羅開艷

(1.貴州省煤層氣頁巖氣工程技術研究中心，貴州 貴陽 550008；2.貴州省煤田地質局實驗室，貴州 貴陽 550008)

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中國非常規(guī)天然氣技術擴散模式及其產業(yè)政策分析

羅開艷1，2

(1.貴州省煤層氣頁巖氣工程技術研究中心，貴州 貴陽 550008；2.貴州省煤田地質局實驗室，貴州 貴陽 550008)

在分析傳統的技術擴散模式及中國煤層氣產業(yè)發(fā)展實際特征的基礎上，本文提出非常規(guī)天然氣產業(yè)中技術擴散的“地質效應”，即擴散源區(qū)與學習區(qū)的地質條件必須有一定程度的相似性，技術擴散才能有效產生。同時，受地質條件約束的創(chuàng)新技術擴散模式，往往會導致非常規(guī)天然氣產業(yè)發(fā)展出現區(qū)域分化、總體規(guī)模受到限制、產能高度集中等不合理現象。最后，針對非常規(guī)天然氣產業(yè)技術擴散及其導致的產業(yè)發(fā)展特征，提出了“分類扶持，動態(tài)調整”的產業(yè)政策。

非常規(guī)天然氣；技術擴散；地質效應；產業(yè)區(qū)域分化

非常規(guī)天然氣主要是指煤層氣、頁巖氣、致密砂巖氣等，與常規(guī)天然氣儲層差異顯著，發(fā)展時間較晚，技術和開發(fā)經驗尚未十分成熟的一類天然氣資源。相對煤炭、石油而言，天然氣更為潔凈，是化石能源中最為低碳的能源。2000～2013年，我國天然氣消費量從245×108m3增加至1676×108m3，年均增速高達16%，市場需求持續(xù)快速增長。而中國常規(guī)天然氣資源有限，國內天然氣占一次能源消費的比例到2014年也僅為6%，遠低于全球平均24%的比例。中國天然氣對外依存度較高，2014年達到32.2%。同時，中國非常規(guī)天然氣可采資源量遠大于常規(guī)天然氣可采資源量，因此，積極促進中國非常規(guī)天然氣產業(yè)的發(fā)展，對中國加快能源結構調整，保障能源安全具有重要意義。

目前，中國非常規(guī)天然氣產業(yè)發(fā)展規(guī)模較小，速度較慢，面臨眾多技術和政策難題?？茖W分析非常規(guī)天然氣產業(yè)中技術擴散及產業(yè)發(fā)展的特征，并在此基礎上提出有助于產業(yè)發(fā)展的政策，對推動中國非常規(guī)天然氣產業(yè)又好又快的發(fā)展，具有重要意義。

1 技術擴散與產業(yè)發(fā)展

非常規(guī)天然氣產業(yè)是指生產開發(fā)非常規(guī)天然氣的企業(yè)的組合。從產生到成長再到衰落的發(fā)展過程，被稱為一個產業(yè)的生命周期，大體可以分為培育期、成長期、成熟期和衰落期四個基本階段[1]。中國非常規(guī)天然氣產業(yè)整體還處于培育期。技術創(chuàng)新與擴散是影響非常規(guī)天然氣產業(yè)發(fā)展最核心的因素之一。例如，美國BHP公司的羽狀多分支水平井技術極大地推動了圣胡安盆地煤層氣的經濟高效開發(fā)及產業(yè)發(fā)展，而正是關鍵技術(水平井和多段壓裂技術)的出現與成功應用，催生了美國轟轟烈烈的頁巖氣革命。

美國經濟學家斯通曼認為技術擴散是指一項新技術的廣泛應用和推廣。對于非常規(guī)天然氣產業(yè)而言，技術擴散不僅是指創(chuàng)新技術發(fā)生轉移，而且強調該項技術實現了更為廣泛的應用，提高了技術學習區(qū)域的生產效率，對學習區(qū)域的產業(yè)發(fā)展產生了一定程度的推動作用。非常規(guī)天然氣產業(yè)作為高新技術產業(yè)，其成長壯大受技術創(chuàng)新擴散的影響極大，但其技術創(chuàng)新擴散的模式又不同于一般的產業(yè)。

1.1 傳統的技術擴散模式

技術空間擴散的模式是指創(chuàng)新技術從一個空間單元向另一個空間單元傳播和轉移的過程中所形成的空間效應[2]。技術創(chuàng)新擴散的空間單元根據研究對象的不同而有所不同，在非常規(guī)天然氣產業(yè)，空間單元主要是指各個賦存一定可采資源量的礦區(qū)，礦區(qū)內的儲層地質特征大體是相似的。傳統的技術空間擴散模式主要有三大類。一類是擴展擴散模式，新技術從擴散源向四周呈放射狀擴散，空間上具有連續(xù)性，主要適應于落后地區(qū)之間的空間擴散。這種模式反映出技術擴散具有顯著的“近鄰效應”，即空間距離是影響技術創(chuàng)新擴散效果的主要因素，距離創(chuàng)新中心越遠，技術擴散的強度就越弱。第二類是等級擴散模式，主要是指產業(yè)技術創(chuàng)新由高等級中心向低等級區(qū)域的擴散。強調決定技術創(chuàng)新擴散方向和速度的主要因素不是空間距離，而是空間單元對于創(chuàng)新技術的接受能力和適應程度。對于非均質的擴散空間，技術創(chuàng)新會根據綜合質量的等級大小在空間上呈現蛙跳式擴散，表現出“等級效應”。第三類是位移擴散模式，表現為技術擴散接受者隨時間產生非均衡的位移，在空間上表現出“跳躍性”[3-5]。總體而言，傳統的技術擴散理論強調距離、技術接收方與擴散源的技術經濟差距、通道等因素對技術擴散及產業(yè)發(fā)展的影響[6]。

1.2 中國非常規(guī)天然氣產業(yè)發(fā)展的實踐特征

在非常規(guī)天然氣產業(yè)領域，技術擴散的模式與擴展擴散、等級擴散等傳統擴散模式有顯著差異，表現出強烈的地質約束性。技術擴散目標區(qū)與擴散源的地質條件相似程度決定了技術擴散的有效性以及能夠在多大程度上促進擴散目標區(qū)的產業(yè)發(fā)展。

中國非常規(guī)天然氣領域發(fā)展最早的是煤層氣。根據國際能源署(IEA)公布的數據，煤層氣資源量世界前五位分別是俄羅斯、加拿大、中國、美國、澳大利亞。美國20世紀90年代后期已實現煤層氣的產業(yè)化開發(fā)，積累了全世界最先進的煤層氣勘探開發(fā)技術，是煤層氣產業(yè)最大的技術擴散源[7]。由于在前期的探索和研發(fā)過程中，美國政府和企業(yè)都投入了大量的資金，很希望進行技術和產品輸出，以收回投資。因此，技術擴散的通道是暢通的。21世紀初，中國政府積極推動煤層氣開發(fā)，眾多的外資企業(yè)攜帶國外的先進技術，加入到中國煤層氣開發(fā)的大潮中，2000～2006年5月，有16家外資企業(yè)與中方簽署合作開發(fā)煤層氣的合同，具體包括薩摩亞美中能源公司(美國)、美國康菲公司、美國遠東能源集團、格瑞克集團等知名企業(yè)。這些公司涉及的區(qū)域包括山西的保德、臨興、壽陽、馬必、晉城，寧夏永利，貴州保田青山等多個煤層氣區(qū)塊。這種廣泛的合作交流，極大弱化了空間距離對技術擴散的影響，保證了擴散通道的充分順暢，有利于新技術的擴散。

由于中美兩國地質差異顯著，許多技術應用在中國的礦區(qū)出現水土不服，工程效果欠佳[8]。美國作為技術擴散源，無法有效推動中國的煤層氣產業(yè)發(fā)展。經過十幾年的努力，中國的煤層氣產業(yè)仍處于培育階段。根據國家能源局的統計數據，2015年全國煤層氣地面開發(fā)的產量為44.25×108m3，僅完成“十二五”規(guī)劃目標的28%。而資源量比中國小的美國，在1998年煤層氣產量就已達到324×108m3，2001～2010年，平均年產量達到495.6×108m3。從國際范圍來看，由于地質因素對技術擴散的約束，作為擴散源區(qū)的美國的煤層氣開發(fā)先進技術，很多都無法有效應用到中國。

從國內來看，由于技術擴散的地質約束，中國煤層氣產來發(fā)展狀況呈現明顯的區(qū)域分化和產能集中，且難以通過區(qū)域間的技術交流來實現平衡發(fā)展。沁水盆地南部是中國煤層氣產業(yè)發(fā)展最快的地區(qū)，積累了系統成熟的煤層氣開發(fā)技術體系。但這些技術卻難以擴散到其他礦區(qū)，推動其他地區(qū)的煤層氣產業(yè)發(fā)展。2012年，晉煤集團煤層氣礦權面積僅占山西省登記礦權面積的0.32%，但煤層氣地面抽采量達到14.15×108m3，占全國地面抽采總量的55%以上。2014年，晉煤集團實現地面煤層氣抽采量14.3×108m3，占全國總量的38.74%。不管是距離沁水盆地較近的河南地區(qū)，還是較遠的貴州地區(qū)，都因地質條件的差異，而難以有效利用沁水地區(qū)的成熟技術。以煤層氣多分支水平井為例，國內在沁水盆地南部的樊莊、潘莊等煤層氣區(qū)塊首先取得成功，單井日產量達到6000～40000m3，有力推動了上述區(qū)塊的煤層氣產業(yè)發(fā)展。在貴州的保田-青山區(qū)塊，河南的義馬區(qū)塊等多個煤層氣礦區(qū)施工的多分支水平井卻因為煤體結構差，構造復雜等地質因素，最終以失敗告終[9]。

1.3 非常規(guī)天然氣產業(yè)的技術擴散模式

1.3.1 技術擴散影響因子-地質相似性

非常規(guī)天然氣產業(yè)技術擴散最重要的特征是受到地質條件約束。創(chuàng)新技術從擴散源擴散到學習區(qū)，并實現廣泛應用的前提是二者具有一定程度地質條件相似性，即要求有較高的S值。地質相似性(S)是影響非常規(guī)天然氣產業(yè)技術擴散的關鍵因素。S值的確定，主要由地質技術人員根據構造、儲層研究及創(chuàng)新技術的本身特征，確定影響技術應用成敗的主控地質因素，并賦以相應的權重，來實現定量化分析，見式(1)。不同的創(chuàng)新技術，確定S值的主控地質參數不盡相同。S值越高，表示擴散源區(qū)與學習區(qū)地質條件越相似，技術擴散越容易成功，該項技術越能促進學習區(qū)的產業(yè)發(fā)展。

(1)

式中：S為地質相似性系數，表示學習區(qū)與擴散源的地質條件相似程度；A為判斷地質條件相似性的主要地質參數(學習區(qū))；A″為判斷地質條件相似性的主要地質參數(擴散源)；α為各個因素所賦與的權重，α1+α2+…αn=1。

1.3.2 地質條件約束下的技術擴散模式

如圖1(a)所示，假設一定區(qū)域內存在A、B、C、D、E、F、G、H共8個非常規(guī)天然氣礦區(qū)，在研究期內，僅A礦區(qū)取得重大技術突破，是唯一的技術擴散源，產業(yè)發(fā)展最快最成熟。B、D、G、H均處于產業(yè)培育期，技術水平較弱。C、E、F礦區(qū)均處于產業(yè)發(fā)展的成長期。同時假設：①技術擴散渠道暢通，各礦區(qū)政策、法律條件一致；②這里僅研究A作為擴散源的技術擴散，不考慮其他礦區(qū)之間的技術擴散；③D、C、G與A礦區(qū)的地質相似程度(S)較高，其他礦區(qū)與A礦區(qū)的地質差異顯著；④各個礦區(qū)與A礦區(qū)的距離分別為：H>G>F>E=D>C>B。

如圖1(b)所示，經過一定時間，A礦區(qū)的創(chuàng)新技術將有效擴散到與其地質條件相似度較高的D、C、G礦區(qū)，并有力促進了D、C、G礦區(qū)的非常規(guī)天然氣產業(yè)發(fā)展。其他礦區(qū)由于與A礦區(qū)地質差異顯著，S值偏低，技術創(chuàng)新無法有效擴散至這些區(qū)域。隨著時間的推移，D、C、G礦區(qū)的非常規(guī)天然氣產業(yè)迅速發(fā)展，從培育期發(fā)展至成長期然后進入成熟期。而B、E、F、H等與A礦區(qū)地質條件差異顯著的礦區(qū)，由于不能有效吸收A礦區(qū)的技術創(chuàng)新，自身也沒有與其地質條件相適應的技術創(chuàng)新，其產業(yè)發(fā)展步伐緩慢甚至停滯。

圖1 基于地質相似性的技術擴散及產業(yè)發(fā)展特征

基于以上模型可以看出，在擴散通道暢通的條件下，地質相似性(S)決定了非常規(guī)產業(yè)中創(chuàng)新技術擴散的方向和強度，從而影響各個區(qū)域產業(yè)發(fā)展的進程。技術擴散不再體現“近鄰效應”或者“等級效應”，而是體現出“地質效應”，即技術擴散的方向與有效性主要取決于儲層地質的自然分布規(guī)律，地質相似性越高，越容易發(fā)生技術擴散。

1.4 技術擴散模式導致的產業(yè)發(fā)展特征

非常規(guī)天然氣產業(yè)中技術擴散的“地質效應”表現為地質擴散受地質條件的強烈約束，一項創(chuàng)新技術能否有效擴散出去，主要取決于擴散目標區(qū)與擴散源區(qū)的地質條件相似程度(S)，地質相似性越強，越容易擴散，地質差異越顯著，創(chuàng)新技術則無法擴散。在整個非常規(guī)天然氣產業(yè)中，不管是在國際范圍，還是在國內范圍，率先取得技術突破，產業(yè)發(fā)展較快的區(qū)塊，難以通過技術擴散，帶動不同地質條件區(qū)塊的產業(yè)發(fā)展，往往導致不同區(qū)塊的生產效率差異明顯，發(fā)展水平出現嚴重的區(qū)域分化，并導致產業(yè)總體規(guī)模難以壯大，而產能高度集中等異化現象，正如上述中國煤層氣產業(yè)發(fā)展實際所反映出的特征。地質條件與技術擴散源區(qū)相似程度較高的區(qū)塊，產業(yè)發(fā)展迅速，甚至可以后來居上，趕超發(fā)展較早的礦區(qū)，如圖1中的D、G區(qū)塊與F區(qū)塊。而地質條件與技術擴散源區(qū)地質條件差異懸殊的礦區(qū)，如果沒有取得自身的技術突破，則將始終處于落后狀態(tài)，且差距越來越大，產業(yè)發(fā)展出現異化，導致發(fā)展停滯甚至夭折的情況，如圖1中的B、H區(qū)塊。如果B、E、F、H區(qū)塊沒有研究出與本地地質條件相適應的新技術，則整個產業(yè)的發(fā)展規(guī)模受到限制，產能將長期集中于A、D、C、G區(qū)塊。

2 產業(yè)政策分析

目前中國的非常規(guī)天然氣產業(yè)發(fā)展尚不成熟，整體上處于培育期，需要政府的有力扶持。非常規(guī)天然氣產業(yè)的扶持政策主要包括財政補貼與稅收優(yōu)惠政策。為良好的實現政策目標，產業(yè)扶持政策的科學制定應該充分考慮非常規(guī)天然氣產業(yè)技術擴散模式及其導致的產業(yè)發(fā)展特征。這里以中國頁巖氣產業(yè)的財政補貼政策為例進行重點分析。

2.1 頁巖氣財政補貼政策現狀分析

2015年4月底，財政部聯合國家能源局宣布，頁巖氣開發(fā)利用補貼標準將由原來的0.4元/m3，在2016～2018年逐步降至0.3元/m3，在2019～2020年再降至0.2元/m3。這一政策主要是基于認為頁巖氣開發(fā)在國內焦石壩等部分地區(qū)已取得成效，頁巖氣開發(fā)技術趨于成熟。但從非常規(guī)天然氣產業(yè)的技術擴散模式及發(fā)展特征來考慮，該政策有待優(yōu)化。重慶焦石壩無疑是目前中國頁巖氣開發(fā)最為成功的區(qū)域，由于非常規(guī)天然氣產業(yè)技術擴散的地質約束性，中國頁巖氣開發(fā)地質條件的復雜性，焦石壩地區(qū)開發(fā)頁巖氣的整套技術，難以廣泛有效地應用到其他頁巖氣礦區(qū)[11-13]。這一點從目前頁巖氣開發(fā)的工程實踐中也可以得到證實。根據國土資源部公布的數據，截至2015年5月底，除了中石油、中石化主導的頁巖氣開采外，其余通過第二輪招標獲得頁巖氣區(qū)塊的十幾個公司，均未公開申請產氣補貼，也沒有一家有實際產量。而在第一輪頁巖氣招標中中標的河南省煤層氣公司與中國石油化工股份有限公司，由于中標區(qū)塊地質條件復雜，開采難度大，投入高，產出少，均沒有按合同承諾完成勘探開發(fā)任務，2014年11月遭到國土資源部的罰款和礦權面積核減。并且，受到罰款的“渝黔南川頁巖氣勘查區(qū)塊”與取得成功開發(fā)的涪陵焦石壩頁巖氣區(qū)塊均為中國石油化工集團公司所屬，在同一個企業(yè)內，技術擴散的通道是完全暢通的，受距離影響較小，但由于地質條件的差異，開發(fā)效果相差巨大。同時，根據重慶市涪陵區(qū)政府的數據，2014年涪陵頁巖氣區(qū)塊全年產氣10.81×108m3，占全國總量的73.3%。2015年，全國頁巖氣總產量51×108m3，中石化涪陵區(qū)塊產量為35×108m3，占全國總產量68.6%。由此可見，目前全國其他大部分地區(qū)的頁巖氣產業(yè)規(guī)模仍然十分微小，發(fā)展水平與焦石壩地區(qū)相差甚遠。

顯然，中國的頁巖氣產業(yè)只是在某些礦區(qū)取得點的突破，且由于創(chuàng)新技術擴散的地質約束，許多礦區(qū)的地質條件相差較大，開發(fā)新技術難以有效推廣到其他礦區(qū)，雖然焦石壩、四川長寧等少數區(qū)域的頁巖氣產業(yè)發(fā)展迅速，然而國內其他礦區(qū)卻依然發(fā)展緩慢。就整個國家而言，產業(yè)總體規(guī)模較小，而產能高度集中，產業(yè)發(fā)展水平區(qū)域分化嚴重，從這一方面體現了非常規(guī)天然氣產業(yè)技術擴散的獨特模式及其導致的產業(yè)發(fā)展特征，而當前的頁巖氣生產補貼政策并沒有考慮到這一點。這種“一刀切”式的降低補貼標準，將嚴重打擊落后區(qū)域頁巖氣開發(fā)商的積極性，不利于整個產業(yè)的快速發(fā)展壯大。

2.2 基于技術擴散模式的扶持政策

結合非常規(guī)天然氣產業(yè)技術擴散模式及其對產業(yè)發(fā)展的影響，應根據各個礦區(qū)的發(fā)展狀況，制定“分類扶持，動態(tài)調整”的政策，有效地推動不同區(qū)塊的頁巖氣開發(fā)。以頁巖氣開發(fā)的財政補貼政策為例，首先應根據全國的基礎地質調查以及試驗開發(fā)的效果，對全國的頁巖氣開發(fā)有利區(qū)塊進行分類，并且根據各個區(qū)域的開發(fā)進展，進行分類的動態(tài)調整。對于不同類別的開發(fā)區(qū)域，制定不同級別的優(yōu)惠政策，見表1。同時，每隔3～5年，根據發(fā)展狀況調整類別。比如重慶涪陵地區(qū)的頁巖氣開發(fā)，在2014年以前，產量較小，技術尚不成熟，應屬于三類區(qū)域，享受較高的財政補貼。但到2015年以后，該區(qū)域的產業(yè)發(fā)展已進入快速成長期，與當地地質條件相適應的開發(fā)技術較為成熟，應該調整為一類，享受較低的財政補貼，而與此同時，貴州的岑鞏頁巖氣開發(fā)區(qū)、湖南的龍山頁巖氣開發(fā)區(qū)塊等眾多細分區(qū)域，依然處于地質研究、技術探索階段，產業(yè)發(fā)展處于培育期，應該劃為三類，繼續(xù)享受較高的財政扶持，以提高開發(fā)商的積極性，加快整個頁巖氣產業(yè)的發(fā)展步伐。

表1 頁巖氣開發(fā)分類補貼政策

備注：準確補貼值，可根據經濟、技術指標具體調整。

3 結 論

1)非常規(guī)天然氣產業(yè)領域，技術擴散受地質條件嚴重約束。地質條件相似性(S)越高的地區(qū)之間，創(chuàng)新技術越容易有效擴散。地質相似性差的區(qū)域難以學習利用擴散源區(qū)的創(chuàng)新技術來推動產業(yè)發(fā)展。創(chuàng)新技術擴散呈現典型的“地質效應”。

2)由于技術擴散的“地質效應”，非常規(guī)天然氣產業(yè)的發(fā)展水平在不同地質條件的區(qū)域差距顯著。由于地質條件的差異，產業(yè)發(fā)展較快的地區(qū)難以有效帶動落后地區(qū)的發(fā)展，而落后地區(qū)又沒有與其地質條件相適應的新技術出現時，發(fā)展水平的差距往往會呈現出越來越大的趨勢，產業(yè)發(fā)展出現區(qū)域分化，而總體規(guī)模受到限制，產能高度集中。

3)針對非常規(guī)天然氣產業(yè)技術擴散模式及產業(yè)發(fā)展特征，“分類扶持，動態(tài)調整”的政策思路，更能促進中國非常規(guī)天然氣產業(yè)的總體發(fā)展。

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Analysis of technology diffusion pattern in unconventional natural gas industry and its policy in China

LUO Kai-yan1，2

(1.Guizhou Research Center of Shale Gas and CBM Engineering Technology，Guiyang 550008，China； 2.Laboratory of Coal Mine Exploration of Guizhou Province，Guiyang 550008，China)

Based on the analysis of traditional technology diffusion patterns and the development characteristics of china coalbed methane industry，geological effect of technology diffusion in unconventional natural gas industry is concluded which shows effective technology diffusion can happen on condition that the geological conditions of study region must be similar to the region of technology diffusion source.Meanwhile，the distinctive technology diffusion pattern constrained by geological conditions usually leads to unreasonable phenomenon such as regional industry polarizes slow expansion of industrial scale and production concentration.Finally，the policy of “classification support，dynamic turning” is proposed on the basis of characteristics on technology diffusion and the development of unconventional natural gas industry in China.

unconventional natural gas；technology diffusion；geological effect；regional industry polarizes

2016-02-01

F407.22；P618.13

A

1004-4051(2016)11-055-05