“頁巖氣革命”——從以前無法開采的頁巖儲(chǔ)層中開采頁巖氣和頁巖油——已經(jīng)被作為能源博弈的改變者。它正在抵消傳統(tǒng)石油和天然氣產(chǎn)量的下降，其中頁巖氣被當(dāng)作實(shí)現(xiàn)低碳未來的過渡性燃料，頁巖油（也被稱為致密油）則被認(rèn)為能夠使美國重新成為全球最大的石油生產(chǎn)國，并減少對(duì)石油進(jìn)口的需求。

這些令人陶醉的主張已經(jīng)在很大程度上被包括國際能源署（IEA）和美國能源信息署（EIA）在內(nèi)的政府機(jī)構(gòu)所接受。BP公司預(yù)測(cè)，到2030年，頁巖氣產(chǎn)量將達(dá)到2011年的3倍，致密油產(chǎn)量則將在2011年的基礎(chǔ)上增長(zhǎng)6倍。

這些主張經(jīng)不起仔細(xì)的推敲。在一份由加利福尼亞圣羅薩的“后碳研究所”發(fā)布的報(bào)告《非傳統(tǒng)燃料能開啟一個(gè)能源充裕的新時(shí)代嗎？》中，分析了美國的30個(gè)頁巖氣田和21個(gè)致密油田，揭示了頁巖革命將難以維持的現(xiàn)實(shí)。該研究基于工業(yè)界和政府廣泛采用數(shù)據(jù)庫中的65000座頁巖井的數(shù)據(jù)。它表明頁巖井和頁巖油/氣田的生產(chǎn)能力都呈現(xiàn)出陡峭的下降趨勢(shì)。許多頁巖氣田的生產(chǎn)成本已經(jīng)超過了當(dāng)前的天然氣價(jià)格，需要進(jìn)一步增加鉆井和資本投入來維持產(chǎn)量。

雖然頁巖氣和致密油的開采將在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)維持在某一水平之上，但產(chǎn)量將很可能比工業(yè)界和政府的樂觀預(yù)測(cè)要低。除非價(jià)格顯著上漲，否則頁巖氣的供應(yīng)將在未來十年內(nèi)大幅下降。圍繞頁巖氣和致密油，進(jìn)行更為現(xiàn)實(shí)的討論迫在眉睫——它需要在可持續(xù)性、成本，以及環(huán)境影響等方面進(jìn)一步分析。

頁巖氣產(chǎn)量實(shí)為虛假繁榮

水平井鉆探和大規(guī)模多級(jí)水力壓裂這兩項(xiàng)技術(shù)的突破，已經(jīng)使得開采藏于不透水的巖石中的碳?xì)浠衔锍蔀榭赡堋?004年，美國的水平天然氣井比例不足10%，現(xiàn)在則是61%。

全球范圍來看，雖然很多國家都建立了示范工程，但是大多數(shù)的頁巖氣產(chǎn)量仍來自于北美洲。在經(jīng)歷一段時(shí)期的快速增長(zhǎng)之后，自2012年年初開始，產(chǎn)量已經(jīng)維持在了一個(gè)較穩(wěn)定的水平。頁巖氣產(chǎn)量已經(jīng)從2000年占美國天然氣總產(chǎn)量的2%，增長(zhǎng)至2012年天然氣總產(chǎn)量的近40%；同期的美國天然氣總產(chǎn)量則增長(zhǎng)了25%。這一供大于求的局面導(dǎo)致美國的天然氣價(jià)格嚴(yán)重下跌。目前，價(jià)格已經(jīng)有了些微微的回升，但是對(duì)于許多沒有液態(tài)烴類產(chǎn)能的頁巖氣田而言，因天然氣價(jià)格過低而導(dǎo)致它們?nèi)狈τ芰Α?/p>

大規(guī)模頁巖氣生產(chǎn)最早開始于10年前的Barnett頁巖區(qū)，并迅速蔓延至其他地區(qū)。五大頁巖氣田生產(chǎn)了美國80%的頁巖氣，按產(chǎn)量從高到低依次為：路易斯安娜州的Haynesville，德克薩斯州東部的Barnett，跨越西佛吉尼亞州、賓夕法尼亞州和紐約州的Marcellus，阿肯色州的Fayetteville，以及俄克拉荷馬州的Woodford。

目前，出現(xiàn)了一種相繼發(fā)生特定模式。某個(gè)頁巖氣田被發(fā)現(xiàn)后，一股租賃熱潮隨之而來。在美國，鑒于油氣勘探和開發(fā)具有較高的風(fēng)險(xiǎn)和利潤回報(bào)，各方為了權(quán)衡利益分配并降低風(fēng)險(xiǎn)和減少不確定性，長(zhǎng)期以來形成了油氣租賃制度。私人、聯(lián)邦或州政府土地所有者，將油氣資源的礦產(chǎn)權(quán)益授予給油氣開發(fā)商，而開發(fā)商擁有資金和技術(shù)，在獲得這種礦產(chǎn)權(quán)益后進(jìn)行勘探、開發(fā)和生產(chǎn)。接著則是3～5年的天然氣開采繁榮期，因?yàn)槿绻骋坏攸c(diǎn)不再生產(chǎn)天然氣，租賃轉(zhuǎn)讓將會(huì)被終止。頁巖氣富集區(qū)被稱作甜點(diǎn)，被首先識(shí)別出來并進(jìn)行鉆探，接著確定其邊緣區(qū)域。氣田的平均品質(zhì)（由初始產(chǎn)能決定）最初先上升，然后開始下降。

自2010年以來，美國五個(gè)最大頁巖氣田中有四個(gè)氣田的平均產(chǎn)量一直在下降。在Haynesville，2012年的平均產(chǎn)量幾乎比2010年少了三分之一。Marcellus是一個(gè)例外：在這塊年輕的、巨大的頁巖田上，依然在不斷地被發(fā)現(xiàn)和進(jìn)行開采，其供應(yīng)量依然保持著增長(zhǎng)。

一個(gè)氣井的產(chǎn)量會(huì)在幾年內(nèi)迅速衰退。美國五大頁巖氣田中的氣井，在頭三年后的產(chǎn)量下降了80%～95%。用擬合的雙曲線來表示產(chǎn)量遞減趨勢(shì)的行業(yè)慣例，并推斷氣井的壽命可以達(dá)到40年或者更多，有些過于樂觀了。現(xiàn)有的歷史產(chǎn)量數(shù)據(jù)至多只有幾年，因此，還不足以證實(shí)氣井能夠有如此長(zhǎng)的壽命。由于產(chǎn)量的下降速度大于這些模型的典型結(jié)論，這一方法經(jīng)常高估氣井的最終開采量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。美國地質(zhì)調(diào)查局的可采量評(píng)估，有時(shí)甚至不足工業(yè)界所吹捧的可采量的一半。

為了維持供應(yīng)量，必須鉆探新的氣井。在Haynesville氣井，每年幾乎需要新建800口氣井——差不多是2012年在役氣井?dāng)?shù)量的1/3——來維持2012年的產(chǎn)量水平。每口井的投資費(fèi)用約為9億美元，為保持產(chǎn)量基本持平鉆井每年需要花費(fèi)70億美元，若加上租賃、基礎(chǔ)設(shè)施和利息在內(nèi)的總成本則更高。

從全美國來看，這相當(dāng)于每年需要新建7200口氣井，花費(fèi)至少420億美元，也僅能抵消產(chǎn)量的下降。為了維持產(chǎn)量以支撐較低的頁巖氣價(jià)格，鉆探企業(yè)的投資無法完全從銷售中得到回收。2012年，美國頁巖氣的產(chǎn)值只有330億（雖然一些氣井同時(shí)還生產(chǎn)數(shù)量可觀的液態(tài)烴類，從而提升了經(jīng)濟(jì)性）。對(duì)于不生產(chǎn)液態(tài)烴類的頁巖氣田，即便只是為了保持收支相抵，也需要天然氣價(jià)格的增長(zhǎng)。

為了維持頁巖氣的產(chǎn)量，需要工業(yè)界投入大量的資金。隨著時(shí)間的推移，最好的頁巖田及其甜點(diǎn)被鉆探完畢，維持供應(yīng)的成本將上升。許多現(xiàn)有的頁巖氣生產(chǎn)并不經(jīng)濟(jì)，即便只是維持產(chǎn)量，都需要更高的天然氣價(jià)格，更不用說提高產(chǎn)量了。

致密油產(chǎn)量難以持續(xù)增長(zhǎng)

致密油的情況也十分相似。兩個(gè)頁巖油田生產(chǎn)了全美81%的致密油——德克薩斯州南部的Eagle Ford，以及北達(dá)科他州和蒙大拿州的Bakken。這兩地區(qū)的新井產(chǎn)量均在一年后下跌了約60%，第二年的產(chǎn)量只維持在不到40%，第三年則不到30%并持續(xù)下跌。綜合新舊氣井的總產(chǎn)量，整個(gè)氣田每年的下跌幅度大約是40%。

這些油田的最大產(chǎn)能取決于可以用于鉆探油井的最大數(shù)量。油井之間無法相隔太近，因?yàn)檫@樣將汲取同一片儲(chǔ)油層中的儲(chǔ)量，增加了成本卻無法提高可采量。EIA估計(jì)Bakken和Eagle Ford油田可以承受的油井?dāng)?shù)，差不多是現(xiàn)有油井?dāng)?shù)量的三倍，或每個(gè)油田約12000個(gè)油井。

假設(shè)目前Bakken每年鉆探1500口油井的速度得以維持，預(yù)計(jì)它的產(chǎn)量可以上升到100萬桶/天。然而，基于EIA所估計(jì)的關(guān)于Bakken的最大可鉆探地點(diǎn)的數(shù)量，產(chǎn)量將于2017年達(dá)到峰值。屆時(shí)，可新增的用于鉆探油井將耗盡，隨之產(chǎn)量每年衰減40%。我不同意那些認(rèn)為Bakken的產(chǎn)量將在很多年維持高水平的觀點(diǎn)，這種情況所需要的油井?dāng)?shù)，比符合要求的數(shù)量多出數(shù)千口。

實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立還需長(zhǎng)遠(yuǎn)打算

政府和工業(yè)界必須認(rèn)識(shí)到頁巖氣和頁巖油并不便宜且總有一天會(huì)耗盡：美國70%的頁巖氣來自產(chǎn)量不再增長(zhǎng)或下降中的頁巖田。而致密油產(chǎn)量遠(yuǎn)期的持續(xù)性也存在疑問。

高產(chǎn)量的頁巖田是稀少的，30塊頁巖氣田中有6塊占總產(chǎn)量的88%，21塊致密油田中有2塊占總產(chǎn)量的81%。許多生產(chǎn)出來的油或氣來自于頁巖田內(nèi)相對(duì)面積很小的甜點(diǎn)內(nèi)。而油/氣井的整體品質(zhì)會(huì)隨著甜點(diǎn)中的井達(dá)到飽和而開始下降，這又進(jìn)一步需要持續(xù)增長(zhǎng)的油/氣井?dāng)?shù)量來維持產(chǎn)量。

產(chǎn)量最終會(huì)受到可用鉆井地點(diǎn)數(shù)量的限制，而且一旦達(dá)到這一限制，產(chǎn)量將以每年30%～50%的速度下降。對(duì)于Bakken和Eagle致密油田來說，預(yù)計(jì)這種情況將在5年內(nèi)發(fā)生。

EIA的預(yù)測(cè)表明，到2040年，美國將開采完所有已知的頁巖氣儲(chǔ)量、58%的未探明頁巖氣資源，以及78%的未探明致密油資源。基于開采此類烴類化合物的原理，這些預(yù)計(jì)顯得過分樂觀。EIA預(yù)計(jì)的天然氣價(jià)格缺乏可信度，因?yàn)樗鼘?duì)未來20年穩(wěn)定增長(zhǎng)的供應(yīng)量的生產(chǎn)成本估算偏低。宣稱美國能源獨(dú)立并部署計(jì)劃以出口頁巖資源是不明智的。頁巖革命的長(zhǎng)期生命力必須在一個(gè)針對(duì)未來的、可持續(xù)的能源戰(zhàn)略中加以考慮。

（作者J. David Hughes系美國加利福尼亞州圣羅薩“后碳研究所”地球科學(xué)家。轉(zhuǎn)載自《自然》，第494卷，第7437期，2013年2月21日。）