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頁岩氣

頁岩氣（英語：shale gas）是一種以游離和吸附為主要賦存方式而蘊藏於頁岩層中的天然氣，[1]並且該吸附過程以物理吸附、自發進行以及放熱為特徵。[2]自1990年代以來，水平鑽井和水力壓裂的結合使大規模生產頁岩氣更加經濟，分析人士預計，頁岩氣將大幅度增加全球能源供給[3]。

世界頁岩氣盆地（數據來源：美國能源信息署2013）
車載機動式水力壓裂工作隊

自本世紀初以來，頁岩氣已成為美國一種日益重要的天然氣資源，同時也得到了全世界其他國家的廣泛關注。根據美國能源信息署的預測，到2035年時，美國46%的天然氣供給將來自頁岩氣。[4]據估算，中國的頁岩氣可採儲量居世界首位，俄國次之、美國緊跟在後。中國陸域頁岩氣地質資源潛力為134.42萬億立方米，可採資源潛力為25.08萬億立方米（不含青藏區）其中已獲工業氣流或有頁岩氣發現的評價單元，面積約88萬平方公里，地質資源為93.01萬億立方米，可採資源為15.95萬億立方米[5]。

萊斯大學貝克公共政策研究中心（Baker Institute of Public Policy）的一項研究認為，美國與加拿大頁岩氣產量的增長將會削弱俄羅斯及波斯灣國家對出口至歐洲國家的天然氣價格的控制。[6]奧巴馬政府相信，頁岩氣的持續發展可以降低溫室氣體的排放。[7]（2012年，美國的二氧化碳排放量降到了二十年來的最低值）不過也有研究宣稱，與常規天然氣相比，頁岩氣的開發與使用可能產生更多的溫室氣體。[8][9]而另外一些研究[10]則反駁說該指責高估了甲烷的泄露率及其全球暖化潛勢。[11]還有研究則指出，一些頁岩氣井的產量遞減率很高，可能導致最終的頁岩氣產量將比目前預計的更低。[12][13]但頁岩氣的發現也開闢了大量新的緻密油資源，也稱為「頁岩油」。

歷史

美國

 
各國頁岩氣的潛在儲藏量估計
 
2012年時世界前三頁岩氣商業生產國

1821年，在美國紐約州的弗羅里達，頁岩氣第一次作為一種資源從淺層、低壓的裂縫中採掘出來。[14][15] 20世紀30年代，美國首次測試水平井鑽探技術。1947年，美國第一次測試水力壓裂技術。後來，水平井鑽探和水力壓裂兩項技術被廣泛應用於頁岩氣開發。20世紀70年代開始，美國的傳統天然氣儲量的下降驅使聯邦政府對相關的研發項目進行投資，並且最終促成了定向井與水平井、微震成像以及大型水力壓裂技術的形成。在20世紀70、80年代，頁岩氣開發被認為是無法商業開發的。 面對傳統天然氣儲量的下滑，聯邦政府對許多替代能源項目進行了投資，其中包括頁岩氣。投資項目包括1976年東部頁岩氣項目，以及每年聯邦能源監管委員會對天然氣研究所的研究經費支持。1982年，聯邦政府對該研究機構投入了巨額資金。聯邦政府通過1980年的能源法案對能源行業提供了稅收優惠等其他優惠政策。能源部隨後於1986年與幾家私人天然氣公司成功建造了第一口利用空氣鑽井技術的多裂縫頁岩氣水平井。在20世紀80至90年代，聯邦政府進一步通過29號法案對非傳統天然氣的稅收優惠鼓勵頁岩氣鑽探。微震成像技術起源於桑迪亞國家實驗室對於煤床的研究。這一技術後來在水力壓裂法頁岩氣開發和遠洋石油鑽探方面有廣泛應用。 George P. Mitchell是公認的水力壓裂法之父，而且他成功地將開採成本降到4美元/Btu[9] （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）。這使得水力壓裂法具有商業價值。Mitchell Energy公司利用各種技術於1998年成功實現了第一次具有經濟效益的頁岩壓裂。他們創造性地利用了非膠化壓裂液技術。從此以後，頁岩氣成為了美國發展最為迅猛的主要能源組成部分。世界其他各國也紛紛開始頁岩氣的研究。據國際能源署估計，頁岩氣能夠從技術上增加50%的可開採天然氣儲量。[16]

 
水力壓裂技術
 
美國西懷俄明州溫德河山脈氣井

美國頁岩氣產量 美國頁岩氣年產量表 根據美國能源情報署數據，美國頁岩氣產量占天然氣產量比例從2007年到2012年分別是8.07%（2007），11.09%（2008），15.19%（2009），21.69%（2010），29.85%（2011），34.85%（2012）。[17][18]

加拿大

加拿大是繼美國之後第二個實現頁岩氣商業化開採的國家，2009年的產量已達到72億立方米。加拿大西部地區大約有550萬至860萬億立方英尺頁岩氣儲量。

中華人民共和國

目前研究表明中國頁岩氣儲量與美國相當且略高，若深入探勘後可能發現更多存量，2009年10月中國國土資源部在重慶市綦江縣啟動了首個頁岩氣資源勘查項目。中國石化集團公司已經在重慶涪陵頁岩氣田，焦頁42號平台試驗了國產化開採設備，避免大規模開採需要進口設備的利益外流，2012年3月中國國家能源局於發佈了《頁岩氣發展規劃（2011-2015年）》，根據該計劃在「十二五」期間，完成探明頁岩氣地質儲量6000億立方米，可采儲量2000億立方米，實現2015年頁岩氣產量65億立方米，基本完成全國頁岩氣資源潛力的評估勘探，為「十三五」打好基礎，目標是到2020年力爭達到頁岩氣年開採量為600億-1000億立方米。[19][20]

2017年8月15日，國土資源部地質勘查司司長於海峰表示，中國頁岩氣勘探開發取得重大突破。四川盆地及周緣的海相地層頁岩氣累計探明地質儲量7643億立方米。其中重慶涪陵頁岩氣田累計探明地質儲量6008億立方米，是北美以外最大的頁岩氣田，預計2017年底將建成年產能100億立方米。四川威遠—長寧地區頁岩氣累計探明地質儲量1635億立方米。中國已經掌握頁岩氣地球物理、鑽完井、壓裂改造等各種技術，具備3500米以淺（部分地區達到4000米）水平井鑽井和分段壓裂能力，已經初步形成適合中國地質條件的頁岩氣勘探開發技術體系。2016年中國頁岩氣產量78.82億立方米，僅次於美國、加拿大，居世界第三位[21][22]。

2019年3月6日，中國石油部署在四川省瀘縣雷達村的瀘203井完成放噴測試，測試日產量137.9萬立方米，成為中華人民共和國首口單井測試日產量超百萬立方米的頁岩氣井[23]。目前已經在四川興建完成，長寧威遠與昭通兩個國家級頁岩氣示範區，四川盆地擁有萬億立方公尺級氣田。[24] 四川頁岩氣累計探明地質儲量達1.19萬億立方米，佔全國的66%，成為全國首個頁岩氣探明地質儲量超過萬億立方米的省份。[25]

法國

2013年7月14日法國總統奧朗德表示不允許在法國境內開採頁岩氣，因為這將給生態帶來風險。法國認為主流的水力壓裂法，即將化學物質和大量水、泥沙的混合物，用高壓注入地下井，會污染水源和不能預知的生態連鎖反應，法國人口較密集，沒有美加之類的無人居荒原，且頁岩氣儲量並不高，法國又在核能和綠能上有發展策略，所以綜合評估後不准許開採頁岩氣。

俄羅斯

俄國長期以來有廉價巨量的低深度天然氣資源，自身消耗量也不高，所以不必開採成本較高的頁岩氣就能雄踞國際出口市場，然而也注意到了水力壓裂技術的重要性，2012年12月，普京總統提出，到2017年俄羅斯將大規模開發頁岩氣。這視為俄國開始切入這一技術發展的先期投資，不論使不使用該技術，至少要掌握該技術，以備將來不時之需，另一方面在部分特殊地區離老式天然氣井較遠，若採用頁岩氣也許有運輸成本的優勢產生使用價值，傳統天然氣和頁岩氣的資源加總俄羅斯無疑還是世界上天然氣總量潛力最大的國家。

經濟影響

《英才》雜誌刊文認為美國由頁岩氣導致的天然氣發電對燃煤發電的替代導致煤炭出口增加， 形成了中國市場上的國際低價煤。[26] [27] 經濟學人評論，頁岩氣帶來的低價天然氣正在使能源密集型工業重返美國。[28]

政治影響

外交官吳思科認為美國因頁岩氣而實現的能源獨立會對世界地緣政治構成影響[29]。企業家T.Boone Pickens認為美國為了保證石油的安全供應將其全部11艘航母中的5艘部署於中東地區，從1976年以來通過石油購買向OPEC組織轉移了7萬億美金的財富，而美國的能源消耗還在增長，這樣持續下去對美國的國家安全是個嚴重的問題。同時Pickens在風能領域損失了15億美金，他認為頁岩氣才是美國的合適的橋接能源（bridge energy）[30]。

生產成本

美國頁岩氣生產的平均成本在80美元上下，許多公司採取重債開發（發債或借貸）的策略。[31]

有部分研究表明開採頁岩油氣能引發4級以下的地震，懷疑是老斷層本有積壓能量被觸發引起，但目前研究證據沒有形成科學界共識，[32]僅在一家之言階段，有統計表示美國中部模大於等於三的地震數量由 1973–2008 年間平均每年24 個增加到 2009–2014 間的 193 個，[33]不少在油氣開採作業區附近，但這些地震最大僅為中型有感其餘則是微型地震，普遍都在黎克特制震級三以下，多是剪切錯動型地震沒有很強的體積變化或非力偶分量。有一派說法是必須注意此一趨勢和潛在災害，然而亦有支持天然氣的學者認為即使假設能觸發小型地震，平日的中小型能量釋放反而能避免大型地震的一次性巨能，反而是額外賺到的利益，兩派莫衷一是尚無結論，根源在於要界定一起地震是天然還是人為，目前沒有技術。[34][35]

史丹福大學研究人員曾在美國《科學進展》雜誌上發表報告稱，俄克拉何馬州之所以變得地震頻發，主要原因是當地企業把用水力壓裂法開採油氣時產生的大量含鹽廢水回注到地球深處沉積層。來自中國石油西南油氣田公司的余婷婷等人於2013年發表的《頁岩氣開發面臨的環保挑戰及建議》一文提出，大面積規模化開採頁岩氣引起斷層活化，進而可能誘發地震和滑坡等地質災害。2012年4月，美國地質調查局公佈的一份報告稱，從阿拉巴馬州到北方落基山脈的美國中西部地區近十年來地震頻發「幾乎可以肯定是人為的」，其中石油和天然氣鑽探活動，尤其是頁岩氣開發使用的水力壓裂法以及該方法涉及的廢水處理井都同地震次數增加有關。上文還舉例稱，德克薩斯大學和南衛理工會大學的地震學家所做的研究表明：美國德克薩斯州克利本小鎮2008—2009年間的地震與巴奈特頁岩(Barnett shale)開發過程中的水力壓裂沒有決定性關係，但將氣井生產產生的大量含鹽地層水注入回注井可能會誘發附近的地震活動。在加拿大西部一些地區，油氣開採過程中的水力壓裂誘發了許多小地震及中地震。2016月11月，加拿大卡爾加里大學教授David Eaton和博士後鮑學偉在頂級學術期刊《Science》上發表題為「Fault activation by hydraulic fracturing in western Canada」(加拿大西部水力壓裂引發的斷層活化)的最新研究，解釋了水力壓裂誘發地震的機制。兩位研究者對2014年12月到2015年3月間加拿大西部地區阿爾特拉Fox Creekfu附近發生的中小型地震和6個水力壓裂作業點進行了追蹤，並對水力壓裂作業點附近的已有斷層結構進行高清解析，發現水平井壓裂活化斷層的兩種不同過程：(1)滲入附近斷層的壓裂流體增加其孔隙壓強;(2)水力壓裂本身造成的地應力變化。[36]

參看

參考文獻

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