文/藍弋丰

美國現在最夯的能源話題是頁岩油,什麼是頁岩氣與頁岩油?

讓我們來複習一下地球科學,當河流夾帶著沉積物流入大海,一層層的堆積在海床上,滄海桑田,這片海床受到重力或地球板塊運動的擠壓,在高溫高壓下被壓成了岩石,稱之為沉積岩,其中,一層層的節理分明,可一片片剝下來,像一張張書頁的,稱之為頁岩。

頁岩層既然是古代沉積物堆疊成的,裡頭自然也有很多古代生物的化石,若沉積物中含有大量古代微生物,在造岩的過程中,有機物受到高溫高壓分解,就可能產生天然氣或是石油,蘊藏於頁岩層的裂縫與孔隙之中。

圖說:考古學家一片片剝開頁岩找尋其中的化石。台灣的山上也有相當多頁岩,隨手敲一敲就能一片片的一直剝開,非常有趣,不過石片很銳利,小心別割到手。

這些頁岩層中的天然氣與石油蘊藏量雖大,在過去卻被認為沒有開採價值,因為頁岩層一片一片的構造,讓鑽探者挖個洞只能採到一點點,直到水平鑽探與高水壓裂岩的技術成熟,才有了可便宜且大量開採頁岩中天然氣與石油的辦法。

整個美國中西部在恐龍時代都是一片淺海,後來才浮上來成為陸地,可以想像整片美國中西部擁有大量的含油與含天然氣頁岩分布,在應用開採新技術後,首先開創了天然氣的新紀元,美國的天然氣降到難以致信的新低價位,產業界稱之為「天然氣爆發」、「天然氣革命」,這股天然氣就被稱為「頁岩氣」。

圖說:北美含油、氣頁岩層分布,資料來源 EIA

同一方法,也應用在開採頁岩層中的石油,受惠於「頁岩油」,美國原油產量在去年 11 月創下每天 700 萬桶的紀錄,而且產量還在持續上升,由於美國擁有大量含油頁岩層,「頁岩油」將對全球石油市場產生相當可觀的影響。

  • 何謂水平鑽探與高水壓裂岩?

以往鑽油井都是垂直往下鑽,水平鑽探的技術是鑽到一定深度以後,鑽頭轉個彎,轉往橫向鑽探,這樣一來,可以鑽探不便於設立油井之處,譬如說如果油礦在城市的正下方,就從旁邊的郊區打洞鑽探,再從地底轉彎過去;水平鑽探還能往四面八方伸展,因此能只在地表上打一個洞,卻在地底下橫向伸展鑽探很大一片地區。

圖說:水平鑽探,我的鑽頭會轉彎

有了水平鑽探的技術,鑽探業想到藉此打破頁岩節理的辦法:往平行頁岩層的節理方向鑽進去以後,以成形炸藥垂直於鑽孔方向打洞,如此一來就能垂直打穿頁岩層節理,接下來,注入含有沙粒的高壓水,經鑽孔從打洞處灌入,水壓沿著頁岩層的節理讓頁岩一片片的裂開。

下一步是把水抽回,當水抽出來時,水中沙粒卡住裂縫,使裂縫不會關閉,於是就留下密密麻麻的裂隙通道,讓整大塊岩層中的天然氣或石油都可以經由一個鑽孔開採出來。

高水壓裂岩的技術也仍在持續進步中,許多以往用舊技術裂岩過的岩層,使用新技術重新裂岩,還能再取得更多天然氣或石油。

  • 美國頁岩油改變全球局勢

頁岩油又大致分為兩種,一種是呈液態可流動的輕原油,可以直接經水平鑽探與高水壓裂岩採掘;較黏稠,或甚至近於固態的重原油,則需要注入高熱蒸汽,加熱攝氏 500 度,使它可流動後才能採掘出來。目前美國開採的頁岩油屬於前者。

許多學者對頁岩油熱潮潑冷水,指出雖然北達科達州與蒙大拿州的巴肯頁岩層,與德州的鷹福特頁岩層,總共估計有 7,000 億桶原油藏量,科羅拉多州的綠河頁岩層更有高達 2 兆桶,不過其中大多是重原油。巴肯與鷹福特頁岩層之中只有 1~2% 是可開採的輕原油,綠河頁岩層更幾乎全都是重原油。

但即使如此,頁岩油已經產生相當大的影響,石油輸出國組織 (OPEC) 密切注意美國頁岩油的發展,在 2013 年 3 月發表的報告中,預估美國頁岩油會導致對 OPEC 石油需求每日減少 10 萬桶之多,OPEC 預期 2013 年全球對 OPEC 各國的石油需求為每日 2970 萬桶,少於 2012 年的 3010 萬桶,主要就是受到美國頁岩油的排擠。

國際能源總署 (IEA) 更預測美國因此會在 2020 年時,成為超過沙烏地阿拉伯的世界第一大產油國,美國能源情報署 (EIA) 也預測 2020 年美國石油生產在頁岩油 (輕原油) 的加持下達到高峰。

圖說:美國石油生產量預測,EIA

受到頁岩油、氣大量生產,以及美國其他能源政策的影響,美國進口能源佔美國總能源需求的比例直線下降,2007 年還佔 29%,2011 年只佔 19%,EIA 預估到 2040 年將僅佔 9%,此外,頁岩氣將使美國自 2016 年起就成為天然氣出口國。美國即將從能源進口大國轉變成為能源自給國,甚至成為能源輸出國。

這影響的不只是全球油價而已,整個全球的戰略局勢都將因此大地震,中東的重要性將下降,而美國將以大量且相對低價的本國能源加速製造業回流的既定政策,以製造業出口美國為主要經濟模式的所有國家都將受到重大衝擊。

  • 頁岩油的環境影響

頁岩油對美國的國家能源戰略來說是張超級王牌,不過環保團體則對頁岩油有諸多憂慮。首先,高水壓裂岩用過的水,會把地底的放射性物質與其他污染物一起帶上來,這些水若沒有經過適當處理,會污染環境,甚至可能污染地下水。

環保團體更擔心豐富的頁岩油,成為燃料後將加劇溫室效應,據估計,美國頁岩油若全數燃燒,產生的二氧化碳,將可能讓全球暖化攝氏 2 度。而頁岩油大量存在的事實,也可能降低人類對可再生能源的追求,減緩綠能技術的開發速度。

  • 頁岩油的小啟示

能源產業近年來新技術發展令人目不暇給,讓許多觀念天翻地覆,也使許多能源專家變成丑角。美國頁岩油熱潮興起也引發了能源論戰,在論戰中,有美國石油專家抱持舊論,認為「就算用核彈轟炸也沒辦法讓頁岩層產油」,由於美國早已開始生產頁岩油,專家馬上成為笑話。

也有許多專家低估高水壓裂岩技術,因為高水壓裂岩技術早在 1940 年代起就發展了,當時的技術水準完全不足以造成深遠影響,這些專家們熟悉的是當年的舊情形,殊不知產業界高水壓裂岩技術已經進步相當多,專家們的舊知識已經過期,成為資訊垃圾。

美國可以從能源進口大國變成輸出國,專家可以一夕間變成丑角,這給我們許多啟示,在變動的年代中,沒有標準答案,甚至舊答案完全無用,一個新進研究者,可以輕易超越研究數十年的老專家,這對台灣來說,其實是好消息,若能積極擁抱新知,那將是一口氣追上領先國家的大好時機,但若追尋落伍舊答案,台灣也可能被遠遠拋在時代後面,見不到未來。

(本文為想想論壇授權刊載,作者:藍弋丰,原文標題:五分鐘了解美國頁岩油,首圖來源:dsearls ,CC license,非經允許、不得轉載)


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