我国页岩气开发的路径思考——基于美国“页岩气革命”的启示

张　宇　崔发展

(西南石油大学 马克思主义学院，四川 成都 610500)



我国页岩气开发的路径思考
——基于美国“页岩气革命”的启示

张宇崔发展

(西南石油大学 马克思主义学院，四川 成都 610500)

我国的页岩气储量丰富，但其开发整体上仍处于探索阶段，而美国作为页岩气开发最成功的国家，在财政、技术、体制和机制、环保方面具有丰富的经验。基于此，结合我国国情，提出在我国页岩气开发中应采取给予财政支持以降低开发成本、突破水平井技术和水力压裂技术、引入民营企业和完善基础设施、加大环境保护和监管力度等措施，以期为我国页岩气的有效开发提供参考意见。

美国 “页岩气革命”； 低碳绿色发展； 页岩气开发； 水力压裂技术； 水平井技术

0　引　言

页岩气作为一种非常规天然气资源，以吸附或游离状态存在于富有机质泥页岩及其夹层中，成分以甲烷为主，是一种清洁、高效的能源。我国页岩气储量丰富，可采量大，大力开发页岩气不仅可以缓解能源紧张，而且可以减少对煤资源的过度依赖(煤属于高消耗、高污染资源)，从而推动能源消费结构变革，为生态文明建设贡献一份力量，有助于美丽中国梦的实现。

我国当前页岩气的开发在技术、环保等方面存在一定难度，导致页岩气的有效开发面临诸多瓶颈，而美国作为最早勘探开发页岩气、开发技术最成熟、开发最成功的国家，无论是在财政、技术，还是在体制和机制、环保方面，都具有丰富的经验，值得我国借鉴。

现有文献中，研究美国页岩气成功经验以及具有借鉴意义的文章较少，目前看到的主要有：师良、范柏江、王宇等通过综合分析美国在产业引导、科技支持、完善设备等方面的政策，结合我国国情，分别在财政、技术、环保等方面提出了建议[1]42-45；李宏勋、张杨威在分析了美国页岩气取得成功的基础上，基于国家能源发展的视域，运用SWOT量化分析法，探讨我国页岩气的现状和未来的发展潜力，指出我国页岩气开发存在的优势和劣势，并提出了相应的对策和建议[2]22-29；余国合、吴巧生基于当前新能源安全观的视角，借鉴美国经验，提出相关建议[3]1。鉴于页岩气开发的现状以及前人对此关注的不足，本文尝试借鉴美国“页岩气革命”的成功经验(主要包括财政补贴、技术支撑、允许中小型企业参与、完善的基础设施、明晰的环保监管框架)，并结合我国国情，分别从财政、技术、体制和机制、环保四个方面提出一些建议。

1　美国页岩气开发的历史进程和现状

1.1美国页岩气开发的历史进程

作为世界上最早进行页岩气勘探的国家，美国“页岩气革命”的成功降低了其自身的能源对外依存度，并深刻地改变了世界能源格局。

早在19世纪30年代，美国人William Hart就尝试在纽约州勘探页岩气，由于单井产量过低，当地政府并未给予重视[4]792-801。直到1976年，政府才开始重视。并开启了东部页岩气工程，由此页岩气单井产量明显提高[5]31-35。1980年，政府出台了一些针对性政策，如免除非常规能源的税收，该政策推动了页岩气产业的发展[5]31-35。二战后，人们对天然气的需求越来越迫切，进一步刺激了页岩气的开发。然而使页岩气开发具有规模化和商业化的当属美国德克萨斯州人George Mitchell(乔治·米切尔)，1992年，Mitchell能源公司在技术方面取得重大突破，成功运用水力压裂法从Barnett页岩气藏开采出天然气[6]71-76。这不仅使该公司获得巨大利润，而且吸引了上千个中小型企业参与到页岩气开采的具体过程中。其后，Mitchell能源公司于2001年被Devon公司成功收购，Devon公司把两个公司先进的开采技术结合起来，使得开采技术趋于成熟化[7]918-924。随后，由于页岩气开发的分工越来越明确，市场竞争日益激烈，带来的利润也较为可观，很多大型石油公司开始涉足页岩气行业。比如2011年康菲公司(ConocoPhillips)就斥资150亿美元用以并购更多深水和页岩资源[8]83。

1.2美国页岩气开发的现状

“页岩气革命”的成功给美国能源结构带来了重大影响。近年来，美国页岩气产量急剧上升。据EIA数据，2000年开始，美国页岩气井数迅速增长，到2013年页岩气井数已超过20 000口(见表1)[9]44-48，页岩气产量也从2000年的122亿m3上升到2013年的600亿m3[3]10。

表1　2000—2013年美国页岩气井数

美国“页岩气革命”的成功，使其从原来的依赖进口到现在的大部分资源可以自给自足，有效改变了能源的供求格局，甚至影响了全球的能源格局。根据2013年美国能源信息署统计的数据表明：2005年美国能源对外进口量占总量的60%，而2012年只占42%，目前的占比为28%[10]12-17。更为重要的是，2009年美国已经成功超越俄罗斯，成为全球最大的天然气生产国[11]28-36。美国权威机构预测，美国的石油产量很有可能在2017年超越沙特阿拉伯，成为世界上石油产量最高的国家；到2035年，美国将会实现完全的“能源独立”，其国内可以达到彻底的自给自足水平[5]31-35。

2　美国“页岩气革命”的成功经验

美国“页岩气革命”之所以能够取得成功，不仅因为其具有丰富的资源和良好的地质条件，更归功于美国政府分别从财政、技术、体制和机制、环保方面给予支持，从而促进了页岩气产业的蓬勃发展。

2.1财政方面：适当的财政补贴和税收减免政策

页岩气开发初期，美国政府就在财政方面给予支持，出台相关的财政补贴和税收减免政策，刺激大量企业积极投身于页岩气的开发中，为后来页岩气商业化和规模化奠定了坚实的物质基础。比如，从1980年起，美国本土钻探的非常规天然气(煤层气和页岩气)可享受每桶油当量3美元的补贴。这项政策被美国国会延续使用了两次，长达22年之久，并于1992年进行相关补充(见表2)[12]69-73。该项政策极大地促进了页岩气产业的发展，可以说 “页岩气革命”的成功与其息息相关。

另外，美国政府十分重视页岩气的基础研究，主动出资并设立专项基金。这样做的目的：一是为了弥补中小型企业的资金不足(因为在开发初期，中小型企业是页岩气开发的主力军)；二是为了刺激越来越多的企业参与其中。为了推动页岩气的开发，政府专门成立了美国天然气研究所，该机构属于非盈利机构，目的在于整合专业人才，收集大量的地质数据和油气勘探数据，为页岩气的发展提供理论支撑。

同时，美国政府在页岩气等非常规能源的技术研发上提供了巨大的财政支持。据统计，页岩气开发30多年来，美国政府在勘探非常规天然气上面的花费达60多亿美元[13]94-97。

表2　 美国联邦政府主要产业政策

2.2技术方面：水力压裂技术与水平井技术的突破

勘探开发技术的创新与推广是页岩气开发取得成功的引擎。美国“页岩气革命”的成功除了先天地理条件和国家财政补贴外，最为关键的是，页岩气开发核心技术的突破与创新(核心技术主要指水力压裂技术和水平井技术)。21世纪以前，开发页岩气并不具备经济可行性，主要由于页岩气具有自身藏物性差、致密性和渗透率低的特点，导致气流阻力远远大于常规天然气，这就需要一些特殊的钻井方法，而当时的技术尚未成熟，使得页岩气的开发难度系数过大、成本较高。随着水力压裂技术和水平井技术的突破与创新，降低了开采成本，创造了可观的利润，从而吸引了很多企业参与其中，大规模开发页岩气才具备现实可行性。

水力压裂技术是一种核心技术，主要用于页岩储层改造，经过压裂后，油气井的产量会大幅度上升。30多年来，美国已形成一套完整的水力压裂技术体系，分别是清水压裂法、泡沫压裂法、水力喷射压裂法、重复压裂法、同步压裂法、分段压裂法，这些技术适用于不同的页岩情况，实质作用是扩大页岩气的渗透面积和加深开采的程度，从而获取更多的页岩气资源，使得页岩气开发具有更大的潜力。

水平井技术主要有垂直井钻井和水平井钻井两种形式。20世纪30年代之前，美国主要使用垂直井钻井技术，直到Devon公司于2002年运用水平井钻井技术获得成功后，水平井数量大幅度增加[5]31-35。从那以后，水平井技术得到大规模应用与推广，逐渐成为美国页岩气主流开发形式。

正是由于水力压裂技术和水平井技术的广泛应用，才使得美国页岩气开发具备商业化。

2.3体制和机制方面：有活力的市场和完善的基础设施

纵观美国页岩气开发的历史进程，成千上万的中小型企业起到了中流砥柱的作用。页岩气开发初期，迫于页岩气开发成本高且回报低的压力，很多企业不敢尝试，而中小型企业灵活多变、富有冒险精神，敢于尝试页岩气的开采，从而推动了页岩气的发展。同时，在这种压力下，中小型企业想要拔得头筹，必须不断进行技术革新，以推动相关技术的进步，这也为后来的页岩气开发提供了技术支撑。可以说，美国页岩气的成功开发，离不开中小型企业的努力。据统计，美国85%的页岩气是由中小型企业开采出来的[14]73-76。

美国现有的市场体系是中小型企业负责“打头阵”，大型企业负责“善后”。中小型企业实现技术领域的革新后，大型石油公司凭借其长期性和财务稳定性的特点，通过收购或并购的方式参与到页岩气后期开发中，两者有效合作，形成一条完整的产业链，有力地推动了页岩气产业的持续发展。并且，中小型企业参与页岩气开发，使市场充满竞争，富有活力，避免了垄断，为页岩气开发提供多元化的市场环境。

美国联邦管理委员会于1992年取消了管道公司对天然气市场的控制，并明确规定：美国所有的管道运输线对各种天然气(包括常规天然气和非常规天然气)都应该持开放状态，管道运营商需公开其管道运行的一切信息，包括剩余容量和输气负载，有偿提供燃气供应辅助性的储藏和平衡服务。生产主体、消费主体或者市场中介一般通过与管道运营商签订长期协议的方式确定其所需的容量及服务，其未得到充分使用的部分可以在市场信息服务平台公开竞价。为了保证天然气生产商和用户对管道拥有无歧视对待，政府对管道运输商和开发商分开监督和管理，有效避免了垄断。政府对天然气价格的合理管控，为页岩气的市场化创造了条件；对管道运费的监管，也为页岩气的商业化奠定了基础。

经过多年的发展，美国已形成了健全的天然气市场体系。在州与州之际，各州之内，各城市之间建立了四通八达的管网。美国己经拥有超过200个大型天然气管输系统，其中，州与州之间的天然气管道和州内天然气管道的总长度达到了50万公里，配气管道的总长度超过300万公里[1]42-45。发达的管网系统可以把天然气输入到国内任何城市。依靠现有的天然气管网系统，在降低市场风险的同时，也减少了页岩气开发初期的投入，从而逐步实现了市场化。

2.4环保方面：明晰的监管框架和环保政策

美国的环保监管框架以州政府为基础，并形成了联邦、州，地区的三维格局。联邦政府的主要任务是制定页岩气开发中环境监管的法律(见表3)[12]69-73，而实际监管的则是州政府，州政府不仅要执行联邦政府的法律规章，同时也要执行本州的相关规定；地区政府在此基础上更进一步，不仅要服从联邦、州的环境政策，还要根据本地区页岩气开发环节中的具体问题，针对性地制定环境监管政策。三者各司其职、相互合作、共同监管，共同解决页岩气开发过程中的环境问题。

表3　美国联邦环境法规

3　我国页岩气开发现状及存在的问题

3.1我国页岩气开发现状

我国页岩气资源总量约为130万亿m3，可采储量约为15万亿m3～30万亿m3，与美国28.3万亿m3大致相当，经济价值巨大[15]107-114，主要分布于四川省的威远、长宁地区以及重庆的涪陵地区。[16]1-15近年来，我国越来越重视页岩气的开发，并已取得了一些进展(见表4)[17]118-119。

表4　我国页岩气开发进程

由表4可知，我国于2004年开展页岩气实地勘探工作，经过多年的不懈努力，页岩气开发取得了重大突破，到2013年底，我国页岩气已进入实质性商业开发阶段。2014年，涪陵气田成为国内首个成功商业开发的页岩气田[16]1-15。涪陵页岩气田的成功开发，使我国成为继美国、加拿大之后世界上第三个实现页岩气商业开发的国家，具有里程碑的意义。

3.2我国页岩气开发存在的问题

我国页岩气开发目前虽然取得一定进展，但整体上仍处于探索阶段，在技术、环保等方面仍存在一定的问题。技术方面：由于页岩致密性和渗透率低的特点，导致页岩气开发难度大，所以需要先进的开发技术，而我国页岩气开发的关键技术尚未突破，没有形成一套完备且先进的技术体系。环保方面：一是在页岩气开发过程中需要使用大量的水资源，而我国页岩气富集区多处于西北部地区，恰恰又是缺乏水资源的地区；二是在钻井过程中使用的压裂液通常含有大量的化学物质，对人体有害；三是甲烷为页岩气的主要成分，如果在开发过程中处理不慎，很容易造成泄漏，污染空气；四是多种研究数据表明，页岩气的开发有可能会诱发地震。这些难题使得页岩气的有效开发面临诸多瓶颈。

4　对我国页岩气开发的路径思考

4.1财政方面：给予财政支持，降低开发成本

美国“页岩气革命”的成功，离不开政府的财政支持。目前我国页岩气产业刚起步，技术不成熟，且页岩气开发成本高，回报周期长，如果没有政府的财政补贴，一般企业难以支撑下去，所以更需要政府的财政支持。

首先，应通过适当财政补贴和税收减免政策来支持页岩气开发。我国应效仿美国，出台相关的财政补贴和税收减免政策，降低开发成本，刺激企业积极进行页岩气开发，从而推动页岩气的开发进程。

其次，认真贯彻并落实财政补贴政策。与美国的市场不同，我国的税收减免政策难以落实。虽然我国已经在增值税、进口关税以及采矿权收费和矿区使用费方面实行优惠，但是这些政策仍难以推广。因此，政府应借鉴美国经验，设立相关的法律法规，保障政府的财政支持得以落实。

4.2技术方面：早日突破水平井技术和水力压裂技术

页岩气开发最为关键的技术就是水平井技术和水力压裂技术，正是基于这两项技术的突破，美国才取得巨大的成功。我国虽然已经掌握了这两项技术，但成熟程度和适用程度仍不够，这就需要我国在引进美国先进技术的同时，结合国内具体的页岩气开采条件，努力研发出适合我国地质特点的核心开采技术。比如，四川盆地及其周边地区为我国页岩气富集区，这些地区地表环境较差，普遍多山、多沙漠且页岩储层较厚，因此，就需要较高水平的开发技术；同时，开采成本也需考虑。先进的开发技术是降低成本最直接的因素，我国研发的开采技术必须以降低成本为主要目的，这样，页岩气的开发才具有经济价值。所以，早日突破水平井技术和水力压裂技术，并使其适合我国页岩气开发，是当前亟需解决的问题。具体应从以下几个方面着手：一是设立专门的研究机构，开展基础研究，并联合三大石油公司进行技术攻关，设立专项科研基金激励相关人士进行研究；二是鼓励相关石油类高校组织专业的科研团队，展开基础理论研究，重点研究我国页岩气的成藏特点，对重点区域进行重点分析，并设立国家级科研课题；三是引进美国先进开发技术，并加以吸收与再创新，研发出适合我国的开采技术。也可以利用我国资金上的优势，主动出资，鼓励国外大公司出技术，互利合作，实现双赢。

4.3体制和机制方面：引入民营企业和完善基础设施

由于我国的体制原因，能源方面主要由三大石油公司(国企)负责开采，基本上呈垄断状态，导致很多有实力的民营企业难以进行页岩气开发，更谈不上发挥其价值。然而，全部依靠国企负责开采会导致整体开采进度缓慢，不能有效地发挥市场配置资源的作用，久而久之，页岩气市场环境缺乏活力、开发效率低、难以达到预期效果。因此，在产业初期适度开放市场准入权限，引入多元投资主体，鼓励技术开发，培育专业化分工服务体系是非常有必要的[18]1。基于此，我国应借鉴美国在这方面的经验，让国企与私企形成一种合作机制，以国企为主，私企为辅，在充分发挥国企主体作用的同时，给予私企平等的权利，允许私企参与页岩气开发。

基础设施方面，与美国比较，我国的天然气管网明显滞后和不足，管网覆盖度远远在其之下。因此，我国政府应加紧步伐来扩大管网规模，保障页岩气产区和使用天然气区的无缝衔接，以降低页岩气开发成本。

除此之外，美国在放松天然气价格方面的成功经验值得学习，我国的天然气价格基本上由三大石油公司决定，导致天然气价格无法真实的反映市场需求，应放松对天然气价格的管制，协调天然气价格和成本的关系，采纳各方意见，制定出合理的价格；在管道运输方面，实现产输分离，并以法律保证所有管道使用平等，以提高产业效率。

4.4环保方面：加大环境保护和监管力度

我国页岩气开发存在诸多的环保问题，需要“对症下药”。一是在页岩气开发过程中需要大量用水，尤其是水力压裂技术会消耗掉大量水资源。据统计，现在美国单口页岩气井的平均用水量约为1.2万方，其中用于水力压裂的水量平均占90%。而我国页岩气富集区多处于西北部地区，正是缺乏水资源的地区，如果完全照搬美国经验，势必会加剧西北部地区水资源匮乏的局势。因此，政府应联合石油企业和石油高校开展基础研究，共同研发出一种绿色环保技术，尽可能减少水资源的浪费；二是在钻井过程中使用的压裂液通常含有大量的化学物质，对人体有害，应尽快研发出环保的压裂液；三是甲烷为页岩气的主要成分，如果在开发过程中处理不慎，很容易造成泄漏，从而污染空气，政府应完善开发技术，尽量避免此类问题发生，并配备一系列的弥补措施。同时还应以相关法律来约束，规定谁开发谁处理，一旦出现泄漏问题，开发企业直接负全责，并要赔偿相关损失；四是页岩气的开发有可能会诱发地震。美国地震专家麦盖尔(Arthur Mc Garr)指出：“水力压裂和处置井引发的地震，地表有震感，因为冲击波或液体释放会扭曲以前存在的断层。”[19]1184更加危险的是“当压裂液注入深井，可能会导致地层应力不稳定，从而产生微震”[20]50-52。这就需要防患于未然，在开发初期积极开展地质资源调查研究，尽量避免在地质敏感带上过多开采，开发后期则要对地层采取保护措施，以平衡亏空的地层压力。

另外，我国在环保监管方面不够完善，无论大大小小的环境问题，都依照《环境保护法》，没有一项针对性的法律法规来处理页岩气开发中可能出现的问题。为此，应制定专门的法律法规，并建立各级监管机制，加强页岩气开发过程中的环保监管。要充分认识到：“如果不计代价，片面追求经济增长，必然导致能源资源约束突出，生态环境破坏严重，人与自然关系紧张，反过来影响人与人、人与社会的和谐。”[21]8我国的页岩气开发一定要走可持续发展道路，坚决不走“先污染后治理”的老路子。

5　结　语

大力发展页岩气，不仅可以改变能源结构，缓解能源紧张，还可以推动经济发展。因此，应将中国的国情和页岩气勘探开发实际结合起来，在勘探开发实践中不断探索和总结，走出一条适于我国页岩气开发的技术创新之路，争取早日成为页岩气产出大国。

[1]师良,范柏江,王宇.美国页岩气产业的方针政策及对中国的启示[J].延安大学学报:自然科学版,2015(2).

[2]李宏勋,张杨威.全球页岩气勘探开发现状及我国页岩气产业发展对策[J].中外能源,2015(5).

[3]余囯合,吴巧生.新能源安全观下美国页岩气开发对中国的战略启示[J].中国矿业,2015(11).

[4]张东晓,杨婷云.页岩气开发综述[J].石油学报,2013(4).

[5]王建国,徐能惠,杜学斌.页岩气开发现状及关键技术研究[J].重型机械,2014(6).

[6]孔祥永.美国“页岩气革命”及影响:兼论对中国页岩气开发的启示[J].国际论坛,2014(1).

[7]李世臻,乔德武,冯志刚,等.世界页岩气勘探开发现状及对中国的启示[J].地质通报,2010(6).

[8]刘慧芳,安海忠，梅洁.美国页岩气开发状况及影响分析[J].资源与产业，2012(6).

[9]杨金华,田洪亮,郭晓霞,等.美国页岩气水平井钻井提速提效案例与启示[J].石油科技论坛,2013(6).

[10] 王冕冕,郭肖,曹鹏,等.影响页岩气开发因素及勘探开发技术展望[J].特种油气藏,2010(6).

[11] 尹硕,张耀辉.页岩气产业发展的国际经验剖析与中国对策[J].改革,2013(2).

[12] 王南,刘兴元,杜东,等.美国和加拿大页岩气产业政策借鉴[J].国际石油经济,2012(9).

[13] 董书礼,宋振华.美国页岩气产业发展的经验与启示[J].高科技与产业化,2013(5).

[14] 杨淑梅,张丽丽.美国开发页岩气的成功经验及对我国的启示[J].华电技术,2012(10).

[15] 董大忠,邹才能,杨桦,等.中国页岩气勘探开发进展与发展前景[J].石油学报,2012(S1).

[16] 董大忠,高世葵,黄金亮,等.论四川盆地页岩气资源勘探开发前景[J].天然气工业,2014(12).

[17] 孙海庭.国内页岩气开发现状及面临问题[J].科技创新导报,2013(19).

[18] 潘继平,胡建武，安海忠.促进中国非常规天然气资源开发的政策思考[J].天然气工业,2011(9).

[19] Richard A Kerr,Richard Stone.Two years later,new rumblings over origins of Sichuan quake[J].Science,2010,327(3).

[20] 宋旭峰.我国应高度关注页岩气开采的环境影响[J].WTO经济导刊,2012(6).

[21] 李学林，刁沙沙.生态文明视域中的石油循环经济初探[J].西南石油大学学报:社会科学版,2009(1).

(责任编辑邬静)

On the Path to the Shale Gas Exploration in China—Based on the Enlightenment of "Shale Gas Revolution" in America

ZHANGYu,CUIFazhan

(SchoolofMarxism,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu,Sichuan,610500,China)

Our country has abundant reserves of shale gas,but the exploration and exploitation process is still in primary step.As the most successful country in the shale gas exploration and exploitation,America has rich experiences in the finance,technology,system and mechanism,and environment.Based on these,it is recommended that our country should offer financial support to the exploration of shale gas according to our circumstance,in order to decrease exploration and exploitation cost,breakthrough the hydraulic fracturing and horizontal well-drilling technique,introduce private enterprise and perfect the infrastructure,and increase the strength of environmental protection and supervision.Hopefully,the study above can provide reference for the effective exploration of shale gas in our country.

American "Shale Gas Revolution";low-carbon green development;shale gas exploitation;hydraulic fracturing technique;horizontal well-drilling technique

2016-03-28

张宇，女，湖北武汉人，西南石油大学马克思主义学院硕士研究生，研究方向：思想政治教育。

国家社科基金西部资助项目(12XGL013)。

F426.22

A

1008-5645(2016)05-0099-08