从页岩气开采说开来 （一）石油开采前景展望(上)

不爱吱声

1 h# n# ~/ K8 u) x5 c写在前面的话：
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西西河的朋友对页岩开采很感兴趣，因此痛下决心写下这篇科普文章跟大家分享一下我所了解的美国的页岩气开采相关工作。
: F' d; _( _+ y: J% B2 o+ }" @为了介绍得更全面，把前因后果都说明白，准备把文章分三个部分。

0 n( ^  ]. a3 ~" b( M3 \- }0 z% J第一部分主要是背景介绍，让大家了解行业内对石油开采前景的分析及展望，归根结底希望大家了解为什么继美国之后越来越多的国家对页岩开采产生兴趣。

% k  b/ G" d) |- y2 S第二部分将重点放在介绍页岩开采所需要的工程技术以及与其相关的科学知识。在工程技术方面，会跟大家分享一些页岩开采现场图片，这样大家可以对整个开采过程有个更感性的认识。
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第三部分我们要探讨一下未来人类是如何利用地热资源的。尽管这部分内容是可以独立成篇，但考虑到采集地热所需要的很多技术实际上是与页岩开采技术密切相关的，因此放到一起效果会更好。众所周知，科学技术的发展根本上就是在继承的基础上创新，没有继承就没有创新，我希望能把地热开采技术与页岩气开采技术的异同点说清楚，这样就可以让大家看清楚科学技术发展的轨迹，看清楚新旧技术之间的逻辑必然，我想，相对于单纯的普及科学知识，或许这一点对读者们更有意义。
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! O( g6 s+ `, V& @文章中会使用到大量插图，为了不影响文章整体效果，不干扰大家的阅读，我会把对插图的说明统一放到文章最后，对于每张插图我会给出插图的来源。在选择插图的时候，我基本上选择的都是网上已经公开的，确保不会有版权问题。
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对于文章中使用到的文献，要是按正规文章写作规范的话，如果引用别人的结论应该讲文献检索直接在引用后面标识出来，不过这样实在太繁琐，我这里就取个巧不做标识了，只是把引用文献直接附在文章最后。

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（一）石油开采前景展望

" b: h' X9 g" @8 F6 U+ T* z# [对于我等这些天眼未开的凡夫俗子来说,如果想预测一下未来可能发生的事情,那么使用某种模型是必须滴.根据不同的问题,可选用的模型可以是多种多样,不同模型的预测精度更是大相径庭.
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3 F% d) Z! a, z% J- f& x1 Y0 i牛顿力学模型可以被用来预测行星的运行轨迹,他的精度很高,基本可以做到指哪儿打哪儿;而用来预测未来天气的模型就不那么让人放心了,今天的天气预报说明天的降水概率是40%,你跟女朋友约好了去逛街,到底打不打伞？这还真是个问题;至于你去找算命先生给你算算未来是不是会走桃花运,这个虽然可以有,但要想问他所使用的易理八卦模型的精确度怎么样?一言以蔽之,那就是"心诚则灵".说了这些，实际我就是想提醒大家，我们马上就要对石油的供求关系和开采前景进行预测了，而不幸的是我们要使用的这些模型很粗糙，很simple, sometime naive。

影响石油供求关系及油价的自然因素很多，非自然因素更多。日本发生了大地震大海啸，是可能导致油价下跌的；利比亚发生群殴，也可能导致油价上升。没有任何一个模型可以将这些天灾人祸等不确定因素统统包括进去。因此，我们下面虽然号称是预测未来未卜先知，但实际上仅仅是将一些已知的数据收集起来整理一下，找出发展趋势然后对外插值。我们可以相信数据，但不要迷信数据。
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（上）能源需求

大体上说来，有两个最主要的因素影响着能源的需求量的大小，一个叫人口，一个叫GDP.人口好理解，而GDP主要体现的是工业化和经济发展的程度，更简单一点就是GDP越高，人的收入就越高，收入高了你就可以经常去旅旅游，比如说去比较大的城市铁岭度度蜜月什么的，于是你就耗费了更多的能量。从全球水平来看，这个能量需求与人口和GDP的关系大体不差，基本上更多的人口，更高的GDP或者收入就意味着更多的能量消耗。

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上面这张图给大家展示了世界人口的增长和世界总体GDP的增长情况。很明显，无论是人口增长的速率，还是GDP增长的速率，非经合组织国家（Non-OECE）都比经合组织国家（OECE）来得快得多。再仔细看看那张GDP的图，你会发现大概从2000年开始，非经合组织国家的GDP增长率突然加速了，不言而喻，这其中中国必定是个主角。2000年前后中国发生了什么？大家不妨回忆一下。

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4 j' G$ C$ n7 h$ e' n% ~0 T% U* V而这张图则清楚地告诉大家，如果造现在这样的发展趋势，那么到2030年人类对能源的需求将会比现在增加40%左右。那条黄线再次说明，发展中国家对能源的需求势头强劲，大有一只梨花压海棠之势。我们这里又看到了在2000左右有一个拐点，我们说对这个拐点的形成中国功不可没，这并不是没有一点根据的，不信看下图。
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5 [1 T* F4 j# E% |6 x0 u, I* T果然，中国在00年至10年这段时间内，对石油的需求以迅雷不及掩耳盗铃之势突然地长高了，几乎长了快一倍。而其中，工业和交通运输业对石油的耗费都是成倍增加，而用于发电的则不增反降，这应该主要是因为中国发电主要使用煤，煤老板们发财大大地有，或其他的方式比如说水电，高峡出平湖么。到2030年呢，随着中国大力扶植发展新能源，节能减碳，再加上成功将工业从能耗高的制造业转型为能耗低的高科技或者创意产业，可以预见到工业和发电用石油会大幅度降低。但是由于私家车的普及，用于交通运输的石油会略有增加，而运输用油到时候可能会占到总油耗的三分之二。既然这样，那么我们索性再来看看未来不同类型能源在交通运输中所占的比重。
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  Q& a+ _" v, j+ G& c; s近年来，在到处是一片节能减排的喧嚣声中，电动车异军突起，出现在大家视野大有三雨欲来风满楼之势。而事实上，共产主义并不是仅仅吃土豆烧牛肉那么简单，新技术的发展也不可能是一蹴而就。而交通运输说起来更是经济发展的命脉，一发而动全身，电动车对汽油车的替代自然不应该像人们想象那样一帆风顺。上面的图表明，恐怕在我们大家有生之年，汽油车还是主流。不过，环保人士也不应该因此而太过悲观,因为技术的不断更新进步必定会大大降低每辆车的油耗。
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先简单回答一下你这两个问题，更详细地会在下面的文章中写。
) {1 H& @% \; [/ I( e1。天然气与石油和煤一样都是化石燃料，不可再生能源，因此长期来看天然气不富裕。
2。我这个文章强调的是页岩气，是非常规（开采）天然气，储量是美国世界第一。中国也还不错。
- I% [) {5 s  r& G- {天然气的使用在美国很成功，主要因为美国很早就开始以天然气为主发电了，中国目前还是以煤为主，因此美国有很发达的管道输运系统，这对天然气运输至关重要的，因此美国开采页岩气就很容易尽快取得效益。中国的管道系统还不够完善，即便可以开采页岩气，也要等到相关系统完善起来才行。

/ I; H# D0 y' W! d7 H/ N由于天然气比煤更清洁，因此中国在减排的大趋势下，考虑使用天然气慢慢替代煤是必然的选择。
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《液化天然气（LNG）汽车加气站技术规范》行业标准征求意见稿在哪里有观看和下载？或者如果方便的话，你可以把文件传到我的email中。

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! y$ C! D! ]  G7 A4 D& ~/ d对压裂比较了解。
我主要研究方向一个是射孔，另一个就是压裂，未来自己最大的研究兴趣就是如何把射孔和压裂结合起来。

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胖卡门 发表于 2011-5-26 18:57
未来石油开发的前景如何，是不是真的要枯竭了？有没有可替代手段？

嘉木说得很对啊。

) f9 E9 u# {2 N0 l' ]6 m% i回顾一下人类利用燃料能源的发展史，会发现人类利用新能源替代旧能源都不会等到旧能源用完了才开始的。
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人类最开始是使用木头做能源，然后工业化开始后是煤，石油真正开始大量使用也就是二战后。但是至今木头和煤也还没到枯竭的地步，仍然被人们广泛使用。看起来，人类技术更新进步的步伐要快于人类对单一能源消耗的步伐。
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未来石油开发肯定是费用会不断升高了，因为容易开采的石油资源已经越来越少了。理论上石油不是无限的，总有枯竭的那一天，但是并不会向人们担心的那样，很快就没油了，更精确地说应该是石油廉价的日子一去不复返了。

- K" D% r0 _, S* n石油的替代手段当然有，但要区分应用领域。
文章中已经提到石油主要用途有三个：发电，工业产品，交通运输
用于发电的手段很多，化石燃料的就三种:煤，石油，天燃气。随着油价的上涨，石油的短缺，再加上碳排放问题，未来天燃气替代石油用于发电应该是顺理成章的。而此外，除了化石燃料，用于发电的还可以有太阳能，水电，风电，潮汐电，波浪电，核电，地热，生物燃料等等。因此石油短缺对发电的影响不会太大。
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4 w/ L/ ?4 w; u! C" y( Y" @部分工业产品也可以使用天燃气替代石油，因此可以逐步减少石油用于工业产品的比重。
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" J7 u, ?. G9 F7 O) \真正的麻烦在于交通运输。对于交通运输来说，石油几乎是压倒性的优势，从大尺度来讲，除了少数国家使用电力火车（比如，中国的高铁）外，其他主要交通工具比如汽车和飞机都是使用石油。这部分，可以使用生物燃料进行少量替代，但生物燃料也有资源问题，粮食问题。目前各国发展电力汽车，或许是个最终解决方案，但这个替代周期应该不会短于30年。