主要能源消费国非常规油气资源综述及天然气水合物成为未来能源的潜力

本文综述了主要能源消费经济体的非常规油气能源的情况,包括中国、美国、印度和日本。尽管一些国家制定了促进核能和可再生能源的政策,但这些能源还不能立即取代常规油气资源,因此,需要开发非常规油气资源。本文探讨了开发非常规油气资源所采用的的战略,并对页岩气、致密气、煤层气、天然气水合物等资源所在区域的利用和开发程度进行了梳理。根据目前的非常规油气开发情况,美国因为可以获得丰富的低价天然气,因此目前不需要开发潜在的天然气水合物资源。相比之下,日本和印度未来短期内尤其需要加速开采其潜在的天然气水合物资源,从而降低对进口能源的需求。考虑到页岩气革命和进口财政负担减少给天然气价格带来的有利影响,投资非常规能源技术从国家层面来说是合理的。

1 引言

根据世界能源消费总量在地区上的分布,前四位是中国、美国、日本和印度(表1)。

表1 美国能源信息署按区域对初级能源消费总量作出的预测/百万吨油当量

美国、中国、印度和日本的常规油气证实储量(proven reserves)和消费量见表2。
2010~2020年期间主要经济体对液化石油气和天然气的进口依存度发生变化,如图1所示。石油价格降低对主要经济体的影响如图2所示。

图1 2010~2020年间美国、印度和中国的油气进口依赖度变化预测(2013年国际能源展望)

表2 四大经济体的常规化石能源储量和消费量详情

图2 油价下降对国内生产总值的影响

图3 不同国家的页岩气、煤层气和致密气的可采量

本文总结了美国、中国、印度和日本的非常规油气方案,并探讨了在资源开发和利用方面所作出的努力。

2 非常规油气概况

2.1 页岩气和致密气

表3是美国、中国和印度的技术可采页岩油和技术可采页岩气的具体情况。

表3 主要经济体的技术可采页岩气资源量

美国水平钻井、水力压裂、微地震裂缝预测和压裂监测的相关技术在很大程度上已经发展成熟,能够进行高效勘探和开采。图4所示为美国的主要页岩油气区块。

图4 美国的页岩油气区块分布

美国预计在2010~2014年会成为完全天然气出口国。中国有31.6万亿立方米的页岩气储量。 在中国,四川盆地的西南部地质条件比较优越、水资源丰富,已建成管道并且面向大城市市场供应,因此是中国最具发展前景的页岩气资源区块。

图5 美国能源产量中天然气资源所占的比重

图6显示的是中国的主要页岩产区。

图6 中国页岩气的主要分布位置

为了解决中国页岩气行业缺乏技术和管理经验的问题,中国的油气公司一直在寻求向美国页岩气公司学习相应技术 。
印度,作为亚洲另外一个能源需求大幅度增加的国家,页岩气储量仅为美国和中国的十分之一
截至2010年,在中国发现的45个大型天然气田中有15个是致密气田表4是对中国致密气储量和年产量的预测。

表4 中国致密气估算储量和年产量

2.2 煤层气

在美国,2011年的煤层气产量为498亿立方米。图7显示美国主要的煤层气生产地点,图8显示1989~2012年期间煤层气产量的走势。

图7 美国煤层气分布

图8 美国煤层气的产量走势

1980年底美国取得煤层气开发的商业成功后,1992年中国在联合国的支持下,启动煤层气资源评价工程并开展示范项目 。图9是中国煤层气产区的地理位置。由于政府干预可以调动私有企业的积极性,因此有必要改善吸引投资的相关政策。

图9 中国的煤层气产区

在印度,信实天然气公司对煤炭/褐煤盆地进行了一项全面的地质评估,表5列出了印度能源与资源研究所(TERI)开展勘查的地理位置。

表5 煤层气生产潜力估算和所在位置

煤层气对煤矿的安全和气候变化的改善来说也很重要。

2.3 天然气水合物

全球已确认的天然气水合物潜在矿床有230多处(图10)。有必要根据具体位置了解储层条件并开发出合适的提取技术。

图10 全球潜在天然气水合物的分布位置

在中国南海神狐海域应用了基于热水循环所提出的数值模拟的现场规模生产概念,印度东海岸的KG盆地应用了原位电热模型。然而,这些技术需要扩大应用规模才能够达到经济化生产水平。
在全球层面上,美国和日本已经在加拿大北部麦肯齐地区的多年冻土区开展了生产试验。

图11 美国的天然气水合物

美国的天然气水合物储量约为9060万亿立方米。储量的地理分布如图11所示。
调查结果(图12)显示了墨西哥湾地区的天然气地质储量。2020年计划对墨西哥湾的天然气水合物进行商业开发。

图12 墨西哥湾的天然气水合物估测

在美国,唯一一个开展天然气水合物储量评估的陆地区域是阿拉斯加北坡,2020年计划在该多年冻土区进行天然气水合物的商业开采。
中国1990年以来已有20多个研究机构从事天然气水合物的研究工作。
在印度,天然气水合物资源的总估算量是1894万亿立方米。图13显示了印度水域中海洋天然气水合物的分布。

图13 印度海域中天然气水合物的可采情况

在印度石油和天然气部和地球科学部的支持下,印度的国家项目启动了沿印度边界勘探和开发天然气水合物的科学规划,并不断取得技术进步。
图14显示了日本海域的天然气水合物藏。日本2016~2018年的甲烷水合物研发计划的第三阶段的目标是从天然气水合物中开展甲烷的商业化生产。

图14 日本海域中天然气水合物的可采情况

3 排放的环境挑战

天然气每英热单位(BTU)产生的二氧化碳低于其他任何可燃的碳氢化合物,这有助于各国实现二氧化碳减排目标(表6)。

表6 二氧化碳排放量趋势值

然而,对生产管道中排放的量化研究、对掌握绿色完井技术的天然气公司的排放研究,因此问题还远远没有解决。

4 结论

尽管中国和印度的页岩资源还需要进一步评估才能够完全了解其影响,但是对于中国、印度和日本等严重依赖进口的国家来说,通过常规能源或煤层气和页岩气获得能源独立仍然遥不可及。但是,美国的页岩资源(天然气、天然气凝析液和石油)和煤层气的生产已经大大改善了能源状况,并可能在一段时间内实现能源独立。美国因为可以获得丰富的低价天然气,因此目前不需要开发潜在的天然气水合物资源。相比之下,日本和印度未来短期内尤其需要其潜在的天然气水合物资源提供支持,从而降低对进口能源的需求。由于页岩气革命和进口财政负担的减轻给天然气价格带来的有利影响,投资非常规能源技术在国家层面来说是合理的。

资料来源:N. Vedachalam et al. Review of unconventional hydrocarbon resources in major energy consuming countries and efforts in realizing natural gas hydrates as a future source of energy. Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2015,6:163-175.

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