“頁巖氣革命”——從以前無法開采的頁巖儲層中開采頁巖氣和頁巖油——已經被作為能源博弈的改變者。它正在抵消傳統石油和天然氣產量的下降，其中頁巖氣被當作實現低碳未來的過渡性燃料，頁巖油（也被稱為致密油）則被認為能夠使美國重新成為全球最大的石油生產國，并減少對石油進口的需求。

這些令人陶醉的主張已經在很大程度上被包括國際能源署（IEA）和美國能源信息署（EIA）在內的政府機構所接受。BP公司預測，到2030年，頁巖氣產量將達到2011年的3倍，致密油產量則將在2011年的基礎上增長6倍。

這些主張經不起仔細的推敲。在一份由加利福尼亞圣羅薩的“后碳研究所”發布的報告《非傳統燃料能開啟一個能源充裕的新時代嗎？》中，分析了美國的30個頁巖氣田和21個致密油田，揭示了頁巖革命將難以維持的現實。該研究基于工業界和政府廣泛采用數據庫中的65000座頁巖井的數據。它表明頁巖井和頁巖油/氣田的生產能力都呈現出陡峭的下降趨勢。許多頁巖氣田的生產成本已經超過了當前的天然氣價格，需要進一步增加鉆井和資本投入來維持產量。

雖然頁巖氣和致密油的開采將在較長的一段時間內維持在某一水平之上，但產量將很可能比工業界和政府的樂觀預測要低。除非價格顯著上漲，否則頁巖氣的供應將在未來十年內大幅下降。圍繞頁巖氣和致密油，進行更為現實的討論迫在眉睫——它需要在可持續性、成本，以及環境影響等方面進一步分析。

頁巖氣產量實為虛假繁榮

水平井鉆探和大規模多級水力壓裂這兩項技術的突破，已經使得開采藏于不透水的巖石中的碳氫化合物成為可能。2004年，美國的水平天然氣井比例不足10%，現在則是61%。

全球范圍來看，雖然很多國家都建立了示范工程，但是大多數的頁巖氣產量仍來自于北美洲。在經歷一段時期的快速增長之后，自2012年年初開始，產量已經維持在了一個較穩定的水平。頁巖氣產量已經從2000年占美國天然氣總產量的2%，增長至2012年天然氣總產量的近40%；同期的美國天然氣總產量則增長了25%。這一供大于求的局面導致美國的天然氣價格嚴重下跌。目前，價格已經有了些微微的回升，但是對于許多沒有液態烴類產能的頁巖氣田而言，因天然氣價格過低而導致它們缺乏盈利能力。

大規模頁巖氣生產最早開始于10年前的Barnett頁巖區，并迅速蔓延至其他地區。五大頁巖氣田生產了美國80%的頁巖氣，按產量從高到低依次為：路易斯安娜州的Haynesville，德克薩斯州東部的Barnett，跨越西佛吉尼亞州、賓夕法尼亞州和紐約州的Marcellus，阿肯色州的Fayetteville，以及俄克拉荷馬州的Woodford。

目前，出現了一種相繼發生特定模式。某個頁巖氣田被發現后，一股租賃熱潮隨之而來。在美國，鑒于油氣勘探和開發具有較高的風險和利潤回報，各方為了權衡利益分配并降低風險和減少不確定性，長期以來形成了油氣租賃制度。私人、聯邦或州政府土地所有者，將油氣資源的礦產權益授予給油氣開發商，而開發商擁有資金和技術，在獲得這種礦產權益后進行勘探、開發和生產。接著則是3～5年的天然氣開采繁榮期，因為如果某一地點不再生產天然氣，租賃轉讓將會被終止。頁巖氣富集區被稱作甜點，被首先識別出來并進行鉆探，接著確定其邊緣區域。氣田的平均品質（由初始產能決定）最初先上升，然后開始下降。

自2010年以來，美國五個最大頁巖氣田中有四個氣田的平均產量一直在下降。在Haynesville，2012年的平均產量幾乎比2010年少了三分之一。Marcellus是一個例外：在這塊年輕的、巨大的頁巖田上，依然在不斷地被發現和進行開采，其供應量依然保持著增長。

一個氣井的產量會在幾年內迅速衰退。美國五大頁巖氣田中的氣井，在頭三年后的產量下降了80%～95%。用擬合的雙曲線來表示產量遞減趨勢的行業慣例，并推斷氣井的壽命可以達到40年或者更多，有些過于樂觀了。現有的歷史產量數據至多只有幾年，因此，還不足以證實氣井能夠有如此長的壽命。由于產量的下降速度大于這些模型的典型結論，這一方法經常高估氣井的最終開采量和經濟指標。美國地質調查局的可采量評估，有時甚至不足工業界所吹捧的可采量的一半。

為了維持供應量，必須鉆探新的氣井。在Haynesville氣井，每年幾乎需要新建800口氣井——差不多是2012年在役氣井數量的1/3——來維持2012年的產量水平。每口井的投資費用約為9億美元，為保持產量基本持平鉆井每年需要花費70億美元，若加上租賃、基礎設施和利息在內的總成本則更高。

從全美國來看，這相當于每年需要新建7200口氣井，花費至少420億美元，也僅能抵消產量的下降。為了維持產量以支撐較低的頁巖氣價格，鉆探企業的投資無法完全從銷售中得到回收。2012年，美國頁巖氣的產值只有330億（雖然一些氣井同時還生產數量可觀的液態烴類，從而提升了經濟性）。對于不生產液態烴類的頁巖氣田，即便只是為了保持收支相抵，也需要天然氣價格的增長。

為了維持頁巖氣的產量，需要工業界投入大量的資金。隨著時間的推移，最好的頁巖田及其甜點被鉆探完畢，維持供應的成本將上升。許多現有的頁巖氣生產并不經濟，即便只是維持產量，都需要更高的天然氣價格，更不用說提高產量了。

致密油產量難以持續增長

致密油的情況也十分相似。兩個頁巖油田生產了全美81%的致密油——德克薩斯州南部的Eagle Ford，以及北達科他州和蒙大拿州的Bakken。這兩地區的新井產量均在一年后下跌了約60%，第二年的產量只維持在不到40%，第三年則不到30%并持續下跌。綜合新舊氣井的總產量，整個氣田每年的下跌幅度大約是40%。

這些油田的最大產能取決于可以用于鉆探油井的最大數量。油井之間無法相隔太近，因為這樣將汲取同一片儲油層中的儲量，增加了成本卻無法提高可采量。EIA估計Bakken和Eagle Ford油田可以承受的油井數，差不多是現有油井數量的三倍，或每個油田約12000個油井。

假設目前Bakken每年鉆探1500口油井的速度得以維持，預計它的產量可以上升到100萬桶/天。然而，基于EIA所估計的關于Bakken的最大可鉆探地點的數量，產量將于2017年達到峰值。屆時，可新增的用于鉆探油井將耗盡，隨之產量每年衰減40%。我不同意那些認為Bakken的產量將在很多年維持高水平的觀點，這種情況所需要的油井數，比符合要求的數量多出數千口。

實現能源獨立還需長遠打算

政府和工業界必須認識到頁巖氣和頁巖油并不便宜且總有一天會耗盡：美國70%的頁巖氣來自產量不再增長或下降中的頁巖田。而致密油產量遠期的持續性也存在疑問。

高產量的頁巖田是稀少的，30塊頁巖氣田中有6塊占總產量的88%，21塊致密油田中有2塊占總產量的81%。許多生產出來的油或氣來自于頁巖田內相對面積很小的甜點內。而油/氣井的整體品質會隨著甜點中的井達到飽和而開始下降，這又進一步需要持續增長的油/氣井數量來維持產量。

產量最終會受到可用鉆井地點數量的限制，而且一旦達到這一限制，產量將以每年30%～50%的速度下降。對于Bakken和Eagle致密油田來說，預計這種情況將在5年內發生。

EIA的預測表明，到2040年，美國將開采完所有已知的頁巖氣儲量、58%的未探明頁巖氣資源，以及78%的未探明致密油資源。基于開采此類烴類化合物的原理，這些預計顯得過分樂觀。EIA預計的天然氣價格缺乏可信度，因為它對未來20年穩定增長的供應量的生產成本估算偏低。宣稱美國能源獨立并部署計劃以出口頁巖資源是不明智的。頁巖革命的長期生命力必須在一個針對未來的、可持續的能源戰略中加以考慮。

（作者J. David Hughes系美國加利福尼亞州圣羅薩“后碳研究所”地球科學家。轉載自《自然》，第494卷，第7437期，2013年2月21日。）