探矿工程在线 > 正文

张东晓:揭开美国页岩气开发的面纱

——访北京大学工学院院长、清洁能源研究院院长张东晓

发布时间:2014年05月28日
来源:《中国矿业报》 记者:刘艾瑛

页岩气的勘探开发成为当前的热点话题,美国作为成功勘探开发页岩气的国家,不仅改变了本国的能源结构,而且动摇了全球能源的市场格局,甚至由页岩气革命改变了地缘政治,其所取得的成就具有里程碑的意义。对这一现象,北京大学工学院院长、清洁能源研究院院长张东晓教授不久前来到中国地质调查局进行了专题讲座,理性梳理了美国页岩气勘探开发的历程。

张东晓历任美国南加州大学Marshall讲席正教授(终身制)、美国俄克拉荷马大学石油和地质工程系米勒讲席正教授(终身制),还是美国地质学会会士,回国后执掌北京大学工学院院长的帅印。他从上世纪90年代末开始研究二氧化碳埋藏,曾长期在美国从事能源地质及渗流机理方面的研究,2003年开始研究页岩气开发技术,因此对美国页岩气的勘探开发有着更多的发言权。

 

记者:请您谈谈美国页岩气的储量及其分布情况?其勘探开发走过了怎样的发展历程?具有哪些特点?

 

张东晓:全球页岩气储量大概是456万亿立方米,美国页岩气储量可观,技术可采储量达到24.4万亿立方米,分布广泛,各个盆地的可采效果也非常好。1821年,美国第一口天然气就打在了页岩气层,但产量很低。上世纪70年代以后,随着压裂技术的发展,特别是上世纪90年代以后,页岩气的产量每5年翻一番,2000年开始增速明显加快,尤其是2006年,增长量非常大,到了2009年,已经达到1000亿立方米,相当于现在中国天然气一年的总产量;2010年,美国页岩气产量达到1379亿立方米,占美国天然气总产量的23%2012年,这个比例增长到37%,页岩气产量达到了2200亿立方米;2013年,美国页岩气产量接近3000亿立方米,相当于中国七八个大庆的规模。与之相配套的是美国发达的管网,长度是中国管网的10倍,并且协调统一,管理高效。这也为页岩气的输送奠定了很好的基础,使页岩气得以迅速“渗透”到千家万户,得到广泛应用。

美国页岩气的勘探开发是遍地开花,而且都取得了成功。美国有几千家油气公司,85%的页岩气产量都是由中小公司贡献的,技术也分别由不同的中小公司掌握,不像中国很多技术都是由“三桶油”掌握。这是美国页岩气勘探开发的一个明显特征。

 

记者:美国页岩气产量的快速增长带来的直接影响是什么?

 

张东晓:美国页岩气的成功开发,使其从天然气进口国变成了出口国,页岩气产量的快速增长直接导致了天然气价格的大幅下降。10年前,美国天然气的价格还高至14美元/百万英热单位,前年则只有2美元/百万英热单位。虽然现在美国天然气的价格涨到了三四美元,冬天还可能是五六美元,但总体趋势是下降的,核算下来只是中国天然气价格的几分之一。

过去15年,美国燃煤发电量的比重从53%下降到25%,减少的份额都是被页岩气所取代。另外,大型车辆的动力能源也是由页岩气提供,数量非常可观。页岩气的成功开发,为上述大量能源供给提供了保障。

 

记者:美国页岩气的成功开发对其他行业产生了什么影响?引发了哪些效应?人们评价美国页岩气的成功开发是一场能源革命,这主要表现在哪些方面?

 

张东晓:美国用页岩气的副产品生产了乙烯,生产成本下降为每吨500美元,中国用石脑油制作乙烯的成本则高达每吨1000美元至1200美元。美国的乙烯生产甚至超过了传统的乙烯生产地区——中东,对中东乙烯生产构成了很大威胁。

同时,页岩气的成功开发,导致天然气价格大幅下降,便宜的天然气为制造业和化工业提供了核心竞争力,使美国的制造成本不断下降,美国很多本土大型化工公司都加大了在本国的投资力度。此外,台湾化工企业也到美国投资,南非一家公司在美国一口气建了两个工厂,就是想利用美国廉价的原材料和天然气。美国页岩气的成功开发,在一定程度上重振了美国制造业,使其具备了更大的竞争优势。今年425日,美国发布的一份最新研究报告显示,美国制造业的竞争优势已经超过了欧洲,成为世界第二。

伴随着页岩气产量的增加,美国用同样的技术成功开发了页岩油,并使页岩油的产量逐年增加,从2010年开始上升得非常快,2012年页岩油产量占到了原油总产量的1/5,去年产量更高,将来很快会达到原油产量的1/3

由于页岩油产量的增加,美国原油的进口量正在逐年下降,降低了原油对外进口的依存度。目前,美国原油进口比重是50%以上,2020年的目标是下降到30%,而这30%的原油完全可以由加拿大和墨西哥两国供应,形成北美的能源自给圈,相对实现了能源独立。现在,美国每年原油进口量约为3.7亿吨,中国约为2.7亿吨。虽然中国的原油进口总量还未超过美国,但单月原油进口量已经开始超过美国,比如2012年的12月份。预计5年之内,中国每年原油进口总量将超过美国,成为世界第一大原油进口国。美国页岩油气的成功开发,对中美两国原油进口格局产生了深远影响。

页岩气开发的巨大成功,不仅改变了美国的能源结构,也动摇了世界能源的市场格局。由于供气关系发生巨变,也引发了地缘政治的改变。因为美国页岩气的成功开发,欧洲市场降低了对俄罗斯天然气的依存度,所以俄罗斯加紧了进入中国市场的步伐,希望加大对中国天然气的供应量。

 

记者:美国应用了大量页岩气,这对消减二氧化碳等气体排放会带来哪些影响?

 

张东晓:由于页岩气的成功开发,使美国应用了更多的天然气,从而减少了其他化石能源的应用。天然气在化石能源中属于清洁能源,燃烧同等热值的天然气,排放的二氧化碳是煤的1/2,油的2/3;如果采用电冷热三联供,能源利用效率可达到80%,是煤的两倍。虽然从长远来说,太阳能、风能等可再生能源的大量应用,可减少化石能源的使用,但因为技术、经济性等诸多条件限制,今后30年、50年或更长的时间内,还会在很大程度上应用化石能源,相对于煤炭,使用天然气减少了对环境的污染,提高了热能效率。

目前,全球温室效应越来越明显,二氧化碳是温室效应的罪魁祸首,各国都有减排二氧化碳的任务,像中国这样的发展中国家减排任务是相当艰巨的。中国是温室气体排放第一大国,每年的排放量还在继续上升,而且二氧化碳地质埋藏的处理费用很高。而美国现在即使不再采取任何措施,哪怕是什么也不做,二氧化碳的排放量也是在逐年下降,因为美国的能源用量已经趋于平稳,而且占发电总量27%的煤电已经改为了天然气发电,这就大大减少了二氧化碳的排放量。而这些都是因为页岩气的成功开发,为大量的天然气供应提供了保障。

 

记者:页岩气开采过程中是否会引发页岩气泄露、水污染,以及用水量过大等环境问题?

 

张东晓:页岩气开采过程中使用的是水力压裂技术,此顶技术是用掺入化学物质的高压水灌入页岩层,然后进行液压碎裂,改善储层渗透率,以释放天然气。压裂本身不会造成污染,也几乎不可能引发破坏性的地震,但因为开采过程中掺入了化学物质,若生产废水处理不当,会污染环境。但是,通过一些回收处理措施,完全可以避免污染。页岩气实际开采过程中发生的水污染事件多是因为处理操作不当,所以要规范操作和管理。

虽然开采页岩气比开采常规天然气用水量多一些,单口井用水量比较大,一般需要几万吨水,但这是一次性用水量,之后二三十年的开采都不需再用水。如果从包括开采和发电的全流程来看,页岩气的用水量比煤电、核电分别低60%70%,也比常规石油低,甚至比地热能还要低。

从一个州的角度来看,美国德克萨斯州页岩气开采的用水量只占所有用水量的0.4%,而宾州仅用了不到0.1%。连0.1%都不到的用水量,能说大吗?这些完全是科学研究统计出来的详尽数据。

而且,美国有些地方根本不准许从水库取水,不准用淡水和地表水,但可以用微咸水、工业废水和回收水。相比淡水和地表水,微咸水的价值很低,这种不可饮用的水大量存于地下,稍做处理就能够满足页岩气开采需求。后两者更是废物利用,这都有利于降低页岩气的开发成本。

 

记者:美国页岩气之所以能成功开发,都有哪些原因和政策保障?这些做法是怎样促进了页岩气的勘探开发?

 

张东晓:美国页岩气开发成功的关键要素一是政策的稳定性和透明度,二是技术创新。

美国在发布优惠补贴政策时,不仅会写明补贴项目、补贴金额,而且还会写明补贴时间,比如“2020年之前有效”,因为油气资源开发生产链条长,要经历勘探、生产、运输、销售、应用等诸多环节,是一个较为漫长的周期,政策的稳定性和透明度更有利于页岩气的长期开采。

此外,美国通过完善的政策很好地协调了矿权人和地表所有人之间的关系。美国同一块土地上的地表与地下资源(包括矿产资源)可以分属不同的私人公司或个人所有,而且矿权优先于地表使用权。这意味着,地表权利人不应拒绝矿权人占用地表的要求。在此过程中,矿权人与地表权利人通过谈判签署独立的地表使用协议,以便在资源开发时在地表之上建立相应的生产设施。但矿权人不得滥用这种权利,同时在地表使用协议中明确向地表所有权人进行补偿,并且最后需将地表恢复原状。美国较为完善的法规、政策,对于保护双方利益、勘探开发页岩气都发挥了积极作用。

美国政策倡导的是分享理念,曾发生过这样一件事情:作业方早期打了一口浅层直井,虽然产量低,但矿权拥有者也获得了相应的收益分成,每次会收到几百美元的支票。突然有一天,她收到的支票变成了上万美元,有点不敢相信。原来,是作业方在附近打了一口页岩气水平井,经过该矿权拥有者的区块,作业方产量提高了,矿权拥有者的收益分成也提高了。

此外,不断的创新也为美国的页岩气开发提供了技术支撑。美国页岩气之父乔治·米歇尔在上世纪80年代,别人都放弃了页岩气研发时,他却一直研发页岩气开采技术,自己先后投了数亿美元,17年不赚钱却从未停止,先后钻了30多口试验井,测试了各种方法,无意中找到了最经济、效果最好的方法,最终把束缚在页岩里的天然气大规模、经济性地开采了出来。2002年,他以35亿美元将公司卖给了一家能源公司,不仅将17年的投入全部收回,而且赚得盆满钵满,成为页岩气领域的第一个亿万富翁。这就是创新的秘诀——山穷水尽疑无路,柳暗花明又一村,创新往往是在绝望时,才发现真正行之有效的技术。

 

[责任编辑:wjh]

行业要闻 >>
改革开放40年的地质工作
2018年地学科普高峰论坛举办
南海能源资源地质调查实现历史性跨越开启“蓝色宝藏”
新时代地质调查转型升级的思考
标准普尔报告显示——全球矿产勘查行业预算(投资)增加
海岸带地质调查工作会议召开
住建部等七部(局)厅(司)联合发文,大力整治“挂证”情况
专家学者深入研讨智能地质调查模式
三院士和三百地质精英汇聚西安研讨绿色勘查技术
海域天然气水合物试采成果亮相国博
业界资讯 >>
青岛城市轨道交通岩土工程勘察有章可循
金地岩土试验专家软件完成V13版升级
中国-东盟地学合作中心(成都)正式挂牌
皖煤局三队科技攻关瞄准地温能
中国石油:铺展页岩气发展新蓝图
河南省地矿局环境一院助力郑济铁路建设
为国土空间规划和海岸带综合管理提供技术支撑
“大洋一号”青岛起航执行中国大洋52航次科考
绿色勘查哪家强?探工所有“金刚钻”!
砂岩热储地热尾水回灌示范工程获赞
会展预告 >>
《地热回灌技术要求》发布会暨地热回灌技术交流会的通知
江西、安徽等地矿单位将组团参加新疆丝路矿业合作论坛
全国绿色勘查技术交流会将于11月在成都召开
关于举办全国地质灾害治理工程施工培训班201803期通知
2018中国国际矿业大会准备就绪,10月18日将在天津召开
2018中国国际矿业大会将于10月18日在天津召开
中国矿联:关于召开2018中国探矿者年会的通知
2018年天津地热国际研讨会二号通知
2018第十届中国国际地源热泵行业高层论坛召开
中国矿联:绿色矿业发展万里行(宁波站)将举办
人物访谈 >>
地勘司司长:加强地质工作使地质先行作用得到充分发挥
面对新形势,看河南有色如何在中原更加出彩中“出彩”
庞振山:深部找矿有规可循
陈毓川院士:我国已完全具备矿业绿色发展的条件
汪品先:大洋钻探与中国
专家呼吁:建立川藏铁路地质工作前置机制刻不容缓
培植地勘行业的“大工匠”
“雪龙号”九探北极为哪般
实现可燃冰开采“中国梦”的领军人
地热发展仍需重视开发技术
热点观察 >>
深层地热开发和综合利用该分步实施了
需求导向下地质科技创新有关问题思考
全球矿产资源供需格局将重新谱写!
科学家给我们讲地球——八个最热点的地球科学问题
安哥拉矿业投资指南
有一种细菌 可以“吃”煤“吐”气
研究发现天然高压新矿物“毛河光矿”
新时代区调改革转型的思考
加大国内油气勘探开发力度是战略选择
地热能是化石能源的重要补充
企业动态 >>
重型声波动力头钻机闪亮 2018上海宝马展
安百拓引领免爆开采应用新风向
巍巍昆仑山下,反循环钻机在探寻地下宝藏
夯实基础 共创未来——江苏锡探baumaCHINA2018荣耀收官
安百拓Boomer 291 首发bauma CHINA
安百拓MCS30 湿喷台车亮相bauma CHINA
牛!地表地下海内海外,这款钻机伴随钻探人行走天涯!
无锡金帆YGL-C200型顶部驱动冲击钻机首秀马来西亚
安百拓三臂掘进台车应对新疆东天山特长隧道挑战
挑战“世界屋脊”,安百拓助力华泰龙矿业建设标杆矿山