内,具有巨大的页岩油资源潜力。

据有关机构评价,中国页岩油技术可采资源量仅次于美国和俄罗斯,居全球第三位。中国的陆相页岩油资源量主要分布在东部断陷盆地古近系、松辽盆地白垩系、四川盆地侏罗系、鄂尔多斯盆地三叠系以及准噶尔等盆地的二叠系。

目前,以上地区的页岩油勘探开发均已有所突破,如准噶尔盆地吉木萨尔凹陷、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、松辽盆地、江汉盆地等都突破了页岩油出油关,但正像美国页岩油开发初期阶段一样,目前多数井无经济效益。

高成熟页岩油油质轻,流动性好,但往往埋藏深、施工困难、开发成本高、通过技术进步、降低成本是关键。埋藏浅的往往是低熟油,原油比重大、黏度大、流动性差,研发改制技术是关键。

综上所述,中国陆相页岩油与美国海相页岩油有很大不同,美国经验可以借鉴,但不能全部复制。只有持续加强基础研究和技术创新,研发出适应我国页岩油资源特点的理论与技术,才能大规模且经济有效地开发我国陆相页岩油,为我国能源安全作出贡献。

(作者系中国科学院院士,本文来源于《中国页岩油发展战略研究》项目组部分成果)

《中国科学报》 (2019-09-12 第1版 要闻)
 
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