加拿大页岩气开发的挑战与解决方案

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：加拿大是世界第五大天然气生产国,其天然气产量占世界产量的5%。不过直到2009年加拿大大多数地区页岩气生产仍处于试验或早期开发阶段,经济危机期间,天然气价格的下降打击了开发者的热情。加拿大页岩气开发的规模不如美国,主要在于受到开发成本、开采技术、环境条件、废气废水处理等问题的困扰。这一退出行为使得加拿大的国际形象大受损害。

加拿大是世界第五大天然气生产国,其天然气产量占世界产量的5%。加拿大天然气产量主要来自加拿大西部沉积盆地,不列颠哥伦比亚省、阿尔伯塔省和萨斯喀彻温省,此外在安大略省、新布伦瑞克省、新斯科舍省、魁北克省、努勒维特地区也生成少量天然气。

21世纪初以来愈演愈烈的美国页岩气大开发热潮影响到这个邻国,加拿大工业界开始将勘探天然气的重点转向非常规天然气,包括页岩气和致密气。不过直到2009年加拿大大多数地区页岩气生产仍处于试验或早期开发阶段,经济危机期间,天然气价格的下降打击了开发者的热情。加拿大页岩气开发的规模不如美国,主要在于受到开发成本、开采技术、环境条件、废气废水处理等问题的困扰。

1.成本高昂问题

北美各地页岩地质结构不同,开采难度不同,成本也就不同。在加拿大,越来越多的企业根据当地页岩地质结构使用水平钻井和水力压裂技术。根据加拿大国家能源局的数据,水平钻井成本包括水平钻矿技术和所需的额外时间,采用重型水力压裂技术打一口井需要几天时间,在加拿大蒙特尼页岩区(Montney Formation)通常每口井成本需要500万到800万美元。在尤蒂卡页岩区(Utica Shale)预计成本为500万到900万美元。在霍恩河流域(Horn River Basin)每口水平井的成本超过1 000万美元。而针对生物页岩气钻探的垂直井的成本远远低于水平井,比如美国科罗拉多页岩(Colorado Shale)成本低于35万美元(Energy Briefing Note,2009)^[1]。

2.现有开采技术带来的环境问题

一是压裂技术需要大量的淡水资源,这意味着缺乏水资源的地区不具备开采条件。二是水平钻井技术的进步允许同一井场多达十个或更多的钻井生产密度,这不仅需要长达几公里的钻机,还需要大量淡水供应。且不说技术和水资源供应问题,单单处理废水就是一个大问题,因为钻井压裂技术需注入高盐或化学药剂等,存在大量废水的处理问题。三是页岩气中天然杂质在开采中可能会排放出二氧化碳(CO2),已经在一些页岩气地区测试出高碳痕迹。针对开采中的污染问题,加拿大政府已经提出了碳捕获和储存(Carbon Capture and Storage)或封存(Sequestration)的补救措施。

3.低成本的油砂开采

页岩气的开发动力受到另一种非常规石油资源——油砂开采的影响。加拿大油砂资源主要分布在阿尔伯塔省的阿萨巴斯卡(Athabasca)、冷湖(Cold Lake)和匹斯河(Peace River)。加拿大油砂开采历史悠久,不过大规模开采是从20世纪70年代开始。阿尔伯塔省是页岩气资源丰富的省,同时更是油砂资源丰富的省,其油砂资源占到加拿大油砂总资源的95%以上。根据阿尔伯塔能源与公共设施委员会2005年的数据,该地油砂地质储量约1.6×1012桶,已探明可采储量为1 780×108桶,最终可采储量3 145×108桶,可满足加拿大250年的消费需求(高杰,李文,2009)。

中东石油战争给发达国家造成的能源短缺刺激了加拿大对油砂的开采。1974年,在阿尔伯塔省政府支持下成立的阿尔伯塔油砂技术研究机构推动油砂开发技术的发展和开采成本的不断降低。到20世纪90年代,油砂每桶价格已经从70年代的35美元下降到13美元。而政府对油砂提炼合成石油方面的支持又进一步促使开采成本进一步降低,产量不断提高。油砂的开采使得阿尔伯塔省页岩气的开发退居其次。

图4-1显示的是2000年1月至2016年12月阿尔伯塔省天然气产量的情况,从图中可见,该省天然气产量总趋势在下降。2005年中国三大石油公司开始投入巨资,与加拿大的石油公司合作开发油砂资源,增加了油砂开采力度。不过,2013年,中石油旗下的凤凰天然气公司与加拿大能源公司(Encana)成立合资公司,开发该省中西部都沃内地区的页岩气资源,促进了阿尔伯塔省的页岩气开发。从图4-1可见,虽然2013年9月该省天然气产量掉入谷底,为266×106 m3/d,这以后波动上升,到2016年2月一度达到最高点301×106 m3/d,2016年12月虽然下降到约281×106 m3/d,但高于2013年9月。

图4-1 2000年1月—2016年12月阿尔伯塔省可销售天然气产量^[2]

4.国家应对气候变化计划的问题

1997年12月,《联合国气候变化框架公约》缔约方在日本制定了《京都议定书》,根据该议定书,39个工业化国家或地区(包括欧洲共同体)被要求在2008—2012年间将温室气体排放量在1990年的基础上减少5.2%,其中加拿大为6%、美国为7%。2001年3月,美国声称该议定书不符合美国国家利益,宣布退出议定书。2005年2月16日该条约强制生效,发达国家开始需要承担减少碳排放量义务,发展中国家则从2012年开始承担义务。2011年12月,加拿大面对由于没有认真采取削减温室气体排放的行动,2012年底将面临第一承诺期到期后约140亿加元(约合136亿美元)的罚款,加拿大宣布退出《京都议定书》,从而成为继美国之后又一个退出议定书的国家。这一退出行为使得加拿大的国际形象大受损害。

2015年12月,《联合国气候变化框架公约》在巴黎召开气候变化大会,近200个缔约方一致同意通过《巴黎气候协定》。该协定包括目标、减缓、适应、损失损害、资金、技术、能力建设、透明度、全球盘点等内容,提出将全球平均气温升幅与工业化时期相比控制在2℃以内,将温度升幅限定在1.5℃之内;各国以“自主贡献”的方式参与全球应对气候变化行动;从2023年开始,每五年对全球行动总体进展进行一次盘点,以帮助各国提高力度,加强国际合作,实现全球应对气候变化长期目标(孟小珂,2015)。加拿大和美国都签署了《巴黎气候协议》。

根据《巴黎气候协议》,加拿大的减排目标是2030年碳排放量应比2005年减少30%。为实现这一目标,加拿大联邦政府和各省采取了具体行动,包括对最终用户和排放量的大型工业企业征收碳税、加速煤炭淘汰、实施限额与贸易计划以及增加风能、太阳能、水能、天然气发电等措施。页岩气开采中的污染问题也被提到需要加以防范的措施中。

5.其他非常规能源的发展

加拿大非常规天然气中致密气比页岩气更早开发,技术也较为完备,且产量也较大。根据国际能源署(IEA)数据,2008年加拿大非常规天然气产量为613.93×108 m3,其中致密气533.27×108 m3,煤层气80.67×108 m3,而页岩气暂无统计数据。2009年页岩气开始有统计数据了,为8.03×108 m3。虽然其后页岩气产量增长很快,但远不能与致密气相比。2014年加拿大非常规天然气产量为860.41×108 m3,其中致密气产量为658.64×108 m3,占比84.8%;煤层气71.8×108 m3,占比8.3%;而页岩气只有59.35×108 m3,占比6.9%(图4-2)。

图4-2 2000—2014年加拿大非常规天然气发展状况

(根据IEA Unconventional Gas Forum数据计算制图)

加拿大页岩气开发的挑战与解决方案

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