美国为什么能够从依赖进口到“能源自给”

石油和天然气，在人类经济社会的日常运转中，扮演着“牵一发而动全身”的角色。在人类不到两百年的石油利用历史中，围绕油气资源所发生的恩恩怨怨数不胜数，一些冲突甚至演变成了战争，在人类文明的发展史上留下了惨痛的记忆。作为油气工业发轫之地的美国，曾在20世纪60年代失去了世界油气生产霸主的地位，在相当长的时间里，中东是世界油气生产的“心脏”。

然而，人的认知有时是滞后的，当我们想当然地认为中东已然稳坐世界油气“大哥”的位子时，美国正悄然夺回往日的荣光。近十几年来，美国摆脱了依赖能源进口的状况，迅速实现“能源自给”，重塑世界能源市场，并给既有的地缘政治格局造成了冲击，导致了今天油气生产国之间更加激烈的厮杀。为什么美国能够实现这一“华丽的转变”？这一切的背后，是页岩革命给美国带来了油气产量的井喷，使其成为世界第一大石油和天然气生产国的故事。

反观中国，2019年石油和天然气的对外依存度分别为72%和43%，能源缺口巨大。在2016年3月和9月发布的“十三五”规划纲要和页岩气发展规划中，中国政府明确将页岩气开发作为2016-2020年的重点工程，G20杭州峰会后又将天然气官方定调为“主体能源”。美国作为全球天然气行业的领导者，在页岩气领域具有较长的发展历史和丰富的发展经验。因此，归纳和总结美国页岩气革命的经验对完成我国页岩气“十三五”目标具有重要意义。

一、页岩气革命的发展轨迹

美国是最早进行页岩气研究和开采的国家。北美最早的页岩气井于1821年美国东部纽约州开发。1926年，阿帕拉契亚盆地成功实现了页岩气的商业开发。20世纪70年代中期，美国页岩气步入规模化发展阶段。美国米切尔能源公司从1981年开始在美国德州巴涅特页岩进行液体压裂开采，并于1991年和美国政府合作进行水平钻探和压裂技术等新技术的开发和应用。1998年该公司水力压裂工程师施泰因斯贝格尔发明了“润滑水压裂法”，大大提高了页岩气产量。21世纪初随着水平钻井技术和3D地质成像技术的成熟，页岩气开采的效率得到了进一步提升。

这一系列的技术创新，源自美国石油天然气领域的8000家企业。由于大型跨国油气公司早已把战略重点转移到利润丰厚的海外，美国的天然气产量中有85%是由中小公司生产，而市场化的商业环境和激烈的竞争促使众多中小企业不断进行技术创新，这成为美国页岩气开采技术快速发展的主要推动力。当页岩气技术成熟后，油气巨头们纷纷掉转枪头，重返美国。由于中小型独立油气开发商在技术革新行动上更灵活和大胆，而大公司在长期性和财务上更稳健和强大，因此，在当时出现了许多中小公司取得技术和产业突破，大公司对中小公司进行收购和注资的现象。这极大地整合了资源，丰富和完善了产业链，促进了美国页岩气产业的快速发展。

直到2009年，美国取代俄罗斯，成为全球第一大天然气生产国。2012年，奥巴马在国情咨文中指出，“美国政府将采取一切可能的措施，安全地开发页岩气” 。紧接着在两年后的国情咨文中，奥巴马正式提出了“以继续增加天然气供应为主、发展低碳经济”的战略。特朗普则在多个场合表示美国将努力加大对自身油气资源的开采力度，取消对页岩气在开采、使用方面的限制。随着能源自给率的不断提高，美国有望在2030年前实现“能源独立”。世界油气中心正从中东地区“西移”至与美国地理位置相近的南、北美洲。

二、页岩气革命成功的原因

美国页岩气革命的成功主要有三个原因，第一个原因是美国政府的支持。20世纪80年代以来，美国政府已经累计投入超过60亿美元用于页岩气产业。政府的支持主要是通过优惠政策、科研投入和监督管理三方面来实现。（1）优惠政策。美国对页岩气的补贴始于1976年东部页岩气项目，1978年对页岩气和致密气进行从率的税收减免和从价的现金补贴，1980年出台暴利税法案，其中第29章对非常规天然气生产税优惠政策进行规定；1990年德克萨斯州免除了页岩气勘探开发的生产税并对相关投资进行事先补贴，1997年和2006年政府延长了对页岩气的补贴期限、调整了补贴力度，2004年联邦政府又提出了为期十年的页岩气补贴政策。据估计，最初美国页岩气开发利润的30%左右来自政策优惠。(2）科研投入。20世纪70年代，美国矿产局与美国能源技术实验室联合发起的东部页岩气项目奠定了定向钻井技术的基本雏形；美国能源部与通用电气合作开发的金刚石短钻头提升了页岩层钻井效率。此外，美国页岩气商业化的先锋——米切尔能源公司——也得到了政府的大力支持，公司采用政府机构早期研发的各种技术平台，并得到美国煤气研究所的直接资助，从而建立了第一座水平井。(3）监督管理。美国通过联邦政府、州政府、地方政府三个层级对天然气市场进行监管。在联邦政府层面，环境保护局主要负责执行相关的法律法规；在联邦政府的监督下，各州政府对页岩气开采进行管制；同时，地方政府也会对页岩气开采设定额外的要求。这种严密的监管机制有利于市场稳定有序地发展。

美国页岩气革命成功的第二个原因是拥有充分开放的资本市场。由于页岩气藏开发具有气层压力低、单井日产量较低、采收率低的“三低”的特征，单井的开采风险远大于常规油气田，开发成本也远高于常规油气。但页岩气单口井的开采寿命和生产周期比较长，一般为30-50年。因此，与常规天然气关键在“找气”不同，页岩气开发的关键在“采气”。要尽可能地提高页岩气产量，就需要开发远多于常规气田的生产井，一旦有大规模资金支持就可以在较短时期内实现规模化发展，例如美国德州巴涅特地区就建有约14000口页岩气井（直井占30%，水平井占70%），而单口井的成本就在200万美元以上。综上所述，页岩气属于技术密集型加资本密集型的产业，需要大量的资金支持。政府的支持加企业的创新使得页岩气技术成功商业化，这极大吸引了美国国内资本和国际资本，两种资本的结合推动了页岩气生产的规模化。自2008年以来，美国页岩气项目共吸引投资1337亿美元，其中国外资本260亿美元，参与控股美国21个页岩气项目，这是美国近年来成功吸引外资回流的典范。国际能源署预测这一投资趋势在10年内将得以保持。

页岩气革命成功的第三个原因是日益强劲的天然气需求。一方面，在产生相同能量的情况下，天然气的二氧化碳排放量分别是煤炭和石油的56%和71%，氮氧化物的排放量为煤炭和石油的20%，二氧化硫和粉尘颗粒的排放量几乎可以忽略不计，因此天然气被视作一种较为清洁的能源。在环境保护意识日趋增强的今天，各国政府纷纷对碳排放进行限制，这使得各国对天然气的需求量猛增。另一方面，天然气在各种应用领域的效率均保持较高水平。天然气冷热电三联供（DES/CCHP）的能量综合利用效率可超过80%，大大高于火力发电35%的平均能量利用效率。考虑到天然气的清洁性和高效性，美国在发电方面用其替代了石油和煤炭。而在交通运输部门，天然气除了通过发电来为电动车辆提供动力，还可以直接为压缩天然气和液化天然气车辆提供原料。此外，美国是发展天然气化工最早的国家，产品品种和产量居世界首位。美国化工行业所消耗原料和燃料总量的一半以上均来自天然气，主要用于生产甲醇、乙炔以及合成氨，并进一步制造化肥、农药、塑料、纤维、染料、涂料、香料、医药和饲料等工业产品。而陶氏化学等化工企业近年扩大在美产能，这也大大提高了天然气的需求量。

美国页岩气革命的成功诠释了科学技术是第一生产力的内涵。米切尔公司的工程师利用水力压裂技术将页岩分裂成本从原先的25-30万美元成功降低到10万美元，这项技术突破被认为是页岩气具有商业竞争力的里程碑。而另一项关键技术——水平定向钻井作业则可以减少钻井对环境的影响并提高采收率。页岩气水平井开采技术和压裂技术的进步使美国页岩气单井产量迅速提高，同时使单产所需投入降为传统天然气井的62.5%，而在页岩气开采的重镇德克萨斯州，水平井的单产所需投入更是低至传统直井的0.3-0.5倍。由于成本的降低和产量的提高，美国页岩气每立方米的开采成本已由2007年的0.073美元下降至2010年的0.031美元，仅为同期常规天然气开采成本的六成，随着技术的进一步发展，页岩气的开采成本有望下降到常规天然气的45%。新的技术使得页岩气和新探明的常规天然气可供美国消费100年甚至更久。

美国页岩气革命最直接的影响是增加了油气产量。由于页岩技术的使用，21世纪10年代美国天然气总产量与21世纪头十年相比增加了10亿桶油当量，超过了20世纪70年代的峰值，其中非常规天然气的比重从33%迅速提高到72%。随着油气巨头们对页岩技术的掌握和改进，美国页岩气的前景将更加光明，预计21世纪20年代美国天然气的产量将再增加10亿桶油当量，达至惊人的51亿桶当量，其中八成以上是非常规天然气。同时，页岩气革命也提高了美国原油产量。页岩气与常规天然气相比，天然气凝析油（NGLs，编者注：一般指轻烃液体燃料，是一种洁净、价廉的新型液体燃料，属石化行业的副产品）含量更高，在具有较高天然气含量的页岩区带，仅开采天然气凝析油就能实现盈利。美国天然气凝析油的产量受惠于页岩气革命，从2005年的1.1亿吨增长至2010年的1.4亿吨，使同期美国原油产量从3.1亿吨增长至3.5亿吨，贡献了75%的原油增量。到2010年，凝析油占北美原油产量的比例达到了40%，由此可见，页岩气革命同时增加了美国原油的供给。

美国页岩气革命还在经济、政治、自然与社会等方面给美国带来了众多影响。在经济与社会方面：廉价页岩气的充足供应改变了美国相关行业的经济效益，增强了其国际竞争力。美国低能源成本优势既抵消了中、印等发展中国家劳动力成本低的优势，又抵消了德、日等发达国家生产效率高的优势，加速了美国制造业回流。同时，能源价格和进口油气量的降低，削减了美国贸易和能源赤字，减少了美国家庭能源支出（人均开支降低1000美元/年），从而提高了美国社会消费能力，促进了美国经济复苏，加强了美国经济安全。页岩气开发有望使美国GDP额外增长0.5-3个百分点，并且大幅度增加政府税收。在社会效益方面，页岩气及相关产业的繁荣大大提振了美国就业市场。据估计，美国由此新增了逾170万个工作岗位，到2020年有望进一步增加300万个就业岗位，并且这些岗位的薪水将高于美国平均水平。

在能源安全与地缘政治方面：首先，随着油气产量提高，能源对外依存度下降，美国逐渐实现了2001年小布什在《国家能源政策报告》中提出的“保证美国外交政策永远不会被外部能源供应者胁迫”的承诺。其次，通过降低能源价格来打压俄罗斯、委内瑞拉、伊朗、中国等政治对手的影响力，从而削弱OPEC国家和欧盟的地缘政治优势，巩固其全球战略主导地位。同时，美国在中东地区实施必要的战略收缩，降低对中东事务的关注和介入的力度，顺应世界能源战略格局和经济重心东移的趋势，全力实施“重返亚洲”战略。此举一方面可以直接积攒实力制约中国在亚太地区的崛起，另一方面在中东制造权利真空，导致局势的进一步恶化和ISIS等恐怖组织的滋生，从而间接影响从中东进口大量石油的中国的能源安全稳定性。此外，渴望获取页岩技术的国家必须和美国合作，增加了美国的政治筹码和盟友数量。最后，页岩气革命优化了美国能源结构，减少了温室气体排放，这增强了美国在全球气候议题上的主导权和话语权，体现了美国社会应对全球气候变化的信心和责任感，有利于美国在国际气候谈判中压迫中、印等发展中国家接受西方减排条件，从而实现抑制他们崛起的目的。

四、页岩气革命的启示

美国页岩气革命的成功给我们带来以下四点启示：

第一，市场化和商业化是美国实现页岩油气重大突破的关键。在美国，天然气生产、运输和销售活动之间没有互相牵制，第三方同样有权竞标将天然气运往下游市场的运输业务，这保证了天然气生产商和用户对管道拥有无歧视准入条件。因此有数千家公司活跃在页岩气产业，从而确保了页岩气勘探开发主体的多元化。而在许多发展中国家，国有石油公司或市政工程公司拥有天然气供应基础设施的垄断权。

第二，政府在页岩气开采和运输方面提供了详细准确的地质普查数据并进行科学的天然气管网设施建设。美国拥有详细的地质构造记录和油气井开采记录，天然气开采公司也需要公开其钻井平台的产量数据，这些对开采石油和天然气至关重要的数据都可以在美国各地图书馆获得。基础数据共享产生的正向外部性有利于企业特别是中小型企业发现优质的天然气井。此外，美国拥有40多万公里的天然气管道（中国在2014年时拥有6万公里天然气管道，年均增长约 0.5万公里，2017年总里程为7.72万公里），天然气管网设施较为发达，这弥补了天然气和石油相比较难运输的缺点。

第三，健康的金融市场为页岩气开发提供充足的资金支持，是美国页岩气革命成功的经济保障。由于非常规油气具有低丰度低品位的特点，必须依靠多井、低产和大量打井来获得产量和效益，在开发初期回报率不一定理想，因此需要大量的资金投入。从勘探启动阶段到早期开采阶段，再到商业化开采阶段，美国大概用了30年的时间。技术突破与成本控制是实现美国页岩气资源规模化商业开发的关键。依据美国经验，页岩气开发的经济可行性很大程度上依赖于钻井与完井费用的支出，专家访谈信息也表明页岩气钻完井成本支出占据开发总成本的60-80%左右。因此，美国页岩气革命的成功离不开成熟、有耐心、有远见的投资者们的长期支持。

第四，大型公司与中小型公司的合作，促进了美国页岩气产业的快速发展。自1999年以来，三分之二的油气发现仅仅来自于五家私人石油公司——英国石油、埃克森美孚、壳牌、雪佛龙和道达尔，他们都活跃在美国页岩气市场，并且在非常规资源开发上投入了公司总体资源的50%-70%。在中长期重大项目中，埃克森美孚非常规资源占比高达91%。壳牌在建项目中，非常规油气产量占比88%。大型公司的勘探与开采业务外包给小型公司，并在不同技术领域的革新上给予数千家中小型独立油气开发商稳定的支持，既丰富和完善了产业链，同时也促进了美国页岩气产业的快速发展。这种合作方式值得中石油、中石化和中海油等国有大石油公司的借鉴和重视。

本文摘自《页岩能源革命：全球石油天然气产业的兴衰与变迁》（龚斌磊/著，浙江大学出版社）第二章《美国能源独立与页岩气革命》，澎湃新闻经授权刊载，标题为编者所拟。