水力压裂能否为欧洲供能？

在背景中，大型石油泵上下摇动，英国首相戴维·卡梅伦穿上蓝色工业连体服，以推广一种有争议的钻探技术，即水力压裂或简称压裂。在2014年访问英格兰东部一个潜在的钻井地点时，卡梅伦阐述了开采英国页岩地层以释放宝贵天然气的益处。“我们将全力以赴开发页岩，”他说，“这将为人们带来更多的工作和机会，并为我们的国家带来经济安全。”

卡梅伦希望复制美国通过水力压裂技术实现的天然气产量激增——该技术涉及将流体注入页岩以释放锁定的碳氢化合物沉积物。压裂革命帮助重振了美国经济，卡梅伦的保守党希望在英国引发类似的天然气繁荣。去年8月，他新当选的政府为页岩矿藏提供了钻探许可证，并吹捧估计“对页岩的投资可能达到330亿英镑[460亿美元]，并支持64,000个工作岗位”。

在过去的几年里，压裂热潮席卷了包括丹麦、立陶宛、罗马尼亚，尤其是波兰在内的几个欧洲国家，波兰的页岩勘探量超过了欧洲大陆的任何其他国家。在欧洲面临大幅减产之际，压裂可能有助于提高欧洲的天然气产量。北海较老的天然气田正在枯竭，德国、意大利和罗马尼亚的矿藏也在枯竭。令人失望的产量增加了欧洲对进口天然气的依赖，主要来自俄罗斯。欧洲领导人越来越警惕依赖这一来源，尤其是在2014年俄罗斯入侵乌克兰后外交关系降温之后。但是，随着欧洲试图减少温室气体排放，对天然气的需求可能会增加——这可能需要减少煤炭消耗（请参阅“迫在眉睫的天然气危机？”）。欧盟委员会表示，“天然气对于能源系统的转型至关重要”。

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这意味着像英国这样的国家在页岩气上投入了巨大的希望。但对该行业的仔细考察表明，欧洲的任何压裂繁荣都遥遥无期，一些专家表示，它可能永远不会到来。

尽管经过多年的勘探性钻探，但目前欧洲没有商业页岩气井。地质学家和能源专家表示，对该地区页岩潜力的测试是有限的，到目前为止的结果普遍令人失望。目前尚不确定使用当今的技术可以开采多少天然气，更难预测开采多少会盈利。

英国牛津能源研究所的天然气专家乔纳森·斯特恩说，所有这些都引发了关于欧洲页岩希望的重大问题。“关于欧洲的页岩气，已经有很多荒谬的炒作。”

等待一场革命

十年前，美国在天然气方面也面临着类似的黯淡前景。传统气田的产量正在逐渐减少，地质学家预计替代天然气来源无法弥补短缺。但在短短几年内，由于钻探和压裂技术的改进，情况突然好转，这些技术开采了以前无法进入的天然气储量，并引发了一场被称为页岩革命的繁荣。页岩几乎对石油和天然气是不透水的，因此公司必须对岩石进行压裂以释放这些碳氢化合物。

在欧洲下方的岩石中可能潜藏着类似的未开发能源财富的想法在经济上具有吸引力。但地质学家对欧洲页岩地层的潜力知之甚少，因为陆上钻探不如美国那么多。欧洲公司有时会钻过页岩以到达其他岩层，但他们很少对页岩层进行详细测量或收集样本。

到目前为止，波兰的页岩地层在该地区最受关注。该国严重依赖煤炭，其使用的天然气几乎全部来自俄罗斯。在 2000 年代中期，美国页岩气繁荣兴起，促使波兰政府提供页岩勘探许可证，这些许可证颁发给了当地公司以及主要的国际能源公司，包括美国公司埃克森美孚和雪佛龙，以及法国公司道达尔。波兰外交部长拉多斯瓦夫·西科尔斯基在 2010 年表示，波兰将成为“第二个挪威”——指的是欧洲仅次于俄罗斯的第二大天然气生产国。

华盛顿特区一家咨询公司 Advanced Resources International (ARI) 于 2011 年进行的一项评估提振了这种兴奋，该评估由美国能源部委托研究全球页岩气资源。该研究估计了页岩的储量和其他参数，例如岩石的有机质总含量，这是石油和天然气的来源。ARI 还估计了一些参数，以表示某些页岩带或区块可能不会有希望，或者只有一部分适合钻探的风险。根据这些假设，ARI 计算出波兰的页岩气区块拥有约 5,2950 亿立方米（bcm）的技术可采天然气，是欧洲任何国家页岩气储量最多的。如果所有这些天然气都可以开采出来，它相当于波兰目前天然气消费量的 325 年。

当公司开始在波兰钻探数十口试验井时，华沙的波兰地质研究所 (PGI) 在 2012 年 3 月给出了自己的估计。考虑到数据的相当大的不确定性，PGI 计算出波兰陆上拥有 346-768 bcm 的可采页岩气，约为 ARI 数字的十分之一。

然后在 2012 年 7 月，美国地质调查局 (USGS) 发布了另一项关于波兰页岩气资源的研究。该机构假设单个井的产量约为 PGI 假设的一半，并且可能含有可采天然气的面积仅为三分之一左右。因此，美国地质调查局最终得到的估计甚至比其他两个都小，平均结果仅为 38 bcm 的可采天然气，且不确定性范围很大，从 0 到 116 bcm。平均值约为 PGI 估计值的十分之一，约为 ARI 估计值的百分之一。

PGI 地质学家 Hubert Kiersnowski 说：“一份报告——潜力巨大。一年后——什么都没有。”“不确定性的程度太大了。”

与此同时，试验井的结果开始公布。到 2015 年底钻探的 72 口井中，有 25 口成功压裂以释放天然气。然而，波兰克拉科夫 AGH 科技大学的石油地质学家 Paweł Poprawa 说，这些井的产量仅为盈利所需流量的三分之一到十分之一，他以前在 PGI 工作。没有一口井成为商业生产者。

在 2013 年初兴趣达到顶峰时，公司持有的页岩钻探许可证覆盖了波兰大约三分之一的地区。但在 2013 年和 2014 年全年，主要的国际能源公司放弃了其页岩勘探许可证并离开了该国，通常是由于令人失望的结果。最后离开的是总部位于德克萨斯州的康菲公司，于 2015 年 6 月离开，现在波兰的页岩钻探几乎处于停滞状态。

发展的主要障碍之一是波兰的页岩钻探成本很高，因为它埋在地下约 3-5 公里处，而大多数成功的美国区块约为 1-2 公里。波兰的一些页岩的粘土含量也很高，这使得岩石更难压裂。对波兰最有希望的页岩地层之一（在北部，靠近波罗的海）的勘探性钻孔表明，它存在地质屏障，这将限制单井可以开采的天然气量，Poprawa 说。钻探结果表明，ARI “高估了页岩的面积、厚度和质量”，他说。

PGI 表示，其之前较低的估计得到了其最新的尚未发布的评估的加强，该评估借鉴了最近的页岩钻探测试。PGI 发言人 Andrzej Rudnicki 称 ARI 更高的估计是“充满热情，但在地质上不切实际”。

ARI 地质学家斯科特·史蒂文斯承认：“到目前为止，波兰的结果确实令人失望。”他说，井没有产出的主要原因是岩石中“极高”的应力，这使得压裂效果降低。“勘探公司事先不可能知道这一点，”他指出。尽管如此，他认为，“现在就否定波兰广泛的页岩潜力还为时过早。”考虑到有限的可用数据，他认为没有理由修改 ARI 的估计。

即使是 PGI 较低的估计也表明，波兰的页岩中仍然有大量的天然气被困住。然而，尚不确定开采这些天然气是否会盈利。“我仍然抱有希望，”Poprawa 说。“但最初的希望是不现实的。”

冲向天然气

尽管公司争先恐后地在波兰抢占特许权，但英国的活动一直较为平缓。2011 年，Cuadrilla Resources 在英格兰北部黑潭附近压裂了英国第一口页岩井，但这引发了两次小地震，导致政府对进一步的压裂活动实施了一年的暂停令。在暂停令解除后，公司开始缓慢地争夺开采英国页岩。

根据 ARI 2013 年的一项评估，英国页岩拥有 17,600 bcm 的天然气。其中只有 728 bcm 被认为是技术上可采的：如果可以盈利地开采，它将满足英国大约十年的天然气需求。

英国地质调查局 (BGS) 通过使用钻探记录和地震勘测构建地下三维模型，评估了英国三个主要区块的页岩气资源，这使其能够粗略估计页岩的体积。但 BGS 地质学家伊恩·安德鲁斯坚称，这一估计只是基于现有地震信息的第一步，“这些信息是稀疏的，而且相当差。”

通过测试政府储存的旧岩芯，英国地质调查局（BGS）还能够测量英国页岩的一些特性，例如总有机碳（TOC）含量。在美国，成功的页岩气开采通常TOC值大于2%。虽然英国的TOC测量数据很少，但现有数据表明，有大量岩石的TOC含量高于2%的阈值。但其他关键参数的数据（例如岩石孔隙度）缺失，这大大增加了这些预测的不确定性。

英国地质调查局估计，到目前为止，其评估的三个页岩层蕴藏着约39,900亿立方米（bcm）的天然气，不确定范围为24,700-68,400亿立方米。这比ARI的估计值要高，但该研究仅考虑了最有前景的岩层。英国地质调查局没有试图估计其中有多少天然气在技术上可以开采出来。“我认为目前没有人知道我们可以从地下开采出多少，因为还没有进行钻探来测试，”安德鲁斯说。

尽管英国地质调查局的研究使用了美国页岩层作为关键参数的类比，但两国有着不同的地质历史。美国的页岩储量很大，不太厚，并且随着时间的推移几乎没有发生褶皱。英国的页岩更加复杂，英国杜伦大学的石油地球科学家安德鲁·阿普林说。“它被折腾得更多了”，产生了更多的褶皱和断层。

这种更大的复杂性可能会带来挑战。一个风险是，如果井位于断层或大型天然裂缝附近，将液体泵入岩石可能会引发地震。“最好远离它们，尤其是在它们位于人口稠密地区附近时，”荷兰海牙应用科学研究组织（TNO）的天然气专家雷内·彼得斯说。但他表示，欧洲相对较少进行高分辨率地震成像，因此“并非所有这些裂缝都是已知的”。小断层可能会带来另一个挑战。如果压裂液泄漏到断层中，岩石上的压力会减小，压裂效果就会降低。考虑到地质障碍和英国的人口密度，可能很难找到许多有前景且可以接受的钻探地点。

远未实现盈利

预计英国对天然气的需求将急剧增长。去年11月，政府设定了到2025年逐步淘汰燃煤发电厂的目标，除非它们拥有碳捕集和储存系统。政府预计核能、风能和太阳能将在填补煤炭留下的空白方面发挥作用，但天然气将是关键，因为与煤炭相比，它产生的二氧化碳和其他污染物更少，并且现有基础设施可以用于使用天然气发电。“只有当我们确信向新的天然气过渡可以在这些时间范围内实现时，我们才会继续推进，”英国能源大臣安珀·拉德在宣布政策转变的演讲中说道。“我们目前大约进口一半的天然气需求，但到2030年，这一比例可能高达75%。这就是为什么我们鼓励对页岩气勘探进行投资，以便我们可以增加新的本土供应来源。”

其他欧洲国家也指望天然气来帮助他们减少煤炭使用，并履行他们在12月在巴黎签署的联合国气候条约下的承诺。但页岩气可能无法提供答案。在2015年6月于巴黎举行的世界天然气大会上，行业演讲者对欧洲会出现像美国那样的水力压裂热潮表示悲观。道达尔公司非常规资源开发经理菲利普·查尔斯表示，鉴于目前页岩井的成本，“我们在欧洲距离盈利还非常遥远”。

过去两年的许多评估（包括国际能源机构以及石油巨头BP和埃克森美孚的评估）都认为，欧洲不太可能生产大量页岩气，而传统的天然气产量将继续下降。斯特恩表示，如果天然气进口无法弥补这一差距，“欧洲在减少碳排放方面将面临更大的困难”。

最近的迹象对于整个大陆的页岩气来说并不乐观。除了从波兰撤退外，主要的石油公司还退出了在罗马尼亚、立陶宛和丹麦的新兴页岩气钻探工作，通常是由于产量令人失望。从保加利亚到法国的欧盟各成员国都对水力压裂实施了暂停或禁令，苏格兰、威尔士和北爱尔兰也都如此，他们都以环境问题为由。

英格兰是欧洲为数不多仍在尝试开采页岩气的地区之一。少数几家公司已申请钻探许可，这最终可能会揭示英国的页岩矿藏是会成为摇钱树还是哑炮。但环保主义者进行了强烈的反对，许可的出现一直很缓慢。

Cuadrilla公司于2015年1月申请批准在兰开夏郡起伏的田野下进行钻探，但该县议会因担心交通、噪音和钻探的视觉影响而在6月拒绝了该申请。该决定和欧洲水力压裂面临的更广泛的困难使那里的天然气前景悬而未决。为了弄清楚任何一个区块是否具有潜力，公司必须钻探多达50到100口井。但公众的反对和迄今为止不佳的钻探结果意味着，公司目前并不急于在欧洲的水力压裂方面投入这种努力，斯特恩说。“我看不出任何国家，包括英国在内，在短期内会发生这种情况。”

本文经许可转载，于 2016 年 3 月 1 日首次发表。