页岩气带来的惊喜

21世纪最让人惊奇的故事之一就是天然气的崛起，就在十几年前，这种燃料还被认为是马上要耗尽了，而今它却变得既便宜又丰富了。这主要是一个从页岩中产生了天然气的创新的故事。直到2008年左右，能源专家们所持的传统看法仍然是，到21世纪初，在所有实用程度上的便宜的天然气供应将会消耗殆尽。石油和煤炭会持续得更久一些。此前人们反复地做着这种预测。1922年，由沃伦·哈定（Warren Harding）总统成立的美国煤炭委员会在11个月的时间里访谈了能源行业的500个人，并得出结论说“天然气的产量已经开始减少了”。1956年，石油专家哈伯特（M.King Hubbert）预测说，美国的天然气产量会在1970年达到每天生产380亿立方英尺的高峰，然后就会下降。实际上，当时已经达到了每天580亿立方英尺的产量，并且仍在增加。如今它的产量已经超过了每天800亿立方英尺。

最终的结果表明，这些预测错得十分离谱，原因有二。首先，美国在20世纪70年代基于天然气是稀缺的这一理论而对天然气施行严格的价格管制，有效地抑制了按正常轨迹发展的天然气勘探。开采公司把天然气当成是一件麻烦事，它们不是烧掉剩余的天然气就是停产停工，转而去追求石油开采。这确实导致了产量达到峰值，而很多人误以为这是储量耗尽的开端。不可思议的是，美国政府在20世纪70年代通过几项了措施，严禁可以获取到煤炭的任何公用事业利用石油或天然气来发电，严禁建设不使用煤炭的工厂。里根总统对天然气产业解除管制带来了产量的激增。

创新是导致21世纪的第二个十年出现天然气供应过剩的第二个原因。从整个美国来看，天然气和石油勘探公司开始寻找一些方法，以从每个油气田挤出更多产量，以及从油气不会自然流动的“低渗透”岩石中挤出油气。这导致了20世纪90年代在得克萨斯州意外地发现了“滑溜水”水力压裂法，通过与可以实现在岩石的缝隙内转向后，水平钻进几英里的水平井拐角技术相结合，这种方法可以把坚硬的页岩变成石油和天然气的巨大来源，而大多数碳氢化合物就储存在页岩中。再加上海上天然气，以及为便于海上运输而让天然气液化的能力，如今全球拥有天然气这种最清洁、最低碳以及最安全的化石能源的充足供应的原因就一清二楚了。

滑溜水水力压裂取得重大突破的关键地点位于沃斯堡（Fort Worth）附近的巴涅特（Barnett）页岩，那里有一个名叫乔治·米切尔（George Mitchell）的企业家，他的父亲是一名希腊牧羊人，由于给芝加哥提供天然气，米切尔变得富有起来。他拥有一个令人满意的固定价格合同。如果他搬到其他地方，那他就要降价。所以他竭力地想从巴涅特页岩中压榨出更多的天然气，他在那里有很多开采权。到20世纪90年代末，那里的产量日渐减少，所以米切尔能源（Mitchell Energy）的股价也日益下降，这使得米切尔个人陷入了困境之中，因为他承诺要做慈善事业，而这是靠以他的股份为抵押的贷款来支撑的。他的妻子患有阿尔茨海默症，而且他也有前列腺问题。按理说，这个78岁高龄的千万富翁应该十分理智，他应该像很多石油巨头们已经在做的那样放弃美国来减少他的损失。天然气的未来在海上，或在俄罗斯和卡塔尔。但是和很多创新者一样，米切尔并不理智，他一直试图让天然气从页岩中冒出来。

众所周知，巴涅特页岩富含碳氢化合物，但是它们并不能轻易地流动，所以需要在地下深处把岩石压裂，这样微型裂缝就会敞开。一项身负盛名的技术可以做到这一点，它利用凝胶来让裂缝敞开，并且让天然气漏出来。这种技术在一些岩石中非常奏效，但是在页岩中不太有用。为试着让这项技术在巴涅特油气田上也能够奏效，米切尔投入了2.5亿美元，却铩羽而归。

1996年的一天，米切尔公司的一个名叫尼克·斯坦斯伯格（Nick Steinsberger）的员工发现了一种有些莫名其妙的结果。他正雇用承包商向井下泵入混有大量沙子的硬化凝胶。但因为凝胶和沙子都很昂贵，所以为降低成本，他一直强迫提供服务的公司降低泵入洞里的混合物中凝胶和化学材料的数量，并在页岩中泵入更少的黏性物质。在这一天，凝胶太稀了，以至于它不能恰当地“凝固”。不过斯坦斯伯格还是把它泵到了洞中，并且注意到油气井的天然气产量出现了相当不错的激增。他又在更多的油气井中进行了尝试，也得到了类似的结果。在与来自另外一个公司的朋友——麦克·迈尔霍费尔（Mike Mayerhofer）一起观看棒球比赛时，他从迈尔霍费尔那里听到了类似的故事，在不同类型的岩石中，加入一点润滑油和更少沙子的水的效果非常不错，迈尔霍费尔提到的岩石就是得克萨斯州东部的致密砂岩。

所以斯坦斯伯格在1997年开始刻意地利用含更多水剂的配方，这种水剂基本上是由较少的沙子和非常少量常见的厨房水槽洗涤用品（基本上是漂白剂和肥皂）混合而成的，而非凝胶。他在三口油气井中进行了尝试，但并未奏效。“压力上升的太高了，这迫使我终止了水泵作业，因为滑溜水并没有像它在更具渗透性的致密砂岩中表现的那样把沙子带入到页岩中。”1998年初，他失望透顶，并且老板们已经做好了放弃巴涅特页岩的准备，他说服了管理层，让他再测试三口油气井。这回他在作业的工程中泵入了更多的滑溜水，不过大大提高了沙子的浓度。第一口油气井——“S.H.Griffin Estate 4”冒出了大量天然气，并且持续了几个月之久。他意识到自己已经发现了造价只有原来的一半，而且产量高达两倍的配方。这是偶然现象吗？并不是，其他两口井也产生了类似的结果。

斯坦斯伯格的突破改变了乔治·米切尔生命的最后岁月，在他出售自己的公司时，他已经是一个亿万富翁了。巴涅特页岩成为美国最大的天然气生产地。复制了这种做法的其他地方都在各种页岩中得到了同样的效果——路易斯安那州、宾夕法尼亚州、阿肯色州、北达科他州、科罗拉多州，然后又是得克萨斯州，不过它们都用后来的创新持续改进了斯坦斯伯格的方法。很快同样的技术也被用来提炼石油。如今美国不仅是全球最大的天然气生产国，还是全球最大的原油生产国，这完全要感谢页岩压裂革命。仅得克萨斯州帕米亚盆地（Permian basin）现在的原油产量就达到美国2008年全年的产量，同时比除伊朗和沙特阿拉伯之外的其他任何一个欧佩克（石油输出国组织）成员国的产量都要多。21世纪初，美国开始建设大型的天然气进口码头，如今这些已经变成了出口码头。廉价的天然气在美国的电力产业中已经取代了煤炭，因而其碳减排的速度比任何一个国家都快很多。这削弱了欧佩克和俄罗斯的地位，从而使得俄罗斯为捍卫其市场份额而支持反水力压裂的活动人士，这种做法在欧洲取得了很大的成功，因为在很大程度上来说，欧洲不准进行页岩探测。

2015年，为了让水力压裂破产，欧佩克蓄意地引发了廉价天然气和廉价石油的供应过剩，不过这产生了适得其反的效果，虽然它消灭了较弱的公司，但是却迫使幸存下来的公司不得不去解决如何在每桶原油60美元、50美元和40美元的情况下仍然具有竞争力。廉价碳氢化合物的可用性给美国的制造业带来了优势，因而使得化工行业迅速地“回流”美国，并造成了化工公司离开欧洲的高潮。有十几个国家基于日益飙升的化石能源价格而认为风能和核能看起来并没有那么昂贵，因而它们出台了一些能源政策，比如英国，这几乎在一夜之间成为代价昂贵的愚蠢行为。

为何这种革命会发生在美国一个过时的、石油和天然气已经枯竭且充分开采过的区域？在某种程度上来说，答案就在于产权。因为矿产开采权属于当地的土地所有者，而非国家，也因为美国并没有像很多其他国家那样，比如墨西哥和伊朗把石油公司国有化，在风险投资雄厚财力的支持下，美国存在着一种石油钻探观念，这种观念是竞争的、多元的和富有企业家精神的，并在“盲目钻探”的行业中有所体现。在产生正的现金流之前，早期的水力压裂法花费了大量的借入资金。一个关键的创新者在讲述这个故事时说道：

小公司通常在从土地所有者那里租借开矿权方面占有先机，因为他们与土地所有者的互动通常更加私人化。很多小公司趋之若鹜地追求页岩气生产，因而导致了大量的各种各样的钻探和完井方式得以实践，并且在众多盆地中得到了测试。这些“实验室”导致了（开采技术的）持续改善，并且促成了经济上的成功。

所以在水力压裂法上，反复试验对于创新来说是至关重要的。斯坦斯伯格犯了一系列幸运的错误，在此过程中也失败多次。当他发现了这种配方时，他也不知道为何这种配方会奏效。地震专家克里斯·怀特（Chris Wright）很快对此做出了解释。怀特是顶峰矿业公司（Pinnacle）的一个工程师，该公司正利用新的倾斜仪设备来帮助米切尔公司追踪地下水力压裂的进展，怀特指出滑溜水压裂产生了多条裂缝的大型网络。他在20世纪90年代初开发了一个多条裂缝同步增长的模型，“水力压裂领域所有守旧的人都对这个模型嗤之以鼻，因为他们坚信多条裂缝总是会迅速地合并成一条单一的裂缝”。最终证明怀特是正确的，加压水在岩石中产生了交叉的裂缝，从而极大地增加了接触到沙子的表面积。裂缝在一个方向会蔓延一英里或好几英里，而且在轴线的两侧都会伸展数百米。在这个例子中，科学紧跟在技术后面，而非相反。将启动这种创新的功劳归功于联邦政府的近期尝试通常都不得要领。是的，很多研究是在政府实验室完成的，但是大多都发生在与天然气行业的合约范围内，因为在很大程度上来说，这些地方有像米切尔和现在已经是这个行业的领袖之一的怀特这样的创造了这种研究需求的企业家。

起初，环保分子们热烈欢迎页岩气革命。2011年，参议员蒂姆·沃思（Tim Wirth）和约翰·波德斯塔（John Podesta）将天然气热忱地视为“最清洁的化石能源”，他们写道水力压裂法“创造了前所未有的机遇，并将天然气作为通往21世纪能源经济的桥梁燃料，而21世纪的能源经济是依赖于效率、可再生能源和诸如天然气这样的低碳化石能源的”。全球护水者联盟的掌门人小罗伯特·肯尼迪（Robert Kennedy，Jr）在《金融时报》（Financial Times）的文章中写道，“短期来看，天然气是‘新’能源经济的一种显而易见的桥梁燃料”。然而，很明显的是，这种廉价的天然气意味着这个桥梁会很长，因而给可再生能源产业的可行性带来了威胁。（行业的）自私自利使得肯尼迪撤回了他适时发表的看法，转而将页岩气称为“大灾难”。

在水力压裂法开始的腹地（得克萨斯州、路易斯安那州、阿肯色州和北达科他州）反对者甚少。大量的空地、石油钻探的悠久传统以及勇于尝试创业的文化确保了页岩气革命即便在当地的抗议活动下，也未受太多阻挠并蓬勃发展起来。但当它扩散到东海岸时，页岩气突然开始招致了反对，先是宾夕法尼亚州，随后是纽约，环保人士在反对党的支持下找到了筹款，通过雇佣一些知名明星，包括像马克·鲁法洛（Mark Ruffalo）和马特·达蒙（Matt Damon）这样的好莱坞演员，这股潮流的步伐加快了。有关供应有毒的水、管道泄漏、废水污染、放射性、地震和额外的交通堵塞的指控越来越多。就像铁路刚出现时那些初期的反对者们指责火车让马匹放弃了它们的马驹子一样，在对页岩气行业的控诉方面，任何指责都是十分荒谬的。因为每一种恐慌破产之后，新的恐慌就会出现。尽管成千上万口燃气井提供了数以百万计的从事“水力压裂”的工作岗位，但是它所带来的环境或健康问题极少且轻微。

[1] 1立方英尺=0.028 316立方米。

[2] 即水平钻井转向。——译者注