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用页岩气呼唤“美丽中国”
榨出石头缝里的“蓝金”
◎贾晋京
“页岩气”对许多人来说也许有点陌生，但它已经在重塑世界能源的未来。3月5日，温家宝总理在《政府工作报告》中就提到：“……加快页岩气勘查开发攻关，提高新能源和可再生能源比重。”另据商务部网站4月24日报道，江西省地矿部门调查发现，该省仅部分地区的可采页岩气量就多达2500亿立方米，相当于拥有2.5亿吨待采石油。江西省“缺油乏气”的历史有望改写。
那么，页岩气究竟是何方神圣？它对中国能源结构来说意味着什么？
石头缝里挤“蓝金”
3月16日，国家能源局发布了《页岩气发展规划（2011-2015年）》（下简称“《规划》”），计划在“十二五”期间，完成探明页岩气地质储量6000亿立方米，可采储量2000亿立方米，实现2015年页岩气年产量65亿立方米。
实际上，“65亿立方米”只是个很小的数字，预计到2020年，页岩气年开采总量将达600亿～1000亿立方米。
这就意味着，如果按2020年我国天然气总需求量约3800亿立方米估算，页岩气大约可满足其中的16%～26%。而2020年我国常规天然气产量预计为1700亿立方米左右，这样一来，届时天然气自足率可达60%～70%，将彻底扭转此前预计的2020年我国天然气一半以上依赖进口的局面。这是具有重大战略意义的蓝图！
什么是页岩气？页岩气其实是一种天然气，与普通的天然气相比，区别在于它们在地下的存在形式不同。
页岩气是保留在石油岩层中的天然气，与“煤层气”、“致密气”同属一类。普通的天然气存在于油田或者天然气田中，等于是储藏在“地下巨大的气箱”里，开采相对容易，因此长期以来得到较多的开发。
页岩气则像海绵里的水，需要用力挤压，才能冒出来。有人把页岩气比喻成石缝里榨出的“蓝金”。因为石油被称为“黑金”，天然气作为清洁能源，被称为“蓝金”。
就其成因，传统理论认为，页岩气是由古生物遗骸长期沉积地下，经过漫长地质年代变质裂解，而产生的气态碳氢化合物，这属于正统的“有机成因理论”。基于有机成因理论找到的天然气被称为常规天然气。
不过，还有一种理论认为，天然气的基本成分碳和氢两种元素，早在地球形成过程中就大量存在，它们比较容易结合成甲烷即天然气，这就是天然气的“无机成因理论”。根据这种理论，天然气应该大量存在于岩石之中，这类天然气被称为非常规天然气。页岩气就是非常规天然气的一种，其他比较重要的非常规天然气还有煤层气、致密砂岩气等。
页岩气主要是以吸附或游离状态，聚集于暗色泥页岩或高碳泥页岩中。全世界全部沉积岩中，泥页岩约占总量的六成，因此页岩气资源的前景极其远大。
天然气资源地质示意图
中国页岩气储量第一？
世界上有多少页岩气可供开采呢？实际上，除了北美，世界其他地区的页岩气资源潜力根本没普查过，因此无法对其潜力进行评价。不过美国能源情报署（EIA）曾公布了一份名为《2011年全球页岩气资源初步评估》的报告，认为以现有技术来看，以下9国可开采的页岩气储量排名靠前：
该报告把中国排在世界第一，引起国内能源界很大争议，因为这个数据比中国自己的估计高出很多，而美国从未对中国的页岩气进行过系统勘查，并不真正掌握数据，因此权威性不足。此外，这份报告也没提到俄罗斯和中亚的页岩气储量。
中国国土资源部公开发表的估计数据认为，中国页岩气可采储量约为25万亿立方米。但这一数字也高于美国对自身储量的评估，堪称世界第一。不过这一数字也只是估值，因此《规划》提出，“十二五”期间要基本完成全国页岩气资源潜力调查与评价，掌握页岩气资源潜力与分布。
在常规天然气探明可采储量方面，美国《油气杂志》给出了2011年位居前7的国家排名，其中没有中国。
也就是说，在不考虑页岩气的情况下，世界大部分探明天然气可采储量，集中在俄罗斯、伊朗和卡塔尔；而在考虑页岩气的情况下，中国、美国、阿根廷可与这3国比肩。这说明，页岩气将给世界能源版图带来巨大变数。
当然，俄罗斯、伊朗等常规天然气富集地区，仍可能有着巨大的页岩气潜力，只是尚未评估而已。此外，中亚地区也值得关注。一般认为，中亚地区的天然气远景储量仅次于俄罗斯和中东地区。
美国能源情报署（EIA）在其《2011年全球页岩气资源初步评估》的报告中公布的，可开采页岩气储量排名前9的国家。
“页岩气”将改变世界格局
人们对于页岩气的认识，仅有一百多年的历史。
1821年，美国纽约州一个小镇开钻第一口商业性的页岩气井。它只有8.23米深，而当时美国开国元勋托马斯·杰斐逊还在世。不过页岩气极少埋藏这么浅，大多数页岩气存在于超过1500米深的岩层中，因此开发十分困难。
直到20世纪90年代，随着水力压裂和水平钻井技术的发展，页岩气的商业开发才真正具备了可能性。
1999年，在北美最具代表性的巴内特页岩气田（位于美国得克萨斯州中北部）出现了4口页岩气井；到2004年末，该气田页岩气井猛增至744口。页岩气开采技术的突破，使美国非常规天然气产量大幅增加，被称作“页岩气革命”。如今，美国已经超过俄罗斯跃升为全球第一大天然气生产国。预计到2035年，美国天然气总产量的47%将是页岩气。
与美国“页岩气革命”的进程同时发生的，是世界能源供给格局的剧变。作为世界最主要能源的石油，其全球总产量在进入21世纪后，几乎年年在36亿吨上下徘徊，被很多评估者认为其“产量峰值”已经到来，未来产量很难有大幅增加，无法满足全球能源需求的大幅增长。一度被寄予厚望的核电，在2011年3月日本福岛核事故后，德国、日本等国先后出台“弃核”日程表，无法再挑起未来能源供给的重担。这样，天然气势必成为满足全球新增能源消费需求的第一选择。
天然气成为新增能源的第一选择，除了归功于“页岩气革命”带来的产量突破，也与天然气适合城市人口消费的特点有关。在中国、印度等人口大国快速城市化的大背景下，天然气比煤炭、石油更加高效且清洁。
2011年3月30日，美国白宫发布了《未来能源安全蓝图》，指出由于页岩气和页岩油技术快速发展，美国能源对外依存度已大大降低。该蓝图制定了加大美国本土非常规油气资源开发力度的战略，目标是在2035年之前，使美国成为能源净出口国。
“页岩气革命”正在使美国从世界最大能源进口国转变成出口国。当美国成为能源出口国，国际经济秩序也将大变。当前的国际经济秩序，是建立在美国作为世界最大能源进口国基础上的。美国与沙特等波斯湾国家1974年达成“石油单一使用美元结算”的协议之后，美元便与石油形成“绑定”关系。世界各国向海湾国家购买石油只能使用美元，海湾国家把获得的美元存入欧洲的银行体系，欧洲的银行则以金融投资等方式使美元流回美国，这样就形成了全球美元循环中的“主流”。
与石油不同，天然气的定价权尚在争夺中，将来哪种货币成为天然气贸易的主要结算货币尚未确定，因此，伴随着天然气重要性的上升，国际经济秩序的各个环节都将面临激烈的主导权争夺，从而产生根本性的变化。
 
左：在常规天然气探明可采储量方面，美国《油气杂志》给出了2011年位居前7的国家排名，其中没有中国。
右图：全球一次能源占比（1970～2030年）来源：《BP能源展望》
（注：一次能源是指直接取自自然界没有经过加工转换的能量和资源，如原煤、原油、天然气、太阳能等。经过加工转换以后得到的能源产品，称为二次能源，如电力、蒸汽、液化石油气等。）
我国尚未掌握关键技术
发展页岩气产业也将推动我国工业技术的进步。要从地下超过1500米甚至3000米深度的岩层采出天然气，需要集成最先进的物探技术、控制技术、材料技术、机械技术等多种工业基础技术，势必推动地质学、计算机科学等多门学科的发展。也就是说，系统化的页岩气工程技术，将提高工业的整体水平。
页岩气开采的技术要求很高，其核心是水平钻井技术和水力压裂技术。水平钻井是钻头可以在地下沿着任意角度前进，“想钻哪里就钻哪里”的技术。《规划》称，目前我国已初步掌握了页岩气直井压裂技术，但水平井技术尤其是分段压裂等关键技术，尚待突破。
页岩储层厚度薄，渗透率低，水平井加多级压裂是目前美国页岩气开发应用最广泛的方式。实际上，目前我国已掌握的直井压裂技术，距离真正开发页岩气还有距离，因为直井压裂意味着，要想大规模采出气体，就要使用大型水力压裂。而大型水力压裂由于成本太高，对地层伤害大已经在美国停止使用。目前在美国页岩气生产井中，有85%的井是采用水平井和多级压裂技术结合的方式开采，增产效果显著。而这对水平井技术尤其是分段压裂等关键技术，要求很高。
页岩气开发示意图
来源：《石油机械》2011年第9期
开发页岩气恐伤及地下水
天然气本身是低碳能源，主要成分是甲烷，完全燃烧后大部分产物是水蒸气，仅产生少量二氧化碳，且碳排放量只相当于石油和煤的一半。2011年德班世界气候变化大会前，“低核、高天然气情景”开始进入碳减排议程。从气候变化谈判的进程来看，“绿色气候基金”可能成为今后国际碳排放额交易及技术转让的主要操作平台。对于基金这样的金融化平台来说，天然气比核技术、清洁煤技术、风能及太阳能等减排项目容易操作得多。因此，仅从这个角度判断，发达国家也会把天然气作为实现碳减排的主要方式来推动。
页岩气开发和其他能源一样，也不是完美的，其带来的环境问题主要来自其开发过程。概括而言有三：
其一是可能带来地下水的污染。开采页岩气采用的压裂液中含有多种化学成分，如为了溶解矿物和造缝而添加的盐酸、为了保持压裂液的黏度而添加的硼酸盐等，这些化学添加剂可能造成地下水的污染。尤其需要注意的是，页岩气钻井的深度常超过1500米，如果污水回收工作做得不好，会导致深层地下水甚至超深层地下水被污染。
其二是可能带来地质灾害隐患。《规划》中提到的我国页岩气潜力地区包括华北地区。由于长期超采地下水，华北地区存在大面积地下水采空区，而页岩气开发则是要向地下施加高压力，这可能带来一定地质灾害隐患。
其三是可能加剧缺水矛盾。《规划》中提到的我国页岩气潜力地区还包括准噶尔盆地（位于新疆北部）、吐哈盆地（位于新疆东部）、鄂尔多斯盆地等，这些地区都是缺少地表水的地区，页岩气开发必须采用高压水力压裂技术，一口页岩气井就需要大约20万吨水，这可能会加剧当地的缺水矛盾。
我国在大规模开发页岩气之前，这些环境问题须先找到解决之道。
 
左图：页岩气水平井丛式开发 右图：水力喷射压裂原理图
我国无法照搬美国现成技术
特别需要注意的是，我国的地质条件与美国不同，美国的页岩是海相页岩，而我国大部分是陆相页岩，无法直接使用美国的现成技术，这就意味着我国需自主开发适应中国地质条件的全套技术。《规划》提出，要形成适合我国地质条件的页岩气地质调查与资源评价技术方法、页岩气勘探开发关键技术及配套装备等。这是“十二五”期间需要解决的首要课题。
页岩气一旦生产出来，如何达到消费端，也是有待克服的难题。天然气本身是具有“管道先行”特点的，必须先修好可到达终端消费者的管网，然后才能被输送利用。然而，我国的管网目前密度极低，管道总长度只有约10万公里。相比之下，面积比我国略小的美国却有近200万公里天然气管道。我国的潜在页岩气田大多是在人口稀少的山区，要在开发出页岩气之前先完成管网建设，确实难度极大。
当然，还有另一种解决思路，那就是通过天然气分布式能源系统，把页岩气就地转化为电力，再输送到消费端。
分段压裂示意图
（作者为北京集成创新经济咨询中心研究员）
√环境百科————
水力压裂法
水力压裂法又称为液压破裂法，是指向地下岩层泵入高压液体致使岩层产生裂缝，达到油气增产的一种技术。这些高压液体常常是掺有沙石和少量化学物质的高压水。因为浪费水资源，且有污染地下水的隐患，页岩气开采在多国受到质疑。2011年6月，法国成为第一个立法禁止采用水力压裂法的国家。英国政府虽然继续支持水力压裂法，但公众的反对声浪也非常高。
水力压裂法从1950年起开始使用，但盈利也就是最近几年的事，主要是得益于近年来水平钻井技术的突飞猛进，它才广泛应用于页岩气开采中。当前，人们还在研发页岩气开采的其他技术，如气动压裂。但这个技术还在开发阶段，经济上的可行性还是未知数。
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