美國開發(fā)頁巖氣的成功經(jīng)驗及對我國的啟示

楊淑梅，張麗麗

(1.國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院，北京 100095;2.中國寰球工程公司，北京 100029)

0 引言

頁巖氣是以多種相態(tài)存在并富集于孔隙度較低的泥頁巖地層中的天然氣，與大多以游離態(tài)富集于高孔隙度的砂巖地層中的常規(guī)天然氣有顯著區(qū)別，屬于非常規(guī)天然氣資源，其開采也需要與常規(guī)天然氣資源開發(fā)截然不同的專門技術(shù)。頁巖氣已成為全世界非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)的重點領(lǐng)域。美國的頁巖氣資源的開發(fā)取得了巨大成功，極大地改變了美國乃至全世界天然氣產(chǎn)業(yè)的面貌，同時也為其他國家發(fā)展頁巖氣產(chǎn)業(yè)起到了良好的示范作用。我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)尚處在起步階段，在地質(zhì)資料、技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施、政策體制等諸多方面都面臨障礙。美國的頁巖氣開發(fā)走在世界前列，現(xiàn)已進入頁巖氣開發(fā)的快速發(fā)展階段。2009年，美國頁巖氣產(chǎn)量達880億m3，超過我國同期天然氣總產(chǎn)量，占當(dāng)年美國天然氣消費總量的13.56%［1－2］。頁巖氣的開發(fā)使得美國可采天然氣資源量增加了40%，同時也使美國超越俄羅斯成為世界第一大天然氣生產(chǎn)國［3－4］，極大地改變了美國天然氣大量依賴進口的現(xiàn)狀。

美國在發(fā)展頁巖氣方面的成功并非偶然，而是多年來美國油氣行業(yè)、政府及科研機構(gòu)不斷嘗試、探索和合作的結(jié)果，為其他國家開發(fā)頁巖氣資源提供了重要范本。

我國頁巖氣資源量也很豐富，初步估算我國的頁巖氣資源儲量超過134萬億m3，可采資源儲量超過25萬億m3，與美國相當(dāng)。而2011年年底公布的數(shù)據(jù)顯示:我國常規(guī)天然氣的資源儲量僅為52萬億m3，產(chǎn)量約為 942 億 m3［5－6］。如能對頁巖氣資源進行有效開發(fā)，將對緩解我國氣體燃料資源短缺、應(yīng)對氣候變化發(fā)揮重要作用。但我國頁巖氣開發(fā)仍處于起步階段，其發(fā)展仍面臨很多障礙。我國應(yīng)發(fā)揮在頁巖氣開發(fā)方面的后發(fā)優(yōu)勢，充分學(xué)習(xí)和借鑒美國頁巖氣開發(fā)的成功經(jīng)驗［5，7－8］，減少在摸索階段所走的彎路，加快頁巖氣資源開發(fā)的步伐。

1 美國開發(fā)頁巖氣資源的成功經(jīng)驗

1.1 出臺優(yōu)惠政策

在聯(lián)邦政府層面，美國在1978—1992年對煤層氣、頁巖氣等非常規(guī)能源開發(fā)實施了長達15年的補貼政策;另外，1980年通過的《原油意外獲利法》對頁巖氣等非常規(guī)油氣開發(fā)實施稅收減免。州政府也出臺了相應(yīng)的稅收減免政策，包括無形鉆探費用扣除、有形鉆探費用扣除、租賃費用扣除、工作權(quán)益視為主動收入、小生產(chǎn)商的耗竭補貼等。這些優(yōu)惠政策大大鼓勵了小企業(yè)的勘探開發(fā)投資熱情，有力地扶持和促進了包括頁巖氣在內(nèi)的非常規(guī)能源的勘探開發(fā)。

1.2 創(chuàng)造開放的競爭環(huán)境，加快技術(shù)創(chuàng)新

美國頁巖氣勘探開發(fā)準入門檻低，勘探開發(fā)主體多元化，85%的頁巖氣產(chǎn)量由中小公司貢獻。在低回報、高成本的壓力下，中小型公司需要不斷進行技術(shù)革新，極大地促進了相關(guān)技術(shù)的進步，已探索出包括裂縫監(jiān)測、水平井加多段壓裂、清水壓裂和同步壓裂等先進的頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)。近年來，頁巖氣開采技術(shù)的突破擴大了頁巖氣滲入面積和開采深度，使美國獲得了更豐富的頁巖層資源。

與小公司相比，大公司可以在長期性和投入穩(wěn)定性上給頁巖氣開發(fā)提供更多保證，因此，往往是中小公司取得技術(shù)和產(chǎn)業(yè)突破，大公司隨后通過收購和兼并中小公司進入市場，形成了大、中、小石油企業(yè)并存發(fā)展的市場競爭格局。這極大地豐富和完善了產(chǎn)業(yè)鏈，提高了油氣行業(yè)資本的流通效率，同時加速了產(chǎn)業(yè)管理和發(fā)展模式的創(chuàng)新，促進了美國頁巖氣產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

另外，在開放的競爭環(huán)境下，美國培育了一大批門類齊全的頁巖氣專業(yè)化技術(shù)服務(wù)公司［5］，這些公司技術(shù)能力很強，通常擁有自主研發(fā)的先進儀器裝備，油氣公司的頁巖氣勘探開發(fā)項目現(xiàn)大都委托這些專業(yè)化服務(wù)公司開展前期工作，降低了頁巖氣項目的實施成本。

1.3 完備的天然氣管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和合理的監(jiān)管模式

美國長期以來建成了貫通美國所有主要天然氣產(chǎn)區(qū)的發(fā)達天然氣輸送管網(wǎng)和城市供氣網(wǎng)絡(luò)，天然氣管網(wǎng)總長超過 40 萬 km［5，9］(如圖 1 所示)，能夠?qū)⑻烊粴庾杂奢斔偷矫绹就翈缀跞魏我粋€城市。在完善的運輸條件下，美國各頁巖氣產(chǎn)區(qū)所采出的頁巖氣能夠以很低的成本輸送到消費地點，這極大地減少了企業(yè)開發(fā)利用頁巖氣資源的前期投入，降低了市場風(fēng)險。相比之下，我國天然氣管網(wǎng)的總規(guī)模和完善程度還遠低于美國［10］。

此外，尤其值得強調(diào)的一點是，從1993年開始，美國采取天然氣生產(chǎn)和運輸2種業(yè)務(wù)垂直管理模式，將生產(chǎn)商和運輸商分離成2個獨立的運營實體［11］。政府在監(jiān)管管道運輸費的同時，放開天然氣價格，保證天然氣生產(chǎn)商和用戶對管道擁有無歧視準入條件，即任何生產(chǎn)商都可以自主與管道運營商協(xié)商運輸價格并獲得管道準入權(quán)，有效避免了頁巖氣資源開發(fā)產(chǎn)業(yè)中壟斷的發(fā)生，促進了美國天然氣市場公平競爭環(huán)境的形成，提高了天然氣運輸市場效率，更好地保護了市場參與者的利益，這對于促進美國頁巖氣開發(fā)起到了至關(guān)重要的保障作用。

圖1 美國的天然氣輸送管網(wǎng)

1.4 完善的法律法規(guī)體系

美國長期以來形成的完備法律體系也有力地保障了頁巖氣產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展［12］。在探礦、采礦權(quán)方面，美國實行土地地表權(quán)和礦業(yè)權(quán)分開的制度，同時明確了開發(fā)商獲得探礦、鉆井采礦以及地表管道建設(shè)等相關(guān)土地使用權(quán)的條件和步驟，有利于開發(fā)商獲取頁巖氣上游資源。另外，頁巖氣開發(fā)過程中水力壓裂作業(yè)可能會污染地下水資源，同時可能產(chǎn)生空氣、土地、噪聲污染等問題。針對這些問題，美國分別通過《美國聯(lián)邦環(huán)境法》、《美國清潔水法案》、《飲用水安全法》、《資源保護和恢復(fù)法》、《清潔空氣法》等法律做出了相應(yīng)的規(guī)定，這對頁巖氣的安全、有效開發(fā)起了至關(guān)重要的保障作用。

2 對我國開發(fā)頁巖氣資源的建議

由于能源資源稟賦所限，煤炭長期在我國一次能源消費總量中占70%以上的比重，給我國的煤炭生產(chǎn)造成了巨大的壓力，缺煤現(xiàn)象時有發(fā)生;另外，和石油相比，煤炭屬于高碳、高雜質(zhì)能源，大量使用造成了較為嚴重的環(huán)境污染和溫室氣體排放問題。因此，大力提高包括天然氣等低碳清潔能源在一次能源消費總量中的比重，對改善我國能源結(jié)構(gòu)、改善環(huán)境和應(yīng)對氣候變化具有十分重要的意義。開發(fā)儲量豐富的頁巖氣資源無疑是我國面對的最重要的選項之一。

美國開發(fā)頁巖氣的成功經(jīng)驗應(yīng)該成為我國發(fā)展頁巖氣產(chǎn)業(yè)過程中認真學(xué)習(xí)和借鑒的對象，但需注意的是，除地質(zhì)和資源賦存等自然條件上的差異外，我國開發(fā)頁巖氣同時還面臨與美國不同的宏觀環(huán)境:一是土地所有權(quán)不一樣;二是監(jiān)管框架不一樣，我國由中央政府根據(jù)統(tǒng)一的規(guī)定進行管理，而美國為各州獨立制定法規(guī);三是美國的天然氣生產(chǎn)、運輸和銷售已經(jīng)垂直分離管理，市場主體非常多元化，而我國還處在少數(shù)大型國有企業(yè)的一體化壟斷管理中。因此，在借鑒美國開發(fā)頁巖氣的成功經(jīng)驗的同時，需要充分考慮我國的實際情況，采取適合我國特點的配套政策措施，促進頁巖氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.1 對頁巖氣資源開展系統(tǒng)評估

隨著天然氣需求的增長，應(yīng)高度重視頁巖氣對提高我國天然氣自給率的巨大潛在作用，盡快啟動頁巖氣資源評估和評價。初步估算表明，我國頁巖氣可采資源量與美國大致相當(dāng)，但在勘探方面還處于摸索階段。我國應(yīng)以政府部門為主導(dǎo)，盡快對頁巖氣資源開展系統(tǒng)性評估工作，初步評價資源潛力，優(yōu)選頁巖氣富集遠景區(qū)，對國家制定能源發(fā)展規(guī)劃(尤其是頁巖氣中長期發(fā)展規(guī)劃)以及油氣企業(yè)降低資源勘探開發(fā)成本都至關(guān)重要。

在此背景下，國土資源部油氣中心以點面結(jié)合的方式，于2011年部署啟動了“全國頁巖氣資源潛力調(diào)查及有利區(qū)優(yōu)選”項目［5］，實現(xiàn)了良好的開端。

2.2 大力支持頁巖氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)

頁巖氣資源開發(fā)是一個龐大的系統(tǒng)工程，涉及復(fù)雜的技術(shù)體系。水平井鉆井、清水壓裂、裂縫監(jiān)測等一系列關(guān)鍵技術(shù)的突破是美國頁巖氣產(chǎn)業(yè)近年來飛速發(fā)展的關(guān)鍵因素［13］。

與美國相比，我國基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)能力都較為薄弱，尚未形成頁巖氣商業(yè)開發(fā)的核心技術(shù)體系;同時，中國頁巖氣地質(zhì)條件更為復(fù)雜，頁巖層系時代老、埋藏深，保存條件不夠理想，因此對開發(fā)技術(shù)要求更高。我國需要進一步加強研發(fā)工作:鼓勵有關(guān)高校對我國地質(zhì)條件下頁巖氣成藏理論開展更深入的基礎(chǔ)研究;聯(lián)合國內(nèi)主要油氣企業(yè)和實力雄厚的科研院所開展頁巖氣開采技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)，通過設(shè)立國家級科研課題和專項科研基金，依托優(yōu)選的小規(guī)模試驗示范工程，引進和消化吸收發(fā)達國家先進技術(shù);充分借鑒我國在發(fā)展煤層氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)過程中獲得的經(jīng)驗和教訓(xùn)，積極穩(wěn)妥地對適合我國地質(zhì)特點的頁巖氣勘探開發(fā)核心技術(shù)開展攻關(guān)，爭取早日實現(xiàn)突破，為頁巖氣資源開發(fā)提供技術(shù)保證;降低行業(yè)準入門檻，鼓勵中小企業(yè)進入該行業(yè)，創(chuàng)造充分的市場競爭環(huán)境，對加速技術(shù)進步也將產(chǎn)生積極的作用。

具體來說，需要加大研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，包括頁巖氣儲層評價技術(shù)、射孔優(yōu)化技術(shù)、定向水平井技術(shù)、低成本空氣鉆井技術(shù)、洞穴完井技術(shù)、壓裂技術(shù)、頁巖儲層保護技術(shù)和頁巖氣藏數(shù)值模擬技術(shù)等［3］。

2.3 綜合采用各種手段有效降低勘探開發(fā)成本

頁巖氣開發(fā)在我國剛剛起步，技術(shù)不成熟，實施成本較高。為加速頁巖氣開發(fā)，我國應(yīng)為頁巖氣開發(fā)提供財政支持，使其有利可圖。美國通過稅收減免的方法而不是政府直接補貼的方法來支持非常規(guī)能源的成功經(jīng)驗值得借鑒。我國已經(jīng)在增值稅、進口關(guān)稅以及采礦權(quán)收費和礦區(qū)使用費方面實行優(yōu)惠，頁巖氣補貼政策已經(jīng)基本成型，但需要將這些政策加以推行。

另外，美國頁巖氣開發(fā)的快速發(fā)展還得益于完善的管網(wǎng)運輸基礎(chǔ)設(shè)施對降低初期成本的巨大作用。鑒于我國天然氣管網(wǎng)規(guī)模仍很小，而且區(qū)域覆蓋的完善程度遠低于美國，未來幾年我國應(yīng)該在繼續(xù)加大重要領(lǐng)域基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度的大背景下，抓緊時間繼續(xù)擴大我國天然氣管網(wǎng)規(guī)模，基本實現(xiàn)國內(nèi)天然氣產(chǎn)區(qū)與主要消費地區(qū)的無縫連接和全覆蓋，以降低頁巖氣開發(fā)早期的成本壓力。除加快基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)外，我國還應(yīng)借鑒美國在放松天然氣價格管制、分離開發(fā)和運輸業(yè)務(wù)以促進競爭、激發(fā)產(chǎn)業(yè)活力方面的成功經(jīng)驗，結(jié)合我國國情，在天然氣的自然壟斷環(huán)節(jié)——管道運輸方面，擇時以法律、法規(guī)的形式強制要求所有管道在公平費率基礎(chǔ)上向供氣商和用戶提供無歧視準入服務(wù)，以促進不同油氣企業(yè)之間的競爭，提高效率。

不過，我國目前油氣管道建設(shè)和運營高度壟斷的行業(yè)現(xiàn)狀很難在短期內(nèi)發(fā)生徹底改觀。為使開放競爭的目標能最終實現(xiàn)，近期可以考慮將油氣管道建設(shè)和運輸業(yè)務(wù)與油氣勘探開發(fā)業(yè)務(wù)分離，由不同的企業(yè)分別負責(zé)，但仍對管網(wǎng)準入企業(yè)的資質(zhì)和數(shù)量設(shè)定一定限制，未來中遠期再考慮完全開放管道的準入權(quán)，最終實現(xiàn)頁巖氣產(chǎn)業(yè)多市場主體充分競爭、加速產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目標。

2.4 建立完善的頁巖氣產(chǎn)業(yè)政策、管理體制以及法律法規(guī)體系

我國政府應(yīng)總結(jié)國內(nèi)煤層氣管理、規(guī)劃、投資和技術(shù)開發(fā)過程中出現(xiàn)的問題，制定適合我國國情的頁巖氣產(chǎn)業(yè)政策，完善頁巖氣管理制度;同時，在充分調(diào)研和準備的基礎(chǔ)上，制定資源勘探、技術(shù)研究、投/融資、行業(yè)管理、環(huán)境保護等相關(guān)的法律、法規(guī)體系。這里尤其要強調(diào)的一點是，我國在過去的資源開發(fā)過程中往往過多強調(diào)經(jīng)濟效益，一定程度上忽略了環(huán)保的重要性，破壞了礦區(qū)環(huán)境。頁巖氣資源賦存條件復(fù)雜，開發(fā)時對技術(shù)要求較高，目前對頁巖氣開發(fā)過程對環(huán)境的潛在影響認識仍不清晰。我國政府必須通過制定嚴格明晰的環(huán)保政策迫使開發(fā)企業(yè)高度重視頁巖氣開發(fā)過程中的環(huán)境問題，提前在技術(shù)開發(fā)、儲備和規(guī)劃方面做好準備，使我國的頁巖氣開發(fā)產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)綠色發(fā)展，在滿足國家能源需求的同時為子孫留下一片碧水藍天。

2.5 積極開展國際合作，促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展

與已在美國成功進行多年頁巖氣勘探開發(fā)的大油氣公司和專業(yè)服務(wù)公司相比，我國企業(yè)在頁巖氣資源評價和提高單井產(chǎn)量等方面還有較大差距，應(yīng)充分借鑒國外企業(yè)在北美頁巖氣勘探開發(fā)過程中的豐富經(jīng)驗。另外，由于頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)的“非排他性”和“技術(shù)貶值性”，美國也希望抓住機遇輸出技術(shù)，占領(lǐng)中國這個廣闊的市場。2010年5月，中美雙方簽署了《美國外交部和中國國家能源局關(guān)于中美頁巖氣資源工作行動計劃》［14］，我國應(yīng)以此為契機，針對頁巖氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，依托重大實驗，廣泛開展工作，爭取加快掌握技術(shù)，實現(xiàn)互利共贏。在開展合作的同時，也需要注意在獲得技術(shù)與出讓資源和市場兩者間進行權(quán)衡，在國際合作中為我國爭取最大利益。

3 結(jié)束語

我國頁巖氣資源的開發(fā)應(yīng)用已經(jīng)進入“引而待發(fā)”的階段。從“十二五”開始，我國天然氣生產(chǎn)和消費的大發(fā)展已經(jīng)成定局，包括頁巖氣和煤層氣在內(nèi)的非常規(guī)天然氣是我國氣源多樣化戰(zhàn)略的重要組成部分，而我國頁巖氣資源目前尚處在“零勘探”階段，關(guān)鍵性的勘查開發(fā)技術(shù)還沒有獲得真正突破。但是，只要能夠做到科學(xué)規(guī)劃、廣泛調(diào)動各方力量、合理配置資源并制定有效的監(jiān)管機制配套支持政策，頁巖氣開發(fā)在我國一定能夠取得迅速的發(fā)展，為滿足我國日益增長的能源需求、降低對進口天然氣的依賴程度、更加有效地減少二氧化碳排放發(fā)揮巨大的作用。

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