文|未来与生存,来自果壳
一位专职从事石油经济研究的冯跃威先生,在他的《石油博弈》一书中写到:“如果今天没有了石油,整个人类的生活水平将立即倒退几十年,那将是一个非常可怕的结果。”此话并非杞人忧天,而是很可能在本世纪发生的事实。天然气可以部分代替石油。先从“石油的用途”说起吧!
石油的用途
石油被列为“能源”类资源之首,但它的用途远非只是“能源”。石油提炼的产品可分为燃料、润滑剂、石蜡、石油沥青、石油焦、石油溶剂与化工原料等七类。具体说来:
燃料类:不只是消耗量最多的汽油和柴油,还包括用于飞机的航空汽油(又称喷气燃料或航空煤油)、照明用煤油、轮船及发电用燃料油和家庭用的液化石油气。
润滑剂:各种机械运行必须添加润滑油,因为它不仅可减少零件的磨擦,还有冷却、密封、防腐、绝缘、清洗和不适宜用润滑油的零件。
石蜡:用于各种蜡制品及肥皂的原料。
石油焦:用于冶金(铜、铝)、化工(电石)作电极。
石油溶剂;如石油醚、橡胶溶剂油、松香水等,用于工业品、橡胶、油漆等溶剂。
石油沥青及渣油:是俗称柏油路的路面材料,沥青是屋面的防水材料。
石油化工产品:多达5000多种。人们最熟悉是三大合成材料,即:无处不在的塑料—其主要成份树脂是石油制品;与棉纤维并存的合成纤维--如尼龙、涤纶和人造羊毛(聚丙烯腈)等;用作轮胎的合成橡胶。此外还包括名目繁多的精细化工产品,可用于医药、农药、染料、香料、涂料、化妆品、洗涤剂、粘结剂等。仅农药中,据不完全统计有58种杀虫剂、33种杀菌剂、22种除草剂、43种植物生长剂、32种复配农药和34种其它农药,共222种农药的原料来自石油炼制产品。100多种人用药物也用到石油制品。
可见石油制品不仅广泛用于工农业、建筑,而且渗到人的衣食住行、生老病死,每时每刻都与它相伴,石油已成现代人生存的必备之物。
天然气可部分取代石油,如近几年出现的液化天然气汽车,也可用作氮肥的原料。
任何一种物品在生产生活中的用途越广,人类生存对其依赖性越大。当这种物品枯竭后对人类生存的威胁越大。那么,按现代人类的消费规模,石油天然气还可支撑多少年呢?
对油气资源枯竭期限的估计
被称之为化石燃料的石油、煤炭、天然气,都是大批死亡的生物遗骸被异常转化产生的。我们知道,正常情况下动供植物利用。否则整个生物界不能延续。化石燃料主要成份是由碳、氢组成烃类,而不是水和C02。三种燃料组成的区别只是氢、碳原子比各异,它们都是大批生物死亡后,尚未完全被细菌分解,地壳变迁了,沉积成岩石在高温高压下,经漫长时间的物理、化学变化而形成的。
生命物质形成液体后分散在岩石孔隙中,叫“生油”阶段;再经缓慢的流动,集中到不能下渗的低洼处岩石孔隙中,又经地壳变迁将四壁围住不能流向它处,叫“储集”阶段;再经变迁,在四壁之上形成可档住液体气化而逃逸的岩石(叫做盖层),叫“盖层形成”阶段。只有将生油层、储集层和盖层组合成类似箱子的“圈闭”,才能形成可供人们开采的油气藏。其间至少经几千万年。可见石油形成是久远以前生物历经的地质灾难,具有偶然性、长期性的特点。不是地质学家,更不是政治家想要多少就有多少的。那么全球地壳中有多少石油呢?
不同年代不同机构发布的储量数字不同,就“剩余探明储量”而言(即“累计探明储量”减去已开采部分的差额),1983年末为917亿吨;1984年末1089亿吨;1989年末1442亿吨;1992年末1511亿吨;2005年末1770.8亿吨;2007年末1824.4亿吨。似乎石油剩余储量越来越多。
其实不然,因储量分不同的等级,大体分为储量和资源两等。其中储量又分为地质储量和可采储量。所谓“探明储量”,应该指“地质储量”。地质储量按勘探程度又可分为一、二、三级。其中“三级储量”只是“在一个圈闭内由‘几口井产出的工业性油气流’估计的储量”,地质情况尚不完全清楚,准确度只要求达到50%以上;“二级储量”是“在油气田范围内,探井、资料井达到一定的密度,根据已取得必要资料”计算的储量。其准确度也只要求达到70%以上;“一级储量”是投入部分开采后测算的储量。其准确度可达90%以上。“可采探明储量”是指“地质储量”中的可采部分。因藏在岩石孔隙中的液体,需要足够的压力才能上升到地面上来,故测算的地质储量只能开采其中一部分。目前我国油田平均采收率仅为30%,世界先进国家的采收率最高为45%左右。
“资源量”是一个含油区中根据油气的生成、运移和储集特征推断出来的远景储量。它是研究地震、地磁等资料,确定巨厚沉积地层发育盆地的分布,盆地内生油岩的分布范围、厚度,及原始母质类型、丰度、成熟度,查明影响油气聚集和保存的因素,最后作出的区域含油气的远景评价。其准确度远远达不到50%。“待发现资源量”是资源量减去“累计探明储量”后的差额。
近20多年石油的剩余储量增加了一倍,可能是有关国家加大了查勘投入,从原来的“资源量”转化成“地质储量”;也可能是己投产油田随查勘详细修正了原测算的储量;还可能是随开采技术的进步提高了“采收率”增加了“可采储量”。总之地球上石油资源总量是一个定值,不可能增加。
现以上文2007年末的“剩余探明储量”为基础进行预测:
①剩余探明储量1824.4亿吨(2007年末数);
②由2007年末“待发现资源量”可转化的“可采储量”752.5亿吨:2000年全球待发现资源量998.5亿吨。假定:a、2001~07年新增探明储量是由等量“待发现资源量”转化的;b、转化量正好等于同期产量;c、转化量全部可采。因2001~2007年全球石油产量246亿吨,则:2007年末“待发现资源量”=998.5亿吨-246亿吨=752.5亿吨;
③提高采收率可多采429.5亿吨:①+②=2576.9亿吨,若其中一半油田可将采收率从30%提高到40%(水资源紧缺地区难以提高采收率),则可多采429.5亿吨;
④非常规油气资源可产油770亿吨:油页岩、沥青沙岩等非常规油气资源4000-7000亿吨,据《21世纪中国能源环境与石油工业发展》一书预测可产油770亿吨。
2008年起全球石油最终累计产量=①+②+③+④=3776亿吨,其中常规石油3006亿吨。
2007年全球消费石油39.2亿吨,静态估计可采96年,即2103年枯竭。
世界石油实际消费量是逐年增加的,如2006年38.9亿吨,1999年34.62亿吨,年均递增1.68%。约40%的石油用于机动车,全球机动机使用量:1999为6.62亿辆,2009年增加到8.47亿辆年均递增2.49%。若今后全球石油消费年增速:高水平0.9%,中水平0.6%,低水平0.3%。则2008年起最终可采石油年限为:高水平70年,中水平76年,低水平85年。高、中、低水平分別为2077年、2083年和2092年枯竭。可见不论静态,还是动态估算,全球石油都可能在2100年前后枯竭。
天然气可以代替石油的部分用途,但其枯竭时间并不比石油长。世界天然气资源总量约485.8万亿米3,至1999年累计探明可采储量210万亿米3,扣除累计生产后“剩余探明可采储量”146.5万亿米3。假定待发现资源量275.8万亿米3可全部转化为可采储量,则1999年末最终可采422.3万亿米3。2000-2006年已开采18.34万亿米3,2006年末最终可采404万亿米3。2006年消费2.85万亿米3,2002~2006年世界天然气消费量年均递增2.97%,若今后全球天然气消费年增速:高水平2.5%,中水平2%,低水平1.5%。则2007年起最终可采天然气年限为:高水平61年,中水平68年,低水平77年。高、中、低水平分別为2067年、2074年和2083年枯竭。照此估算,其枯竭时间可能还比石油早10年左右。
也许有人提出,上述估计太保守了。因为2006~2007年国土资源部编著的《世界矿产年评》1824.4亿吨剩余探明储量中,中国只有21.9亿吨。而《石油地质学》一书反映,中国的油资源量达799亿吨。该书反映新疆区石油资源量为205亿吨,据有关年份《中国统计年鉴》数据计算:该区所产石油在2008年已达高峰,为2715万吨,此后3年分别降为2513、2558和2616万吨。从峰值向前追溯到1955年,总产量不超过4.5亿吨,如果说“石油产量达到峰值,表示动用了可采储量的一半”的说法可靠,那么该区“最终累计可采储量”只有9亿吨,仅为该书反映资源量的4.4%。可见该书所估数据显然偏高了。
2011年11月公布了《全国油气资源动态评价2010》:宣布我国石油地质资源量881亿吨,可采资源量233亿吨,估计采收率26.4%。与2003~2007年的评价相比,尽管地质资源量增加了116亿吨,但估计可采资源仅21亿吨,新增部分估计采收率只有18.1%。尽管已公布了我国2010年的石油“可采资源量”233亿吨,但在2012年4月发布的《2011年国土资源公报》中,公布2010年底我国石油“查明资源储量”却为31.2亿吨,只有5个月前公布“评价数”的13.4%,可见连国土资源部自己都没有底气把评价数纳入《公报》中,那么评价数还有多少可信度呢?2011年公报还用了“查明资源储量”这一含糊名词,又可见2010年末“剩余探明可采储量”还不足31.2亿吨呢!
为此,人们不要被相互矛盾数字搅得晕头转向,更要关心全球石油枯竭对人类产生的影响,因为这只是今后三、四代人必须应对的实际问题。
全球油气枯竭后对人类的巨大影响
石油枯竭后对人类最严重的影响是粮食与农业,此外还影响到工业、交通、人口分布与就业结构、城市与乡村格局、宏观经济、国防和日常生活。具体看来:
粮食与农业:田间作业的各种农业机械,包括耕作、播种、收割与运输等农机,都用柴油作燃料。油气枯竭后只能改作人畜动力,必然需要大量的劳力。工业化、城市化程度越高的国家,农业劳动力越少。美国2000年农业经济活动的人口只占全部经济活动人口的2.2%,占全国人口的1.1%。即使在中国,2010年虽有半数农村人口,但种地的农民多数在50岁以上,主要依靠机械作业。20年后现在种田的人已到70岁以上,会干农活也干不动了。进城打工的农民已习惯了城市生活,多数人不会也不愿回乡种地,粮食从何而来?
也许有人认为推广免耕法及水稻直播,既可大减少农机又可节省人工。其实不然,这类技术在中国已推广多年,2010年全国拖拉机总动力比2000年增加了91.9%,年均递增6.7%。可见新的耕作技术并没有减缓农机的增加,更不能取代农机。
如上文所述,天然气枯竭时间可能比石油早,现在世界氮肥约有80%用天然气作原料生产的,油气枯竭后,虽然可用优质无烟煤取代,世界煤炭资源量确实比油气多,但其中的“无烟煤不多,优质无烟煤储量更少”。至世界油气枯竭时,氮肥将会大幅度减产。生产磷肥除用磷矿石外,还需大量硫酸。至少在中国,一半以上的硫资源靠进口,主要是加拿大从原油中提取的硫。没有了石油,磷肥也将大幅度减产。化肥减产改为依靠有机肥,大部分人住在城市,粪便流向化粪池,有机肥源成问题。现在的“良种”适应化肥,经多年施用化肥和机械压实,土壤板结。种子和土壤都难适应有机肥。届时粮食单产必然大幅度减少。
城市化和筑路、开矿使耕地大幅度减少。化纤生产的织物达到一半以上,没了石油就需扩种棉花。棉粮争地,种粮地更紧张。粮食总产必然大幅度下降。人口的增加人均粮食更少。
被国际分工约束的国家,种经济作物为主,靠进口粮食生存。全球最大的谷物出口国是美国,由于劳力、肥料等制约,谷物出口量大幅度减少,更多国家挨饿--如非洲的许多国家。也不排除中国—2012年已进口粮食7236万吨,占自产12.3%。进口食用油845万吨,按平均出油率25%估算,进口占自产的97.2%。
现代大量的粮食用于饲料,石油枯竭后因粮食短缺,畜禽鱼饲养量必然大幅度缩减。人们的肉食也需随之减少,这对发达国家及中国城市少年—几十年后就是中老年了,更难适应。
现在的许多蔬菜在大棚中生产,石油枯竭后没有薄膜了,蔬菜也将大幅减产。由于单产下降和耕地限制,农民要保证粮食、油料和蔬菜自给,剩余才能出售,城市蔬菜将更紧缺。
有二百多种农药以石油制品为原料,如果替代原料跟不上,也会导致农作物减产。
工业:工业生产中普遍使用机器,任何机器没有润滑油就转不动,现代95%润滑油是石油制品,石油枯竭前如不能用替代原料生产足够的、型号繁多的润滑油,就连发电机、电动机也没法转动。那么整个现代工业就要回到手工业状态了;数以亿计的机械零件是用塑料做的,没有塑料又要改用金属,每件都得重新设计、加工;工厂里很多独立动力的机器--如货车、铲车等,都是烧柴油的,没有石油也要改用其它动力。石油勘探、开采、炼制、石化产品加工业及汽车产业链被迫转产,工业结构要作较大的调整。
交通:现在越来越多地依靠汽车,大部分火车也改烧煤为烧柴油。船舶客运早已无人问津。有人试图改用电动汽车替代汽油发动机,普通轿车要配多大的蓄电池,才能达到正常车速和行驶里程?更不现实的是,如果现有汽车都用“铅酸蓄电池放电”行驶,那么据有关资料计算,全球一年的铅产量只能满足百分之几的汽车当年消耗。汽车不能行驶,人们只能改用自行车为主。除电力机车外,大部分火车和轮船又要改用烧煤的蒸汽机作动力了。木帆船可能再受青睐。石油枯竭后沥青没了,柏油路老化后不能修复了。沥青摊铺的大桥将要瘫瘓,因为悬索桥是按薄薄的沥青桥面设计的,改用混凝土就会因超负荷而坍塌。
人口分布与城乡格局:今后几十年人口还在增加,可能达到八、九十亿。而一些国家偏信“城市化”的好处,几十年内全球人口进一步的向城市集中。石油枯竭后要求大量人口回到农村。没有了汽车,城市不方便。大城市有可能逐渐分解成以商业网为中心的若干小城镇。目前的自来水管、排水管多半是塑料制品,如不解决替代问题,老化了将无法更新。给排水不通将无法在楼房居住。有可能人去楼空,逐渐恢复平房。也许乡村又兴起一波建房热。现在被改成的社区,又要恢复成适应农业生产的村庄了。
宏观经济:发达国家三次产业的比重依次为三、二、一,即服务业的比重最大,其次是工业、建筑业,最后是农业。从业人员收入水平顺次递减。不从事物质产品生产的人,可以用他们所得的货币,从“从事物质产品生产的人”那里获得更多的产品。这种分配原则得以实行,是由于:一、二产业的人使用了包括石油在内的自然能源,推动机器代替部分劳力,因而生产出足够的、甚至过剩的物质产品,创造了“腾出更多劳力从事三产”的条件。油气枯竭后“生存第一需要的粮食”发生恐慌,不得不将三产的大部分劳力转到一产中。因而三次产业的比重又将恢复到现代化之前的一、二、三产的顺序。高耗油的客运业、旅游业将更多地转向农业。因社会产品减少,各国被迫把实体经济放首位,以银行、证券、期货为代表“用钱赚钱”的虚拟经济也将退缩。越是发达的国家越难完成这些转变。
现代经济被趋于全球化了,许多国家被迫服从国际分工,依靠国际贸易满足本国的需要。所谓更利于“资源配置”,其实更利于超级大国攫取世界资源。油气枯竭后,即使用煤代油,远洋航行也比以前困难。货物到岸后集装箱也用不成了,国际贸易量锐减。即使在国内,仅靠煤代油的火车和水运,没有汽车,不能实现“点对点”的交货。原料和产品流通的半径也将减小,区域内交换的比重随之加大。
国防:飞机、坦克、军舰、军车,没有石油产品成了一堆废物。战争又回到“小米加步枪”的状态了。
日常生活:无处不用的塑料不见了,油气枯竭后燃气灶用不成,只能改为烧煤,高层楼的住户更不方便了。
油气枯竭期间可能出现的灾难
油气枯竭不可能发生在一个早晨,而是一个过程。预计在二、三十年内世界石油产量将达到峰值,此后逐渐下滑。此间可能引发大的灾难。
国际战争:由于世界石油生产和消费极不平衡,约占总产量2/3的石油用于国际贸易。其中出口量最多的是中东地区,消费量最多的国家依次是美国、中国和日本。对于国家安全来说,最要紧的是“保障石油供给”,包括自产石油和进口货源的保障。随着全球剩余可采储量的减少,“对外依存度高的国家”必然要长久地控制更多进口货源,这些国家之间要争夺货源,石油“供给国”也要反控制,因而在枯竭期间极易发生国际战争。
虽然近几十年为争夺石油控制权的国际战争此起彼伏,包括美国及其盟国侵占阿富汗及伊拉克的战争,美国支持法国侵略利比亚的战争。但这些都是局部战争,其它大国并未参战,原因是用外汇还能买到石油。将2010年生产或消费5000万吨以上的国家汇总起来发现,当年总产量36.89亿吨,总消费量33.95亿吨,供大于求,还可向消费量较少的国家出口。所以“美国及盟国以外的消费大国”不必为争石油货源参战。
20年后,即2030年,由于产油国的储量不断减少,假定没有大油田发现,则需求量将会超过可供量,不论手中有多少外汇,都可能买不到相应数量的石油,可参见表1。
表1、2030年主要石油供需国家平衡表单位:百万桶/日
说明:1、本表据蒋健蓉专题报告“储备、生产、消费、价格与贸易:五维视角下世界石油产业朝何处去?”的附表整理。原报告数据引自BP.申万研究。2、本表中某国“需求量”是当年消费减产量的差额,并非实际进口数;某国“可供量”是当年产量减消费的差额,也非实际出口数。3、本表“西方”包括欧美澳日韩;4、如按1吨7.3桶计算,1百万桶/日=0.5亿吨/年。5、“储采比”指当年“探明剩余可采储量”除以当年产量的商,即没有新的探明储量前题下可采的年数。
上表将2010年生产或消费0.5亿吨以上的国家全部列入,假定所列各国在2010年剩余储量基础上不再发现新油田,又假定今后各年产量均按2010年数字不变,直至枯竭为止。再假定今后各年消费量也按2010年数字不变。则2010年“储釆比”(见表1说明5)小于20年的国家,至2030年产量为0。由上表可见,2030年需求国的每日“需求总量”为46.6百万桶,可供国的每日“可供总量”仅为27.76百万桶枯竭,每日短缺20.84百万桶无货源着落。这是由于表中的美、英及中国等11个产油国储量枯竭,致使总产量减少所致。
石油是事关国防安全和国计民生的战略物资,在国际石油供大于求的情况下,石油只是可供国的经济支柱,关键在于油价。需求国考虑长远利益,虽然通过一定的政治、外交乃至军事手段来控制长期货源,但双方仍属正常贸易。当石油供不应求,尤其当石油货源严重短缺时,可供国的石油输出,不仅服从经济利益,更要服从政治需要,还要屈服于军事压力。资源短缺的耗油大国家不再只用经济、外交手段来争得货源,而要动用军事手段获取。
美国是全球军事力量最强的国家,又在全球设有一百多个军事基地,加上北约盟国和日本,如虎添翼。上表所列2030年“西方各国”每日净需求37.05百万桶,表列可供国的可供总量仅为27.76百万桶,即使全卖给他们还缺9.92百万桶。何况,除伊朗外中东各产油国早就被西方控制,伊拉克还驻有重兵。2011年利比亚被法国等北约国家武装入侵后,北非也被西方控制。西方至少要用军事保住中东非洲每日21.46百万桶货源。直至对伊朗动武。
中国2011年石油进口的2.54亿吨石油中,从中东的进口量达47.1%,包括伊朗的10.9%;从非洲进口17.4%。中东非洲合计64.5%;从前苏联地区进口12.2%,含俄罗斯7.8%和哈萨克斯坦4.4%;从南美的委内瑞拉进口4.5%。
至2030年,中东的伊朗如果仍保持与美国的对峙状态,则还可能将油买给中国。如果发生美国入侵伊朗的战争,则将停止对中国出口。至于中东其它美控国家,不可能再把油买给中国。何况其中的阿曼已无油可供。非洲的安哥拉也无油可供,苏丹的储量约为安哥拉的一半,也可能无油可供。至于利比亚,2010年尚供中国634.4万吨,2011年被法国入侵后就停供了。可见届时中国从中东非洲很难购到石油。美国在中亚的阿富汗驻军,将对哈萨克斯坦产生威胁。俄罗斯也会在中国和西方间权衡,前几年的输油管线建成两支,既给中国也给日本。何况,俄罗斯2010年的儲采比只有20.65年。如果20年内没有大油田发现,生产和消费维持2010年水平,2031年就无油出口了。
剩下潜力最大的货源是委内瑞拉,2010年储量己接近沙特成为世界第二,虽然委美意识对立,但因地缘关系该国出口石油60%运往美国。 中国2011年只有4.5%进口石油来自该国。2030年从委国可进口多少石油,尚需看今后美委对立程度和委国的增产幅度。
日本是世界第三大石油消费国,如果中国与其争货源,在美国的支持下决不示弱。何况近来还强行“买”下“辖区海域内有石油资源”的中国领土钓鱼岛。印度倒向西方,军事力量发展也快,为获得石油有可能与中国抗衡。
综上分析,如果中国在今后20年既无大型油田的发现,也不缩减庞大的石油消费规模,甚至还快速增加机动车的使用量。那么到2030年,国内石油的满足程度,可能在目前的油耗大国中最差。届时不仅经济受挫,国防也将瘫痪。如果用军力与西方抗衡,没有足夠的石油支撑,现代武器很难发挥威力,加之长期未经实战很难获胜。战火若烧到中国本土,中国人民又要遭受蹂躏。即使将来向美国乞求,从“庇护越南、菲律宾等国瓜分南海油田”的事实不难推测:美国也不可能把油源让给中国。
当然,石油枯竭的过程中可能引发的国际战争不仅是西方对中国,也可能包括对伊朗、委内瑞拉。俄国若在2031年石油枯竭,也可能参战。甚至西方内部也可能因争夺货源而战。
国内战争:在较早发生石油供应锐减的国家,由于农业生产方式回归人畜作业,粮食单产大幅度下滑,耕地将更为宝贵。此间如果实行了土地私有,穷人卖地,耕地又集中到地主手中,再次回到封建生产关系。种田人收获的大部分粮食交给地主,只能挨饿。工厂也因缺油,机械化程度下降。迫使工人的劳动强度增强,厂主为了保持利润的增长,工资很少增加。全社会两极分化不只表现为“生存线以上的贫富差距”,而是将很多工人、农民赶到生存线以下。当被剝削的人群超越了忍耐的极限必然起来造反。国内革命战争重新爆发。
全球变暖加快。由于国际社会认可:“降低万元GDP能耗”算作对“减缓全球变暖”的贡献,所以历次世界气候峰会都未能达成“约束各国减少CO2排放总量”的协议。因为GDP总量不封顶,所以只要还认可上述指标,在石油枯竭期间的几十年内,CO2等温室气体的全球排放总量还会增加,全球变暖的速率必将加快。北冰洋夏季海冰将提前化完,大气环流紊乱程度加剧。干旱、洪涝增多。加上很多高山冰川退缩或消失,大江大河源头补给骤减。缺水地区增加,进一步影响到粮食产量。
石油增产潜力及其它资源替代油气的可能性
探明剩余可采储量及资源量的不确定性。
“探明储量”是依据不同密度的测井資料,一般用“油藏体积*单位体积含油量”来计算。“油藏体积”本是不规则的形状,只有达到一定的测井密度,所推测油藏的平面形状及平均厚度才能接近实际。勘察及开发早期所估体积难免较大的误差。“单位体积含油量”按钻探所取岩心测定的孔隙率、饱和度(孔隙中有油、气、水,其中含油气%)和一定系数计算的。其准确性也隨岩心样本的代表性和检测水平而变化。资源量根据地震等资料,准确性更低。
探明可采储量是“探明储量*估计采收率”。 尽管公布的“探明储量”没有说明是否等同于“可采储量”;本文一律假定为“可采储量”;也没有注明所估采收率是多少,本文都假定为30%;尽管资源量准确性低于50%,本文假定美国2000年评估的“待发现资源量”全部转化为“可采储量”;考虑技术进步,还将2008年后的平均采收率提高了5个百分点。
实际上,因各国对油气矿藏探明程度不一,储量口径也有差异(美、苏不一)。若有的国家公布储量偏高;或在“探明储量”中未剔除不可采的部分;或在生产中最终采收率低于原估数;或“待发现资源量”估计偏高;或资源量中未能全转化为可采储量;或高估了非常规石油可采石油量,都会使“最终可采累计产量”达不到上文的估计数。反之,可高于上文估计数。
此外,今后几十年石油生产、消费增速如果快于上文所估速度,则枯竭期提前。反之枯竭期推迟。一般说来,越早发现新的大油田并及早投入生产,越早改进技术提高采收率,越早大规模开发非常规石油资源,越能刺激消费从而扩产,并使枯竭期提前。反之推迟。
同样的因素,表1所列2030年枯竭的国家也可多可少,具有相应的不确定性。
提高采收率的可能性。
采收率是可采量占储量的百分比。本文假定2008年后全球平均采收率35%。但据报道: 大庆油田最高采收率已逼近70%,主力区采收率达到50%,比国内外同类油田高出10至15个百分点。那么油田采收率可否无限度提高呢?笔者认为,对于能源矿藏开采新技术,要从“能源净收得率”“水及其它资源消耗”和“环境影响”三方面评价才能确定采用与否。
⑴能源净收得率评价:
能源净收得率=(提炼1吨原油所得燃料油可获热能总和-开采运输提炼1吨原油的所耗能量)/提炼1吨原油所得燃料油可获热能总和。
若提炼1吨原油共得燃料油500公斤,平均燃烧值1.05万大卡/公斤,开采运输提炼全过程耗能300万大卡,则能源净收得率=万大卡*500-300万大卡)/500万大卡=45%。
石油开采是把埋藏很深石缝中的粘稠液体从油井的导管中挤压(或抽)到地面的过程,隨着开发程度的深入,采收等量原油耗能逐步增多:
a、开发早期,当油层混有一定的天然气时,油气混合物在地层压力下, 可自动喷出井口,无需消耗其它能源。
b、含气量下降到一定程度进入“油泵抽油”阶段,采油能耗主要用于抽油泵的动力,只有当“油层压力减去泵壳内负压之差”大于“井内流体柱的重力与摩擦力之和”时,原油才能抽到井外。越往后油越稠厚,流体柱升至井口所需克服的重力和摩擦力越大,油泵的耗能也越多。当浅层油采完,生产井加深耗能也加大。
c、油井四周石缝中原油不断向油井渗透,油泵才能不断地把油抽到井外。以井为中心,越往后渗透半径越大,因而需要克服的“石缝中原油与岩石孔隙的摩擦力”也越大,超过了油泵配置的动力时,就不能把油抽出。需要将水压入地下以增加油层压力,这就是“二次采油”。此时采油增加的能耗包括:把地面水或“油藏圈闭外的地下水”抽到“注水井”边的能耗;“用泵把水压入油层”的能耗;抽出井外后进行油水分离的耗能。
d、大庆发明了“聚合物驱油技术”和“泡沫复合驱油”,实现了“三次和四次开采”。其原理是将碱、表面活性剂、聚合物和气有机地组合到一起,注入油藏内,使其具有超低界面张力、良好的水相发泡性能、良好的上浮能力。从而实现了最高逼近70%的采收率。与此同时,所采的原油又增加了“碱、表面活性剂、聚合物和气”的制造、运输、压注和液体抽出油井后再次分离的能耗。其全过程远比注水及分离的能耗高得多。
越是到油田晚期所采的原油粘度越大,运输耗能也越大。从油田到炼油厂的输油管沿线需要用泵增压。炼制过程中的能耗也将增加。相反,越到晚期油越稠,从而所得燃料油的产率越低。大庆原油馏分产率中,汽油4.2%,喷气燃料9.9%,轻柴油14.5%,三种燃料油合计只有28.6%。剩下重质馏分油29.7%,减压渣油41.7%。胜利原油的汽油和轻柴油合计为25%,重质油30%,减压渣油45%。在“能源净收得率”公式中,因分子上的“被减数”减小,“减数”增大,分子必减小,从而“分数值”相应减小。上述分析可见,一、二、三、四次采油技术的“能源净收得率”是依次减少的。
中国11个产油大省中,有8个省产量超过峰值进入中晚期。2010年全国炼油4.08亿吨,产出成品油2.53亿吨,折合3.8亿吨标准煤,全国石油化工总能耗4.14亿吨标准煤,扣除煤炭生产的合成氨0.74亿吨标准煤,后,其余耗能3.4亿吨标煤。全国石化“能源净收得率”只有10.5%)。当年所炼原油中2.03亿吨国产,其余2.05亿吨为进口油,其中相当比例是“燃料油产率较高轻质油”--如阿拉伯轻质油。剔除进口油后的纯国产油“能源净收得率”更低。
⑵水及其它资源消耗:大庆所采石油的“综合含水率”已达90%以上,即采1吨原油(考虑油水密度不一)需注10.5吨水。 大庆主要以地下水为水源,经40多年开采形成东西两个地下水漏斗区和超采区,总面积近3000平方公里,地下水位降至40多米深。此外还要消耗大量水泥、钢材等其它物资。相当于用水及其它资源换来石油的非燃料产品。
⑶环境影响:全国“石油天然气开采业”2010年排污水1.16亿吨,相当于每产1吨石油排放0.39吨污水。 所排污水中“石油类”污染物高达百万分之3.5,为3类水质(可作自来水水源)标准的70倍,也就是每产1吨石油所排污水需要27.3吨天然水稀释才能达到3类水质标准。
可见无论从能源收支,还是从资源消耗和环境影响来评价,陆上油田采收率增加都是有限的。海上石油无法用注入淡水的方法加压,污染情况也比陆上严重,采收率的提高更难。
非常规油气的潜力。包括超重原油、含油沙、油页岩和页岩气。
⑴超重原油:是比重超过0.91的原油,其粘度高,且硫、金属、酸和氮含量也较高。虽有8630亿吨的探明地质储量,若采收率为15%,可采储量为1233亿吨。但因其基本不流动,开采时需注入蒸汽、热水,添加物质将其溶解,有的采用类似挖掘煤炭的方法开采。管道运输也要加热、加稀释剂,并提高泵能。还需增添脱除杂质的设备。故开采、运输及炼制过程中每吨原油能耗远高于常规原油。而产出的能源又远低于常规原油,超重原油储量最多的委内瑞拉,目前所产重油中,沥青含量高达2/3,除去重油和渣油,所产轻质燃料油更少。
⑵含油沙: 系由砂粒、沥青、矿物质、粘土和水等五部分组成的矿物,沥青含量为3%~20%,砂和粘土等矿物占80%~85%,水占3%~6%。全部可采总量虽达3234.7亿m3。因其是固体,浅层矿需移除地表的植被,包括草场和林地,再进入机械开采;深层矿需高压注入3000C以上的水蒸汽,分离泥沙和含油物质,再将分离后的浆状物从地下抽到地表进行提炼。所得沥青比超重原油还低。不仅能耗高,而且污染严重:萃取出一桶原油所产生的CO2排量,至少是萃取普通油的3倍;从含油砂中提炼一升可供使用的汽油,将消耗5升水;残渣更具污染性。储量最高的加拿大开采过程中,不仅造成水质污染和水位下降,而且当地居民癌症和呼吸道发病率奇高,砷和其他重金属含量是可接受水平的300多倍。因其所提炼的油运往美国,故加拿大政府已面临进退两难的困境。
⑶油页岩:是一种含油率大于3.5%的岩石。其灰分超过40%。虽然油页岩资源10万亿吨,估计可获页岩油资源总量约为4750亿吨,(也有估计3662亿吨,4110亿吨或4225亿吨)。但因其是比油沙更坚硬的岩石,也不可能用高温蒸汽使其变为糊状抽到地上。只能用露天和井下两种方式把页岩挖出来。更不可能用管道输送,只能用车辆运输。进厂后还要将其打碎再加热到500℃,才可获得页岩油,再从页岩油中炼得燃料油及其它产品。每开采1吨页岩矿比开采1吨原油多耗能量包括:开挖岩石比“压注、抽取、分离原油”多耗的能源;车运比管运多耗的能源;打碎和加热至500℃的能耗。进厂1吨原油矿可获1000公斤原油,打碎熔化1吨页岩矿只得到几十公斤的页岩油。开采1m3油页岩,一般需要抽出25m3含硫酸盐的地下水,灰渣金属元素和微量元素也渗入地下水中。而开采1吨原油只产生0.39吨污水。
传统的原油开采练制的全过程,在采油晚期尚可出现能源收支近于倒挂的现象,以上3种非常规石油每吨矿物的进厂能耗均比常规油矿多,而获得燃料油均比常规原油少。消耗、污染的水资源,占用的土地也比常规原油多。这类“资源”还能作为常规原油的替代品吗?尽管如此,上文还是估计了770亿吨“非常规石油”的可采储量。
⑷页岩气:是页岩层中储存的天然气。据估计世界页岩气资源量为457万亿米3,其中技术可采资源量为187万亿米3。虽为世界天然气资源总量的38.5%,但因储存在致密的页岩层中,不象天然气那样储存于多孔隙的岩层中可以自喷开采,而是要用“水力压裂法”开采。就是在水中加入一定量的泥沙及交联剂、破乳剂、稳定剂等化学物质制成“压裂液”,用高压泵压入页岩层,使其产生裂缝。再用砂粒及化学物质填充其中,保持缝隙,以便页岩气压出气井。此法所耗能源比开采常规油气高得多:不仅用于生产化学物质和开采地下水的能量,更多的是下压的能量--要把地下3000米左右的页岩压出许多裂缝。该法作业后24小时内可发生3级及以上地震,可想而知,每次压裂要消耗多少能源。据美国地质调查局公布的数据:在开采页岩气的美国中西部地区,2009年发生3级及以上地震50次,2010年87次,2011年增至134次,是上世纪同期的6倍。其次是水资源消耗量太大,动辄数以万吨计,对于缺水地区根本无法承受。 再次是环境影响,除了引发小震可能诱发大震外,压入地下的化学物质也污染了地下水。在英国已引起环保组织抗议。法国新任总统奥朗德于2012年9月颁布了禁止开采页岩气的命令。可见开采页岩气是弊多利少,更难成为常规油气的替代品。
煤化工。工业上已能把煤液化,生产出燃料油和各种化工产品。但生产相等的燃料油,用煤与用原油相比显然多耗能:煤炭只能从井下挖出来,不能从地下抽出来;煤炭只能用车船运输,不能用管道输送;煤炭直接液化需在425~450℃和100~140个大气压下加氢反应。原油蒸馏在3500C和常压下可分馏出汽油、航空煤油和轻重柴油。燃料油的氢/碳原子比需达到2以上,如汽油主要成分辛烷为18:8。 原油的这一比为1.65~1.95, 而煤炭氢碳比仅为0.7:1。虽然炼油后期也需加氢,但氢源来自前期。煤液化过程中需要另增制取氢气的能耗。用煤代石油制取燃料油的“能源净收得率” 若<0,则无取代价值了。
及早应对的措施
综上所述,全球油气将在2100年前后枯竭。退一步说,即使将来发现超出上文引用的“最终可采油气总量”,或发现新的“能源净收得率”较高、水资源等消耗较少、环境影响小、储量较多、可取代油气的化石能源,也还是一个有限的量。只要人类不改变现有生产消费模式,最终总要枯竭。枯竭后及枯竭期间将对人类生存产生灾难性的影响也还难以避免。这是由于石油的用途太广泛,人类生存对石油产品依赖性太大所致。要把灾难损失降到最小程度,就必须在今后几十年内迅速减少对石油的依赖程度。上文述及的灾难主要在粮食、交通、国防等领域。需从减少依赖和延缓枯竭两方面采取措施。如减少粮食生产对石油的依赖、缩减交通量、建立常规防御体系、控制油气的开采等。
减少粮食生产对油气的依赖:粮食生产对油气的依赖包括农机、肥料及农药、种子等方面,也波及到饲养业和蔬菜生产。可从以下方面着手:
首先要给农业提供足够的劳动力,以适应“人畜力操纵简单农机具”的作业方式。这就要把流入城市的农民请回农村。同时要将不适应人畜作业的居民点改为传统的村庄。并要组织农业合作社,以便统一调配劳动力,强弱和技能互补;其规模可控制在人畜力可及的范围内—若面积太大,村庄粪便难以用人畜力送入最远田块。对此,“城市化”水平越低,时间越短的国家越易做到。
其次,恢复有机农业。除农村的人畜粪便全部返回耕地外,还要尽力搜集附近中小城市乡镇平房及公厕的粪便。并要在非污染区罱泥划渣、利用秸杆、制作厩肥等扩大肥源。与此相应,要培育适应当地土质、可由农户自选、适应有机肥而不是耐化肥的良种。
再次,扩大耕地面积,确保粮食播种比例。停止占用农田,收回已征未用土地,整理废矿山、废公路的土地。逐步缩小城市面积。这一点可能最难。
还要尽量利用天敌和物理方法治虫,恢复人工锄草,大幅削减农药用量。保证排灌畅通,注重水土保持等。
节约粮食。当今世界饲料用粮比例高达一半以上,节粮的最大潜力是改变食物结构,减少肉食比例,从而大幅度减少饲料用粮。养猪的规模控制在可提供的粮副产品范围内,牛羊规模控制在天然草场载畜能力范围内。最后还要坚持计划生育,控制人口增长。
大幅削减交通用油。城市规模越大,市内交通用油越多;私车越多,人均用油越多;流动人口越多,长途车用油越多;片面追求高速,减少水运,每万吨公里能耗越多;货物流动平均半径越大,单位产品能耗越高。为此要通过缩小城市规模、压缩私车、减少人口流量、控制车辆速度、鼓励水运、充分利用本地资源等措施来削减交通用油。
减少国防对石油的依赖。建立常规防御体系,发展非石油武器的装备和实战训练,重视民兵建设与训练,发挥掩体作用。
控制油气矿开采总量,把石油储存在油气田里。提高采收率的技术及替代资源的开发,要进行“能源收支、水及其它资源的消耗和环境影响”的综合评价,决定取舍。
以上措施,对于石油依赖性越大的国家越难实施,但留给人们只有几十年的时间,石油自给率越低的国家所剩时间越短。能否越过这道坎,不仅要各国多代政治家保持清醒头脑,采取得力措施,更要广大人民觉醒自救。
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