石油和天然氣，在人類經(jīng)濟社會的日常運轉中，扮演著“牽一發(fā)而動全身”的角色。在人類不到兩百年的石油利用歷史中，圍繞油氣資源所發(fā)生的恩恩怨怨數(shù)不勝數(shù)，一些沖突甚至演變成了戰(zhàn)爭，在人類文明的發(fā)展史上留下了慘痛的記憶。作為油氣工業(yè)發(fā)軔之地的美國，曾在20世紀60年代失去了世界油氣生產(chǎn)霸主的地位，在相當長的時間里，中東是世界油氣生產(chǎn)的“心臟”。
然而，人的認知有時是滯后的，當我們想當然地認為中東已然穩(wěn)坐世界油氣“大哥”的位子時，美國正悄然奪回往日的榮光。近十幾年來，美國擺脫了依賴能源進口的狀況，迅速實現(xiàn)“能源自給”，重塑世界能源市場，并給既有的地緣政治格局造成了沖擊，導致了今天油氣生產(chǎn)國之間更加激烈的廝殺。為什么美國能夠實現(xiàn)這一“華麗的轉變”？這一切的背后，是頁巖革命給美國帶來了油氣產(chǎn)量的井噴，使其成為世界第一大石油和天然氣生產(chǎn)國的故事。
反觀中國，2019年石油和天然氣的對外依存度分別為72%和43%，能源缺口巨大。在2016年3月和9月發(fā)布的“十三五”規(guī)劃綱要和頁巖氣發(fā)展規(guī)劃中，中國政府明確將頁巖氣開發(fā)作為2016-2020年的重點工程，G20杭州峰會后又將天然氣官方定調為“主體能源”。美國作為全球天然氣行業(yè)的領導者，在頁巖氣領域具有較長的發(fā)展歷史和豐富的發(fā)展經(jīng)驗。因此，歸納和總結美國頁巖氣革命的經(jīng)驗對完成我國頁巖氣“十三五”目標具有重要意義。
一、頁巖氣革命的發(fā)展軌跡
美國是最早進行頁巖氣研究和開采的國家。北美最早的頁巖氣井于1821年美國東部紐約州開發(fā)。1926年，阿帕拉契亞盆地成功實現(xiàn)了頁巖氣的商業(yè)開發(fā)。20世紀70年代中期，美國頁巖氣步入規(guī)?；l(fā)展階段。美國米切爾能源公司從1981年開始在美國德州巴涅特頁巖進行液體壓裂開采，并于1991年和美國政府合作進行水平鉆探和壓裂技術等新技術的開發(fā)和應用。1998年該公司水力壓裂工程師施泰因斯貝格爾發(fā)明了“潤滑水壓裂法”，大大提高了頁巖氣產(chǎn)量。21世紀初隨著水平鉆井技術和3D地質成像技術的成熟，頁巖氣開采的效率得到了進一步提升。
頁巖氣開采示意圖
這一系列的技術創(chuàng)新，源自美國石油天然氣領域的8000家企業(yè)。由于大型跨國油氣公司早已把戰(zhàn)略重點轉移到利潤豐厚的海外，美國的天然氣產(chǎn)量中有85%是由中小公司生產(chǎn)，而市場化的商業(yè)環(huán)境和激烈的競爭促使眾多中小企業(yè)不斷進行技術創(chuàng)新，這成為美國頁巖氣開采技術快速發(fā)展的主要推動力。當頁巖氣技術成熟后，油氣巨頭們紛紛掉轉槍頭，重返美國。由于中小型獨立油氣開發(fā)商在技術革新行動上更靈活和大膽，而大公司在長期性和財務上更穩(wěn)健和強大，因此，在當時出現(xiàn)了許多中小公司取得技術和產(chǎn)業(yè)突破，大公司對中小公司進行收購和注資的現(xiàn)象。這極大地整合了資源，豐富和完善了產(chǎn)業(yè)鏈，促進了美國頁巖氣產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
直到2009年，美國取代俄羅斯，成為全球第一大天然氣生產(chǎn)國。2012年，奧巴馬在國情咨文中指出，“美國政府將采取一切可能的措施，安全地開發(fā)頁巖氣” 。緊接著在兩年后的國情咨文中，奧巴馬正式提出了“以繼續(xù)增加天然氣供應為主、發(fā)展低碳經(jīng)濟”的戰(zhàn)略。特朗普則在多個場合表示美國將努力加大對自身油氣資源的開采力度，取消對頁巖氣在開采、使用方面的限制。隨著能源自給率的不斷提高，美國有望在2030年前實現(xiàn)“能源獨立”。世界油氣中心正從中東地區(qū)“西移”至與美國地理位置相近的南、北美洲。
二、頁巖氣革命成功的原因
美國頁巖氣革命的成功主要有三個原因，第一個原因是美國政府的支持。20世紀80年代以來，美國政府已經(jīng)累計投入超過60億美元用于頁巖氣產(chǎn)業(yè)。政府的支持主要是通過優(yōu)惠政策、科研投入和監(jiān)督管理三方面來實現(xiàn)。（1）優(yōu)惠政策。美國對頁巖氣的補貼始于1976年東部頁巖氣項目，1978年對頁巖氣和致密氣進行從率的稅收減免和從價的現(xiàn)金補貼，1980年出臺暴利稅法案，其中第29章對非常規(guī)天然氣生產(chǎn)稅優(yōu)惠政策進行規(guī)定；1990年德克薩斯州免除了頁巖氣勘探開發(fā)的生產(chǎn)稅并對相關投資進行事先補貼，1997年和2006年政府延長了對頁巖氣的補貼期限、調整了補貼力度，2004年聯(lián)邦政府又提出了為期十年的頁巖氣補貼政策。據(jù)估計，最初美國頁巖氣開發(fā)利潤的30%左右來自政策優(yōu)惠。(2）科研投入。20世紀70年代，美國礦產(chǎn)局與美國能源技術實驗室聯(lián)合發(fā)起的東部頁巖氣項目奠定了定向鉆井技術的基本雛形；美國能源部與通用電氣合作開發(fā)的金剛石短鉆頭提升了頁巖層鉆井效率。此外，美國頁巖氣商業(yè)化的先鋒——米切爾能源公司——也得到了政府的大力支持，公司采用政府機構早期研發(fā)的各種技術平臺，并得到美國煤氣研究所的直接資助，從而建立了第一座水平井。(3）監(jiān)督管理。美國通過聯(lián)邦政府、州政府、地方政府三個層級對天然氣市場進行監(jiān)管。在聯(lián)邦政府層面，環(huán)境保護局主要負責執(zhí)行相關的法律法規(guī)；在聯(lián)邦政府的監(jiān)督下，各州政府對頁巖氣開采進行管制；同時，地方政府也會對頁巖氣開采設定額外的要求。這種嚴密的監(jiān)管機制有利于市場穩(wěn)定有序地發(fā)展。
美國頁巖氣革命成功的第二個原因是擁有充分開放的資本市場。由于頁巖氣藏開發(fā)具有氣層壓力低、單井日產(chǎn)量較低、采收率低的“三低”的特征，單井的開采風險遠大于常規(guī)油氣田，開發(fā)成本也遠高于常規(guī)油氣。但頁巖氣單口井的開采壽命和生產(chǎn)周期比較長，一般為30-50年。因此，與常規(guī)天然氣關鍵在“找氣”不同，頁巖氣開發(fā)的關鍵在“采氣”。要盡可能地提高頁巖氣產(chǎn)量，就需要開發(fā)遠多于常規(guī)氣田的生產(chǎn)井，一旦有大規(guī)模資金支持就可以在較短時期內實現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展，例如美國德州巴涅特地區(qū)就建有約14000口頁巖氣井（直井占30%，水平井占70%），而單口井的成本就在200萬美元以上。綜上所述，頁巖氣屬于技術密集型加資本密集型的產(chǎn)業(yè)，需要大量的資金支持。政府的支持加企業(yè)的創(chuàng)新使得頁巖氣技術成功商業(yè)化，這極大吸引了美國國內資本和國際資本，兩種資本的結合推動了頁巖氣生產(chǎn)的規(guī)模化。自2008年以來，美國頁巖氣項目共吸引投資1337億美元，其中國外資本260億美元，參與控股美國21個頁巖氣項目，這是美國近年來成功吸引外資回流的典范。國際能源署預測這一投資趨勢在10年內將得以保持。
頁巖氣革命成功的第三個原因是日益強勁的天然氣需求。一方面，在產(chǎn)生相同能量的情況下，天然氣的二氧化碳排放量分別是煤炭和石油的56%和71%，氮氧化物的排放量為煤炭和石油的20%，二氧化硫和粉塵顆粒的排放量幾乎可以忽略不計，因此天然氣被視作一種較為清潔的能源。在環(huán)境保護意識日趨增強的今天，各國政府紛紛對碳排放進行限制，這使得各國對天然氣的需求量猛增。另一方面，天然氣在各種應用領域的效率均保持較高水平。天然氣冷熱電三聯(lián)供（DES/CCHP）的能量綜合利用效率可超過80%，大大高于火力發(fā)電35%的平均能量利用效率?？紤]到天然氣的清潔性和高效性，美國在發(fā)電方面用其替代了石油和煤炭。而在交通運輸部門，天然氣除了通過發(fā)電來為電動車輛提供動力，還可以直接為壓縮天然氣和液化天然氣車輛提供原料。此外，美國是發(fā)展天然氣化工最早的國家，產(chǎn)品品種和產(chǎn)量居世界首位。美國化工行業(yè)所消耗原料和燃料總量的一半以上均來自天然氣，主要用于生產(chǎn)甲醇、乙炔以及合成氨，并進一步制造化肥、農藥、塑料、纖維、染料、涂料、香料、醫(yī)藥和飼料等工業(yè)產(chǎn)品。而陶氏化學等化工企業(yè)近年擴大在美產(chǎn)能，這也大大提高了天然氣的需求量。
美國頁巖氣革命的成功詮釋了科學技術是第一生產(chǎn)力的內涵。米切爾公司的工程師利用水力壓裂技術將頁巖分裂成本從原先的25-30萬美元成功降低到10萬美元，這項技術突破被認為是頁巖氣具有商業(yè)競爭力的里程碑。而另一項關鍵技術——水平定向鉆井作業(yè)則可以減少鉆井對環(huán)境的影響并提高采收率。頁巖氣水平井開采技術和壓裂技術的進步使美國頁巖氣單井產(chǎn)量迅速提高，同時使單產(chǎn)所需投入降為傳統(tǒng)天然氣井的62.5%，而在頁巖氣開采的重鎮(zhèn)德克薩斯州，水平井的單產(chǎn)所需投入更是低至傳統(tǒng)直井的0.3-0.5倍。由于成本的降低和產(chǎn)量的提高，美國頁巖氣每立方米的開采成本已由2007年的0.073美元下降至2010年的0.031美元，僅為同期常規(guī)天然氣開采成本的六成，隨著技術的進一步發(fā)展，頁巖氣的開采成本有望下降到常規(guī)天然氣的45%。新的技術使得頁巖氣和新探明的常規(guī)天然氣可供美國消費100年甚至更久。
三、頁巖氣革命的影響
美國頁巖氣革命最直接的影響是增加了油氣產(chǎn)量。由于頁巖技術的使用，21世紀10年代美國天然氣總產(chǎn)量與21世紀頭十年相比增加了10億桶油當量，超過了20世紀70年代的峰值，其中非常規(guī)天然氣的比重從33%迅速提高到72%。隨著油氣巨頭們對頁巖技術的掌握和改進，美國頁巖氣的前景將更加光明，預計21世紀20年代美國天然氣的產(chǎn)量將再增加10億桶油當量，達至驚人的51億桶當量，其中八成以上是非常規(guī)天然氣。同時，頁巖氣革命也提高了美國原油產(chǎn)量。頁巖氣與常規(guī)天然氣相比，天然氣凝析油（NGLs，編者注：一般指輕烴液體燃料，是一種潔凈、價廉的新型液體燃料，屬石化行業(yè)的副產(chǎn)品）含量更高，在具有較高天然氣含量的頁巖區(qū)帶，僅開采天然氣凝析油就能實現(xiàn)盈利。美國天然氣凝析油的產(chǎn)量受惠于頁巖氣革命，從2005年的1.1億噸增長至2010年的1.4億噸，使同期美國原油產(chǎn)量從3.1億噸增長至3.5億噸，貢獻了75%的原油增量。到2010年，凝析油占北美原油產(chǎn)量的比例達到了40%，由此可見，頁巖氣革命同時增加了美國原油的供給。
美國頁巖氣革命還在經(jīng)濟、政治、自然與社會等方面給美國帶來了眾多影響。在經(jīng)濟與社會方面：廉價頁巖氣的充足供應改變了美國相關行業(yè)的經(jīng)濟效益，增強了其國際競爭力。美國低能源成本優(yōu)勢既抵消了中、印等發(fā)展中國家勞動力成本低的優(yōu)勢，又抵消了德、日等發(fā)達國家生產(chǎn)效率高的優(yōu)勢，加速了美國制造業(yè)回流。同時，能源價格和進口油氣量的降低，削減了美國貿易和能源赤字，減少了美國家庭能源支出（人均開支降低1000美元/年），從而提高了美國社會消費能力，促進了美國經(jīng)濟復蘇，加強了美國經(jīng)濟安全。頁巖氣開發(fā)有望使美國GDP額外增長0.5-3個百分點，并且大幅度增加政府稅收。在社會效益方面，頁巖氣及相關產(chǎn)業(yè)的繁榮大大提振了美國就業(yè)市場。據(jù)估計，美國由此新增了逾170萬個工作崗位，到2020年有望進一步增加300萬個就業(yè)崗位，并且這些崗位的薪水將高于美國平均水平。
在能源安全與地緣政治方面：首先，隨著油氣產(chǎn)量提高，能源對外依存度下降，美國逐漸實現(xiàn)了2001年小布什在《國家能源政策報告》中提出的“保證美國外交政策永遠不會被外部能源供應者脅迫”的承諾。其次，通過降低能源價格來打壓俄羅斯、委內瑞拉、伊朗、中國等政治對手的影響力，從而削弱OPEC國家和歐盟的地緣政治優(yōu)勢，鞏固其全球戰(zhàn)略主導地位。同時，美國在中東地區(qū)實施必要的戰(zhàn)略收縮，降低對中東事務的關注和介入的力度，順應世界能源戰(zhàn)略格局和經(jīng)濟重心東移的趨勢，全力實施“重返亞洲”戰(zhàn)略。此舉一方面可以直接積攢實力制約中國在亞太地區(qū)的崛起，另一方面在中東制造權利真空，導致局勢的進一步惡化和ISIS等恐怖組織的滋生，從而間接影響從中東進口大量石油的中國的能源安全穩(wěn)定性。此外，渴望獲取頁巖技術的國家必須和美國合作，增加了美國的政治籌碼和盟友數(shù)量。最后，頁巖氣革命優(yōu)化了美國能源結構，減少了溫室氣體排放，這增強了美國在全球氣候議題上的主導權和話語權，體現(xiàn)了美國社會應對全球氣候變化的信心和責任感，有利于美國在國際氣候談判中壓迫中、印等發(fā)展中國家接受西方減排條件，從而實現(xiàn)抑制他們崛起的目的。
四、頁巖氣革命的啟示
美國頁巖氣革命的成功給我們帶來以下四點啟示：
第一，市場化和商業(yè)化是美國實現(xiàn)頁巖油氣重大突破的關鍵。在美國，天然氣生產(chǎn)、運輸和銷售活動之間沒有互相牽制，第三方同樣有權競標將天然氣運往下游市場的運輸業(yè)務，這保證了天然氣生產(chǎn)商和用戶對管道擁有無歧視準入條件。因此有數(shù)千家公司活躍在頁巖氣產(chǎn)業(yè)，從而確保了頁巖氣勘探開發(fā)主體的多元化。而在許多發(fā)展中國家，國有石油公司或市政工程公司擁有天然氣供應基礎設施的壟斷權。
第二，政府在頁巖氣開采和運輸方面提供了詳細準確的地質普查數(shù)據(jù)并進行科學的天然氣管網(wǎng)設施建設。美國擁有詳細的地質構造記錄和油氣井開采記錄，天然氣開采公司也需要公開其鉆井平臺的產(chǎn)量數(shù)據(jù)，這些對開采石油和天然氣至關重要的數(shù)據(jù)都可以在美國各地圖書館獲得?；A數(shù)據(jù)共享產(chǎn)生的正向外部性有利于企業(yè)特別是中小型企業(yè)發(fā)現(xiàn)優(yōu)質的天然氣井。此外，美國擁有40多萬公里的天然氣管道（中國在2014年時擁有6萬公里天然氣管道，年均增長約 0.5萬公里，2017年總里程為7.72萬公里），天然氣管網(wǎng)設施較為發(fā)達，這彌補了天然氣和石油相比較難運輸?shù)娜秉c。
第三，健康的金融市場為頁巖氣開發(fā)提供充足的資金支持，是美國頁巖氣革命成功的經(jīng)濟保障。由于非常規(guī)油氣具有低豐度低品位的特點，必須依靠多井、低產(chǎn)和大量打井來獲得產(chǎn)量和效益，在開發(fā)初期回報率不一定理想，因此需要大量的資金投入。從勘探啟動階段到早期開采階段，再到商業(yè)化開采階段，美國大概用了30年的時間。技術突破與成本控制是實現(xiàn)美國頁巖氣資源規(guī)?；虡I(yè)開發(fā)的關鍵。依據(jù)美國經(jīng)驗，頁巖氣開發(fā)的經(jīng)濟可行性很大程度上依賴于鉆井與完井費用的支出，專家訪談信息也表明頁巖氣鉆完井成本支出占據(jù)開發(fā)總成本的60-80%左右。因此，美國頁巖氣革命的成功離不開成熟、有耐心、有遠見的投資者們的長期支持。
第四，大型公司與中小型公司的合作，促進了美國頁巖氣產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。自1999年以來，三分之二的油氣發(fā)現(xiàn)僅僅來自于五家私人石油公司——英國石油、?？松梨凇づ?、雪佛龍和道達爾，他們都活躍在美國頁巖氣市場，并且在非常規(guī)資源開發(fā)上投入了公司總體資源的50%-70%。在中長期重大項目中，埃克森美孚非常規(guī)資源占比高達91%。殼牌在建項目中，非常規(guī)油氣產(chǎn)量占比88%。大型公司的勘探與開采業(yè)務外包給小型公司，并在不同技術領域的革新上給予數(shù)千家中小型獨立油氣開發(fā)商穩(wěn)定的支持，既豐富和完善了產(chǎn)業(yè)鏈，同時也促進了美國頁巖氣產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。這種合作方式值得中石油、中石化和中海油等國有大石油公司的借鑒和重視。
本文摘自《頁巖能源革命：全球石油天然氣產(chǎn)業(yè)的興衰與變遷》（龔斌磊/著，浙江大學出版社）第二章《美國能源獨立與頁巖氣革命》。
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