面對新冠疫情與負油價風暴,頁岩油能浴火重生嗎?

  • 翁榮南/美國奧克拉荷馬大學地質博士,長期從事油氣探勘及有機地球化學研究,曾任台灣中油公司探採研究所所長。

今(2020)年初因新冠病毒疫情不斷延燒,連帶影響經濟,使石油需求大減,油價屢創新低,導致近年來快速發展的頁岩油產業被迫急速減產、受創嚴重,前景備受關注。頁岩油,是藉由水平鑽井與高壓液裂技術等開採手法,將散布在非油氣藏的地層中的石油採出。目前,美國因為頁岩油成為全球第一大產油國,改變石油市場版圖。

因油價大戰,導致油價下跌。圖/pxfuel

新冠病毒疫情衍生石油市場風暴

今年初 2019 冠狀病毒疾病(COVID-19)疫情快速蔓延,為了控制疫情,各國紛紛祭出鎖國、封城及限制外出等防疫措施,嚴重影響經濟活動,衝擊石油市場。全球的石油需求量疫情爆發前每天約 1 億桶,驟降 2500 萬桶。石油供過於求的現象導致油價崩跌,美國西德州中級原油(West Texas Intermediate, WTI)價格,由疫情前每桶 50~60 美元區間,3 月已跌到 40 多美元,跌幅近 30%。

為了挽救油價,石油輸出國組織會員國及同盟國(OPEC plus)緊急召開減產協商會議,但沙烏地阿拉伯與俄羅斯談判破裂,導致產量不減反增,引發油價大戰,油價繼續跌至 30 美元以下,創近年新低。

面對如此低油價,4 月的二十國集團(Group of Twenty, G20)會議在美國的斡旋之下,總算達成減產協議,自 5 月起 OPEC Plus 日產量先減少 970 萬桶。只是此次罕見的大減產仍不足以解決供過於求的問題,油價持續跌到每桶約 20 美元。 4 月 20 日油價再度暴跌,甚至出現史上前所未見的負油價。WTI 的 5 月期貨價跌到每桶 -37.63 美元,主要原因是原油供過於求,美國 WTI 原油期貨交割地奧克拉荷馬州庫欣區的石油儲槽容量不足。

頁岩油是本次的油價戰及負油價事件的關鍵。圖/wikipedia

這次的油價戰及負油價事件背後都與頁岩油有關。近年來,美國因頁岩油的成功,使石油日產量最高達到 1310 萬桶,其中頁岩油產量多達 960 萬桶,約佔 70%。而疫情風暴衝擊下,頁岩油產業的處境及展望備受矚目。

非傳統頁岩油氣與傳統油氣

頁岩油氣,顧名思義是賦存在頁岩中的石油天然氣,被特別稱為非傳統,是因為有別於長期以來傳統的油氣探採標的——地層中的油氣藏。石油天然氣是頁岩層(又稱為生油岩)中的有機質埋藏受熱所生成,頁岩中生成的油氣一部分會排放出來在地層中流動,其中有部分在適合的時空條件下聚集到地質圈閉構造內的儲集層,最常見的如孔隙率及滲透率良好的砂岩,形成一個富集油氣的油氣藏。

英國蘇格蘭的西洛錫安地區見證了早期頁岩油氣的榮景。圖/wikipedia

18 世紀中期石油工業出現後,探採業者不斷發展各種探勘及鑽採技術,大規模地上山下海探採油氣藏,因此,傳統油氣資源耗竭的隱憂揮之不去。

事實上,地層中除了聚集在油氣藏的油氣之外,有更多的油氣是散布在非油氣藏的地層中,包括殘留在頁岩內未排放出來的油氣,或排放出來賦存在孔隙率及滲透率較差的緻密砂岩層內。這些被歸為非傳統油氣的資源,因為技術上不易開採而不具經濟價值,一直不是業者的探採目標。

頁岩油氣的崛起

2000年代初,美國德州的石油業者在傳統的油氣藏日益枯竭之後拓展探採觀念,創新應用水平鑽井及高壓液裂技術開採油氣藏附近的頁岩層,取得商業性的成功。非傳統頁岩油氣探採一時蔚為風潮,油氣產量大增,對石油市場及經濟政治影響至鉅,甚至被譽為「頁岩革命」。因此,頁岩油氣儼然成為油氣資源耗竭夢靨的終結者。

1880 年至 2010 年間的油頁岩產量(以百萬公噸計算)。圖/wikipedia

其實,開採頁岩油氣與其說是場革命,稱為進化或許較為貼切。頁岩油氣是藉由精進的科技,成功拓展到較不易開採的新領域。傳統探勘油氣藏有如海底撈針,地質風險大、成功率低,但一旦找到,因為油氣富集密度高、孔隙率及滲透率佳,因此容易開採。

而頁岩油氣的探採目標,是油氣含量較高且容易液裂的頁岩層或緻密砂岩層,稱為甜蜜點(sweet spot),目標相對較大,探勘成功率高。但因為油氣層緻密,必須藉由水平鑽井增加與含油氣地層接觸的面積,再高壓液裂地層,同時注入添加劑支撐裂縫,才能釋出油氣。由於液裂穿透的地層範圍有限,單口井的生產率下降很快,生產壽命較短且產量有限,為了維持產量必須大量且密集的鑽井,因此頁岩油氣的生產成本,一般而言每桶 40~60 美元,較傳統油氣藏高,成為後來石油市場油價戰的起因。

美國在科羅拉多州的油頁岩開採設施。圖/wikipedia

頁岩油氣發展初期,大量的頁岩氣生產導致美國國內天然氣供過於求,氣價大跌,無利可圖。後續業者在 2010 年起轉而投入頁岩油,產量逐年增加,攪動既有的石油市場。而中東產油國面對新的競爭者,紛紛祭出以量制價的策略,企圖以低油價將頁岩油趕出市場,造成 2014 年油價崩跌。對此,美國頁岩油業者雖一度受到打擊而萎縮,但反而致力精進探採技術及優化鑽井生產作業提升產能,很快捲土重來,終於 2018 年締造美國成為第一產油國。此外,頁岩油氣開採技術也被應用在開採傳統油氣藏。

美國頁岩油氣快速發展的原因,除了最重要的技術創新應用外,其他還包括良好的石油地質條件、政府法令多方大力支持、企業強烈的企圖心、成熟的產業經營環境及充沛的市場資金等。各國豔羨美國頁岩油氣的成果,汲汲爭相模仿,但礙於缺乏上述的有利因素,至今仍少見完全成功。不過開採頁岩油氣可能造成環保問題,如汙染地層水和誘發地震等爭議也是影響發展的因素。

後疫情時代的頁岩油展望

新冠病毒疫情重擊石油業,尤其是頁岩油,除了重演油價戰爭,也讓業者提前感受到未來可能的經濟萎縮及能源轉型對石油市場的影響。對於石油的前途,引發石油需求高峰的議題,保守者認為現在已到達需求高峰,而樂觀者則認為在全球人口及生產總值仍不斷增加下,疫情後石油需求仍會回到原來的上升軌道,並預計最快在 2040 年達到需求高峰。

或許,石油及化石能源未來終將逐漸退場,不再是獨大的能源,但在石油世紀落幕與再生能源接軌前,仍將是經濟發展所不可或缺的一環,頁岩油在石油市場上也將是重要角色。

現階段頁岩油產業面臨大舉退潮,業務萎縮甚至重整及破產倒閉,無疑將有一段艱苦的日子。截至 6 月中,雖然疫情持續中,經濟活動已部分重啟,油價迅速回升到每桶 35 美元以上。而近期的探採投資取消、延後或縮減,使頁岩油鑽井平台數目持續減少,在沒有新鑽井填補舊井造成產能下降的情況下,將影響石油產量,刺激油價繼續回升。利之所趨,頁岩油經過汰弱留強,創新優化技術,勢必東山再起。

而美國不會輕言放棄自身這項得天獨厚的產業,頁岩油的故事也將持續下去。

 

 

〈本文選自《科學月刊》2020年7月號〉

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