| 頁巖油革命並非龐氏騙局 |
| 美國頁巖油勘探開發歷程與啟示 |
■中國科學院院士 金之鈞
美國是世界上首個實現頁巖油（即蘊藏在大套富有機質頁巖層系中的石油資源，亦有文獻稱為緻密油）商業開發的國家，目前全球90%以上的頁巖油產量來自美國。憑藉頁巖油的成功開發，美國一舉扭轉了上世紀70年代以來的原油產量下滑頹勢，原油自給能力大幅提高，同時也在重塑著世界石油市場格局。
然而，關於頁巖油革新的質疑也一直存在。前段時間，甚至有媒體稱「頁巖油是龐氏騙局」「美國頁巖油革命神話破滅」等。事實果真如此嗎？
筆者認為，研究美國頁巖油勘探開發歷程，分析其經驗，對推動我國頁巖油產業發展有重要意義。
歷程與特徵
縱觀美國頁巖油的發展歷程，可將其分為三個階段，即探索發現、認識與技術突破和快速發展。
1953~1999年是美國頁巖油探索發現階段。此時的頁巖油勘探開發活動集中在北部的威利斯頓盆地，以尋找泥巖裂縫油藏為目標，頁巖油年產量不到10萬噸。1953年發現的Antelope油田是美國第一個頁巖油藏，產層是形成於3億年前左右的海相暗色頁巖，即巴肯組上段，獲得27噸/日的產量。1992年，針對巴肯組上段的頁巖油勘探開發活動明顯增加，有20多家公司參與其中。此後，由於油價走低和難以進行可靠的產量預測，該區的頁巖油鑽探開發活動大幅減少。
2000~2007年是美國頁巖油認識與技術突破階段。此時的頁巖油勘探開發活動雖然仍集中在巴肯頁巖區，但目的層已轉為巴肯組中段的白雲巖和粉砂巖層段。隨著水平井和水力壓裂技術成功應用，產量得以迅速提高，2007年首次突破100萬噸/年。2000年和2005年是該階段兩個至關重要的時間點，前者是Elm Coulee油田的發現時間，這是以巴肯中段為勘探目標後發現的第一個油田，在頁巖油產業發展中具有裡程碑式的意義；後者則是成功將水平井和水力壓裂用於巴肯中段頁巖油藏開發的時間，揭開了美國頁巖油開發的新篇章。
2008年以來是美國頁巖油快速發展階段。一方面，受頁巖氣革命影響，美國國內氣價持續低迷，之前從事頁巖氣勘探開發的公司紛紛轉向頁巖油，巴肯頁巖區的作業量和產量快速提升；另一方面，巴肯頁巖油快速發展帶來了「溢出效應」，美國其他地區的頁巖油勘探開發陸續獲得突破，伊格爾福特、二疊盆地更是後來居上，成為新的頁巖油勘探開發熱點地區。
隨著頁巖油鑽探活動在多地展開，美國頁巖油產量進入快速增長期。2011年，年產量首次突破5000萬噸，2012年達到1億噸，2014年達到2億噸，2018年突破3億噸。
現狀與展望
截至2017年底，美國的頁巖油證實經濟可採儲量同美國常規原油和凝析油總證實儲量相當。2017年，二疊盆地成為美國第一大頁巖油資源區；巴肯區帶退居第二位；第三大頁巖油資源區是墨西哥灣盆地西部的伊格爾福特區帶。美國地調局認為，二疊盆地、巴肯和伊格爾福特區帶還有超過120億噸待發現的（技術可開採）頁巖油資源。
據美國能源信息署預測，美國頁巖油會在2025年前後達到5億噸以上的年產量峰值，佔美國石油總產量的三分之二以上，並大體保持這一產量水平至2030年，之後會逐年降低，到2050年會降至4.4億噸，但仍佔美國石油總產量的一半以上。
國際能源署認為，2024年之前，全球新增石油供應的70%以上將來自美國，且有望在未來5年內取代沙特，成為全球最大的原油出口國，這一切都得益於頁巖油。
BP也認為，美國頁巖油年產量完全具備在2030年達到5億噸的條件，甚至可能突破6億噸。
成本和油價是確定產業可持續發展的重要依據。從發展歷程來看，美國頁巖油行業的成本呈總體下降趨勢，頁巖油公司的盈利能力也在持續改善。以巴肯頁巖區為例，2014年油價下跌之前，該區頁巖油項目的勘探開發成本在65美元/桶左右，油價下跌之後，頁巖油公司憑藉技術進步和一系列優化措施實現了降本增效，目前該區的頁巖油勘探開發成本已降至50美元/桶左右，基本具備了在當前油價水平上實現盈利的條件。
據有關資料表明，自2000年以來，美國頁巖油開發投資已超過12000億美元，長期負現金流和高負債使美國頁巖油發展的可持續性備受質疑，甚至有人提出「龐氏騙局」說，但其實美國頁巖油目前已出現向好的苗頭。
IHS Markit的數據顯示，美國頁巖油行業在2018年首次實現了16億美元的年度淨現金流入。預計2019年有約140億美元的淨現金流入；到2023年，頁巖油行業的累計淨現金流入將超過1400億美元，基本可以應對長期債務問題。
經驗與啟示
美國頁巖油革命的成功是資源、科技、市場、體制和基礎設施等多因素合力作用的結果。
美國是頁巖油資源最豐富的國家之一，優質的資源條件為頁巖油革命提供了物質基礎。持續的科技進步是頁巖油革命成功的關鍵，堅持不懈的基礎研究促進了頁巖油勘探開發理論的創新，水平井、水力壓裂及配套技術的綜合利用實現了頁巖油氣的商業生產，以「井工廠」為代表的生產技術降低了頁巖油氣開發的操作和管理成本，不斷的技術創新提高了頁巖油氣勘探開發效率。成熟的市場環境是頁巖油發展的重要支撐，完善的體制機制則為頁巖油革命提供了制度保障，包括明晰的礦權以及礦權交易與管理機制、極富競爭性的市場機制、高效的政府監管機制、多元投資主體與專業化分工服務相結合的體制。良好的基礎設施條件使頁巖油革命成果得以迅速擴大，美國管道系統總裡程居全球之首，且連通了主要產區、消費區、煉廠和交易樞紐，產出的油氣能迅速到達市場。
美國頁巖油革命帶給我們三方面的啟示。
一是新產業的快速發展需要國家的戰略扶持。美國政府為頁巖油氣等非常規油氣資源發展制定了明確的戰略目標，並長期給予扶持。專門設立了非常規油氣資源研究基金，從20世紀80年代開始，先後投入60多億美元，其中用於相關理論和技術研究的費用約為20億美元。聯邦政府和州政府還制定了針對非常規資源的補貼和扶持政策，如《能源意外獲利法》中明確規定非常規能源開發享受稅收補貼政策；《美國能源法案》規定，政府在10年內，每年投資4500萬美元用於非常規油氣技術研發。
二是美國目前大規模開發的是高成熟度的頁巖油資源。從美國三大頁巖油區的情況來看，實現商業開發的富有機質頁巖屬高成熟頁巖油，具有油質較輕、氣油比高、地層壓力係數高、流動性較好等特點，通過現有的水平井體積改造技術和「平臺式作業模式」能進行規模效益開發。美國還有大量中—低成熟頁巖油資源，至今仍未實現商業開發。
三是分級分類動用是實現頁巖油效益開發的重要保障。頁巖油公司將產區按每1000英尺水平段初始產量分為5級，第一級的平衡油價只有32美元/桶左右，第五級則高達75~84美元/桶，在低油價下開發活動主要集中在最好的第一級區域內。IHS Markit的統計表明，第一級區域內的可鑽井位已經有接近一半被鑽。
在美國頁巖油革命影響下，中國石油和中國石化公司從2010年開始啟動了頁巖油勘探評價工作。初步研究結果表明，中國陸相盆地發育多套湖相泥頁巖層系，其分布範圍廣、有機質豐度高、厚度大，不僅為常規石油資源提供了豐富油源，而且有大量的油滯留於泥頁巖層系內，具有巨大的頁巖油資源潛力。
據有關機構評價，中國頁巖油技術可採資源量僅次於美國和俄羅斯，居全球第三位。中國的陸相頁巖油資源量主要分布在東部斷陷盆地古近系、松遼盆地白堊系、四川盆地侏羅系、鄂爾多斯盆地三疊系以及準噶爾等盆地的二疊系。
目前，以上地區的頁巖油勘探開發均已有所突破，如準噶爾盆地吉木薩爾凹陷、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、松遼盆地、江漢盆地等都突破了頁巖油出油關，但正像美國頁巖油開發初期階段一樣，目前多數井無經濟效益。
高成熟頁巖油油質輕，流動性好，但往往埋藏深、施工困難、開發成本高、通過技術進步、降低成本是關鍵。埋藏淺的往往是低熟油，原油比重大、黏度大、流動性差，研發改制技術是關鍵。
綜上所述，中國陸相頁巖油與美國海相頁巖油有很大不同，美國經驗可以借鑑，但不能全部複製。只有持續加強基礎研究和技術創新，研發出適應我國頁巖油資源特點的理論與技術，才能大規模且經濟有效地開發我國陸相頁巖油，為我國能源安全作出貢獻。
（作者系中國科學院院士，本文來源於《中國頁巖油發展戰略研究》項目組部分成果）
《中國科學報》 (2019-09-12 第1版 要聞)