水力壓裂能否為歐洲供能？

在背景中，大型石油泵上下搖動，英國首相戴維·卡梅倫穿上藍色工業連體服，以推廣一種有爭議的鑽探技術，即水力壓裂或簡稱壓裂。在2014年訪問英格蘭東部一個潛在的鑽井地點時，卡梅倫闡述了開採英國頁岩地層以釋放寶貴天然氣的益處。“我們將全力以赴開發頁岩，”他說，“這將為人們帶來更多的工作和機會，併為我們的國家帶來經濟安全。”

卡梅倫希望複製美國透過水力壓裂技術實現的天然氣產量激增——該技術涉及將流體注入頁岩以釋放鎖定的碳氫化合物沉積物。壓裂革命幫助重振了美國經濟，卡梅倫的保守黨希望在英國引發類似的天然氣繁榮。去年8月，他新當選的政府為頁岩礦藏提供了鑽探許可證，並吹捧估計“對頁岩的投資可能達到330億英鎊[460億美元]，並支援64,000個工作崗位”。

在過去的幾年裡，壓裂熱潮席捲了包括丹麥、立陶宛、羅馬尼亞，尤其是波蘭在內的幾個歐洲國家，波蘭的頁岩勘探量超過了歐洲大陸的任何其他國家。在歐洲面臨大幅減產之際，壓裂可能有助於提高歐洲的天然氣產量。北海較老的天然氣田正在枯竭，德國、義大利和羅馬尼亞的礦藏也在枯竭。令人失望的產量增加了歐洲對進口天然氣的依賴，主要來自俄羅斯。歐洲領導人越來越警惕依賴這一來源，尤其是在2014年俄羅斯入侵烏克蘭後外交關係降溫之後。但是，隨著歐洲試圖減少溫室氣體排放，對天然氣的需求可能會增加——這可能需要減少煤炭消耗（請參閱“迫在眉睫的天然氣危機？”）。歐盟委員會表示，“天然氣對於能源系統的轉型至關重要”。

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這意味著像英國這樣的國家在頁岩氣上投入了巨大的希望。但對該行業的仔細考察表明，歐洲的任何壓裂繁榮都遙遙無期，一些專家表示，它可能永遠不會到來。

儘管經過多年的勘探性鑽探，但目前歐洲沒有商業頁岩氣井。地質學家和能源專家表示，對該地區頁岩潛力的測試是有限的，到目前為止的結果普遍令人失望。目前尚不確定使用當今的技術可以開採多少天然氣，更難預測開採多少會盈利。

英國牛津能源研究所的天然氣專家喬納森·斯特恩說，所有這些都引發了關於歐洲頁岩希望的重大問題。“關於歐洲的頁岩氣，已經有很多荒謬的炒作。”

等待一場革命

十年前，美國在天然氣方面也面臨著類似的黯淡前景。傳統氣田的產量正在逐漸減少，地質學家預計替代天然氣來源無法彌補短缺。但在短短幾年內，由於鑽探和壓裂技術的改進，情況突然好轉，這些技術開採了以前無法進入的天然氣儲量，並引發了一場被稱為頁岩革命的繁榮。頁岩幾乎對石油和天然氣是不透水的，因此公司必須對岩石進行壓裂以釋放這些碳氫化合物。

在歐洲下方的岩石中可能潛藏著類似的未開發能源財富的想法在經濟上具有吸引力。但地質學家對歐洲頁岩地層的潛力知之甚少，因為陸上鑽探不如美國那麼多。歐洲公司有時會鑽過頁岩以到達其他岩層，但他們很少對頁岩層進行詳細測量或收集樣本。

到目前為止，波蘭的頁岩地層在該地區最受關注。該國嚴重依賴煤炭，其使用的天然氣幾乎全部來自俄羅斯。在 2000 年代中期，美國頁岩氣繁榮興起，促使波蘭政府提供頁岩勘探許可證，這些許可證頒發給了當地公司以及主要的國際能源公司，包括美國公司埃克森美孚和雪佛龍，以及法國公司道達爾。波蘭外交部長拉多斯瓦夫·西科爾斯基在 2010 年表示，波蘭將成為“第二個挪威”——指的是歐洲僅次於俄羅斯的第二大天然氣生產國。

華盛頓特區一家諮詢公司 Advanced Resources International (ARI) 於 2011 年進行的一項評估提振了這種興奮，該評估由美國能源部委託研究全球頁岩氣資源。該研究估計了頁岩的儲量和其他引數，例如岩石的有機質總含量，這是石油和天然氣的來源。ARI 還估計了一些引數，以表示某些頁岩帶或區塊可能不會有希望，或者只有一部分適合鑽探的風險。根據這些假設，ARI 計算出波蘭的頁岩氣區塊擁有約 5,2950 億立方米（bcm）的技術可採天然氣，是歐洲任何國家頁岩氣儲量最多的。如果所有這些天然氣都可以開採出來，它相當於波蘭目前天然氣消費量的 325 年。

當公司開始在波蘭鑽探數十口試驗井時，華沙的波蘭地質研究所 (PGI) 在 2012 年 3 月給出了自己的估計。考慮到資料的相當大的不確定性，PGI 計算出波蘭陸上擁有 346-768 bcm 的可採頁岩氣，約為 ARI 數字的十分之一。

然後在 2012 年 7 月，美國地質調查局 (USGS) 釋出了另一項關於波蘭頁岩氣資源的研究。該機構假設單個井的產量約為 PGI 假設的一半，並且可能含有可採天然氣的面積僅為三分之一左右。因此，美國地質調查局最終得到的估計甚至比其他兩個都小，平均結果僅為 38 bcm 的可採天然氣，且不確定性範圍很大，從 0 到 116 bcm。平均值約為 PGI 估計值的十分之一，約為 ARI 估計值的百分之一。

PGI 地質學家 Hubert Kiersnowski 說：“一份報告——潛力巨大。一年後——什麼都沒有。”“不確定性的程度太大了。”

與此同時，試驗井的結果開始公佈。到 2015 年底鑽探的 72 口井中，有 25 口成功壓裂以釋放天然氣。然而，波蘭克拉科夫 AGH 科技大學的石油地質學家 Paweł Poprawa 說，這些井的產量僅為盈利所需流量的三分之一到十分之一，他以前在 PGI 工作。沒有一口井成為商業生產者。

在 2013 年初興趣達到頂峰時，公司持有的頁岩鑽探許可證覆蓋了波蘭大約三分之一的地區。但在 2013 年和 2014 年全年，主要的國際能源公司放棄了其頁岩勘探許可證並離開了該國，通常是由於令人失望的結果。最後離開的是總部位於德克薩斯州的康菲公司，於 2015 年 6 月離開，現在波蘭的頁岩鑽探幾乎處於停滯狀態。

發展的主要障礙之一是波蘭的頁岩鑽探成本很高，因為它埋在地下約 3-5 公里處，而大多數成功的美國區塊約為 1-2 公里。波蘭的一些頁岩的粘土含量也很高，這使得岩石更難壓裂。對波蘭最有希望的頁岩地層之一（在北部，靠近波羅的海）的勘探性鑽孔表明，它存在地質屏障，這將限制單井可以開採的天然氣量，Poprawa 說。鑽探結果表明，ARI “高估了頁岩的面積、厚度和質量”，他說。

PGI 表示，其之前較低的估計得到了其最新的尚未釋出的評估的加強，該評估借鑑了最近的頁岩鑽探測試。PGI 發言人 Andrzej Rudnicki 稱 ARI 更高的估計是“充滿熱情，但在地質上不切實際”。

ARI 地質學家斯科特·史蒂文斯承認：“到目前為止，波蘭的結果確實令人失望。”他說，井沒有產出的主要原因是岩石中“極高”的應力，這使得壓裂效果降低。“勘探公司事先不可能知道這一點，”他指出。儘管如此，他認為，“現在就否定波蘭廣泛的頁岩潛力還為時過早。”考慮到有限的可用資料，他認為沒有理由修改 ARI 的估計。

即使是 PGI 較低的估計也表明，波蘭的頁岩中仍然有大量的天然氣被困住。然而，尚不確定開採這些天然氣是否會盈利。“我仍然抱有希望，”Poprawa 說。“但最初的希望是不現實的。”

衝向天然氣

儘管公司爭先恐後地在波蘭搶佔特許權，但英國的活動一直較為平緩。2011 年，Cuadrilla Resources 在英格蘭北部黑潭附近壓裂了英國第一口頁岩井，但這引發了兩次小地震，導致政府對進一步的壓裂活動實施了一年的暫停令。在暫停令解除後，公司開始緩慢地爭奪開採英國頁岩。

根據 ARI 2013 年的一項評估，英國頁岩擁有 17,600 bcm 的天然氣。其中只有 728 bcm 被認為是技術上可採的：如果可以盈利地開採，它將滿足英國大約十年的天然氣需求。

英國地質調查局 (BGS) 透過使用鑽探記錄和地震勘測構建地下三維模型，評估了英國三個主要區塊的頁岩氣資源，這使其能夠粗略估計頁岩的體積。但 BGS 地質學家伊恩·安德魯斯堅稱，這一估計只是基於現有地震資訊的第一步，“這些資訊是稀疏的，而且相當差。”

透過測試政府儲存的舊巖芯，英國地質調查局（BGS）還能夠測量英國頁岩的一些特性，例如總有機碳（TOC）含量。在美國，成功的頁岩氣開採通常TOC值大於2%。雖然英國的TOC測量資料很少，但現有資料表明，有大量岩石的TOC含量高於2%的閾值。但其他關鍵引數的資料（例如岩石孔隙度）缺失，這大大增加了這些預測的不確定性。

英國地質調查局估計，到目前為止，其評估的三個頁岩層蘊藏著約39,900億立方米（bcm）的天然氣，不確定範圍為24,700-68,400億立方米。這比ARI的估計值要高，但該研究僅考慮了最有前景的岩層。英國地質調查局沒有試圖估計其中有多少天然氣在技術上可以開採出來。“我認為目前沒有人知道我們可以從地下開採出多少，因為還沒有進行鑽探來測試，”安德魯斯說。

儘管英國地質調查局的研究使用了美國頁岩層作為關鍵引數的類比，但兩國有著不同的地質歷史。美國的頁岩儲量很大，不太厚，並且隨著時間的推移幾乎沒有發生褶皺。英國的頁岩更加複雜，英國杜倫大學的石油地球科學家安德魯·阿普林說。“它被折騰得更多了”，產生了更多的褶皺和斷層。

這種更大的複雜性可能會帶來挑戰。一個風險是，如果井位於斷層或大型天然裂縫附近，將液體泵入岩石可能會引發地震。“最好遠離它們，尤其是在它們位於人口稠密地區附近時，”荷蘭海牙應用科學研究組織（TNO）的天然氣專家雷內·彼得斯說。但他表示，歐洲相對較少進行高解析度地震成像，因此“並非所有這些裂縫都是已知的”。小斷層可能會帶來另一個挑戰。如果壓裂液洩漏到斷層中，岩石上的壓力會減小，壓裂效果就會降低。考慮到地質障礙和英國的人口密度，可能很難找到許多有前景且可以接受的鑽探地點。

遠未實現盈利

預計英國對天然氣的需求將急劇增長。去年11月，政府設定了到2025年逐步淘汰燃煤發電廠的目標，除非它們擁有碳捕集和儲存系統。政府預計核能、風能和太陽能將在填補煤炭留下的空白方面發揮作用，但天然氣將是關鍵，因為與煤炭相比，它產生的二氧化碳和其他汙染物更少，並且現有基礎設施可以用於使用天然氣發電。“只有當我們確信向新的天然氣過渡可以在這些時間範圍內實現時，我們才會繼續推進，”英國能源大臣安珀·拉德在宣佈政策轉變的演講中說道。“我們目前大約進口一半的天然氣需求，但到2030年，這一比例可能高達75%。這就是為什麼我們鼓勵對頁岩氣勘探進行投資，以便我們可以增加新的本土供應來源。”

其他歐洲國家也指望天然氣來幫助他們減少煤炭使用，並履行他們在12月在巴黎簽署的聯合國氣候條約下的承諾。但頁岩氣可能無法提供答案。在2015年6月於巴黎舉行的世界天然氣大會上，行業演講者對歐洲會出現像美國那樣的水力壓裂熱潮表示悲觀。道達爾公司非常規資源開發經理菲利普·查爾斯表示，鑑於目前頁岩井的成本，“我們在歐洲距離盈利還非常遙遠”。

過去兩年的許多評估（包括國際能源機構以及石油巨頭BP和埃克森美孚的評估）都認為，歐洲不太可能生產大量頁岩氣，而傳統的天然氣產量將繼續下降。斯特恩表示，如果天然氣進口無法彌補這一差距，“歐洲在減少碳排放方面將面臨更大的困難”。

最近的跡象對於整個大陸的頁岩氣來說並不樂觀。除了從波蘭撤退外，主要的石油公司還退出了在羅馬尼亞、立陶宛和丹麥的新興頁岩氣鑽探工作，通常是由於產量令人失望。從保加利亞到法國的歐盟各成員國都對水力壓裂實施了暫停或禁令，蘇格蘭、威爾士和北愛爾蘭也都如此，他們都以環境問題為由。

英格蘭是歐洲為數不多仍在嘗試開採頁岩氣的地區之一。少數幾家公司已申請鑽探許可，這最終可能會揭示英國的頁岩礦藏是會成為搖錢樹還是啞炮。但環保主義者進行了強烈的反對，許可的出現一直很緩慢。

Cuadrilla公司於2015年1月申請批准在蘭開夏郡起伏的田野下進行鑽探，但該縣議會因擔心交通、噪音和鑽探的視覺影響而在6月拒絕了該申請。該決定和歐洲水力壓裂面臨的更廣泛的困難使那裡的天然氣前景懸而未決。為了弄清楚任何一個區塊是否具有潛力，公司必須鑽探多達50到100口井。但公眾的反對和迄今為止不佳的鑽探結果意味著，公司目前並不急於在歐洲的水力壓裂方面投入這種努力，斯特恩說。“我看不出任何國家，包括英國在內，在短期內會發生這種情況。”

本文經許可轉載，於 2016 年 3 月 1 日首次發表。