美國頁巖氣

美國頁巖氣的新工藝可增加天然氣的產量，而得彌補該國在常規垂直井產量的下降趨勢；因為這些新工藝，讓美國可供開採的儲量被大量發現。美國天然氣在2008年的估計儲量就比2006年高出35%。2007年，美國頁巖氣田中，在德克薩斯州紐沃克東部氣田的區的產量排名第2，和在的區的氣田產量排名第13。美國鑽井的數量從2004年的18,485口，增加到2007年的25,145口，預計這種趨勢會持續到2040年左右。美國業者因開採頁巖氣而產生相當的經濟利益，以及從2009年起產量快速增長，而引領加拿大頁巖氣產業的快速發展，然後又激發歐洲、亞洲和澳大利亞開採這種天然氣的興趣。據推測，美國天然氣的儲藏可供開採100年，但目前已探明的儲量只足夠開採11年。頁巖氣生產.美國天然氣業者經過與美國能源部(DOE)的長期合作，在加大勘探力度的同時也改進鑽井和開採的方法，而讓頁巖氣產量迅速增長。該國在2008年的產量為2.02兆立方英尺。由於美國擁有大量頁巖氣儲量，促使一些人提議把燃煤發電廠改為燃燒天然氣，以降低二氧化碳排放，並作為風能的備用能源。《紐約時報》在2011年6月刊出由調查記者撰寫的報導，稱“並非EIA中的每個人都同意“那種樂觀的儲量預測”，並質疑該機構發布的某些報告的公正性。為EIA提供資訊的兩個主要承包機構Intek和Advanced Resources International本身也擁有石油和天然氣產業的重要客戶。據《紐約時報》報導，“Advanced Resources的總裁Vello A. Kuuskraa也是的股東和董事會成員，而西南能源公司是家天然氣鑽探公司”，它在地區涉入很深。這篇報導被《紐約時報》本身的等批評為不夠平衡，省略事實和觀點，偏袒產業和經濟利益。對這篇報導的其他批評者包括《富比士》雜誌和美國外交關係協會的部落客。伊恩·烏比納的文章在《紐約時報》刊出時，美國的當時最新資料。此後，頁巖氣產量開始增加，到2015年3月為每天411億立方英尺，接近2011年6月時產量的兩倍，佔美國天然氣乾氣總產量的55%。雖然產量快速增長，但業者的探明儲量增加速度更快，截至2013年底，業者報告在地下可供開採的頁巖氣探明儲量已是159.1兆立方英尺，較2010年年底增長63%。技術進步或經驗累積可導引出更高的生產力。從2007年到2014年，美國頁巖氣和輕質緻密油的鑽探效率大幅提高。2014年1月鑽掘的油井的石油產量是5年前的2.4倍。在，2014年1月鑽探的油井，與2009年1月相比，在每天同樣作業時間內的天然氣產量，前者是後者的9倍多。歷史.頁巖氣於1825年首度在紐約州被人以低壓壓裂方式在淺地層中開採。位於肯塔基州弗洛伊德縣的大珊蒂氣田擁有自然斷裂的泥盆紀頁巖，於1915年被開發。到1976年，這個氣田蔓延到肯塔基州東部，涵蓋數千平方英里，並進入西維吉尼亞州南部，僅在肯塔基州就有5千口井。至少從1940年代開始，就有人開始在頁巖氣井引爆炸藥來促進增產。1965年，一些業者開始採用水力壓裂的工藝，當時壓裂的規模通常較小：使用50,000磅沙子和42,000美製加侖的水；壓裂普遍會讓產量增加，尤其是那些原本產量不高的氣井。這個氣田原本預期最終可開採出2兆立方英尺的天然氣，但平均每口井的產出率很小，並且在很大程度上是透過天然存在的裂縫產出。1920年代開始，在阿帕拉契盆地、和的泥盆紀頁巖區域從事商業天然氣生產逐漸普遍，但通常生產的規模不大。美國的頁巖天然氣產量在2008年之後迅速增加，被能源學者稱為“頁巖氣革命”或是“水力壓裂革命”，對於美國為期幾十年天然氣產量下降的趨勢產生逆轉。在2010年代和2020年代初期，由於美國能生產足夠的天然氣，而開始成為淨出口國。聯邦政府的影響.美國聯邦政府的政策對天然氣的生產有混合式的影響。有些政策會阻礙市場創新，但提供經費以供研發也推動生產技術的發展，最終讓頁巖氣成為重要的替代性由於聯邦對天然氣做價格管制，而曾在1970年代造成供應不足。聯邦政府為因應傳統天然氣產量的下降，開始投資於替代案，包括從1976年到1992年，啟動東部頁巖氣專案對地層成像的技術，這項技術對頁巖水力壓裂和均十分重要。東部頁巖氣專案專注於擴大和提高在已有生產活動頁巖氣區的採收率，尤其是在肯塔基州和西維吉尼亞州的大珊蒂氣田，將工業界先前開發出的兩項技術 - 大規模水力壓裂和平行鑽井 - 充分應用。 1976年，聯邦政府資助的摩根敦能源研究中心的兩名工程師為一項早期的頁巖定向鑽孔技術取得專利。聯邦政府還在1980年的中給予能源產業租稅抵免，以及其他有利的規定。從1980年到2000年，泥盆紀頁巖的天然氣生產不受聯邦的價格管制，包括頁巖氣在內的非常規天然氣業者享有稅收抵免優惠。雖然天然氣技術研究所和東部頁巖氣專案的工作增加阿帕拉契亞盆地南部和密歇根盆地的天然氣產量，但在1990年代後期，若是沒稅收抵免，頁巖氣生產仍被廣泛認為屬於邊際性，甚至是無經濟利益的生意，到2000年聯邦稅收抵免到期時，頁巖氣的產量僅佔美國天然氣總產量的1.6%。東部頁巖氣專案測試多種增產方法，但DOE得出結論是，僅靠刺激增產並不能讓東部頁巖氣具有經濟效益。美國地質調查局在1995年指出，未來東部頁巖的天然氣產量仍須依靠技術更新。但根據一些分析人士的說法，前述的聯邦計劃已為即將到來的頁巖氣盛況播下種子。1991年，米契爾能源在德州巴涅特頁巖完成第一口平行井壓裂作業，這個專案由天然氣技術研究所資助，而研究所的經費來自對天然氣管道徵收的聯邦稅。第一次對巴涅特頁巖採用平行井壓裂並未取得經濟上的成功，Mitchell Energy之後所作的平行井實驗也是如此。但在此區域內對垂直井做壓裂的結果則成果良好，直到2005年，當地的平行井數量才超過垂直井。在整個1990年代，天然氣技術研究所與Mitchell Energy合作，在巴涅特頁巖中應用許多其他技術。當時擔任Mitchell Energy的一位副總裁回憶說：“你不能低估DOE的貢獻。”開發巴涅特頁巖及後續發展.Mitchell Energy於1981年開始從北部的巴涅特頁巖中開採天然氣，起初並不順利，但該公司仍堅持對新技術做試驗。Mitchell Energy很快就把東部頁巖氣專案開發的泡沫壓裂法放棄，轉而採用含氮凝膠的水力壓裂而在1998年在當地完成首個高產量的壓裂完井。根據USGS的說法：“在巴涅特頁巖區的開發工作直到1990年代才找出一種適用於壓裂頁巖的技術”Mitchell Energy也嘗試透過平行井做壓裂，但早期並不成功，倒是當地在垂直井的壓裂方面的成果良好。直到2005年，當地新鑽探的油氣井中，平行井開始變為多數；到2008年，當地鑽井中的94%均為平行井。自從在巴涅特頁巖區增產獲得成功後，頁巖氣一直是美國總一次能源 (TPE) 區塊成長中最迅速的的部分，也引領許多其他國家開發頁巖礦床。據國際能源署。美國頁巖氣井在1996年生產0.3兆立方英尺，佔美國產量的5.9%。到 2005年，美國有14,990口頁巖氣井。而在2007年則達到創紀錄的4,185口。美國業者由於在德州的巴涅特頁巖區的開發獲得成功，建立起信心，到2005年，類似的作業很快在美國東南部展開。賓夕法尼亞州立大學和進行聯合研究的幾位教授在2008年1月，把瑪西勒斯頁巖的天然氣估計儲量變成USGS估計量的250倍，而讓此報告傳遍整個產業。幾家來自德州的能源公司如、、和均來此簽下許多土地租約以進行探勘。各頁巖氣產地.安存頁巖，密歇根州.沿著橫跨密歇根盆地北部有一片上泥盆紀的存在。雖然這裡自1940年代就開始生產天然氣，但活動要直到1980年代後期才開始活躍。安存頁巖氣與其他地區生產的頁巖氣不同，這兒的似乎是經由產甲烷作用細菌在富含有機物的岩石中所產生。安存頁巖氣田在2007年生產1,360億立方英尺的天然氣，是美國第13大天然氣巴涅特頁巖，德克薩斯州.第一口巴涅特頁巖井於1981年在德州懷斯縣完工。由於天然氣價格上漲和利用平行井方式增產，讓此地區在過去幾年的鑽探活動大幅增加。巴涅特頁巖井與較老的安存頁巖、和等產區區相比，其完井深度更深之間的巖層。在巴涅特頁巖區成功開發之後，刺激業者對其他深層頁巖進行探勘。2007年，巴涅特頁巖在紐沃克東部氣田生產1.11兆立方英尺的天然氣，成為美國第二大天然氣由巴涅特頁巖生產的天然氣在美國天然氣總產量的佔比超過6%。油田服務公司貝克休斯在2015年4月報告稱，當時巴涅特頁巖氣田並無鑽井活動。。卡尼頁巖，奧克拉荷馬州.在的坎尼頁巖相當於德州北方與奧克拉荷馬州南方的巴涅特頁巖地層。自從巴涅特頁巖開發成功後，這個卡尼頁巖地層也成為天然氣產區。科納紹佳頁巖，阿拉巴馬州.在2008年至2009年間，有業者在阿拉巴馬州北部的寒武紀鑽井開採天然氣。作業地點在聖克萊爾縣、埃託瓦縣和卡爾曼。費耶特維爾頁巖，阿肯色州.在阿寇瑪盆地的阿肯色州部分，那兒的密西西比世費耶特維爾頁巖生產天然氣。產氣地層的厚度從50到550英尺，以及切薩皮克能源公司。佛洛伊德頁巖，阿拉巴馬州.位於阿拉巴馬州和密西西比州的，有密西西比世的，是當前的天然氣勘探目標區域。哥德頁巖，科羅拉多州.USGS在1916年報告說，僅科羅拉多州就有足夠的含油頁巖礦床，可生產200億桶原油；然後可提煉出20億桶汽油。在東南方的蒙提祖馬縣的歌德頁巖完成幾口氣井，其中一口平行井每天可產出57億立方英尺的天然氣。海恩斯維爾頁巖，路易斯安那州.雖然在路易斯安那州西北部的侏羅紀海恩斯維爾頁巖區自1905年起即有天然氣的生產，但直到2007年11月經Cubic Energy公司鑽探之後，才成為現代頁巖氣作業的重心。在Cubic Energy公司的發現之後，切薩皮克能源公司於2008年3月宣佈其完成一口海恩斯維爾頁巖氣井。在德州東北部也有鑽勘這種頁巖井的活動，當地將這種頁巖稱為伯希爾頁巖。科林伍德頁巖及悠緹卡頁巖, 密歇根州.在2008年到2010年間，奧維特納的前身Encana公司在密歇根州中奧陶紀及區以“平均150美元/英畝”的租金租下“大片土地”。科林伍德頁巖和覆蓋於其上的悠緹卡頁巖均能生產天然氣。號稱為“美國最有前途的石油和天然氣專案”之一的密歇根州公共土地招標租賃在2010年5月上旬舉行。紐阿爾巴尼頁巖，伊利諾伊盆地.位於伊利諾伊盆地東南部的伊利諾伊州、印第安納州和肯塔基州有泥盆紀-密西西比世的紐阿爾巴尼頁巖，可生產天然氣。當地在過去100年均有天然氣的生產，由於完井技術改進後才讓鑽井活動增加，井深250至2,000英尺不等。此地的氣體是經由生物成因以及熱成因產生者混合而成。皮爾薩爾頁巖，德克薩斯州.截至2007年，業者已在德州南部馬文力克盆地區完成約50口井。在當地最活躍的業者是TXCO Resources公司。當地在2008年之前鑽掘的都是垂直井，TXCO Resources則鑽掘並完成許多平行井。泥盆紀頁巖，阿巴拉契亞盆地.查塔努加頁巖與俄亥俄頁巖.自20世紀初以來，位於阿帕拉契盆地的上泥盆紀頁巖在不同地區以不同的名稱而為人知，這些頁巖一直有天然氣的產出。主要產區橫跨維吉尼亞州、西維吉尼亞州和肯塔基州，也延伸穿過俄亥俄州中部，沿著伊利湖進入賓夕法尼亞州的狹長地帶。盆地中有超過20,000口天然氣井。井深通常為3,000至5,000英尺。瑪西勒斯頁巖.在西維吉尼亞州、賓夕法尼亞州和紐約州的瑪西勒斯頁巖內的儲量曾一度被認為已開採完畢，但據估計，利用平行鑽探仍可開採出168-516兆立方英尺的天然氣。 有人認為阿帕拉契盆地的瑪西勒斯頁巖和其他泥盆紀頁巖足以供應美國東北部的天然氣需求。悠緹卡頁巖，紐約州與俄亥俄州.一向在魁北克省的奧陶紀悠緹卡頁巖區鑽掘氣井的加拿大公司Gastem，於2009年10月在紐約州奧齊戈縣鑽掘第一口悠緹卡頁巖氣井。伍德福德頁巖，俄克拉何馬州.俄克拉荷馬州的泥盆紀伍德福德頁巖。在伍德福德頁巖區作業的大型業者有德文能源公司、切薩皮克能源公司、Coterra、、、Pablo Energy、Petroquest Energy、和。伍德福德頁巖的產量在2011年達到頂峰，之後開始下降。經濟影響.在2010年，開發頁巖資源的作業為美國提供60萬個工作職位。價格適當的天然氣是振興美國國內化學、製造和鋼鐵產業的關鍵因素。但如果增加天然氣的出口，有人擔心這種新興的優勢會被逆轉。確定當乙烷。由於頁巖氣的大量增加，美國的煤炭的消耗量從2009年開始減少。在2017年所做的一項研究發現，水力壓裂有助增加就業和提高工資：“由於新的石油和天然氣開採，讓美國在2007年起發生的經濟大衰退之後，總就業人數增加725,000人，失業率下降0.5%”。但研究顯示頁巖氣井會對某些房價產生重大的負面影響，依賴地下水供水的房價下降13%，而有自來水供應的房價上漲2-3%。後者價格上漲的原因很有可能是業者在土地擁有者的地下開採天然氣，而支付特許權使用費的緣故。至於是否出口天然氣的問題引起商界間的意見分歧。天然氣使用大戶如陶氏化學等，與埃克森美孚等能源公司就是否應允許出口天然氣展開爭論。使用者希望維持較低的天然氣價格，而能源公司則持續努力透過說服政府允許它們出口，以便提高天然氣價格。使用者擔心增加出口而導致能源價格上漲，而傷害到製造業。幾項研究顯示頁巖氣的量產給美國能源密集型製造業帶來競爭優勢，造成這類製造業的出口旺盛，顯示美國在1996年到2012年間，製造業出口中的平均美元單位，其中能源含量幾乎增加兩倍。2014年，由於天然氣價格不振，多家業者的現金流轉為負數；而擁有正現金流的業者關注的是每口油井的生產量而非擁有油井的數量。在2016年和2020年間，全球由於天然氣供過於求，導致價格跌至每百萬英熱單位僅2美元以下，而2.50美元是美國業者在2020年能讓現金流成為正值的底線。美國在2019年的產量為每天920億立方英尺。政治影響.在2015年所做的一項研究發現，由於頁巖油盛產，讓當地人對保守派和保守派利益增加支援。“對保守派利益的支援增加，以及共和黨候選人因此獲得選民青睞，導致勝選的可能性幾乎翻了一倍。損失的是民主黨候選人。”環境問題.由於水力壓裂的蓬勃發展，讓接觸放射性的鈾以及缺乏供水基礎設施成為人們關注的環境問題。在賓州的爭議則圍繞著“水力壓裂”所產生的汙水被排放進入河流，而把民生用水備用染。水力壓裂會導致甲烷釋放進入大氣，也令人擔憂。一篇在《能源政策》雜誌發表的文章，把幾個主要頁巖氣包括悠緹卡頁巖、瑪西勒斯頁巖和伍德福德頁巖，直指為“碳炸彈”，意思是如果其中的天然氣在完全開採和燃燒後，會產生超過10億噸的二氧化碳。流行文化.“fracking”這個字是個源自hydraulic fracturing的俚語，現已成為英語中的一個字。淘頁巖氣潮指的是21世紀初對於非常規頁巖氣的開採熱潮。美國導演在2010年奧斯卡獎中受到提名的電影《》也持反對水力壓裂的立場，影片劇情中描述的是在匹茲堡地區的事，但拍攝地點是在紐約州。