并非无知,而是看似正确的错误判断让我们陷入困境。
——威尔·罗杰斯
除了我们的思维方式,一切都变了。
——阿尔伯特·爱因斯坦
我们的地球富含天然气,它是唯一可直接使用的清洁能源。最重要的是,天然气储量丰富,足以取代煤炭和石油,假以时日,它必然会帮助人类实现全球二氧化碳减排的目标,重新获得能源与经济安全。煤炭、石油与清洁的氢气相比含有更多污染碳,与之相反,天然气是“低碳”能源,一个天然气分子只含有一个碳原子和四个氢原子。天然气是一种环保燃料,使用天然气几乎可以完全消除煤炭和石油燃烧排放的有毒物质和碳微粒,还可以大幅降低二氧化碳排放。
天然气现有的技术成熟且应用广泛,可轻而易举地取代煤炭发电,以及为现有的交通运输提供50%的交通燃料。煤炭和石油排放的污染物和二氧化碳约占全球的50%。使用天然气发电,可将电能生产效率提高50%,几乎可以全部消除有毒的汞、砷、硫和颗粒物的排放,并且减少50%的二氧化碳排放。与此同时,随着燃气轮机效率的提升,生产每千瓦时电能所需的天然气用量得到大大降低,从而进一步减少了二氧化碳的排放。
碳捕捉与存储技术(以下简称碳捕存)是用泵收集排放出来的二氧化碳并存储在地下。目前这一技术已经发展成熟。这种技术在产生等量电能的前提下,需要存储的二氧化碳量只是燃煤电厂的一半。燃气发电厂可以像风能和太阳能那样绿色环保,通过应用碳捕存技术不仅可以实现二氧化碳零排放,还可以实现污染零排放。在我看来,奥巴马总统的经济刺激计划将天然气碳捕存技术的研发资金纳入其中是非常明智的选择。
燃气发电厂所需空间较小,无需铁路运输,每百万瓦特的建造成本是燃煤电厂的一半。因此其选址、融资、建造所需要的时间是燃煤电厂的一半。天然气发电是迄今为止人类实现大幅降低污染物排放、二氧化碳排放减半的最佳方法,同时也是满足全世界快速增长的电力需求的有效途径。
如果天然气取代了交通运输领域的石油消费(全世界石油消费的一半用在交通运输领域),大多数轿车、卡车、公交车的污染物排放可降低90%以上,二氧化碳排放可降低约30%,内燃机的使用寿命也会大幅延长。现在,全世界使用天然气的轿车、卡车和公交车有800万辆。这个数字还在增长,而且有可能以更快的速度增长。很遗憾,美国只有约15万辆天然气机动车。本田思域GX汽车是全球最热门的新型车之一,它使用天然气驱动装置,并且自带有家用加气装置。美国和其他发达国家的天然气管网覆盖范围广泛,这为解决从零开始建设新能源基础设施的“鸡与蛋”难题提供了相当大的便利。如果一个家庭、办公室或者工厂位于其覆盖范围内,那么只需要一台压缩机和燃气动力汽车即可实现加气。美国有6 300万家庭位于天然气网络覆盖范围内,因此约13亿辆汽车可以方便实现燃料供应,这将是美国最庞大的车队。美国投入4万亿美元发展SUV、轻型卡车和“油老虎”(燃料利用率低的汽车),折价出售只能收回少部分投资,消费者还要花钱购置新型混合动力汽车或高燃料利用率汽车。那么为什么不用不及新车一半的价钱把它改装为燃气汽车,使用价格更便宜的天然气呢?
在美国,所有车辆的石油需求约为1 150万桶/天,因此只要将国内一半汽车改装为燃气汽车,就可以降低50%的交通领域石油消费,整体石油消费可降低25%以上。如果到2015年,美国用1万亿美元将13亿辆汽车改装为燃气汽车,消费者将节省7 000亿美元的石油进口支出,并在未来几年节省数万亿美元的石油进口支出。
天然气不是石油
要了解全球天然气储量丰富及其可以解决世界上大部分能源需求和气候问题的潜力,最重要的就是要认识到一个很简单的概念,“天然气不是石油”。天然气常被称为“油气”,受这个名称的影响,人们未能正确理解天然气及天然气作为基础能源资源的价值。
天然气与石油在物理、化学、地质、地理、技术、环境、经济和政治等方面均存在差异。以“油气”为核心的思维定势是掩盖天然气丰富储量的罪魁祸首。我认为天然气的储量远远超过世界上的石油储量。“煤气”与“油气”这两种称呼相差无几,因为天然气似乎总是伴随着煤炭或者石油的发现而发现。
多数煤炭储量丰富的国家,如美国、澳大利亚、印度尼西亚,都有丰富的天然气储量。很快我们就会发现中国和印度也是如此。现在讲这些内容还有些超前。最首要的还是理解天然气与石油的区别。
天然气与石油的区别
要理解天然气丰富的储量,制定明智、长远的政策,就必须打破“油气”的思维定势,完全理解石油与天然气的区别。
物理区别
天然气是气体,石油是液体。天然气没有气味,也看不见。你在厨房气炉上看到的是天然气燃烧时的火焰,天然气泄漏时,你闻到的气味是出于安全考虑人为添加的有气味的化学物质。石油是可见的气味刺鼻的液体。天然气比空气轻,因此它会向上漂浮扩散到大气中,而不是像石油那样洒到地板上。和所有气体一样,天然气可以压缩,但石油不行。同一气藏,在地下20 000英尺处所存储的天然气是地下3 000英尺处的3~5倍。但是一桶石油,不论有多深,都是一桶。石油是一种黏性的液体,很难从地下油藏中开采,天然气则容易得多。由于比空气轻,天然气很自然地就会上升到地面。任何用过吸管的人都知道把饮料吸上来是要花力气的。但是一打开汽水瓶的盖子,里面的气体就会自己跑出来。这恰恰是天然气与石油的不同之处。石油上升到地表很困难,大部分都需要用泵把石油抽到地表,而泵的运转是需要能量的。由于天然气可以自然升流到地表,因此可以自然排空气藏,比排空油藏容易得多。所以当一个气藏被打开时,通常要比同样状况下的油藏开采出更多的资源。
油藏一般只能开采出其储量的10%,有时能达到30%。只有使用二次开采或者三次开采技术,才能达到40%。只有在更深入地开采时才能达到60%。这种方法成本很高,需要消耗更多的能量,且不一定总是有效。天然气藏一般能产出其原始储量的70%~80%,由于给定储藏的天然气采收率比石油采收率高,同时天然气又可以压缩,随着气藏的深度不断增加,其地下压力也越大,储量和采收量也更高。8 000英尺地下的气藏和同等深度的油藏相比,前者总能生产出更多的能量。
天然气与石油的另一物理区别在于天然气生成与储藏环境比石油更加广泛。天然气可以在人类和大多数动物的肠胃、稻田、白蚁土墩、垃圾场里产生,甚至在人类还未探索发现的地下环境中,有些微生物的新陈代谢也能产生天然气。石油、煤炭和泥炭生成的环境也能生成天然气,同样,生成金刚石的极深、极热、高压环境也可以生成天然气。在任何温度和压力下,天然气都比石油拥有更加稳定的化学性质。天然气很可能在整个太阳系中都无处不在,火星、木星、土星、海王星、天王星、冥王星上都发现了天然气。据称,冥王星不但表面富含冻结的天然气,其大气层的成分之一就是天然气。在土星一颗名叫泰坦的卫星上,天然气在其大气层中占据着相当大的比例,在其两极附近也相继探测到了含有液态甲烷的湖泊。毫不夸张地说,泰坦上空因为天然气液化可能会下起甲烷雨。
天然气生成与存在的物理环境远比石油广泛。石油形成环境的温度和压力范围相对狭窄,而且形成周期漫长。这也是地球上的天然气储量比石油丰富的主要原因之一。一想到天然气丰富的储量,我们就应该想到天然气与石油不同,大量非生物天然气存在于宇宙和整个太阳系,因此地球上也极有可能蕴藏着丰富的天然气储量。除此之外,地下微生物也在不断生产大量可供商业开发的可再生天然气。石油的生成和成藏机理已得到充分研究,但是天然气的生成、成藏和储量仍有待研究。
不像石油是黏性液体,天然气是一种流动性很强的气体。天然气在岩层内流动的能力比石油强很多。由于天然气生成环境宽松,天然气可以以更高的流速穿过岩层,到达石油不能到达的地方,积聚成藏。这些物理特性,尤其是天然气几乎无处不在的生成环境特征,是天然气可以在世界上大多数海洋大陆架上以水合物形式存在的原因。据专家估计,以英制热量单位计算,这些水合物的能源储量比全世界石油和煤炭能源储量的总量还要多。我将在探讨天然气与石油的地质区别时讨论水合物。
化学区别
天然气的分子结构很简单,含有四个清洁的氢原子,一个碳原子,化学符号为CH4。其简单的化学结构和在各种温度和压力下具有令人惊叹的稳定性,这使得天然气成为了用途最广泛的碳氢化合物。可以说,一种燃料的分子结构越简单,其性能就越好,燃料的效率也就越高。
相反,石油是一种高度复杂的碳氢化合物,碳氢比例较高。石油的化学成分多种多样,大体上可以用C5H12到C36H74来表示。由于石油的化学成分子复杂多样,因此它也需要同样复杂多样的精炼技术来生产可用的燃料。
天然气中氢元素比例较高,因此使用天然气比使用石油和煤炭对环境污染小。使用天然气释放出的二氧化碳也比石油和煤炭少很多,因此用天然气逐渐替代石油和煤炭是减排和治污的重要一步。
地质区别
石油经常存在于特定的地质结构中,天然气也是如此。但是天然气在大多数地质盆地中几乎无处不在。天然气的成藏条件远比石油宽松。根据我的经验,美国几乎所有在沉积盆地上的钻井都可以产出或多或少的天然气,而在大多数油田范围外的钻井是不会产出石油的。
商业气田的大小通常取决于天然气的价格和从特定岩层中开采天然气的技术,而不是限定于特定的地质结构中。因此对于多数气田,尤其是那些从煤层和页岩中生产天然气的气田,其边界不仅由天然气价格和相关技术决定,同时也取决于岩层的特征和结构。美国北得克萨斯的巴内特页岩气田就是一个典型的例子。它一直是美国发展最快的气田。乔治·米歇尔,美国最伟大的独立生产商之一,在天然气价格仅为2美元/千立方英尺或者更低时,通过拼搏在一个占地仅几千英亩的有限区域(“甜点”)上生产天然气。后来,俄克拉何马州的德文能源公司收购了米歇尔公司,继续开发这个气田。随着价格逐渐上升到6~8美元/千立方英尺,德文能源公司与其他公司进一步革新了技术,以更多更快地从页岩中开采天然气。巴内特气田现在已经发展成为一块占地超过500万英亩,覆盖至少17个镇的美国最大级别气田。
2008年夏季,天然气价格达到8~12美元/千立方英尺,气田的生产速度随着投入钻井生产的钻机日益增加而迅猛发展。利益推动引发技术创新,从巴内特页岩、其他页岩、煤炭、致密砂岩中开采出越来越多的天然气。这些岩层都蕴含天然气,而非石油。巴内特页岩的发展大约始于10年前,到2007年它的产量占美国天然气日产量的5%。最近10年内,巴内特页岩气田总共钻探了9 000多口气井。2008年中期,据报道巴内特气田两家最大的生产商切萨皮克能源公司和德文能源公司仍有约75台钻机在工作。如果美国的天然气价格上升与石油价格持平,就像亚洲的某些液化天然气市场那样,巴内特的发展还会继续。我们知道页岩气田和煤田中都有天然气。过去10年里,我们已经研发出了提取天然气的技术。天然气商业化生产的唯一障碍是天然气价格与其开采和生产成本的比率。在美国,很多“页岩气田”仍处在开发的初级阶段。
世界未来的天然气供应大部分并不来自石油地质学家们所说的“常规”产油岩层,或者是那些他们期望能找到石油的岩层。通过过去用于寻找石油的常规技术并不能找到未来的天然气资源。要想成功找到天然气,天然气勘探者必须转换思维,突破可能形成石油和成藏地质条件的思维桎梏,扩大自己的思路和搜索范围。成功地将天然气勘探思维突破在“油气”之外。未来,世界上大部分的大气田将几乎不产出石油,或只产出少量石油。
北美正在成为未来世界天然气勘探和生产的缩影。许多存在大量气藏的地区,其石油生产要么已经成熟正逐步走向衰落,要么根本不具备产油的能力。当今的美国就是一个很好的例子。美国的石油开发于20世纪70年代发展成熟,产量自此开始下降,但天然气却逐渐开始复苏。典型的例子就是不断发展壮大的巴内特页岩气田和处于天然气页岩开发初期的广阔区域,从俄克拉何马州和阿肯色州,越过阿巴拉契亚山脉和宾夕法尼亚、俄亥俄还有纽约,直到加拿大东部。
切萨皮克能源公司预计,得克萨斯州东部和路易斯安那州西部的海恩斯维尔气田将成为美国最大、世界第四大的天然气田。据估算,其天然气储量达700万亿立方英尺,几近中东和西伯利亚,预计可采储量在250万亿立方英尺以上。北美的深层地质盆地蕴藏石油的可能性很小,但其天然气储量很可能倍数于此前预测的储量。我相信这些油储不足的区域蕴藏着大量的非常规天然气,在能源消费持续增长的情况下,这些储量仍然足以取代煤炭和石油供应北美使用100多年。
各国首脑和决策者很少关注石油和天然气之间的地质区别。美国的天然气开发证明:尽管待开采石油可能所剩无几,但这并没有阻止美国,这个世界上最大的天然气消费国,通过不断提高天然气供应以满足其不断增长的需求。正如许多专家所说,美国或全球“石油峰值”的出现并不会导致“天然气峰值”。当天然气价格逐渐接近石油的价格时,全球天然气供应将会非常充足。