别把页岩气看得太简单了
核心提示： 2011年美国能源情报署（EIA）发布了全球页岩气技术可采资源量的数据，让中国能源界高兴得不得了。美国说它的页岩气技术可采储量不过只有24.4万亿立方米，中国就有36.1万亿立方米，怎能叫我们不兴奋？
2011年美国能源情报署（EIA）发布了全球页岩气技术可采资源量的数据，让中国能源界高兴得不得了。美国说它的页岩气技术可采储量不过只有24.4万亿立方米，中国就有36.1万亿立方米，怎能叫我们不兴奋？于是各大媒体开动了舆论机器，把美国页岩气吹过头了，选几个段子："页岩气开发将让俄气公司陷入严重危机之中"、"美国对中东地区石油的依存度因此大幅度下降"、"美国页岩气革命不仅让俄罗斯交出了天然气开采的头把交椅，其产生的连锁反应还迫使俄罗斯加快了进入东方市场的步伐"，页岩气将引发"世界能源政治大变局"。还有个著名媒体在"真正的绿色能源革命"一文中写到：页岩气在20年内将成为与石油、煤炭鼎立的三大能源之一，所提供的能量，超过风能、热能、水电、原子能等所有替代能源总和的1倍。非常规天然气开发是全球能源领域的一场革命，对全球天然气市场、能源供应格局、气候变化政策甚至地缘政治产生重大影响。真的是这样吗？牛吹过头了。这里得提醒您，别把页岩气开采想得太简单了，千万别认为：美国的今天，就是我们的明天。
页岩气的数据怎么来的？
有个油气资源评价专家叫H-H.罗根列（H-H. Rogner），加拿大人，做学问的，不是政客。H-H.罗根列任职于维多利亚大学（University of Victoria）综合能源系统研究所(加拿大不列颠哥伦比亚省维多利亚市)和国际应用系统分析研究所（奥地利拉克森堡）。他在1997年11月在"能源与环境年度评论"发表了一篇研究报告，题名为"世界油气资源评价An Assessment of World Hydrocarbon Resources)"，对全球油气资源包括非常规油气资源做了评价。这篇文章写得太学术了，不容易读懂，在信息膨胀的时代当然不会引起我们的注意。乔治·米切尔（George Phydias Mitchell，1919～2013年）是值得尊重的房地产开发商，他冒着倾家荡产的危险，不辞劳苦开发成功了页岩气，也算得上英雄人物。米切尔的成功提醒了美国能源情报署（EIA），于是聚集一批专家研究资料，得出H-H.罗根列的研究结论是正确的，这样就在H-H.罗根列的基础上，相隔14年，于2011年公布了全球页岩气技术可采资源量数据，中国第一。不说不知道，一说吓一跳，真把国人高兴惨了。时间进入2013年，美国能源情报署再次修订了数据，此时，美国还有个叫先进资源国际公司（Advanced Resources International，ARI）也做了评价，结果有些出入但不大。为了便于阅读，把评价结果列在下表1中。
不管中国第一或第二，中国页岩气仍在前茅。有人说，页岩气是美国的一个骗局，您没有办法把页岩气开采出来，就说"葡萄是酸的"。您开采出来了，"葡萄就甜了"？。有趣的是，来了个戏剧性的华丽大转身，这个论调马上消失了，页岩气纷纷被开采出来了，马上"商品化生产"开始了，国家级的、部级的、省级的第一口页岩气井争先恐后亮相，专用页岩气管道（不就是一般的天然气管道嘛！）也建成了，还有个页岩气生产液化天然气的工厂（页岩气生产液化天然气抬高了成本并增加温室气体排放）也开始建设了。社会的发展，技术的进步，真让人没法赶上。这些进步就不谈了，本文只谈别把页岩气看得太简单了。
技术可采资源量是什么意思？
千万别把可采储量与技术可采资源量的概念混为一谈，技术可采资源量仍然在资源量的范畴内。技术可采资源量（technical recoverable resources，TRR）是指采用现行的勘探开发技术可回收的油气量，而不考虑地质资源量中人为估计的技术可采资源量的开发成本以及油气价格。
技术可采资源量仍然是资源量的一种表述，不具备商业价值，不同机构评价可有不同的结果，另外，随着技术进步，人为估计的系数也随之变化。从技术可采资源量进入可采储量的关键是用户对销售价格的承受能力。有人认为，技术进步了，价格提高了，技术可采资源量都是可以开采出来的，这句话原则上不错，在实际的应用中却办不到，因为很遥远不可捉摸，能源市场看重实际，只注重可采储量。说得明确点，中国的页岩气技术可采资源量虽然评价比美国多，并不代表中国页岩气比美国丰富，而要看页岩气可采储量。在中国，人们不注意具有商业价值的可采储量数据，而对资源量数据谈得津津乐道，总是忘不掉我们是世界第一这块画饼。页岩气的定义是什么？
石油天然气的先驱都是石油天然气的老外。现代石油工业最早的先驱者是依格纳茨·卢卡西维茨（Jan Józef Ignacy ?ukasiewicz，1822～1882年），波兰药剂师，就是药房抓药的；美国世界石油工业的先驱者埃德温·德雷克（Edwin Drake，1819～1880年）是退伍军人，中国叫复员军人。有点像瞎猫碰见死耗子，不知不觉当上了大名人。说到页岩气，要提到一个不应该提到的人叫威廉·哈特（William Hart），在美国被称为"天然气之父"，生意人。1821年在美国宾夕法尼亚州弗里多尼亚，威廉·哈特在当地的小溪沟边散步，发现水面上冒出气泡，于是在附近钻了一口9米深的井，成功地获得了较大气流的天然气。随后几年接通管道，照亮了附近的住家和商店，当然要收钱。最先使用的是木管，1825年改用铅管，并建立了弗里多尼亚天然气照明公司。虽然俗话说"祸不单行，福不双至"，但他的福气确实好，后人把这个发现称为美国首先在1821年开采了页岩气，真把高兴得从棺材爬起来了。那时，美国人对天然气的概念还不如中国人，中国人早把天然气来熬盐了，在自贡火井到处可见，1835年还钻成当时世界上最深的燊海井，深1001.4米，日产天然气5000～8000立方米。那时美国连天然气是什么玩意都不清楚，就会开采页岩气了？如果威廉·哈特开发的是页岩气，由于页岩气寿命短，他的公司早就该破产了。请您研究美国原始资"Natural Gas has Fueled Local Economic Development in New York for186 Years"，可以看出，用现在的说法是开采了浅层天然气，盖板是页岩层，因为页岩层致密不透气，跟页岩气不踏界。有个红头文件"页岩气发展规划（2011-2015 年）"把页岩气定义为：页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，是一种清洁、高效的能源资源。如果把"页岩气"改为"致密气"，这个定义照样成立。常规天然气（Conventional gas）、页岩气(Shale gas)与致密气(Tight gas)的区别，不在产品成分上，而在渗透率（permeability）的区别，见图1。
请注意横坐标：nanodarcy(nD，纳达西)、microdarcy(?D，微达西)、millidarcy(mD，毫达西)、darcy(D，达西)。为了便于阅读理解，现在把常规天然气、致密气和页岩气的渗透率区别列成表格，见表2。页岩气的渗透率约比致密气小1000倍，也就是常说的，页岩气比致密气更难开采的原因在于渗透率。
页岩气（shale gas）是指赋存于富含有机质的页岩层段中，以吸附气、游离气和溶解气状态储藏的天然气，主体是自生自储成藏的连续性气藏，必须采用水平钻井并分段压裂才能开采出来的一种非常规天然气。这种页岩气是束缚在页岩层的渗透率小于1?D（微达西，≈10-18m2），属于热成因气，它可以在有机成因的各种阶段生成，以游离状态存在于裂缝、孔隙及其他储集空间；以吸附状态存在于干酪根、黏土颗粒及孔隙表面上；极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质之中。
页岩气层吸附在有机质上，没有圈闭，没有明显的气层边界。页岩气层的特点是具有吸附气体的能力，与煤层一样，但孔隙中有自由空间，这不同于煤层没有大孔隙。页岩气层的吸附气与页岩有机质成比例。游离气与有效孔隙率和孔隙中的气体饱和度成比例。谈到页岩气，总喜欢给她戴上桂冠：页岩气是一种清洁、高效的能源资源。不对了，我们调侃地把能源分类划分为两种观点：⑴ 家庭主妇分类法。只管厨房是否清洁，得出煤和柴是不清洁的，天然气和电力是清洁的；其实多数人这样看的；⑵ 能源角度分类法。看从开采到终端使用的全过程，排放的二氧化碳是否进入现代全球碳循环系统，煤和天然气属于化石燃料，燃烧后生成的二氧化碳，增加了全球碳循环系统，增强了全球暖化，归于不清洁的化石燃料之列；柴薪属于生物燃料，燃烧后没有增强全球暖化，属于清洁燃料。电力要看怎么来的？从水力发电或再生能源来的一次电力，是清洁的；而化石燃料燃烧发电来的二次电力，仍然是化石燃料衍生的。页岩气是非常规天然气的一种，貌似清洁，其本质仍然是化石燃料。谈到谁高效，不是天然气，仍然是常规石油。也就是说，通常说的"页岩气是清洁能源"是错误的。什么页岩气产量？
这个问题问小学生好了，不必登大雅之堂，实际上不简单。我国把产量看为工厂生产量，国外把产量看为进入能源市场的商品量，区别大了，生产量不一定销售出去，商品量一定能够销售出去。页岩气（或天然气、致密气）从开采到消费流程简单地写为：资源量（技术可采资源量）→可采储量→商品量→消费量页岩气可采储量是指地下蕴藏的技术可采、经济可行和环境允许的数量，所以采出的商品量一定会在能源市场上销售得出去。我国没有页岩气可采储量数据，没有这种观念也不感兴趣，都认为是从技术可采资源量中生产的。举个例子，有篇文章说，"只需在特区中拿出1万平方公里的龙溪组区块，按照一平方公里，3亿立方米页岩气的储量计算，这片区域就有3万亿立方米的储量，如果按一年1000亿立方米的开采速度来算，可以保持开采近30年"。还有人根据这种算法，得出中国页岩气可以开采400年，够鼓舞人心的了。如果说这里的储量是指可采储量就对了，可是中国没有可采储量的数据，也不会这么高。在这里是指技术可采资源量，显然没有考虑到采收率和经济性。纵观我国页岩气奋斗指标，"页岩气发展规划（2011～2015 年）"说，2015 年页岩气产量65 亿立方米，力争2020 年产量达到600～1000 亿立方米。后来又改为2020年中国页岩气产量将达到300亿立方米，下降低了一半。实际上产量概念仍然很含糊，如果这个奋斗指标是指井口产量再加上补贴，仍然高于市场能够承受的价格，生产的页岩气不是商品，其实再多写点也无所谓，因为按照技术可采资源量的定义，用现在的技术而不计血本就可以开采出来；当然在市场上销售不出去。如果指商品量，进行商品化生产，页岩气不是卖得到钱，而是赚得到钱，那么补贴得取消。此时，哪怕指标定为1亿立方米，都显得珍贵。按照国际通用的概念，页岩气产量就是可以市场能够接受的商品量。美国页岩气是在市场经济的运作下，不赚钱的生意不做，没有指引方向的奋斗指标。开山鼻祖乔治·米切尔折腾了十多年，才慢慢摸到点门道，道路很艰辛。美国能源情报署对本国页岩气生产量有个估算，但不是奋斗目标。中国页岩气是否成功，取决于价格。千万不要认为，页岩气开采成功了，天然气价格就降低了，因为页岩气开采成本比常规天然气高得多，而且生产井的寿命短得多，所以，开发页岩气的风险极大。美国不断打井，几万口，维持页岩气产量。为什么要生产页岩气？理由千条万条，归根结底就是一句话：要赚钱。本土常规天然气生产成本很低，一般在1元人民币/ m3以下，页岩气的生产成本较高，页岩气销售价格可与进口LNG（液化天然气）在接收站气化后的价格相比较，即在取消补贴的情况下，并要把钻的干井损失计算在内，控制在此价格之下，可以称为商品化生产。页岩气的特点是什么？
"百度百科"顶有意思的，它把页岩气描写为"较常规天然气相比，页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点，大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气"，就是说，页岩气比常规天然气还要好。什么叫页岩气生产周期长，实际上到开采几年后，页岩气就像小屁娃撒尿，细水长流，而常规天然气可以维持几十年高产稳产。此类页岩气比常规天然气还要好的论调，广泛传播，误导了不少人。
见图2，常规天然气井钻到储层，天然气就呼啦呼啦地涌向井眼；页岩气井就要分段水力压裂，操作麻烦多了。开采页岩气可分为6个阶段：定井位→水平钻井→水力压裂→完井→生产加工→堵井废弃
由于页岩气是束缚在致密岩层中，与常规天然气井开采有很大差异。页岩气井开采的特点是：
⑴ 必须通过水平钻井并分段压裂才能采出天然气。水平钻井通常采取水平分支钻井，以扩大可压裂体积；
⑵ 页岩气井开采用水量大，特别是在分段压裂。根据地质状况不同，用水量也不相同。美国页岩气约在地下2000米，每口井用水量最低也要10000吨；
⑶ 压裂液中必须加入小于1%的化学药剂，以辅助页岩气脱除进入井筒；
⑷ 压裂液中化学药剂的比例虽小，但由于用水量大，药剂的绝对量巨大，对地下水质会造成影响；
⑸ 为了维持页岩气产量，页岩气井密集。一般井距小于20km2；
⑹ 根据地质状况的不同，页岩气井的开采费用随之不同，但页岩气井的开采费用高于常规气井。美国每口页岩气井开采费用为300～1000万美元（相当于1900万～6200万人民币）。页岩气井与常规天然气井的区别是什么？
与常规天然气井不同，页岩气井的特点是：
⑴ 页岩气井经由分段压裂后，最初产量与常规天然气井区别不大，显示高产，但随后产量衰减较快，年衰减60～80%不等；
⑵ 常规天然气井生产寿命长，采收率可达约60%，页岩气井在10%以下，一般为5%。
气井寿命取决于压裂后裂缝长度、裂缝密集程度等因素。页岩气的开发要求在应用高技术的前提下大幅度地降低成本。对于页岩气的低成本开发，一般通过水平井组的开发方式来实现，即在一个井场实施10～20口水平井，以集约用地，降低钻井、压裂和开采成本；也可通过页岩气、致密油等多类型资源的综合开发，或者引入竞争机制，通过竞争等多种方式综合降低成本。为什么页岩气产量衰减快？
页岩气是未经运移的储存在烃源岩中的非常规天然气，页岩气井衰减速率是页岩气井的特点，这由页岩气本质决定的。因为页岩气是束缚在致密页岩层的渗透率小于1?D（微达西，≈10-18m2），必须采用水平钻井并分段压裂才能开采出来。
页岩气在致密的页岩层中以游离态和吸附态存在。由于游离态页岩气经由通道不断地从井眼涌出，井底压力逐渐降低，然后页岩气从细微裂缝中涌向井底，最后吸附在有机质上的页岩气，才逐渐释放出来。最初井口速率取决于分支钻井的数目和水力压裂深度和广度。
从页岩气开采成功的美国来看，第一年衰减达70～85%。
今没有看见我国页岩气产量衰减的报道，也许不好意思说，只看见稳产高产的报道，或者说，刚才开采不久，还谈不上气量衰减。页岩气是一种新能源，也是一种新事物；人们为此欢呼，为此怀疑，都很正常。不能一有质疑，马上把质疑者打哑了。科学家都是怀疑论者，细看科学发展史，科学的发展都是从怀疑开始，科学的进步是在质疑声中前进。能够提出质疑无论正确与否，都是朝前进了一步。这里没有必要评价是不是页岩气，你说是，被人夸你很专业有水平；你说不是，人家会跳起来。是否页岩气？用不着邀约一批专家研究讨论，如果页岩气过两三年没有衰减，那就不是页岩气了，事情就是这么简单。在页岩气层上钻井，常规天然气、致密气和页岩气都可能出现。
为什么用水制约了页岩气发展？
世界上的总供水量约为1 386 000 000km3，其中约97%是盐水，淡水仅占3%。而在全部淡水中，超过68%锁定在冰盖和冰川中，剩下的30%淡水在地下。地表的淡水资源仅为全球水资源总量的0.3%，江河湖泊仍然是每天人们用水的最主要的来源，见图3。
由于各国地理位置不同及人口数量不同，各国的淡水消费量也不同。中国的淡水总消耗量居世界第二位，次于印度，但人均消耗量仅为美国的四分之一。美国人均消耗量为1600 m3/年，中国人均消耗量为415m3/年，形象点说，美国人喝一杯水，中国人只能喝半杯的半杯。
页岩气开采需要大量的淡水。根据地质状况不同，用水量也不会相同。页岩气开采用水量最低每口井要4000吨，最高可达50000吨。因此，水资源对页岩气开采有很大的影响。在页岩气开采中，用的是地表淡水资源，消耗量很大，而且是与人类争抢淡水资源，因此，开采地区的水资源是受到关注的重大问题。
生产页岩气必须利用水力压裂技术，这种技术需要大量水和药剂注入地下。压裂所需水量大，至少每口井为10000吨，药剂用得很少，只占1%，绝对量可达100吨以上，可见药剂的绝对量巨大，因此会对地下水质造成不良影响。有人说压裂废水可以重复使用，所以用水量不大，甚至比常规天然气钻井还要少。不对了，井口出来的废水首先要沉降，调节水质，运输到新井场，也可能地面处理漏失造成污染，也会造成水量损失，处理和运输的费用也不低。页岩气钻井和压裂的水质有可能造成难以预测环境污染，使得环境保护问题争论不休。
有页岩气决策人说，至今没有发现污染，力挺页岩气生产，甚至还有人拍胸脯说，我敢负责任地告诉你，水力压裂不会有污染。说这话太不负责任，如果发现了污染怎么办呢？地层对水质的自愈能力很差，这块土地就得"癌症"了。因此，不要人格担保，国家必须建立严格的水力压裂监督机制。
在美国开发页岩气的历史中，曾经出现过政策失误，美国把这次失误称为"哈里伯顿漏洞（Halliburton loophole）"。哈里伯顿漏洞是指水力压裂药剂随水力压裂作业进入浅层水造成的饮用水源污染而被忽视的政策缺陷。
哈里伯顿公司（Halliburton）是著名的石油天然气生产服务公司，为了自身的业务发展，哈里伯顿公司邀约了一些油气生产服务公司向政府游说：水力压裂不会造成环境水质污染。2005年美国《能源政策法案》将水力压裂从《安全饮用水法》的监管中删除，即产生"哈里伯顿漏洞"。哈里伯顿漏洞使得高污染的化学品进入到浅层水源，造成饮用水源污染的可能性增大，引起当地民众强烈反对。
随着美国页岩气开采热潮蔓延，污染事件陆续出现以及迫于公众的压力，让美国国会不得不重新考虑对于水力压裂技术的监管。2009年一项被称为"FRAC"（Fracturing Responsibility and Awareness of Chemicals Act）的议案，向国会建议关闭"哈里伯顿漏洞"，重新赋予美国环境保护局（EPA）监管页岩气水力压裂的权力，并要求美国环境保护局进行水力压裂与饮用水污染相关性的专题研究。
世上无难事 只要肯登攀
从道理上来说，页岩气商业化生产必须满足三个条件：技术可采、经济可行、环境允许，但是兑现就麻烦了。跟美国的情况不一样，美国台风的报道不少，吓人，壮观，但不影响地质构造。美国有地震，但不像汶川大地震那样吓人。我国页岩气主要集中在四川，四川位于地震带，在地质史上发生多次大地震，单说1786年以来，里氏规模达到6.0的有20次。由于印度板块的挤压，促成喜马拉雅山长高，而挤压要释放的能量就在四川发泄。四川的地层被地震翻了好几个筋斗。有个钻井专家这样描述四川地层：打口井，干井，不出气；可是离几米又打口井，几乎要井喷，说明四川地质复杂，当然这是常规井。页岩气没有明确的边界，不会有井喷这种情况，但要像美国那样连成一大片很难了。
美国页岩气层从几百米到3000米，而中国从3000米到4000米，这并不是多钻点深度的问题，中国页岩气层压实比美国厉害，结果使开发成本翻了个筋斗。美国可以邀约中小企业来搞大兵团作战，中国就不行。
任何能源的开发都有两面性：一方面有利于人类，另外一方面有害于人类。好像柴薪时代要温柔些，森林大火不是开发能源造成的。虽然说水力发电是清洁的可再生的能源，结果死的人最多。煤矿就不说了，每年不死几十个就成了奇迹了。开发页岩气要注意，尽量避免对人类造成的负面影响，特别是水质可能带来的影响。
就目前而论，页岩气革命仅发生在美国，是否"星星之火可以燎原"，至少目前不明朗；就全球范围而论，页岩气难以打败常规天然气，但我国经济发展必须要靠能源的支撑，遗憾的是造地球的神对地大人多的中国太不公平了，我国是天然气资源较为贫乏的国家，而且水资源也贫乏。有丰富的页岩气资源就应该研究开采，但是不要把事情想得很简单，一口吃成个胖娃娃，在科学技术日新月异的今天，任何我们觉得不可能的事情，都可能变为现实，努力攀登，克服面临的困难，最终会成功。这就是本文要说的话。
作者：庞名立
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