頁巖油崛起
報告摘要
受到之前美國頁巖氣革命的影響，近兩年，美國的頁巖油開發(fā)發(fā)展迅猛，正在醞釀促進北美能源獨立的另一次革命。2012年美國頁巖油產(chǎn)量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長更加速了這一進程，去年美國國內(nèi)石油生產(chǎn)年同比增長接近100萬桶/天，增速遠超其他國家。美國頁巖油的開發(fā)也引發(fā)了世界范圍內(nèi)對頁巖油的關(guān)注，推動了
全球原油供應(yīng)的增長。
一、頁巖油的由來
（一）油頁巖
油頁巖（oil shale）是一種富含有機質(zhì)、具有微細層理、可以燃燒的細粒沉積巖，主要成分是有機質(zhì)、礦物質(zhì)和水分。油頁巖中有機質(zhì)的絕大部分是不溶于普通有機溶劑的成油物質(zhì)，俗稱“油母”。因此，油頁巖又稱“油母頁巖”。油頁巖中油母含量約10%～50%。油頁巖是一種能源礦產(chǎn)，屬于低熱值固態(tài)化石燃料，可燃性礦物質(zhì)之一。國際上常以每噸油頁巖能產(chǎn)出0.25桶（即0.034噸）以上頁巖油的油頁巖稱為“油頁巖礦”，或者將產(chǎn)油率高于4%者的油頁巖稱為礦。油頁巖是地球上最大的非常規(guī)石油資源（“非常規(guī)石油”包括油頁巖、加拿大油砂和委內(nèi)瑞拉超重油）。
圖1 油頁巖
注：上圖為位于美國科羅拉多州皮申斯河流域的綠河谷的油頁巖分布地區(qū)，覆蓋面積約3100平方公里（合1200平方英里）。
（二）油頁巖的用途
歸納起來，油頁巖有三種主要用途：2009年全球開采的油頁巖中有50%用于發(fā)電和供暖，39%用于提煉高收益的頁巖油及相關(guān)產(chǎn)品，11%用于生產(chǎn)水泥以及其他用途。可見，前幾年油頁巖的主要用途是發(fā)電和供暖。
作為燃料用來發(fā)電、取暖和運輸：首先是用來發(fā)電。兩種形式：一是直接把油頁巖用作鍋爐燃料，產(chǎn)生蒸汽發(fā)電；另一種是把油頁巖低溫干餾，產(chǎn)生氣體燃料，然后輸送到內(nèi)燃機燃燒發(fā)電。普遍采用前一種形式。其次，可利用油頁巖燃燒供暖。再次，可以利用其燃燒帶動發(fā)動機，用于長途運輸。
干餾制取頁巖油及相關(guān)產(chǎn)品：若將油頁巖打碎并加熱至500℃左右，就可以得到頁巖油。我國常稱頁巖油為人造石油。一般來說，1噸油頁巖可提煉出38至378公升（相當于0.24至2.38桶）頁巖油。頁巖油加氫裂解精制后，可獲得汽油、煤油、柴油、石蠟、石焦油等多種化工產(chǎn)品。
生產(chǎn)建筑材料、水泥和化肥：作為附加品，油頁巖干餾和燃燒后的頁巖灰主要用于生產(chǎn)水泥、磚等建筑材料。
（三）油頁巖的分布
全球油頁巖主要分布于美國、巴西、意大利、摩洛哥、約旦、澳大利亞、中國和加拿大等國家。在美國，大約75%的油頁巖集中在科羅拉多州、猶他州和懷俄明州。中國油頁巖約85%以上分布在吉林、遼寧和廣東省。
圖2 油頁巖的分布
圖2展現(xiàn)了一個多世紀以來一些國家（包括中國、俄羅斯、德國、巴西、蘇格蘭和愛沙尼亞）的商業(yè)油頁巖的開采活動。由圖可見，19世紀70年代，當油價攀升的時候，油頁巖的開采也迅猛的增長，在1980年達到頂峰，而隨著之后的油價下跌，令頁巖油不具有競爭力，油頁巖的開采活動也逐漸放緩，一些國家繼續(xù)開采油頁巖作為取暖、電力、液體燃料和化學原料之用。1999年以來，開采的油頁巖量又開始再度增長。
（四）頁巖油概念
頁巖油是指以頁巖為主的頁巖層系中所含的石油資源。其中包括泥頁巖孔隙和裂縫中的石油，也包括泥頁巖層系中的致密碳酸巖或碎屑巖鄰層和夾層中的石油資源。油母頁巖經(jīng)過低溫干餾可得，常溫下為褐色膏狀物，有刺激性臭味，屬于含氮量較高的石蠟基油。通常有效的開發(fā)方式為水平井和分段壓裂技術(shù)。頁巖油經(jīng)過加工提煉可制成汽油、煤油、柴油等液體燃料，是重要的非常規(guī)油氣資源。
圖3 各工況條件下頁巖油的密度對比
圖4 頁巖油與基準油的密度對比
由圖3、圖4可知，頁巖油的密度區(qū)間大致為【0.85，0.89】， 也屬于輕質(zhì)油，但比美國西德克薩斯輕質(zhì)原油（WTI）及北海布倫特原油（Brent）稍重一些。
（五）頁巖油崛起
一直以來，頁巖層系中的石油沒有受到足夠重視，這與其儲集空間的特殊性和石油價格波動有關(guān)。隨著頁巖氣的開發(fā)技術(shù)-水平井和分段壓裂技術(shù)在頁巖氣開發(fā)中的應(yīng)用，頁巖層系這種橫向分布穩(wěn)定但物性差的儲層在經(jīng)濟性開采上有了技術(shù)保障。此外，國際原油價格從2003年的不足 40 美元 /桶上升到2012年初的100美元/桶上下（見圖5），這為非常規(guī)石油的大規(guī)模開發(fā)提供了經(jīng)濟可能性。有了技術(shù)手段和油價的雙重助力，頁巖油的開采與生產(chǎn)活動近年來獲得了迅猛的發(fā)展。
圖5 2003年以來兩種基準油的近月連續(xù)價格走勢
二、頁巖油的發(fā)展現(xiàn)狀
（一）頁巖油儲量
根據(jù)2011 年國內(nèi)外三次油頁巖會議資料提供的數(shù)據(jù)，世界油頁巖資源蘊藏量十分巨大，估計有10萬億噸，折算成頁巖油約達4500億噸，比傳統(tǒng)石油資源量多50%以上（見圖6）。目前，世界上頁巖油開發(fā)利用技術(shù)最為成熟的是北美地區(qū)，尤其是美國。世界頁巖油儲量超過10億噸的國家有美國、俄羅斯、扎伊爾、巴西、摩洛哥、約旦、澳大利亞、愛沙尼亞和中國等。
圖6 頁巖油與傳統(tǒng)石油的儲量對比
其中，美國頁巖油探明儲量高達約3000億噸，幾乎占世界的70%，其他擁有豐富頁巖油儲量的國家依次為： 俄羅斯（390億噸）、扎伊爾（140億噸）、巴西（120億噸）、加拿大（63億噸）、約旦（52億噸）、摩洛哥（50億噸）、澳大利亞（45億噸）、中國（28億噸）、愛沙尼亞（25億噸）、意大利（14億噸）等。中國預(yù)測的油頁巖資源高達7199億噸， 折合頁巖油達476億噸，但因勘探程度很低，故探明儲量不多。
圖7 各國頁巖油儲量對比
而美國的頁巖油資源集中在以下幾個地區(qū)：一是北達科他州的Bakken礦區(qū)，頁巖油的可采儲量約為35億桶，預(yù)計產(chǎn)量將從目前的50萬桶/日增加到2015年的100萬桶/日；二是得克薩斯州的Eagle Ford礦區(qū)，頁巖油儲量在30億桶左右，預(yù)計產(chǎn)量將從目前的15萬桶/日增加到2015年的40-50萬桶/日；三是科羅拉多州的Niobrara礦區(qū)；四是俄亥俄州的Utica礦區(qū)；五是南加州的Monterey-Santos礦區(qū)，都正在開展勘探工作，預(yù)計南加州Monterey-Santos的頁巖油可采儲量約為150億桶。美國油頁巖不僅資源豐富，而且分布相對集中，預(yù)計大約75%的油頁巖集中在科羅拉多州、猶他州和懷俄明州。
圖8 美國頁巖油資源分布
（二）頁巖油產(chǎn)量
1、美國
2012年美國首發(fā)頁巖油產(chǎn)量預(yù)測：EIA發(fā)表年度能源預(yù)測稱，2012年美國頁巖油日產(chǎn)量將達72萬桶，相當于其國內(nèi)石油日產(chǎn)量的12.5%。預(yù)計到2020年，美國國內(nèi)的石油日產(chǎn)量將達670萬桶，將是自1994年以來的最高水平，其中頁巖油所占比例預(yù)計為18%。（即120.6萬桶）。到2029年，日產(chǎn)量將達133萬桶。到2035年，美國頁巖油產(chǎn)量將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上翻番。這是美國首次正式對頁巖油產(chǎn)量作出預(yù)測。由于開采技術(shù)的提高，美國的頁巖油生產(chǎn)日趨活躍。EIA表示，北達科他州巴肯所擁有的8個頁巖油礦區(qū)的頁巖油日產(chǎn)量，2035年將達123萬桶，為2011年日產(chǎn)量的2倍以上。
圖9 2012年美國頁巖油產(chǎn)量預(yù)測
圖10 2020年美國原油產(chǎn)量預(yù)測
2、其他國家
根據(jù)2011年國內(nèi)外三次油頁巖會議資料提供的數(shù)據(jù)，中國的頁巖油產(chǎn)量為75.5萬噸/年、愛沙尼亞為52.5萬噸/年，巴西為18萬噸/年，共計年產(chǎn)頁巖油約146萬噸/年。可見，目前頁巖油得到迅猛發(fā)展的地區(qū)仍為少數(shù)，美國是突出的代表。
圖11 部分其他國家頁巖油產(chǎn)量
3、世界
歐佩克在最新一期報告中預(yù)計，到2020年世界頁巖油供應(yīng)將達到每天200萬桶（按照之前的預(yù)測，美國貢獻率達60%。），相當于歐佩克成員國中非洲第一大石油出口國尼日利亞目前的石油產(chǎn)量。到2035年，頁巖油供應(yīng)將進一步提高至每天300萬桶。
圖12 部分其他國家頁巖油產(chǎn)量
三、頁巖油崛起的影響
（一）對美國的影響
1、美國煉廠加工頁巖油的數(shù)量增加，這將減少進口原油的加工量，這種趨勢已經(jīng)形成預(yù)計將會延續(xù)十年以上。
2、IEA表示，美國油氣生產(chǎn)的發(fā)展，將提振該國經(jīng)濟活動，因為價格相對便宜的天然氣和電力使美國工業(yè)具有競爭優(yōu)勢 。德國一個研究機構(gòu)上周也稱，美國企業(yè)在能源成本方面正享受到不斷增強的優(yōu)勢。同時，頁巖油革命可能給本行業(yè)帶來直接的正面影響：就業(yè)大幅上升（未來五年石油上游開采行業(yè)雇員數(shù)量有望翻一番）和資本投資的加大（未來五年鉆機數(shù)量需要擴張50%）。還可以通過間接影響和誘導影響帶動其他行業(yè)的發(fā)展。
3、國際能源署去年底發(fā)布的《世界能源展望》年度報告預(yù)計，由于頁巖油開發(fā)加快，到2020年美國將超沙特阿拉伯成為世界最大產(chǎn)油國，這一變化將改變世界能源供應(yīng)格局。而美國一直期望的能源獨立可能將會在2035年實現(xiàn)。
4、美國國內(nèi)原油供應(yīng)增加。2012年年初至今，美國國內(nèi)石油生產(chǎn)年同比增長接近100萬桶/天，增速遠超其他國家。這與頁巖油產(chǎn)量今年出現(xiàn)爆發(fā)式增長有直接關(guān)系。2013年4月10日當周，EIA公布，上周美國原油庫存增加25萬桶，至3.8887億桶，為1990年7月來最高。美國石油供應(yīng)預(yù)計從2012年的1150萬桶/天，增長至2017年的1400萬桶/天，年均增長約50萬桶/天，其中頁巖油是主要的增長點。
5、美國油市下行壓力增加。由于頁巖油產(chǎn)量的不斷增加，美國國內(nèi)原油供應(yīng)也持續(xù)增長，而原油需求前景不佳，致使庫存水平居高不下，這對美國油市--WTI原油（美國西得克薩斯中質(zhì)原油）價格形成下行壓力。由圖13可見，今年以來美國原油商業(yè)庫存與WTI原油價格之間存在著一定程度的負相關(guān)，庫存一路攀升，油價基本呈現(xiàn)震蕩下行。IEA稱，在頁巖油開采熱潮支撐下，美國產(chǎn)量明顯增加，將成為影響2013年油市發(fā)展趨勢的重要因素之一。而美銀美林在2013年能源展望報告中亦預(yù)計，NYMEX原油價格有可能暴跌至50美元/桶，做出此種大膽預(yù)期正是基于美國頁巖油的產(chǎn)出飆升。
圖13 2013年1-4月美國原油周度商業(yè)庫存與WTI原油價格相關(guān)性
圖14 2013年1-4月美國原油周度商業(yè)庫存與WTI原油價格走勢
（二）對全球的影響
1、可能會引發(fā)嚴重的環(huán)境問題。目前對開發(fā)頁巖油氣時所帶來的水資源浪費、地下水污染、環(huán)境破壞等問題學界存在很大爭議。頁巖油開采的額外代價也是非常高的。
2、降低世界原油價格。美國每天生產(chǎn)300萬桶的頁巖油可能使原油價格降低3-5%，但這對石油輸出國家組織和其它主要石油供應(yīng)商的影響還存在著很大的不確定性。但這一結(jié)果將會使美國的消費者和商業(yè)經(jīng)營者們受益150億-200億美元/年。
3、地緣政治影響。世界原油價格的下降將會減少石油輸出國家的收入。收入大幅減少將會在很大程度上改變這些國家的政治局面。OPEC成員國阿聯(lián)酋石油部長哈米利在OPEC常規(guī)會議上則表示，為了應(yīng)對美國頁巖氣對市場的侵略，OPEC應(yīng)使得原油對客戶更具吸引力。
4、石油峰值理論坍塌。“石油峰值”源于1949年美國著名石油地質(zhì)學家哈伯特（Hubbert）發(fā)現(xiàn)的礦物資源“鐘形曲線”規(guī)律。哈伯特認為，石油作為不可再生資源，任何地區(qū)的石油產(chǎn)量都會達到最高點；達到峰值后該地區(qū)的石油產(chǎn)量將不可避免地開始下降。這是石油峰值理論的核心。“全球石油生產(chǎn)已經(jīng)達到峰值或正在達到峰值的理念，支撐著油價長達十年上行趨勢中的大部分”。頁巖油的迅猛發(fā)展，粉碎了這一理念，引發(fā)了全球原油供應(yīng)的增長。
四、頁巖油的發(fā)展前景
（一）頁巖油相對傳統(tǒng)原油的優(yōu)勢
與傳統(tǒng)石油資源相比，頁巖油有著一些獨特的優(yōu)勢：
第一，儲量豐富，多于傳統(tǒng)石油資源。這在前文已經(jīng)闡述過，此處不再贅述。
第二，開發(fā)技術(shù)進步，成本下降，產(chǎn)量上升。頁巖油生產(chǎn)所需的技術(shù)目前主要為水平井與水力壓裂，這一技術(shù)正是在頁巖氣革命后逐漸應(yīng)用到頁巖油的開采上的，令頁巖油的開發(fā)力度大幅提高，產(chǎn)量快速增長；成本方面，美國的油頁巖一直沒有被開發(fā)是因為經(jīng)過一些研究以后，能源部門決定油頁巖的開發(fā)是經(jīng)濟不可行的。在過去的20多年里，在降低地面干餾技術(shù)的成本方面機會沒有做過什么研究也沒有取得什么進步。對于熱傳導地下干餾技術(shù)，只有當原油價格高于30美元/桶時其成本才具有商業(yè)價值，但是地下干餾技術(shù)的技術(shù)可行性問題至少要6年的時間才能夠建立起來。按現(xiàn)在的技術(shù)水平，頁巖油的生產(chǎn)成本即使包括探礦成本也遠低于當初設(shè)想的200美元/桶。按日本石油天然氣、金屬礦物資源機構(gòu)的資料，美國Backen頁巖油田的探礦、開發(fā)成本，2006年為34.45美元/桶、2007年為21.19美元/桶、2008年 為13.38美元/桶、2009年為11.16美元/桶。隨技術(shù)不斷革新，頁巖油田的探礦、開發(fā)成本很可能進一步下降。按原油價格現(xiàn)狀，頁巖油開發(fā)可獲得很豐厚的利潤。最近，美國能源部指出，隨水平鉆井、水力壓裂技術(shù)利用，頁巖石油資源開發(fā)飛躍擴大。以Backen頁巖油田為例，隨著技術(shù)進步，頁巖油開發(fā)成本呈逐年降低趨勢。值得注意的是，近年來，隨著技術(shù)復雜性的提升，頁巖油的探礦、開發(fā)成本不是一味的降低，而是有上升的趨勢，這在后文將會提及。
圖15 美國Backen頁巖油田探礦、開發(fā)成本與設(shè)想值對比
第三，頁巖油快速持續(xù)增產(chǎn)有足夠的空間。通過對頁巖油主產(chǎn)地之一的巴肯頁巖礦區(qū)（Bakken Shale）進行案例分析發(fā)現(xiàn)，在新井開始生產(chǎn)時，產(chǎn)量相對較高，隨著時間的推遲，產(chǎn)量迅速下降，之后逐漸穩(wěn)定。為彌補單井產(chǎn)量的下降，生產(chǎn)者需要持續(xù)打新井以保持當前的增產(chǎn)速度。生產(chǎn)者若想在Bakken Shale維持今日的增產(chǎn)速度，未來五年，需要打約2萬口井。截至2012年6月，Bakken Shale共有4141口井在生產(chǎn)，而整個Bakken Shale最大可供鉆井數(shù)為38980口。因此，未來五年，Bakken Shale有足夠的空間可用于打新井，保證穩(wěn)定增長。
（二）頁巖油發(fā)展的制約因素
除了獨特的優(yōu)勢之外，頁巖油的開發(fā)也不是全無制約的，影響頁巖油持續(xù)高速增產(chǎn)的潛在制約因素主要分為以下幾個方面，未來五年，任何一方面因素的出現(xiàn)，都將對頁巖油的持續(xù)高速增產(chǎn)形成抑制。
1、設(shè)備方面。頁巖油持續(xù)增產(chǎn)意味著上游企業(yè)需顯著加大資本開支。未來五年，估計為維持當前增產(chǎn)速度，美國需要將開采石油鉆機提升到3000個，意味著鉆機數(shù)量需要擴張50%。存在一定的風險。
2、人力方面。頁巖油持續(xù)增產(chǎn)意味著美國石油產(chǎn)業(yè)需要持續(xù)大規(guī)模吸引人才，未來五年美國石油上游開采行業(yè)雇員人數(shù)需要翻一番，增速需維持在18%左右，有一定難度。在2003-2008年的油價超級周期中，行業(yè)雇員增速卻僅為6%。
3、環(huán)保方面。這在前文闡述頁巖油崛起對全球的影響時提及過。公眾對水力壓裂潛在污染的擔憂，也是一個潛在的制約因素。由于水力壓裂所用的壓裂液除了水之外還包括化學成分，故廢水處理是一個問題。當前處理方式包括兩種：將經(jīng)處理的廢水注入表層地下水，或者注入深層地下水。美國環(huán)境保護署（EPA）對這兩種方式分別頒布了嚴格的監(jiān)管方式。
4、水資源方面。雖然頁巖油的開采相比其他行業(yè)，目前行業(yè)整體用水并不算多，且其中大部分還有望得到循環(huán)使用，但是，水力壓裂本身是一個高耗水過程，隨著新井數(shù)量的快速增加，對水的需求也會相應(yīng)增大。尤其在干旱缺水的年份，頁巖氣/油的開采進度也有可能迫于其他行業(yè)（如農(nóng)業(yè)）的壓力而放緩。
5、成本方面。頁巖油開發(fā)面臨成本壓力，隨著開發(fā)技術(shù)復雜性的提升，頁巖油的可變成本已經(jīng)出現(xiàn)了增加的趨勢，邊際成本已高于平均成本，所以未來隨著產(chǎn)量的增加，在科技水平?jīng)]有大幅提升的前提下，頁巖油開采的平均成本會不斷地上升而不會出現(xiàn)成本最低點。美國頁巖油的平均生產(chǎn)成本為每桶44-68美元，大部分油井的平均生產(chǎn)成本為60美元/桶，遠高于普通石油約每桶20美元的生產(chǎn)成本。成本壓力可能會迫使一些石油公司改變投資方向，一旦石油公司遭遇資金流問題，必然首先削減頁巖油開發(fā)項目。
圖16 頁巖油探礦、開采成本演變趨勢
6、運輸方面。頁巖油生產(chǎn)還面臨運輸瓶頸。以巴肯油田為例，生產(chǎn)的頁巖油受到外輸管道的限制，主要在美國中西部的煉廠加工。正在計劃新建管道，送到墨西哥灣的煉廠加工，配套設(shè)施建設(shè)仍需數(shù)年時間，這勢必限制石油開發(fā)。
小結(jié)
綜上，頁巖油崛起源于近年來頁巖氣革命的技術(shù)進步和原油價格的攀升，世界頁巖油儲量大大高于傳統(tǒng)石油資源的儲量，分布相對集中，主要在美國，頁巖油產(chǎn)量集中度也較高，發(fā)展最快的地區(qū)仍在美國，頁巖油崛起對美國自身和世界都有著深刻的影響，它因有著傳統(tǒng)石油資源不可比擬的優(yōu)勢而具有廣闊的發(fā)展前景，但由于各方面條件的限制，也存在不少的制約因素，如何緩解或突破各類制約，將是今后頁巖油發(fā)展的主要課題。2012年原油價格因全球經(jīng)濟不景氣，需求下降，全年收跌。而2013年原油需求料能有所恢復，但主要能源機構(gòu)（OPEC/IEA/EIA）紛紛下調(diào)全球原油需求增長預(yù)期，需求增量料有限；同時面對產(chǎn)能上升和新能源的威脅，原油供應(yīng)或過剩，因而原油價格后市料將繼續(xù)下滑。
機構(gòu)來源：中糧期貨
