美國天然氣:需求、供給和儲量

編譯:楊冰 (大慶油田工程有限公司)

審校:張興平 (大慶油田工程有限公司)

美國天然氣:需求、供給和儲量

編譯:楊冰 (大慶油田工程有限公司)

審校:張興平 (大慶油田工程有限公司)

評價了美國過去和目前天然氣的產量,給出了天然氣未來儲量的來源。目前美國常規天然氣供給緊縮,只能提供需求的43%。美國能源信息管理局 (EIA)預測目前44%的天然氣需求來自非常規能源,另外的13%來自進口。還介紹了僅應用歷史生產數據來估算天然氣儲量的方法,該方法涉及價格、地質、政治、技術、最終可采氣量或儲量的增長,不做任何假定,可見這種評估是現實的。

天然氣 需求 供給 儲量進口 美國

1 概述

1987年以來,美國天然氣的消耗量已經超過了美國的生產能力,兩者之間的差距通過管道和船只進口液化天然氣 (LNG)來彌補。供給中最大的部分是常規天然氣,但已開始不斷降低,現在只能提供總需求量的43%;供給中的第二大部分是致密天然氣,目前為29%,且在迅速增長;供給中的第三部分是管道天然氣的進口,占12%;其余的來自煤層甲烷、頁巖氣和LNG。天然氣供給中各部分的趨勢如圖1所示。非常規天然氣產量在最近的20年中已增長了4倍。

2 常規天然氣

圖1表明,美國常規天然氣產量持續下降,從1990年的15×1012ft3(1 ft3=38.317 dm3)降至2008年的10×1012ft3。天然氣歷史產量與時間的關系曲線呈現出鐘形 (圖2),曲線不包括非常規天然氣產量。圖2中的紅色曲線是一個對數分布,該曲線方程是M.King Hubbert使用的對數曲線的導數。導數曲線方程為P=dQ/dt,其中

式中P——天然氣產量,1012ft3;

Pm——峰值產量;

t——時間或標準日期,a;

tm——峰值產量年;

b——產量變化因子,1012ft3;

Q——時間t時的累積產量。

Hubbert理論曲線在獲得了充分的長期生產數據后與生產數據擬合得很好。自1989年以來,當實際生產達到最大產量且產出約一半的天然氣時,數據趨勢與理論曲線非常一致,從此曲線不能馬上看出未來產量,尤其在離散數據數量相當大時。圖2表明,到2020年常規天然氣可能減至7×1012ft3。

圖1 美國天然氣資源的最近走勢

圖2 美國常規天然氣的產量

可以重新描制生產數據曲線,以檢測是否與Hubbert理論相符,并表明什么時候開始達到似合。圖3是年生產量與累積生產量的比值 (y軸)與累積產量 (x軸)的關系曲線,可以看到一線性圖形 (紅色),從1989年開始與 Hubbert理論曲線達到很好的似合。當此線與x軸相交時,產量為零,可以預測常規天然氣的最終累積產量為1 200×1012ft3。如果在美國能夠新發現一個大的天然氣田,那么這條曲線將會改變,但迄今為止產量數據跟從Hubbert曲線已經20年了。從圖3可以看出,美國至今產出常規天然氣約930×1012ft3,還有約230×1012ft3待生產。

圖3 美國常規天然氣的累積產量增長速率

3 非常規天然氣

美國非常規天然氣生產份額從1998年總產量的28%上升到2007年的46%。圖1表明,產量穩步增長,目前已與常規天然氣的產量相當。非常規天然氣可以分為三類:致密氣、頁巖氣和煤層氣。非常規天然氣基本上能彌補常規天然氣的下降,因此國內天然氣的總產量一直很穩定,只是近幾年有了明顯的不足。近年來,高天然氣價格帶來了高鉆機數量的動用,鉆井數量增多,產量自然增長。圖4給出美國非常規天然氣的生產產量。

圖4 美國非常規天然氣產量

3.1 致密氣

致密氣在非常規天然氣中儲量最大,總量幾乎為7×1012ft3,可滿足美國需求的29%。致密氣是指產自低滲透率巖石的天然氣,通常是砂巖。致密氣藏通常需要水平井或水力壓裂開采,或兩者同時進行,以達到經濟開采。從圖4可以看出,致密氣的生產其是有發展前途的,其未來有增長潛力。Rocky Mountains地區提供了大約45%致密氣產量,另外35%來自 Gulf Coast。Rocky Mountains在2003年產量超過Gulf Coast。

3.2 頁巖氣

頁巖氣產量約為1.7×1012ft3,可滿足美國需求的7%。正如它的命名,頁巖氣產自頁巖,也需要水平井或水力壓裂開采。由圖4可知,頁巖的增長速率在它的指數階段。顯然,Fort Worth盆地中的 BarnettShale是頁巖氣產量最大的地區, 2008年產量為1.4×1012ft3。在1993年與2008年間Barnett產出5.0×1012ft3頁巖氣,剩余儲量可能接近26×1012ft3。人們相信,目前32%的生產增長率是不會持久的,尤其在目前的高油價 (4美元/106Btu)情況下。一些研究人員估測可能達到6美元或更高。

路易斯安娜州西北部和東得克薩斯州的Haynesville Shale是目前天然氣市場的亮點。初始產量在15～20 MMcfd(1 MMcfd=106ft3)是正常產量。第一年的降幅達65%～80%。計算的天然氣可采量為34×1012ft3。每口井鉆至11 500～15 250ft需 7.5～9.5百萬美元的成本, Haynesville可能需要6～8美元/106Btu才可達到經濟開采。

在美國有20多個頁巖生產區,據估測,到2020年7個大的生產區的產量可以達到10×1012～14×1012ft3,這個預測可能太樂觀了。

3.3 煤層甲烷

煤層甲烷 (CBM)是指煤層基質中吸收的甲烷。在煤夾層中可能存在一些自由氣,這是煤開采中的危險因素,但目前它成了受歡迎的天然氣資源。圖4表明,CBM產量不像其他非常規能源增長得那么快。產量還不到峰值點的50%,目前產量是2.0×1012ft3/a,占需求的8%。1985年,產量只有 0.01×1012ft3。大約 80%的 CBM來自Rocky Mountain地區的San Juan和Powder River盆地。在過去的10年,CBM產量提高了38%。

3.4 甲烷水合物

甲烷水合物常作為非常規天然氣的未來資源被提及。它們代表著巨大的資源潛力,但一直以來達不到經濟開采的目標。無生產數據,也就無法進行Hubbert分析。

對其他非常規能源進行 Habbert可靠性分析還過早,因為在每個開采實例中,產量都很小,遠達不到中間點或峰值產量。

表1給出非常規氣儲量的一些早期預測。注意,這是技術可采儲量,不是必要的經濟可采儲量。隨著開發與發現的增加,報告儲量有增長的趨勢。2007年的一項研究公布頁巖的平均儲量為274 ×1012ft3,致密氣為118×1012ft3,CBM為88× 1012ft3,非常規氣的總量為480×1012ft3。

表1 非常規氣的技術可采量 (單位:1012ft3)

1996年,EIA預測2005年非常規氣的產量為2.5×1012ft3,2000年預測2005年非常規氣的產量為4.9×1012ft3;到了2003年末,預測為6.1× 1012ft3,而2005年的實際產量為8×1012ft3。

4 管道外輸天然氣

管道外輸天然氣主要來自加拿大,目前凈進口約3×1012ft3/a,可滿足美國12%的需求。這一進口量接近加拿大緊縮產量的50%。這里應用Hubbert分析來預測未來進口氣的份額。加拿大產量峰值2004年為6.6×1012ft3/a,2008年為5.9×1012ft3/a(圖5)。圖6給出了累積生產增長率,表明的最終累積量 (即紅線與x軸的交點)是280× 1012ft3。從 1995年至 2008年的 13年,數據與Hubbert理論相擬合。2008年末累積產量為170× 1012ft3,所以目前 Hubbert儲量為110×1012ft3。在過去的13年中,生產數據與直線吻合得很好。

圖5 加拿大天然氣產量

圖6 加拿大累積產量增長速率

圖7是加拿大的剩余氣儲量與時間的關系曲線。注意,官方估測的60×1012ft3儲量遠遠低于Hubbert的110×1012ft3儲量。圖8示出加拿大天然氣生產與消耗的趨勢。生產已達到了峰值產量,但消耗仍在增長。加拿大生產萎縮而同時需求增長,美國從加拿大進口天然氣量的增長,甚至是維持,似乎都不太可能。在相當長的一段時期內要改變這一狀況只有一個因素,那就是加拿大所報道的巨大的頁巖氣資源。

圖7 加拿大天然氣儲量

圖8 加拿大天然氣生產與消耗

5 LN G的進口

美國擁有著大量的LNG進口來源,約75%來自特立尼達島,運輸距離不長,而且該國的天然氣生產一直在增長,所以美國的進口量也會增長。美國其他的LN G進口來源國有著豐富的天然氣資源,且產量也在增長,所以美國未來的LNG進口量不會因為來源的短缺而受到限制。其他可能的限制條件,如運輸裝置和再氣化終端站,只要肯花費時間和經費就可以克服。

在過去的20年間,美國LNG的進口價格一直緊跟國內天然氣價格。日本,世界最大的LNG進口國,其LN G進口價格稍高一些。日本進口LNG的量是美國的9倍。

6 結論

盡管美國常規天然氣的產量迅速下降,同時需求日益增長,但美國非常規天然氣的生產增長迅速,足以保持美國天然氣總產量的穩定。供需之間的任何差異都可以通過從加拿大管輸天然氣與從特立尼達島船運LNG來得以解決。加拿大天然氣產量增長的潛力似乎受限,但加拿大擁有著巨大的未開采的頁巖氣資源,而且LN G的進口看起來更有前景。另外,LNG出口國的天然氣產量也在不斷增長,且儲量豐富。

基于歷史生產數據的天然氣儲量評價理論的有效性得到了證明。該理論最先由M.King Hubbert提出,Kenneth S.Deffeyes對其進行了解釋與擴展,尤其適用于大范圍鉆井與生產的大區塊,且該區塊的生產已達到了其峰值產量。該評價技術不適合單井或單個油田的應用,也不適合生產剛剛開始的小區塊。它在美國與加拿大的天然氣儲量評價中發揮了很好的作用。該評價技術對未來的儲藏發現與技術改進沒有做任何假定,也未考慮儲量增長因素,但該技術還不能應用于非常規天然氣資源的評價,因為它們的歷史生產數據還不充分。

資料來源于美國《World Oil》2009年10月

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.5.014

2009-04-26)