楊 雷 金之鈞

（ 1《國際石油經(jīng)濟(jì)》編委會；2頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3中國石化石油勘探開發(fā)研究院 ）

0 引言

研究美國頁巖油發(fā)展的歷程，并展望全球頁巖油發(fā)展的態(tài)勢，有助于更加清晰地認(rèn)識頁巖油發(fā)展戰(zhàn)略及路線。國際能源署（IEA）[1-4]與不少國際機(jī)構(gòu)與學(xué)者[5-8]都曾展望全球頁巖油發(fā)展前景，金之鈞、鄒才能等[9-15]國內(nèi)學(xué)者也對頁巖油氣在中國的可復(fù)制性進(jìn)行了分析。本文在這些工作基礎(chǔ)上，更加系統(tǒng)深入地收集了相關(guān)數(shù)據(jù)，梳理了相關(guān)技術(shù)和商業(yè)模式的發(fā)展，對全球頁巖油發(fā)展進(jìn)行全景式展望，希望對中國走出自己特色的發(fā)展之路有一些啟發(fā)。

1 美國頁巖油發(fā)展情況及特征

1.1 發(fā)展歷程

美國頁巖油產(chǎn)量快速增長，使得美國已經(jīng)成為最大的石油出口國之一。2018年，美國頁巖油產(chǎn)量達(dá)到了歷史新高，高峰日產(chǎn)量超過6×106bbl，并繼續(xù)呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢（圖1）[16]。IEA評估，預(yù)計(jì)到2021年，美國將結(jié)束70多年的石油凈進(jìn)口歷史，成為石油凈出口國。美國頁巖油開發(fā)改變了全球油氣供需格局，對地緣政治也產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

圖1 美國頁巖油產(chǎn)量情況Fig.1 Shale oil production in the United States

美國的頁巖油概念比較寬泛，主要為來自烴源巖的頁巖層系中的輕質(zhì)原油，其中也包括夾層中的致密油。美國頁巖油分布廣泛（圖2）[17]，主要產(chǎn)自威利斯頓盆地巴肯、墨西哥灣盆地伊格爾福特、二疊盆地博恩斯普林和沃爾夫坎普、丹佛盆地奈厄布拉勒和阿納達(dá)科、東部阿帕拉契亞盆地尤提卡等區(qū)帶。

圖2 美國頁巖油主要生產(chǎn)區(qū)帶Fig.2 Primary shale oil producing areas in the United States

美國頁巖油開發(fā)經(jīng)歷了一個(gè)較長的準(zhǔn)備期，到20世紀(jì)八九十年代，隨著水力壓裂和水平井技術(shù)的逐步成熟，頁巖油開發(fā)才逐步嶄露頭角，但很長時(shí)間內(nèi)并沒有形成規(guī)模產(chǎn)能。

2000年巴肯組中段利用水平井成功商業(yè)開發(fā)了Alm Coulee油田，2006年伊格爾福特區(qū)帶開始生產(chǎn)頁巖油，2007年通過水平井分段壓裂等手段巴肯組頁巖油產(chǎn)量超過2×104bbl。頁巖油開始進(jìn)入規(guī)?；虡I(yè)開發(fā)階段。

2010年后美國頁巖油進(jìn)入快速增長階段，僅用8年時(shí)間產(chǎn)量就增長了十多倍，部分時(shí)期增產(chǎn)每天超過百萬桶（相當(dāng)于年增產(chǎn)5000×104t），創(chuàng)造了史無前例的增長[3-4]。

1.2 頁巖油開發(fā)降本增效與相關(guān)技術(shù)

IEA針對美國不同地區(qū)，分析了頁巖油生產(chǎn)的價(jià)格平衡點(diǎn)（圖3）。2014年后所有主要產(chǎn)區(qū)的價(jià)格平衡點(diǎn)都有大幅度降低，從80美元/bbl的綜合成本很快降低到目前的45～60美元/bbl[1]。這主要得益于技術(shù)進(jìn)步，如2018年綜合鉆井效率比2014年提高了50%，水平段效率提高100%。

美國頁巖油開發(fā)的成功與成本降低首先得益于地質(zhì)認(rèn)識的提高，關(guān)鍵是尋找甜點(diǎn)的能力。美國頁巖油具有油質(zhì)較輕、含油飽和度高、氣油比高、地層壓力系數(shù)大、流動性好等特點(diǎn)，頁巖層Ro多介于0.9%～1.3%[18]。但不同地區(qū)也存在很大差異，很多中小公司基于對特定地區(qū)地質(zhì)情況的認(rèn)識，往往聚焦在熟悉的地區(qū)進(jìn)行開發(fā)，以取得最大產(chǎn)出。

圖3 美國主要頁巖油產(chǎn)區(qū)的價(jià)格平衡點(diǎn)情況Fig.3 Price break-even points of primary shale oilproducing areas in the United States

技術(shù)進(jìn)步是頁巖油開發(fā)成功的核心。綜合看來，美國頁巖油開發(fā)相關(guān)技術(shù)包括選區(qū)與甜點(diǎn)評價(jià)、超長水平井、“一趟鉆”鉆井、立體井網(wǎng)（多分支）布井、細(xì)切割及重復(fù)水力壓裂等技術(shù)[19-20]。

美國頁巖油開發(fā)采取“工廠式”密集鉆水平井的方法，目前美國生產(chǎn)頁巖油的水平井超過10萬口，如2017年完井8500口，鉆井規(guī)?；档土松a(chǎn)成本[1]。過去10年，頁巖油開發(fā)單位面積鉆井?dāng)?shù)量大增，超級井場成為發(fā)展趨勢。2010年，每平方英里鉆井?dāng)?shù)量一般為4口水平井，2015年每個(gè)井場基本為6口水平井，2016年發(fā)展到16口井，2017年開始出現(xiàn)5層分布的超級井場，1個(gè)井場可達(dá)到64口水平井[9]。

由于鉆頭等技術(shù)的改進(jìn)，使從過去鉆完一口水平井要更換多次鉆頭，發(fā)展到不用更換鉆頭“一趟鉆”即可完成鉆井，最長水平段可一次鉆進(jìn)近6000m。鉆井用時(shí)從2008年的35～40天，減少到2018年的10天左右，效率提高了3～4倍[19]。

完井設(shè)計(jì)從最初的裸井一段壓裂，發(fā)展到多段分割投球滑套、多段橋塞分簇射孔壓裂等，目前水平井壓裂分30～65段。壓裂完井時(shí)間從原來的3～4周，發(fā)展到目前的不到2周，如果同時(shí)考慮到壓裂段的增加，單段壓裂完井效率提高了5～6倍。在不斷增加完井難度和復(fù)雜性的前提下，整體鉆完井周期卻從原來的7～8周降低到目前的3周左右。

由于油價(jià)下跌的倒逼作用，頁巖油開發(fā)商也積極提高頁巖油開發(fā)過程中伴生氣的商業(yè)化，進(jìn)一步降本增效，從而提高了頁巖油開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。

頁巖油開發(fā)展示了非常明顯的技術(shù)學(xué)習(xí)曲線改進(jìn)過程。圖4是IHS整理的一個(gè)水平井段平均長度的統(tǒng)計(jì)，隨著鉆井?dāng)?shù)量的增多，不同地區(qū)樣本的水平井段平均長度都明顯快速增加[20-21]。這個(gè)例子顯示頁巖油開發(fā)相關(guān)技術(shù)的成熟應(yīng)用及成本降低也需要時(shí)間。

圖4 美國不同地區(qū)頁巖油水平井段平均長度改進(jìn)曲線Fig.4 The improvement of the average horizontal length of shale oil wells in different regions in the United States

1.3 頁巖油品質(zhì)分級及相應(yīng)開發(fā)策略

地質(zhì)選區(qū)評價(jià)和“甜點(diǎn)”選取是頁巖油開發(fā)的重要基礎(chǔ)[22]。在開發(fā)過程中，美國頁巖油產(chǎn)區(qū)大致按每300m水平井段初始產(chǎn)量將頁巖油資源品質(zhì)分為5級，第一級優(yōu)質(zhì)“甜點(diǎn)”地區(qū)平衡油價(jià)可以低至30美元/bbl，第五級則高達(dá)80美元/bbl以上。這樣的資源品質(zhì)分級可以使得開發(fā)商根據(jù)油價(jià)變化靈活掌握開發(fā)的節(jié)奏。

靈活的資源品質(zhì)分級控制提高了頁巖油開發(fā)的韌性，2014年油價(jià)暴跌，美國頁巖油產(chǎn)量在短暫停滯以后繼續(xù)保持快速增長的態(tài)勢。到2016年，美國主要產(chǎn)區(qū)的頁巖油開發(fā)綜合成本都降到了60美元/bbl以下，與很多地區(qū)的常規(guī)石油生產(chǎn)成本相比都具有競爭力[23]。

頁巖油開發(fā)的這種特性也極大影響了國際油價(jià)，使市場的作用獲得了空前提升。當(dāng)油價(jià)回升，頁巖油產(chǎn)量隨即大幅提高，對沖了石油輸出國組織OPEC及盟友減產(chǎn)協(xié)議所減產(chǎn)的量，使產(chǎn)油國控制油價(jià)的影響因素明顯降低。

1.4 創(chuàng)新的融資及市場條件

美國頁巖油產(chǎn)業(yè)發(fā)展得益于資本市場的支持，據(jù)統(tǒng)計(jì)，近10年來頁巖油開發(fā)投資超過1.2萬億美元。靈活的融資模式包括風(fēng)險(xiǎn)投資、股份轉(zhuǎn)讓、債券和多種金融創(chuàng)新的衍生品。這保障了即使在頁巖油行業(yè)現(xiàn)金流長期為負(fù)的狀況下，也獲得了大量資金投入，頁巖油產(chǎn)量持續(xù)增長。這一模式與互聯(lián)網(wǎng)、新能源等新經(jīng)濟(jì)有相似性，即早期雖然并不盈利，但由于保持了高增長，因此吸引了資本的支持。

自2015年以來，頁巖油行業(yè)效益開始明顯改善，2018年，美國頁巖油實(shí)現(xiàn)了全行業(yè)的自由現(xiàn)金流為正，這具有里程碑意義（圖5）[24]。同時(shí)，資本市場對頁巖油開發(fā)開始要求盈利，頁巖油開發(fā)商的策略也變得謹(jǐn)慎。

圖5 美國頁巖油行業(yè)資本投資及自由現(xiàn)金流情況Fig.5 Capital investment and free cash flow of shale oil industry in the United States

1.5 政策及體制支持

美國在國家政策導(dǎo)向上一直把能源安全置于重要地位，1973年尼克松就曾經(jīng)提出“能源獨(dú)立計(jì)劃”，這也一直成為美國國策的組成部分。從20世紀(jì)80年代起，美國政府就對非常規(guī)油氣開發(fā)給予優(yōu)惠的財(cái)稅支持，并撥款對水平井、壓裂等相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行科技研發(fā)，累計(jì)約20億美元。2005年的能源政策法案規(guī)定包括頁巖油開發(fā)的非常規(guī)油氣開發(fā)享受優(yōu)惠財(cái)稅政策，相當(dāng)于每桶約3美元的補(bǔ)貼，同時(shí)將水力壓裂從安全飲用水法中免除，促進(jìn)了水力壓裂技術(shù)的迅速推廣。2015年奧巴馬政府取消了原油出口禁令，2017年特朗普政府將頁巖油行業(yè)納入了降低所得稅的范疇。

美國頁巖油多元化的投資主體、完善的市場體制及配套政策使得企業(yè)的創(chuàng)新能力得到了充分發(fā)揮[25]。在頁巖油開發(fā)過程中，開放的石油服務(wù)市場和競爭也是美國頁巖油開發(fā)成本快速降低的重要因素。

1.6 頁巖油開發(fā)前景

頁巖油開發(fā)對油價(jià)十分敏感，目前美國大部分的頁巖油可以在60美元/bbl的油價(jià)水平上保持盈利。據(jù)IEA評估，按此油價(jià)水平預(yù)測，美國頁巖油產(chǎn)量將繼續(xù)保持增長，到2021年有望達(dá)到日產(chǎn)9×106bbl。如果油價(jià)進(jìn)一步上漲到每桶80美元，則美國的頁巖油產(chǎn)能到2024年將比基準(zhǔn)水平再增加2.4×106bbl/d（圖 6）[1]。

圖6 關(guān)于不同油價(jià)水平的頁巖油產(chǎn)量預(yù)測Fig.6 Prediction of shale oil production at different oil prices

目前，主要的國際石油公司通過收購和獲得新區(qū)塊等方式大規(guī)模進(jìn)入頁巖油領(lǐng)域，比如?？松梨诠竞脱┓瘕埞镜戎饕獓H石油公司都制定了雄心勃勃的增產(chǎn)計(jì)劃，未來5年日增產(chǎn)量都在百萬桶以上。這些大公司具有更強(qiáng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，對頁巖油產(chǎn)量的持續(xù)增長也將發(fā)揮積極作用。

2 全球頁巖油資源及開發(fā)

受美國頁巖油成功的激勵(lì)，全球很多國家都展開了頁巖油勘探開發(fā)工作，并取得了積極進(jìn)展。

2.1 全球頁巖油資源概況

據(jù)美國能源信息署（EIA）評價(jià)，全球頁巖油技術(shù)可采資源總量為4189×108bbl，分布在46個(gè)國家104個(gè)盆地的170多套頁巖層系中。北美是頁巖油資源最為豐富的地區(qū)，其次為東歐和亞太地區(qū)（圖7）。美國、俄羅斯和中國頁巖油資源豐富，可采資源量分別為 782×108bbl、746×108bbl、322×108bbl，分別約占全球的19%、18%和8%，其他頁巖油資源較為豐富的國家還有阿根廷、利比亞、阿聯(lián)酋、乍得、澳大利亞、委內(nèi)瑞拉和墨西哥等，這10個(gè)國家擁有全球四分之三以上的頁巖油技術(shù)可采資源[26]。

圖7 全球主要地區(qū)頁巖油技術(shù)可采資源量（據(jù)EIA數(shù)據(jù)整理）Fig.7 Technically recoverable shale oil resources all over the world (source from EIA data)

全球頁巖油資源量評估與勘探開發(fā)程度密切相關(guān)，隨著新的發(fā)現(xiàn)，資源評估也在動態(tài)調(diào)整之中[27]。比如2017年底，美國新一輪的石油儲量比2016年調(diào)高了19.2%。

2.2 主要國家頁巖油生產(chǎn)情況

加拿大是美國之外最大的頁巖油生產(chǎn)國，產(chǎn)量在約40×104bbl/d水平波動，加拿大地調(diào)局評估認(rèn)為加拿大頁巖油原始地質(zhì)儲量為840×108bbl，這一數(shù)字遠(yuǎn)高于EIA對加拿大可采頁巖油資源量88×108bbl的評估。2014年以來，加拿大油砂的投資持續(xù)下降，而頁巖油投資從2016年開始增長，到2018年增長了約100億加元，這也表明頁巖油具有更大的成本優(yōu)勢和吸引力[28-29]。近期殼牌公司、雪佛龍公司等在杜維納頁巖區(qū)開展了大量前期工作。

阿根廷是北美以外首個(gè)實(shí)現(xiàn)頁巖油商業(yè)開發(fā)的國家，目前阿根廷頁巖油產(chǎn)量約為5×104bbl/d。阿根廷頁巖油主要位于中南部內(nèi)烏肯盆地的瓦卡穆爾塔（Vaca Muerta）頁巖區(qū)，是全球第四大頁巖油資源區(qū)，與美國伊格爾福特頁巖區(qū)具有一定相似性[30]。阿根廷積極吸引外資開發(fā)頁巖油資源，包括馬來西亞國家石油公司、雪佛龍公司等都已在阿根廷簽署了合作開發(fā)的協(xié)議。其中馬來西亞國家石油公司投資約23億美元，預(yù)計(jì)2022年產(chǎn)量可以達(dá)到6×104bbl/d。

俄羅斯頁巖油資源豐富，主要位于西西伯利亞盆地的巴熱諾夫組，專家評估該組頁巖分布面積達(dá)上百萬平方千米[31]。俄羅斯天然氣公司所屬石油公司制定了雄心勃勃的開發(fā)計(jì)劃，希望2025年達(dá)到規(guī)?；纳虡I(yè)開發(fā)。

其他頁巖油資源豐富的國家包括墨西哥、澳大利亞等，這些國家均有頁巖油發(fā)現(xiàn)的報(bào)道，但基本處于早期研究階段。

中國是頁巖油資源非常豐富的國家，不同機(jī)構(gòu)資源評估差別較大，2011年EIA評價(jià)認(rèn)為可采資源量為43×108t，2014年中國石油化工股份有限公司（以下簡稱中國石化）評估認(rèn)為可采資源量為204×108t，2017年中國石油天然氣股份有限公司（以下簡稱中國石油）評估認(rèn)為超過700×108t（包括低成熟頁巖油資源）。在勘探開發(fā)實(shí)踐中，準(zhǔn)噶爾、松遼、渤海灣、鄂爾多斯等多個(gè)盆地均有頁巖油發(fā)現(xiàn)并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)開發(fā)[32-37]。其中準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾等頁巖油田開發(fā)示范區(qū)已經(jīng)取得良好進(jìn)展[38]，目前中國石油、中國石化及相關(guān)油田也在制定頁巖油勘探開發(fā)的計(jì)劃，有針對性地研發(fā)適合中國頁巖油特征的技術(shù)，有望取得進(jìn)一步的突破[34]。

2.3 全球頁巖油產(chǎn)能預(yù)測

對于全球頁巖油的發(fā)展，不少機(jī)構(gòu)都進(jìn)行了預(yù)測，總體看頁巖油將繼續(xù)保持增長的態(tài)勢，其中最主要產(chǎn)能仍然來自美國，占七成以上。

EIA預(yù)計(jì)，到2040年全球頁巖油產(chǎn)量將達(dá)到1036×104bbl/d，BP公司預(yù)計(jì)2035年達(dá)到1000×104bbl/d;IEA預(yù)測的頁巖油產(chǎn)量也在這一區(qū)間內(nèi)，但對在美國以外的產(chǎn)能增加評價(jià)更為積極，認(rèn)為到2040年，將有日產(chǎn)350×104bbl的產(chǎn)量來自美國以外[1]。其中澳大利亞、中國等將會有顯著的產(chǎn)量增加。

頁巖油第一年產(chǎn)量遞減率一般達(dá)70%左右，美國龐大的頁巖油產(chǎn)量基數(shù)也將意味著日益增長的年遞減量，加之優(yōu)質(zhì)資源逐步減少，因此2025年左右以后，即使美國繼續(xù)保持大量新增產(chǎn)能，但也將難以彌補(bǔ)其產(chǎn)量的遞減，此后全球頁巖油產(chǎn)量的增長將主要來自美國以外地區(qū)。

3 對中國發(fā)展頁巖油的啟示

中國石油對外依存度快速攀升，加大國內(nèi)石油資源的勘探開發(fā)是保障國家能源安全的重要舉措，頁巖油是現(xiàn)實(shí)的戰(zhàn)略接替資源[39]。如何參考學(xué)習(xí)美國經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)中國頁巖油產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；_發(fā)，具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。

3.1 制定中國頁巖油發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃

美國從“能源獨(dú)立”戰(zhàn)略高度重視頁巖油開發(fā)，持續(xù)支持幾十年才迎來頁巖油的大發(fā)展。即使在5年前，很多人也并不相信美國能夠依靠頁巖油實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立。頁巖油發(fā)展的非線性規(guī)律值得關(guān)注，其較長的準(zhǔn)備期需要國家支持。

建議在戰(zhàn)略上重視頁巖油開發(fā)，制定中國頁巖油發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，明確將其作為戰(zhàn)略接替資源，集中相關(guān)資源進(jìn)行攻關(guān)。

3.2 加強(qiáng)基礎(chǔ)理論及勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究

中國的地質(zhì)情況與美國有較大差異，中國頁巖油主要為陸相，地表也更復(fù)雜，應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究，探索適合中國頁巖油資源情況的可持續(xù)開發(fā)技術(shù)與手段，例如對于低成熟度的頁巖油進(jìn)行原位轉(zhuǎn)化等技術(shù)的開發(fā)。

進(jìn)一步落實(shí)中國頁巖油資源量情況，建立有效的頁巖油品質(zhì)分級體系及相關(guān)勘探開發(fā)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)體系，為行業(yè)的快速發(fā)展創(chuàng)造條件。

3.3 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室與人才隊(duì)伍建設(shè)

建議延續(xù)油氣重大專項(xiàng)資金對頁巖油勘探開發(fā)的支持。同時(shí)，創(chuàng)新機(jī)制，促進(jìn)政府、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)加大頁巖油科研投入。根據(jù)頁巖油開發(fā)特征，有針對性地加強(qiáng)相關(guān)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，培養(yǎng)多方面的人才隊(duì)伍。

3.4 推進(jìn)勘探開發(fā)重點(diǎn)示范工程

在頁巖油開發(fā)早期階段，選擇有利資源地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)示范區(qū)建設(shè)，從而積累經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推廣，比如吉木薩爾頁巖油開發(fā)試驗(yàn)區(qū)等應(yīng)加快建設(shè)。同時(shí)，示范區(qū)不僅要進(jìn)行技術(shù)的示范，也要著力創(chuàng)新體制機(jī)制。

3.5 完善相關(guān)配套政策

建議中國在頁巖油開發(fā)早期給予類似頁巖氣的補(bǔ)貼政策，以吸引更多的資本投資，加快開發(fā)進(jìn)程。在土地利用、礦權(quán)設(shè)置等方面研究符合頁巖油開發(fā)的扶持政策。同時(shí)，也要加強(qiáng)用水、環(huán)保等相關(guān)問題研究，明確標(biāo)準(zhǔn)，避免相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。

3.6 推動體制機(jī)制創(chuàng)新

美國頁巖油的成功，展現(xiàn)了一種綜合的創(chuàng)新模式，包括油氣公司、服務(wù)及裝備、資本市場等，是一個(gè)依靠完善市場化體系支撐的系統(tǒng)。中國在進(jìn)一步推進(jìn)頁巖油發(fā)展的過程中，也應(yīng)該從國家角度推動體制機(jī)制改革，創(chuàng)造更加開放的市場化體系。

中國長期以來上下游一體化的石油公司模式，打造了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，但在創(chuàng)新機(jī)制上卻存在短板。國家已經(jīng)發(fā)布了關(guān)于油氣體制改革的指導(dǎo)意見，應(yīng)結(jié)合到具體的頁巖油開發(fā)過程中，創(chuàng)新機(jī)制，盤活國家石油公司頁巖油資源，對油田分公司實(shí)施有效的激勵(lì)措施;同時(shí)也應(yīng)吸引更多的其他投資主體和資金參與到頁巖油開發(fā)中，激發(fā)科技創(chuàng)新的活力。

4 結(jié)語

全球頁巖油資源豐富，頁巖油革命方興未艾，頁巖油產(chǎn)量也將繼續(xù)保持增長。中國頁巖油潛力很大，但與美國相比無論是地質(zhì)條件和政策環(huán)境都有較大不同，勘探開發(fā)還都處于早期階段?，F(xiàn)階段應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，開展示范工程，力爭取得突破，在努力借鑒國際經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)有針對性地開發(fā)適合中國頁巖油開發(fā)的技術(shù)體系。

在國家層面，建議把頁巖油作為戰(zhàn)略接替資源，做好頂層設(shè)計(jì)，綜合施策，創(chuàng)新體制，走出中國特色的頁巖油開發(fā)之路。