页岩气的勘探开发成为当前的热点话题，美国作为成功勘探开发页岩气的国家，不仅改变了本国的能源结构，而且动摇了全球能源的市场格局，甚至由页岩气革命改变了地缘政治，其所取得的成就具有里程碑的意义。
对这一现象，北京大学工学院院长、清洁能源研究院院长张东晓教授5月6日来到中国地质调查局进行了专题讲座，理性梳理了美国页岩气勘探开发的历程。
张东晓历任美国南加州大学Marshall讲席正教授（终身制）、美国俄克拉荷马大学石油和地质工程系米勒讲席正教授（终身制），还是美国地质学会会士，回国后执掌北京大学工学院院长的帅印。他从上世纪90年代末开始研究二氧化碳埋藏，曾长期在美国从事能源地质及渗流机理方面的研究，2003年开始研究页岩气开发技术，因此对美国页岩气的勘探开发有着更多的发言权。
记者：请您谈谈美国页岩气的储量及其分布情况？其勘探开发走过了怎样的发展历程？具有哪些特点？
张东晓：全球页岩气储量大概是456万亿立方米，美国页岩气储量可观，技术可采储量达到24.4万亿立方米，分布广泛，各个盆地的可采效果也非常好。1821年，美国第一口天然气就打在了页岩气层，但产量很低。上世纪70年代以后，随着压裂技术的发展，特别是上世纪90年代以后，页岩气的产量每5年翻一番，2000年开始增速明显加快，尤其是2006年，增长量非常大，到了2009年，已经达到1000亿立方米，相当于现在中国天然气一年的总产量；2010年，美国页岩气产量达到1379亿立方米，占美国天然气总产量的23%；2012年，这个比例增长到37%，页岩气产量达到了2200亿立方米；2013年，美国页岩气产量接近3000亿立方米，相当于中国七八个大庆的规模。与之相配套的是美国发达的管网，长度是中国管网的10倍，并且协调统一，管理高效。这也为页岩气的输送奠定了很好的基础，使页岩气得以迅速“渗透”到千家万户，得到广泛应用。
美国页岩气的勘探开发是遍地开花，而且都取得了成功。美国有几千家油气公司，85%的页岩气产量都是由中小公司贡献的，技术也分别由不同的中小公司掌握，不像中国很多技术都是由“三桶油”掌握。这是美国页岩气勘探开发的一个明显特征。
记者：美国页岩气产量的快速增长带来的直接影响是什么？
张东晓：美国页岩气的成功开发，使其从天然气进口国变成了出口国，页岩气产量的快速增长直接导致了天然气价格的大幅下降。10年前，美国天然气的价格还高至14美元/百万英热单位，前年则只有2美元/百万英热单位。虽然现在美国天然气的价格涨到了三四美元，冬天还可能是五六美元，但总体趋势是下降的，核算下来只是中国天然气价格的几分之一。
过去15年，美国燃煤发电量的比重从53%下降到25%，减少的份额都是被页岩气所取代。另外，大型车辆的动力能源也是由页岩气提供，数量非常可观。页岩气的成功开发，为上述大量能源供给提供了保障。
记者：美国页岩气的成功开发对其他行业产生了什么影响？引发了哪些效应？人们评价美国页岩气的成功开发是一场能源革命，这主要表现在哪些方面？
张东晓：美国用页岩气的副产品生产了乙烯，生产成本下降为每吨500美元，中国用石脑油制作乙烯的成本则高达每吨1000美元至1200美元。美国的乙烯生产甚至超过了传统的乙烯生产地区——中东，对中东乙烯生产构成了很大威胁。
同时，页岩气的成功开发，导致天然气价格大幅下降，便宜的天然气为制造业和化工业提供了核心竞争力，使美国的制造成本不断下降，美国很多本土大型化工公司都加大了在本国的投资力度。此外，台湾化工企业也到美国投资，南非一家公司在美国一口气建了两个工厂，就是想利用美国廉价的原材料和天然气。美国页岩气的成功开发，在一定程度上重振了美国制造业，使其具备了更大的竞争优势。今年4月25日，美国发布的一份最新研究报告显示，美国制造业的竞争优势已经超过了欧洲，成为世界第二。
伴随着页岩气产量的增加，美国用同样的技术成功开发了页岩油，并使页岩油的产量逐年增加，从2010年开始上升得非常快，2012年页岩油产量占到了原油总产量的1/5，去年产量更高，将来很快会达到原油产量的1/3。
由于页岩油产量的增加，美国原油的进口量正在逐年下降，降低了原油对外进口的依存度。目前，美国原油进口比重是50%以上，2020年的目标是下降到30%，而这30%的原油完全可以由加拿大和墨西哥两国供应，形成北美的能源自给圈，相对实现了能源独立。现在，美国每年原油进口量约为3.7亿吨，中国约为2.7亿吨。虽然中国的原油进口总量还未超过美国，但单月原油进口量已经开始超过美国，比如2012年的12月份。预计5年之内，中国每年原油进口总量将超过美国，成为世界第一大原油进口国。美国页岩油气的成功开发，对中美两国原油进口格局产生了深远影响。
页岩气开发的巨大成功，不仅改变了美国的能源结构，也动摇了世界能源的市场格局。由于供气关系发生巨变，也引发了地缘政治的改变。因为美国页岩气的成功开发，欧洲市场降低了对俄罗斯天然气的依存度，所以俄罗斯加紧了进入中国市场的步伐，希望加大对中国天然气的供应量。
记者：美国应用了大量页岩气，这对消减二氧化碳等气体排放会带来哪些影响？
张东晓：由于页岩气的成功开发，使美国应用了更多的天然气，从而减少了其他化石能源的应用。天然气在化石能源中属于清洁能源，燃烧同等热值的天然气，排放的二氧化碳是煤的1/2，油的2/3；如果采用电冷热三联供，能源利用效率可达到80%，是煤的两倍。虽然从长远来说，太阳能、风能等可再生能源的大量应用，可减少化石能源的使用，但因为技术、经济性等诸多条件限制，今后30年、50年或更长的时间内，还会在很大程度上应用化石能源，相对于煤炭，使用天然气减少了对环境的污染，提高了热能效率。
目前，全球温室效应越来越明显，二氧化碳是温室效应的罪魁祸首，各国都有减排二氧化碳的任务，像中国这样的发展中国家减排任务是相当艰巨的。中国是温室气体排放第一大国，每年的排放量还在继续上升，而且二氧化碳地质埋藏的处理费用很高。而美国现在即使不再采取任何措施，哪怕是什么也不做，二氧化碳的排放量也是在逐年下降，因为美国的能源用量已经趋于平稳，而且占发电总量27%的煤电已经改为了天然气发电，这就大大减少了二氧化碳的排放量。而这些都是因为页岩气的成功开发，为大量的天然气供应提供了保障。
记者：页岩气开采过程中是否会引发页岩气泄露、水污染，以及用水量过大等环境问题？
张东晓：页岩气开采过程中使用的是水力压裂技术，此顶技术是用掺入化学物质的高压水灌入页岩层，然后进行液压碎裂，改善储层渗透率，以释放天然气。压裂本身不会造成污染，也几乎不可能引发破坏性的地震，但因为开采过程中掺入了化学物质，若生产废水处理不当，会污染环境。但是，通过一些回收处理措施，完全可以避免污染。页岩气实际开采过程中发生的水污染事件多是因为处理操作不当，所以要规范操作和管理。
虽然开采页岩气比开采常规天然气用水量多一些，单口井用水量比较大，一般需要几万吨水，但这是一次性用水量，之后二三十年的开采都不需再用水。如果从包括开采和发电的全流程来看，页岩气的用水量比煤电、核电分别低60%和70%，也比常规石油低，甚至比地热能还要低。
从一个州的角度来看，美国德克萨斯州页岩气开采的用水量只占所有用水量的0.4%，而宾州仅用了不到0.1%。连0.1%都不到的用水量，能说大吗？这些完全是科学研究统计出来的详尽数据。
而且，美国有些地方根本不准许从水库取水，不准用淡水和地表水，但可以用微咸水、工业废水和回收水。相比淡水和地表水，微咸水的价值很低，这种不可饮用的水大量存于地下，稍做处理就能够满足页岩气开采需求。后两者更是废物利用，这都有利于降低页岩气的开发成本。
记者：美国页岩气之所以能成功开发，都有哪些原因和政策保障？这些做法是怎样促进了页岩气的勘探开发？
张东晓：美国页岩气开发成功的关键要素一是政策的稳定性和透明度，二是技术创新。
美国在发布优惠补贴政策时，不仅会写明补贴项目、补贴金额，而且还会写明补贴时间，比如“2020年之前有效”，因为油气资源开发生产链条长，要经历勘探、生产、运输、销售、应用等诸多环节，是一个较为漫长的周期，政策的稳定性和透明度更有利于页岩气的长期开采。
此外，美国通过完善的政策很好地协调了矿权人和地表所有人之间的关系。美国同一块土地上的地表与地下资源（包括矿产资源）可以分属不同的私人公司或个人所有，而且矿权优先于地表使用权。这意味着，地表权利人不应拒绝矿权人占用地表的要求。在此过程中，矿权人与地表权利人通过谈判签署独立的地表使用协议，以便在资源开发时在地表之上建立相应的生产设施。但矿权人不得滥用这种权利，同时在地表使用协议中明确向地表所有权人进行补偿，并且最后需将地表恢复原状。美国较为完善的法规、政策，对于保护双方利益、勘探开发页岩气都发挥了积极作用。
美国政策倡导的是分享理念，曾发生过这样一件事情：作业方早期打了一口浅层直井，虽然产量低，但矿权拥有者也获得了相应的收益分成，每次会收到几百美元的支票。突然有一天，她收到的支票变成了上万美元，有点不敢相信。原来，是作业方在附近打了一口页岩气水平井，经过该矿权拥有者的区块，作业方产量提高了，矿权拥有者的收益分成也提高了。
此外，不断的创新也为美国的页岩气开发提供了技术支撑。美国页岩气之父乔治·米歇尔在上世纪80年代，别人都放弃了页岩气研发时，他却一直研发页岩气开采技术，自己先后投了数亿美元，17年不赚钱却从未停止，先后钻了30多口试验井，测试了各种方法，无意中找到了最经济、效果最好的方法，最终把束缚在页岩里的天然气大规模、经济性地开采了出来。2002年，他以35亿美元将公司卖给了一家能源公司，不仅将17年的投入全部收回，而且赚得盆满钵满，成为页岩气领域的第一个亿万富翁。这就是创新的秘诀——山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村，创新往往是在绝望时，才发现真正行之有效的技术。（刘艾瑛）
展会背景：中国国际矿业大会（CHINA MINING）
中国国际矿业大会作为全球矿业高峰论坛暨展览会，是世界顶级矿业盛会之一，是全球最大的矿产勘探、开发交易平台之一，涵盖了地质勘查、勘探开发、矿权交易、矿业投融资、冶炼与加工、技术与设备、矿业服务等整个产业链，为国内外矿业企业创造交流机会、加强相互合作起到了积极的推进作用。
2014（第十六届）中国国际矿业大会将于2014年10月2 0-23日在天津市区的梅江会展中心举行。(www.chinaminingtj.org)
