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什麼是頁岩氣革命?開採背景與起源-《頁岩氣》

為何時至今日,全世界均大力推動開採頁岩氣這類「非傳統石油與天然氣」?其背景因素即來自石油開採環境的轉變。由於易開採的傳統石油(easy oil)蘊藏量減少,使得原油價格進入危險高價區。在這樣的情況下,掌握將近80%易開採傳統石油蘊藏量的國營石油企業(National Oil Company, NOC),不得不面對蘊藏量愈來愈少的事實,將開採目標從「傳統」轉至「非傳統」的石油與天然氣。

「非傳統」的石油與天然氣,是由藻類與浮游生物等腐泥物質所組成的,主要源自形成石油碳氫化合物的「生油岩(source rock)」。

開採傳統天然氣時,只要在地下鑽孔,自然就會噴出地上。相較之下,非傳統天然氣則是以吸附或游離狀態殘留在岩石夾層中,其特徵便是開採不易。不過,近年來隨著開鑿技術進步,已擴大非傳統天然氣的產量。

圖1-1是J.A. Master在一九七九年提出的「天然氣資源量三角構造圖」。根據圖示,非傳統天然氣資源主要有三種,分別是緻密地層天然氣(tight-gas)、煤層氣(Coalbed Methane Gas, CBM)以及頁岩氣。儘管它的資源量比傳統天然氣豐富,但是賦存環境則比傳統天然氣惡劣,因此必須具備先進的技術,並且要求一定水準以上的天然氣價格。

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此外,橫跨美國田納西州與阿拉巴馬州的恰塔努加(Chattanooga)沉積盆地,如圖1-2所示,已經證實蘊藏「三大非傳統天然氣」。

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其中頁岩氣就殘留在地下100~2,600m的堅硬薄片狀、且易剝離的頁岩(Shale/照片1-1)中。地溫上升時,頁岩中的有機物質會產生天然氣,再加上水的滲透與細菌作用的關係,將天然氣封存於奈米(10-18m2)級的岩石細縫中。由於儲集層裡有足夠的熱能,因此頁岩中的天然氣主要是乾性天然氣(dry gas),其特徵是雜質含量極少,不必另外分解出液體成分。

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如前所述,傳統天然氣只要在地下鑽孔,自然就會噴出地上。但是非傳統天然氣則是以吸附或游離狀態殘留在岩石中,氣體難以流出,不容易從地下開採。

由此可知,頁岩氣相較於傳統天然氣資源,也是極難開採的。但是進入二○○○年代,美國在開採技術上有了突破,相繼研發出水平鑽井(Horizontal Drilling)與水力壓裂(Hydraulic Fracturing)等技術。也就是將500~1,000氣壓的壓裂液打進頁岩,製造約10-14m2以上的裂縫,釋出岩石中的天然氣。美國透過這項先進技術,使頁岩氣得以進入商業化量產的階段。到了二○○八年,包括頁岩氣在內的非傳統天然氣產量,已超過美國天然氣總產量的50%,天然氣產量因此超越俄羅斯,高居世界第一。這就是所謂的「頁岩氣革命」。

有關頁岩氣的性質、特徵以及對市場的影響,概略整理如下所述。雖然日本對頁岩氣的商業化量產期待並不高,仍然有必要在二○一三年繼續在秋田縣進行開採實驗計畫。


什麼是頁岩氣?(Q&A)

問題1. 頁岩氣是什麼樣的天然氣?其性質、特徵為何?與液化天然氣有何不同?

  • 主要成分中,90%以上是甲烷的天然氣。
  • 日本進口的液化天然氣(LNG)是以含有少量乙烷、丙烷的高熱值LNG(>1.085BTU/cf)為主流。而頁岩氣則屬於低熱值。

問題2. 頁岩氣以何種形式存在哪裡?有顏色嗎?

  • 頁岩氣殘留在地下100~2,600m的堅硬薄片狀、且易剝離的頁岩(Shale)中,屬於泥岩的一種。深埋在地底下的頁岩受到壓密作用,使生成石油與天然氣的原始物質經由熱分解產生天然氣,封存在岩石中的細小裂縫(天然氣的滲透率若是10-18m2,便無法直接取出)。進入二○○○年代,相繼研發出開採天然氣的新技術(水平鑽井、水力壓裂、微震監測),以高壓的壓裂液(500~1,000氣壓)在岩石中製造人工裂縫,藉此釋出天然氣。使用水力壓裂技術時,一座井坑會需要大量水(3,000~10,000m3),因此確保水源與井坑排水問題成為這項技術的重要課題。
  • 天然氣是無色的。

問題3. 頁岩氣蘊藏在世界上哪些國家的什麼地方?

  • 全球資源量約16,000Tcf,從地下開採出來的20%蘊藏量已達到3,200 Tcf。北美洲的資源量約3,800 Tcf,其中美國的蘊藏量在500 Tcf以上,加拿大也已開始生產。中國與歐洲尚在評估商業化量產的可行性。
  • 二○○九年,全球天然氣剩餘蘊藏量經確認為6,400 Tcf(美國為240 Tcf)。

問題4. 美國為何在近年來大力開採頁岩氣?產量多少?

  •  由於美國易開採的傳統天然氣蘊藏量減少,進口自加拿大的天然氣也銳減。儘管考慮進口液化天然氣,但是目標轉向國內資源量豐富的頁岩氣。
  • 開採技術相關知識成長快速,天然氣價格低廉。
  • 二○○八年,全球天然氣消耗量為106 Tcf(美國23 Tcf、日本3.3 Tcf)。美國頁岩氣產量為1.7 Tcf(達日本消耗量半數以上)。
  • 此項技術革新也稱為「美國的頁岩氣革命」。美國的非傳統天然氣產量超過天然氣總產量的50%。美國的天然氣產量(二○○九年達到21 Tcf)已超越俄羅斯(20.5 Tcf),高居世界第一。

問題5. 美國的頁岩氣革命對世界的影響?日本的情形如何?

  •  相同熱值的化石燃料中,天然氣的二氧化碳排放量相對較少(煤炭10:石油8:天然氣6),因此市場對增加天然氣供應量寄予厚望。
  • 一旦提高天然氣供應量,有助穩定天然氣價格。
  • 日本的地質年代並不久遠,對頁岩氣的商業化量產期待不高。

由此可知,頁岩氣在近年來已對全球能源市場造成極大衝擊,一舉成為次世代新能源。

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本文摘自《石油之後,主導人類未來100年命運的新能源霸主:頁岩氣》,由臉譜出版

 

 

 

 

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