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天然氣革命

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on 28 December 2013

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Transcript of 天然氣革命

George P. Mitchell
美國在頁岩氣開發中已經積累了一套相對成熟的方法。根據美國自然資源保護委員會的報告《水力壓裂開採來勢洶洶:需要制定新規定來保護我們的健康和環境免受廢水污染的侵害》介紹, 對於在頁岩構造中開展天然氣生產所產生的廢水,通常有五種基本的管理方法:
最大程度地減少生產廢水量;在天然氣鑽井作業中進行循環回收和再利用;儲水池或儲水罐以及生產場地內的處理;處置以及作業外的有益再利用。

其中,「反排廢水」的處理通常採用前三種方法,而「生產廢水」的處理往往採用后兩種方法。
全球天然氣供應
到目前為止,頁岩天然氣大規模出產雖僅限於北美,卻已改變全球天然氣產業動態。在天然氣成為新能源的同時,液化天然氣產量也急遽攀升,2010年卡達創下7700萬噸的生產紀錄,占全球總產量的28%,澳洲排名僅次卡達。

2004到2012年,全球液化天然氣產量可被倍增,表示短短八年內就達到最初開採四十年的成果。

但若據此推論功氣量會快速增加未免太過武斷,當初外界也以為美國會變成液化天然氣最十拿九穩的市場,因為當地貨源不足,結果證明大家都看走眼,美國反而變成無足輕重的市場
美國決定出手干預,
片面宣布禁運措施
,不准天然氣輸送設備出口,使歐洲拿不到必須的建材,且適用對象不只限於美國企業,連使用美國科技的歐洲企業也一並受到限制。
然而,歐洲和蘇聯意心想興建輸氣管,歐洲是想藉此降低對中東的倚賴,並減少使用燃煤,改善環境品質,同時拓展蘇聯集團的外銷市場,帶進更多的貿易收入和就業機會。
就連雷根最親密的盟友英國首相柴契爾夫人,也為了保護蘇格蘭人的工作機會而出面反擊,當時蘇格蘭的失業率高達20%,基於她和雷根的私人情誼,他把禁運視為對她個人的攻擊,她說:我們特別覺得是受到朋友傷害。英國政府因而下令,和蘇聯簽約的英國公司不必理會美國禁令,只管繼續照單出貨。而且
蘇聯顯然也有仿製能力,可以做出原屬美國專利的替代設備
,只是成本比較高。所以到頭來,美方的禁運只是延緩時程,無法阻止興建新輸氣管
未來的能源
三十年來,天然氣消耗成長三倍,未來二十年可能再增加50%,天然氣在能源市場的市占率也不斷擴大。
天然氣是排碳量相對較低的能再生發電,可以在世界更加仰賴再生能源時,補足再生發電低潮時的缺口。
天然氣革命
George Phydias Mitchell (May 21, 1919 – July 26, 2013)

Mitchell1946年創辦了米契爾能源開發公司(Mitchell Energy & Development Corp.)。但作為自己的石油公司的負責人,米契爾看到自己的油井在一段短暫的生產後便停產,感到不滿意。在1980年代,他決定嘗試一項重大技術挑戰,即試圖從巴內特部分頁岩中開發出頁岩氣,巴內特頁岩(Barnett shale)位於德克薩斯州沃思堡( Fort Worth)盆地深部和德克薩斯州中北部的15個縣境內。先後鑽探了30多口實驗井,耗費17年時間,耗資數十億美元,終於在1998年,米契爾在巴內特頁岩帶作業中首次使用
水力壓裂法
。水力壓裂法使巴內特頁岩最終採收率提高了20%以上,作業費用減少了65%。由此,喬治·米契爾被美國稱為“
巴內特頁岩氣之父
”。








頁岩風潮
2007和2008年的資料顯示美國天然氣產量突然爆增,原因是技術的突破造成的影響,接下來頁岩器產量持續增加,有人開始把這種現象稱為頁岩風潮
頁岩氣改變美國天然氣市場
,扭轉供需情勢,市場從供不應求變成供過於求,天然氣在北美市場的展望頓時黯然無光。

低價低碳的新能源頁岩氣可望在發電方面扮演要角,挑戰核能發電的經濟效益,取代傳統發電用的高汙染煤,阻礙風力發電計畫的推廣,同時影響氣候變遷和能源安全政策的討論。

2011年歐巴馬說:最近的能源創新使我們有機會開採腳下頁岩層裡更多天然氣蘊藏,或許一百年都不虞匱乏。

北美頁岩氣的發展潛力無可限量
頁岩天然氣供應快速增加引發環保爭議和政策辯論,人口分布的差異使環保議題最受矚目。

批評者警告水力壓裂法會破壞飲用水蓄水層,但業者辯稱這項技術是在蓄水曾以下至少1.6公里才會使用,而且蓄水曾和儲氣層之間隔著厚重的阻水岩層數和礦業界經驗相當豐富自從水力壓裂技術問世60年來,業者已利用此法在美國開鑿一百萬多口氣井。

儘管水力壓裂法引起最多討論,但最大問題是流回地表的水

最近引起外界關切的是逸氣問題,亦即水力壓裂法是否會造成甲烷外洩到地表,進而滲進水井
頁岩氣開採的核心技術主要是水平鑽井法和水力壓裂法,而在美國超過一半的天然氣都是通過水力壓裂法獲得的。
水力壓裂法,簡單說即藉助高壓將大量水、沙子以及
化學物質
的混合物通過鑽孔打入地下,壓裂頁岩層,使其出現更大更多裂縫,從而將其中的石油或天然氣儲備釋放出來的開採方法。
引發爭議的一個主要原因在於,在生產過程中需要消耗大量水資源。在美國,根據頁岩構造的地質特性,
一次水力壓裂作業就需一千多萬升
的水耗,同時開採所產生的大量廢水會威脅到地表及地下水體水質。

根據美國麻省理工學院的2011年天然氣報告,回顧了有關天然氣井鑽探事件公開報導的三項研究,發現在
2000-2010年十年間,對有關天然氣井鑽探進行「廣泛報導」的水體污染事件有43起
。在此期間,大約鑽探了2萬口頁岩氣井,幾乎所有氣井均採用水力壓裂技術。在所有地下水污染事件中,48%與天然氣或鑽井液有關;33%涉及井場表面泄漏,10%涉及取水和空氣質量以及井噴問題;剩下9%涉及井場外的處置不當問題
埃森哲1月29日發布研究報告《水資源和頁岩氣開發》,從美國的經驗來看,鑽井和壓裂所需水量一般為500萬加侖(1892.7萬升)左右,
用水量最大的是壓裂過程,最大時用水量可達總用水量的90%
;用水量較多的是鑽井作業,淡水是鑽井液的主要成分;在壓裂后的設備沖洗和清潔環節,用水很少。

報告分析,
在面臨水資源日益枯竭的乾旱地區,或是水流和供應受季節變化影響的地區,運營商的水資源獲取可能受到更加嚴重的制約


   例如在賓夕法尼亞州,夏季需要保持最小水流量,因此獲得許可可能是一個艱巨挑戰。 2012年7月,由於薩斯奎漢納盆地的水流減少,薩斯奎漢納河流域委員會(SRBC)暫停了取水許可,這一政策涉及大多數頁岩運營商,其中包括切薩皮克能源公司和塔利斯曼能源公司。在德克薩斯州的乾旱地區,頁岩氣生產用水需求被認為與灌溉用水和家庭用水相競爭。

   根據埃森哲大中華區副總裁楊葳介紹,在開發初級階段,美國也在對無水壓裂液(包括液態丙烷、液態二氧化碳、氮氣泡沫和凝膠)進行研究。然而,目前這些液體也面臨自身挑戰。例如,
在使用液態丙烷時,因涉及在地下使用爆炸性氣體,因此具有一定的安全風險


   地表水體污染風險

  
單井的生產廢水總量可達數百萬升


   在水質之外,頁岩氣對水的影響更多地體現在水質方面,
如果管理不當,水力壓裂開採所產生的大量廢水會威脅到地表及地下水水體水質。
根據美國自然資源保護委員會完成的報告《借鑒國際經驗:中國頁岩氣資源環境友好開發之路》介紹在注入水力壓裂液體並且釋放壓力后,10%-70%的原注液體量,或大約1萬-6萬桶
(160-960萬升)
液體會返回地表,俗稱「返排廢水」。有些氣井也會產生「生產廢水」(指在地下地層自然存在,與油和天然氣共同開採出來的水),從長期來看,每百萬立方英尺的燃氣產量通常會伴隨200-1000加侖的生產廢水(每百萬立方米的燃氣產量會伴隨
3-13萬
升的生產廢水)。

這兩種類型的廢水包涵了用於減小摩擦的有毒化學潤滑劑,用於抗腐蝕和防細菌滋生的添加劑,以及自然生成的污染物,如碳氫化合物、重金屬、鹽分以及自然生成的放射性物質(NORM)。其中不少都是有毒有害的化學物質。

  
如果廢水排放前的處理工作不到位,地表與地下水就會受到污染;化學物質會滲透到淺層土壤,然後進入含水層;水力壓裂液體和廢水在儲存和往返于鑽井現場的運輸過程中會出現意外的地表溢漏。
美國康乃爾大學(University of Cornell)的生物地球化學教授郝沃斯(Robert Howarth)於2011年 4 月發表一份研究報告。研究分析,美國生產的頁岩氣中,
有3.6%至7.9%會逃逸至大氣中
,這種主要成份為甲烷(CH4)的氣體,所造成的溫室效應比二氧化碳更強。

曾任職美國主要石油公司雪佛龍(Chevron)的研究員、也是康乃爾大學教授的地理學家凱撒勒斯(Lawrence Cathles)在《氣候變遷》期刊(Climate Change)上表示,郝沃斯的計算有誤,依持的假設也過於悲觀。

而美國海洋暨大氣總署(NOAA)與包德勒市(Boudler)科羅拉多大學(University of Colorado)的研究員在測量過地層後,確認郝沃斯教授的研究結果無誤。這項測量由佩卓恩(Gabrielle Pétron)主持,結果刊登在2012年2月的《地質物理研究期刊》(Journal of Geophysical Research)上。

美國環境保護署(EPA)此前已經公布的一份關於懷俄明州(Wyoming)佩福林鎮(Pavillon)地下水研究的初步報告中,EPA指出在佩福林鎮的含水層中發現了「類似水力壓裂作業中使用的至少10種化學物質」。俄亥俄州(Ohio)的班橋鎮(Bainbridge)還出現居民區的甲烷濃度增加、居民區發生爆炸的現象。
英國能源與環境技術顧問公司 AEA 的調查報告指出,
開採頁岩氣的最大風險並不是壓裂岩石,而是鑽井開始生產的時候,部份已經注入的壓裂液體會回流至地表。如果這些液體外洩,液體的化學添加劑就會污染土壤與地表水。


這表示液化天然氣要尋找新的出路,經濟不斷成長的亞洲需要很多液化天然氣,數量之多遠超過多數人先前的預測。。不過,最令人意外的是歐洲市場成為一級戰區,主因是液化天然氣取得便利,又以現貨計價,不像傳統的管線天然氣,既要簽二十年的長約,還以較昂貴的原油為計價參考,液化天然氣有機會搶走管線天然氣的市場。

這樣不但造成供應商競爭壓力大增,被迫降低售價,還
對地緣政治產生深遠影響
,顛覆四十年來的經濟和政治平衡態勢,威力比蘇聯瓦解、共產主義垮台的衝擊還大。

對歐盟、俄羅斯及前蘇聯成員國彼此之間錯綜複雜又變化不斷的外交關係來說,新的天然氣競爭至關重要。


地緣政治各派解說不一,共同為:國家政治行為會受地理因素的制約與影響
1970年代,一條新管線把首批蘇聯天然氣輸到歐洲到歐洲,這件是具有強烈的地緣政治意義,當時的西德總理布蘭德有意緩和冷戰期間東西對立的緊張情勢,積極推動所謂的
東進政策
,希望能和蘇聯和東歐共產國家關係正常化,並為東西雙方創造共同利益。他和蘇聯簽屬的第一分天然氣合約及是東進政策的主要項目。布蘭德說:對我們的政策來說,經濟特別重要。
1961年柏林圍牆樹立,徹底切斷東西德的往來,他要重建和東德接觸的管道。天然氣促成彼此互相依賴,對俄羅斯而言這份合約成為最重要的外匯收入來源
冷戰指的是從1947年至1991年之間,以美國和北約為首的西方集團,與以蘇聯和華沙為東方集團兩者之間的長期政治和軍事衝突。
朋友捅一刀
1980年代初期,西伯利亞西部發現大量天然氣,讓蘇聯一舉超越美國成為全球最大的天然氣生產國,新增的供給使蘇聯想賣更多的天然氣給西歐國家。於是蘇聯和歐洲開始計畫興建一條長達五千九百五十五公里的輸氣管,從西伯利亞的烏連戈伊氣田一路通到歐洲,可是還沒動工就引發西方國家嚴重內鬨,天然氣所造成的地緣政治爭議和紛擾至今仍未平息。

雷根政府對西方擴大天然氣交易起了戒心,當時美國正大舉耗資提升軍備,如果蘇聯藉由天然氣交易賺取更多外匯,用來當作建軍經費,絕非美國所樂見。

華府也憂心歐洲倚賴蘇聯供氣,會讓蘇聯有更多挑撥離間的籌碼,山姆大叔警告說,蘇聯會藉此恐嚇歐洲人,若不俯首聽命,就要讓慕尼黑的爐子沒有天然氣可用。
美國雷根政府時期任職國安會的前空軍部部長李德,在出版的自傳「面臨深淵﹕圈內人的冷戰歷史」中披露,1982年1月雷根總統曾批准一項中情局破壞蘇聯經濟計畫﹕透過
秘密轉移內含錯誤功能的軟體在內等科技給蘇聯
,造成
西伯利亞天然氣管線大爆炸


李德在書中指出,此一天然氣管線爆炸事件只是在冷戰後期對抗蘇聯「冷眼經濟戰」的例子之一。在當時,美國試圖阻止西歐進口蘇聯天然氣,而且也有跡象顯示,蘇聯正試圖竊取許多西方科技。一名蘇聯國安會(KGB)內線向中情局透露了蘇聯試圖取得的科技清單,讓中情局得以藉機把有缺陷的軟體輸送給蘇聯,而且俄國人無法察覺。
俄羅斯天然氣公司崛起
蘇聯解體,天然氣工業部也跟著瓦解,繼之而起的是新的國營公司俄羅斯天然氣。俄羅斯天然氣後來成為股東遍及海內外的上市公司,對投資人和基金經理人來說,該公司是主宰俄羅斯股市漲跌和經濟好壞的指標股。2008年中,該公司的市值
一度高達三千億美元,排名全球第三
,緊追在埃克森美孚、中國石油天然氣公司之後。

俄羅斯政府持有的俄羅斯天然氣股份略高於80%,
俄羅斯天然氣繳交的稅款相當於政府總預算的15%
。俄羅斯總理普亭每次接見西方企業家時都展現天然氣產業的濃厚興趣掌握極為詳盡的資訊。俄羅斯總統麥維德夫就任前,正是俄羅斯天然氣董事長。

該公司出產的天然氣占全國的八成並壟斷俄羅斯境內和出口天然氣的輸氣管路,成為俄羅斯和全球天然氣市場的中間人。1993年,俄羅斯天然氣和德國溫特下爾能源公司共組事業開始成為多角化的跨國石油天然氣集團。
2005年,歐洲天然氣供應來源達成政治平衡。歐洲自產比率為39%,俄羅斯來源占26%,挪威提供16%;另外近一成來源是海外其他國家,以液化天然氣為主。然而創造歐洲天然氣市場的體系卻開始分裂,原本塑造市場的許多前提開始消失,使天然氣政治出現更多緊張衝突。首先,歐洲本身經歷重大變革,歐盟會員國擴大到27個,新成員不是前蘇聯的衛星國家,就是前蘇聯的一部分。這些新成員非常依賴俄羅斯的天然氣,但和俄羅斯的關係往往緊張不安。

天然氣市場也出現意想不到的變化。為了促進競爭,歐洲希望拆散當初建立起天然氣市場的大企業,忠杰原本非常穩定的二十五年長期供氣合約。

現在歐洲想要發展天然氣的交易平台,打造現貨市場,一旦少了長期合約的保證俄羅斯(或其他地方)的新氣田要籌措鉅額開發資金恐怕都成問題,同時挪威的天然氣逐漸枯竭,急欲打進歐洲市場的液化天然氣,也開始威脅管線天然氣的獨霸地位。
烏俄紛爭
1991年蘇聯解體後,烏俄兩國對天然氣的價格和供應合常常意見不合,甚至鬧翻,對關稅也有歧見,可是烏克蘭掌握了俄羅斯天然氣輸往歐洲的途徑。

2005年的烏克蘭總統大選中,親西方的橙色革命勢力獲勝後,烏俄兩國變不斷發生正面衝突,橙色革命的訴求就是
降低俄羅斯影響力
,轉向歐洲。

天然氣成為兩國衝突的必然焦點,烏克蘭幾乎完全倚賴俄羅斯供氣,是全球能源使用密度最高的經濟體,比波蘭高出兩倍。

烏克蘭手上的王牌是輸氣管路,這些通往歐洲的孔道占俄羅斯對歐洲供氣量的八成。烏克蘭總統尤伸柯曾形容輸氣管是烏克蘭的"皇冠寶珠",絕不能落入俄羅斯之手。
但俄羅斯決心掌握輸氣管路,因為管路攸關天然氣出口。烏克蘭積欠俄羅斯的天然氣帳單高達數百億美元,而且購氣價格遠低於歐洲市場價格。

2006年元旦,烏克蘭的天然氣管線突然失壓,顯示俄氣公司決定直接切斷對烏克蘭供氣,莫斯科當局嚴重警告烏克蘭,不得擅自挪用輸往歐洲的天然氣,偏偏烏克蘭就是這麼幹,導致缺氣狀況從烏克蘭蔓延到中歐。


這場對峙持續數天,隨後供氣回復,在某些人看來,1980年代美國警告歐洲不要一昧仰賴俄羅斯供氣,絕非危言聳聽。
分散供應來源
天然氣糾紛促使供需雙方開始認真考慮分散風險,新一回合的管線爭議變成地緣政治的角力。俄羅斯決心打造新的輸氣管繞過烏克蘭和波蘭。俄氣公司和義大利能源公司合資興建
南流管線
,穿過黑海通往土耳其,是全球最深的海底輸氣管。兩家公司策劃南流管線經黑海通往保加利亞,輸氣到義大利。俄羅斯還和西歐多家能源公司合作攜手開發
北流管線
,從聖彼得堡途經波羅的海,輸氣到德國北方。
不過引發最多爭意的是歐洲企圖尋找更多的天然氣來源,根據歐盟研擬的納布科計畫,沿著俄羅斯南方邊界興建輸氣管,沿途會經過多個前蘇聯國家,這些國家至今仍屬於俄羅斯的勢力範圍,歐盟強調無意挑戰俄羅斯的供氣地位,純粹是分散風險考量。

納科布計畫的天然氣要從哪裡來?這是至今仍無法確定的關鍵問題,不論價格、便利性、可靠性都還沒有確定,也是一大政治難題。
2002年,奧地利、匈牙利、羅馬尼亞、保加利亞、土耳其五國同意合力建造輸氣管,計劃在2017年建成,將裏海的天然氣
由土耳其的埃爾祖魯姆送到奧地利
主要的天然氣中心。

納布科輸氣管是歐盟與美國的戰略性規劃,目的在讓歐盟與土耳其的天然氣供應不受俄國牽制
。據媒體報導,當初之所以定名​​為納布科輸氣管,是因為五國主事者在維也納同時觀看《納布科》歌劇演出的神來靈感。

不料,納布科輸氣管
能否成功集資、完工、運行,完全要看土庫曼斯坦的態度
。土庫曼斯坦的天然氣儲備雖然是天文數字,可是如果不能建造跨裏海的輸氣管,納布科輸氣管根本就是虧本的生意。

伊朗與俄國都不樂意看到土庫曼斯坦與歐盟、土耳其靠攏,因此都提出警告,企圖影響土庫曼斯坦的決策。俄國提出,保護土庫曼斯坦的應該是俄國與北京,而不是北約與歐盟。

更值得注意的是,俄國、伊朗都強調,涉及裏海的任何輸氣管都必須得到它們的同意,否則非法。
這場輸氣管的政治角力,隨著液化天然氣的崛起而平添變數,全球液化天然氣供應勢將逐漸增加,一方面是供應源越來越多,一方面是美國開採出頁岩天然氣,使產氣國一大外銷市場突然消失。

其實歐洲一直到2009年才開始認真調查,評估歐洲可能有多少頁岩層天然氣,以及開採難度有多高。新近的研究指出歐洲的頁岩天然氣和沒層氣之類非傳統天然氣蘊藏,可能和北美不相上下。非傳統天然氣在歐洲才剛起步,還必須克服很多障礙,不過,分散天然氣供應風險的需求,終究會促使歐洲開採這些非傳統氣田。

2013年10月意大利能源集團ENI總裁Paolo Scaroni在倫敦出席金融時報國際頁岩能源峰會發出警告,
如果歐洲遲遲不開發頁岩氣,在吸引能源密集型企業投資上,將進一步失去對美國的相對優勢。

ENI總裁指出,歐洲重工業不但受到美國頁岩氣的衝擊,歐洲在頁岩氣的開發上也嚴重滯後。他說:

歐洲大陸今天不想開採頁岩氣,總有一天要被迫開採。那時候,情況就不同了。
隨著科技進步,天然氣越來越容易取得,
幾年前美國頁岩天然氣的快速發展影響全
球,顯示天然氣市場終究還是會變成全球
整合
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