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  • 為什么中國難以復制美國的“頁巖氣革命 ”?
  • 2019-10-08 15:45:24

來源:金融界網站

來源:國泰君安證券研究

數據來源:人民日報,國泰君安證券研究

10月3日,中石油宣布了兩項重大油氣勘探成果:

一是在鄂爾多斯盆地長7生油層內勘探發現了10億噸級大油田——慶城大油田;

二是在四川盆地長寧-威遠和太陽區塊,頁巖氣累積探明10610.30億立方米,形成了四川盆地萬億方頁巖氣大氣區。

1萬億立方米的頁巖氣意味著什么呢?

要知道,在此之前,全國的探明頁巖氣儲量就是1萬億立方米,而在引發頁巖氣革命的美國,截止2018年,頁巖氣探明儲量也不過18萬億立方米。

能源是一個國家發展的經濟大動脈。誰控制了能源,誰就遏制了經濟的命脈。

十一期兩項重大油氣勘測發現,將對我國能源安全帶來多大程度的助力?能源短缺下,中國又能否成功復制美國的“頁巖氣革命”?

國泰君安石化團隊此前發布深度報告,分析中國頁巖氣發展的同時,探究了中國能源安全的現狀和未來。

01

復盤能源史經典案例

“美國頁巖氣革命”

21世紀初,美國舉世聞名的“頁巖氣革命”在很大程度上重寫了世界能源的格局。

復盤美國頁巖氣開采史,一共可以分為三個階段。

1、探索階段:(1821-1996)

1821年,Hartz在紐約Fredonia鎮鉆探美國路上第一口油氣井,首次獲得頁巖氣。

從上世紀40年代,部分企業開始探索頁巖氣的開采,并通過小型裂壓技術實現了頁巖增產。

上世紀70年代,受石油危機影響,美國政府和企業都紛紛加大非常規油氣的開采力度。頁巖氣產量由1976年的18.4億立方米飆升至1997年的80億立方米。

此外,這一段時間美國對頁巖氣的學術和產業理解也大大增強。不僅明確了頁巖氣的存在成因,還提出了“連續油氣聚集”,進行小型壓裂、凍膠壓裂和水平井等增產試驗。

2、技術突破階段(1997-2003)

九十年代末開始,水平井多段壓裂、大型水力壓裂、多井工廠化等技術開始應用,而到2002年,集大成者水平井多段壓裂技術試驗成功并開始推廣應用,成為頁巖氣開發最有效的技術。

Barnett頁巖氣田開發突破后產量快速增長,2002年產量達到54億立方米,成為美國最大的頁巖氣田,2003年產量已經占到美國頁巖氣總產量的28%。

美國陸上頁巖氣田分布

數據來源:《頁巖氣基本特征、主要挑戰與未來前景》

3、跨越式發展階段(2004-至今)

繼頁巖氣之后,水平井多段壓裂技術在頁巖油開發中得以廣泛應用,Permian(二疊紀盆地)等一批以頁巖油為主的儲層得以開發,2016年美國頁巖油的產量達到23億噸。

美國頁巖氣田產量

數據來源:《頁巖氣基本特征、主要挑戰與未來前景》、國泰君安證券研究

得益于“頁巖氣革命”,2006年-2010年期間,美國頁巖氣產量暴漲20倍,并在2009年以6240億立方米的產量首次超過俄羅斯,成為世界第一大天然氣生產大國。

美國非常規氣占比近60%

頁巖氣產量2004年后快速發展

數據來源:2010年BP世界能源統計

根據EIA數據,美國頁巖氣占天然氣全部產量的比例,由2007年的7%突飛猛進至2017年68%,年產5264億立方米。

美國頁巖氣產量逐年遞增

數據來源:EIA、WIND、國泰君安證券研究

頁巖氣產量地位的變化,不僅使得美國在短短幾年中,從一個高度依賴海外進口的局面中全面實現自給自足,還轉身蛻變為一個天然氣出口國,甚至在很大程度上改寫了世界的政治格局——美國正在逐步掌握全球能源的定價權和主導權。

02

中國頁巖氣開采

任重道遠

不過事實上,縱觀全球頁巖氣儲量,最大的儲備區并不在美國,而是在中國。

據聯合國貿易和發展會議(UNCTAD)2018年5月發布的一份報告顯示,中國的頁巖氣儲量排名全球第一(達31.6萬億立方米),其次為阿根廷(22.7萬億立方米)、阿爾及利亞(20萬億立方米)、美國(17.7萬億立方米)和加拿大(16.2萬億立方米)分別排名二至五名。

中國的頁巖氣不僅儲量高,技術可采資源量占比也很高,這意味著與阿根廷、阿爾及利亞等國不同,中國的頁巖氣是實實在在可以被開采出來的。

中國頁巖氣技術可采資源量占比高(萬億立方米)

數據來源:《世界頁巖氣開放現狀及對中國頁巖氣合理勘探開發的建議》、國泰君安證券研究

而與此背道而馳的是,從市場能源需求角度來講,我國天然氣仍處于大缺口狀態。

2018年,我國天然氣的對外依存度達43.2%,并且還在逐年攀升。

我國天然氣消費量、產量、進口依賴度逐年攀升

數據來源:WIND、國泰君安證券研究

而在2017年,中國非常規天然氣產量僅有480億立方米,美國則高達6040億立方米。

一方面是世界第一的儲量和巨大的需求,然而另一方面是亟待提升的實際產量。

人們不禁要問,這中間,到底是哪里出了問題?

03

頁巖氣開采

難度在哪里?

在中國,想要復制美國的“頁巖氣革命”,其難度主要體現在三個方面。

中國恐難復制北美頁巖氣革命

數據來源:國泰君安證券研究

1、我國頁巖氣開采技術與北美仍有差距。

事實上,妨礙中國頁巖氣發展緩慢的,很大原因就是開采技術的不成熟。

頁巖氣的開采難度具體體現在哪里?

和普通巖石不同,頁巖就像書本一樣,是一片一片的沉積巖。而頁巖氣并不像常規天然氣一樣密封在儲層圈閉里,它更像海綿里的水,藏匿在頁巖的孔隙之中。

常規、非常規油氣基本特征

以及分布實例

數據來源:《非常規油氣地質學建立及實踐》

因此,要想獲得頁巖氣,需要采用橫向開采,也就是沿著水平方向,在地下的頁巖層橫向鉆探,把頁巖一點點打裂,釋放頁巖氣。

在橫向鉆探中有一個關鍵的技術,叫做水力壓裂技術,也就是用高壓把水打到1500米深的地下,把頁巖層打裂,讓天然氣釋放出來。

▼水平井分段壓裂泄流面積更大

數據來源:中國數字科技館

運用水平分段壓裂技術,可在較短時間內一次性完成對多個儲層的壓裂,并最大限度地減少對儲層的傷害,實現多層合采,從而提高單井產量和地質儲量可動用程度。

水平井分段壓裂減少對儲層傷害

數據來源:中國數字科技館

中國壓裂改造技術以及單井開發效果等方面依然與美國存在較大差距,在技術瓶頸突破以前,需要進一步降低鉆井與壓裂周期。

目前,中國的頁巖氣開發綜合投資5500萬元左右,單井成本下降30%左右,然而這與美國的頁巖氣開發技術相比較仍有差距。

中國頁巖氣技術以及單井開發效果與美國存在差距

數據來源:《中國天然氣開發技術進展及展望》、國泰君安證券研究

但這個差距也為相關的油服公司提供了機會。

2、我國頁巖氣儲層類型更多樣、儲層橫向展布差異大、開采難度大。

在我國,頁巖氣主要集中于西南及鄂爾多斯地區。

中國頁巖氣主要集中于

中國的西南以及鄂爾多斯地區

數據來源:《非常規油氣地質學建立及實踐》

與美國相比,中國頁巖氣儲層類型更多樣、構造作用強、儲層橫向展布差異大等特點,技術難度更大。

具體而言,

①中國海相、陸相、過渡均有沉積。且主要產地四川多地震,導致錯綜復雜的地質構造使頁巖氣開發變得相當困難。而北美頁巖儲層海相沉淀為主,更穩定。

②中國海相頁巖處于過高成熟度,不在最佳產氣階段。而北美處于最佳產氣階段。

③北美頁巖儲層厚度大(30-150m)且大面積連續分布,中國厚度薄(10-40m),且儲層差異大。

④中國海相頁巖儲層應力相對復雜,局部地水平主應力差超過10MPa體積改造難度較大。

中美頁巖氣典型剖面對比

數據來源:《頁巖氣基本特征、主要挑戰與未來前景》

3、我國頁巖氣分布在人口高密度地區,開采所需要的高強度水資源消耗是制約產業發展的瓶頸。

現有的頁巖氣開采過程需要消耗大量水資源。世界能源研究所(WRI)表示,在美國,僅鉆井就需要20萬至250萬升水,水力壓裂環節對水的需求量則高達700萬至2300萬升。

中國陸上頁巖氣田主要分布在蜀南地區

數據來源:《頁巖氣基本特征、主要挑戰與未來前景》

根據四川省環境保護科學研究院測算,若川南頁巖氣充分開發,則需要用水18.6億立方米,占川南地區用水量的26.0%。

▼由于北美頁巖氣儲層較淺

中國頁巖氣產業耗水量高于北美

數據來源:《淺談頁巖氣開發對川南地區的水資源影響》、國泰君安證券研究

由于川南地區常住人口2500多萬人,人口分布密集;同時川南地區是傳統的農業發達地區,因此高強度的淡水消耗對當地的水資源供給是較大的壓力。

頁巖氣開發預計占川南地區用水量26.0%

數據來源:《淺談頁巖氣開發對川南地區的水資源影響》、國泰君安證券研究

04

頁巖氣能否承擔

中國能源自給的重任?

作為長久以來的能源大國,中國的能源結構長期以火電為主。

政府早在《能源發展“十三五”規劃》中就已經提出,要優化能源結構,實現清潔低碳發展,2020年非化石能源和天然氣消費增量將占能源消費增量的68%以上,天然氣在一次能源中的消費比重力爭達到10%。

頁巖氣,作為天然氣領域中發展最為迅速的一員,承擔了責無旁貸的重任。

2016年,國家能源局在《頁巖氣發展規劃(2016-2020年)》中提出,將在2020年力爭實現頁巖氣產量300億立方米。

根據國家能源局數據,2018年,我國頁巖氣產量為127億方,但要達到2020年的目標,仍有較大距離。

從目前國家支持政策層面來看,三桶油各自都加快了開發步伐:中石油、中石化、中海油2019年資本開支持續提升。

中石油2019年上游投資預算2282億元超越2014年投資高點。

中石化2019年上游投資預算同比增加41%至596億元。

中海油資本開支預算為700~800億元,同比增長11%-27%。

▼中石油,中石化,中海油資本開支情況

數據來源:公司公告、國泰君安證券研究

從市場開放政策上來看,為了改善此前我國礦權過于集中的局面,國家在6月30日發布新版《鼓勵外商投資產業目錄(2019年版)》、《外商投資準入特別管理措施(負面清單)(2019年版)》、《自由貿易試驗區外商投資準入特別管理措施(負面清單)(2019年版)》。

其中取消了石油天然氣勘探開發限于合資、合作的限制,鼓勵中外聯合開發。

同時,在政策補貼方面,2019年6月19日發布關于《可再生能源發展專項資金管理暫行辦法》的補充通知,實施期限為2019至2023年。

可再生能源發展專項資金支持煤層氣(煤礦瓦斯)、頁巖氣、致密氣等非常規天然氣開采利用。

毫無疑問,巨大的市場需求,加上國家政策支持、低碳經濟戰略發展機遇的推動力,將帶動包括頁巖氣在內的天然氣開發。

而這,將成為未來數年里中國油氣格局結構性調整的最重要趨勢。


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