非常规天然气勘探开发评价及影响综述

孙肖阳，张宝生，魏新强，郭克强

(1.中国石油大学(北京)工商管理学院，北京 102249；2.中国石油集团经济技术研究院，北京 100724)

矿业综述

非常规天然气勘探开发评价及影响综述

孙肖阳1，张宝生1，魏新强2，郭克强1

(1.中国石油大学(北京)工商管理学院，北京 102249；2.中国石油集团经济技术研究院，北京 100724)

摘要：北美页岩气开发开启了非常规天然气资源勘探开发的新纪元，引起了全球的关注。但是全球特别是北美以外地区的非常规天然气地质特征、资源量和经济评价效果仍然不确定，非常规天然气开发利用带来的社会经济和环境影响尚未可知。非常规天然气勘探开发评价研究表明非常规天然气地质特征和分布不同于常规天然气资源，开采难度更大；资源量评估也不同于常规天然气，存在很大不确定性；经济技术评价方法主要是净现值模型和不确定分析模型。非常规天然气开发利用社会经济和环境影响研究主要是现状描述和替代效果比较。综合考虑资源、技术进步、经济成本因素，并结合各气田差异性和特殊性的全面研究还有待加强；在非常规油气开发的社会经济影响和环境影响方面，研究的方法相对简单，至今还未形成完善的研究方法与模型体系。总之，此领域存在较大的研究空间和必要性。

关键词：常规天然气；资源特征；资源量评估；技术经济评价；社会经济影响；环境影响

天然气是一种优质、清洁的能源，非常规天然气作为常规天然气的补充，其开发利用不仅有利于全球能源结构的调整，也有利于全球温室效应的控制。得益于水平井和压裂技术的发展，“页岩气革命”使得美国页岩气产量大增，产量从296亿m3(2005年)突增到3025亿m3(2013年)[1]，涨幅近10倍，在降低美国气价的同时也深刻影响着全球天然气市场。美国能源革命后，非常规天然气开发及利用备受各国重视。然而，美国非常规天然气，特别是页岩气的开发规模和经济效益是否能在其他地区复制、其开发利用对社会和环境的影响是否能得到相同的效果还待观察。考虑到目前学术界因非常规天然气的认识角度不同而导致概念理解存在差异，导致非常规天然气资源规模、经济可获得性、环境效果评价还处于百花齐放、百家争鸣阶段，基于此，本文对现有的非常规天然气资源潜力、开发状况及利用影响的研究成果进行了整理归纳，采用的方法主要是对重要成果的系统性分析，从对非常规天然气的认识、获取、利用以及所产生的社会经济影响角度分析，依据现有研究给出更加严谨的结论。值得注意的是，本文所涉及到的非常规天然气资源现仅限于页岩气、煤层气和致密气三种。

1非常规天然气勘探开发评价研究综述

非常规天然气勘探开发阶段的研究主要关注非常规天然气的地质特征和形成条件、资源潜力和分布状况、勘探开发现状和未来发展前景，以及非常规天然气技术经济评价方法研究等。现有成果根据研究视角大致可以分为三类：一是基于资源地质特征视角的研究，二是基于资源评价视角的研究，三是基于经济技术可行性视角的研究。

1.1非常规天然气资源地质特征和形成条件研究

基于资源地质特征视角的研究主要是对非常规油气资源的物理或化学特性、形成条件及其与常规油气的差异等进行研究。Thomas Gentzis对位于美国新墨西哥州圣胡安盆地南部的曼柯斯页岩和刘易斯页岩的总有机碳和页岩热解参数进行了研究，结论显示研究区域内和附近地区的页岩底层均不成熟[2]；宋岩等通过对比煤层气与常规天然气的地球化学特征、储层特征、气体赋存形式、成藏过程及机理，揭示了煤层气相对于常规天然气成藏的差异性：煤层气主要以吸附态储集于煤岩微孔和过渡孔的表面、煤层气藏均经历了晚期抬升过程、后期保存条件好坏是能否成藏的关键[3]。滕吉文等分析了美国页岩气分布、演化特征，并认为在理解其它国家页岩属性、页岩油气的前景和勘查及储存背景下，在我国较全面的进行页岩和页岩油气存储的勘探和对其进行要素匹配[4]。邹才能等以中国致密油和致密气为例，详细阐述了国内外典型致密油气的地质特征与形成条件[5]。进行类似研究的还有伏海蛟等[6]、曾溅辉等[7]。此类研究是基础性研究，研究结果表明：非常规油气不同于常规油气和其他能源资源，同类型的非常规油气资源在不同的分布地区内也存在一定差异，不能盲目乐观地对待。

1.2资源评价视角的研究

基于资源评价视角的研究主要针对某一国家或地区的非常规天然气资源进行评估，分析发展现状及未来前景。非常规天然气资源量评估主要集中于对地质资源量的评估和技术可采资源量的评估。下面按照页岩气、煤层气和致密气的顺序进行详细说明。

1.2.1页岩气资源量评估

Rogner最早对全球非常规天然气资源量进行评估[8]，将全球非常规天然气资源分布划分为11个区域，根据其评估结果全球页岩气原始地质资源量为456Tcm，煤层气256Tcm，致密气215Tcm。很多学者和机构在评估技术可采资源量时采用Rogner的估计作为原始资源量，Mohr和Evans在采收率设定为15%的前提下估算全球技术可采资源量为68.4Tcm[9]，MIT通过将采收率设定在10%～35%之间，区间性的得出全球技术可采资源量处于68.4～159.6Tcm之间[10]，同样ARI和IEA在采收率为40%的前提下做出预测[11-12]。但2010年，WEC将全球非常规天然气资源量按与Rogner相同的区域进行划分，取得了较大差异的结果认为全球页岩气经济可采资源量为107Tcm[13]。

丰富的勘探开发经验提高了学者对页岩气的认识程度，也促进了页岩气资源量数据的不断更新。ARI在2009年评估北美和欧洲地区的页岩气资源总量为24Tcm[11]，而2011年，ARI将评估区域扩展到南美、非洲和亚洲等地区，页岩气资源总量为163.1Tcm，为2009年评估结果的7倍，且其中82.7%的增量位于北美和欧洲以外的地区[14]。Medlock et al在2011年仅评估了北美地区以外的6个国家[15]，技术可采资源量总计187Tcm；2012年的评估区域增加到29个国家[16]，可采资源量超过200Tcm。EIA与ARI合作评估全球除美国以外的41个国家，137个页岩地层的评价结果显示[17]，全球页岩气技术可采资源量为206.6Tcm(ARI评估结果为220.7Tcm)，这比ARI[14]在2011年为EIA评估的结果增加了近40Tcm，主要原因是技术进步促进数据的获取以及评估国家和地区的增加。Laherrere[18]，Sandrea[19]等人也对全球页岩气资源量进行了评估。BGR评估的全球页岩气技术可采资源量为157Tcm[20]。总体而言，全球页岩气可采资源量的评估区域增加，所评估的页岩气资源量有所上升。

此外，还有一些学者单独评估页岩气主要产出国家的页岩气资源量。Kuuskraa[21]、Henning[22]、Medlock[23]、USGS[24]、EIA[16]等学者和机构对美国和加拿大的页岩气资源量分别进行了评估，结果显示美国页岩气技术可采资源量为14～23Tcm(以2011年后评估值为基础，下同)，均值为23.4Tcm；加拿大页岩气技术可采资源量为5～16Tcm，均值为11.8Tcm。

随着中国对页岩气的勘探和开发，许多学者对中国页岩气的资源量进行了评估[25]，结果表明中国页岩气技术可采资源量为4.1～45 Tcm，均值为24Tcm，与美国页岩气可采资源量相当。其中有代表性的如图1所示。

综上所述，随着新兴页岩气区块的发现和勘探开发技术的进步，学者和机构对于页岩气资源量的评估有新的认识，但是仍然存在很大差异性，这种差异性部分来自采收率的不确定性。全球页岩气技术可采资源量为7.2～220.7Tcm(表1)，均值为123Tcm；中国页岩气可采资源量为4.1～45Tcm，均值为24Tcm。总体而言，全球页岩气资源量评估区域在不断增加，早期认为技术不可采资源量逐渐转变成可采资源量。全球页岩气资源量丰富，尤其是在以美国和加拿大为代表的北美地区(约占全球的25%)，其次是中亚和中国地区(约占全球的15%)，欧洲页岩气资源量评估也成为未来研究重要的方向。

表1　全球页岩气资源量评估/Tcm

图1　中国页岩气可采资源量评估

1.2.2煤层气资源量评估

煤层气资源的大规模开发和利用主要集中在煤炭主要生产国家，Kuuskraa[11]、BGR[26]、Aluko[27]、Murray[28]和Rogner[1]对全球及主要国家的煤层气资源量进行评估，评估结果显示世界煤层气资源量为84万亿～377万亿m3，其中加拿大和俄罗斯资源量不确定性最大(分别为5万亿～121万亿m3和13万亿～113万亿m3)。Kuuskraa和BGR还提供了全球煤层气技术可采资源量，分别为24万亿m3和46万亿m3。EIA最新的全球煤层气地质资源量评估数据为141万亿m3。作为世界煤炭生产第一大国的中国，学者在对全球煤层气资源量评估的同时也重点评估了中国的资源量，各学者与机构现有的评估结果见图2。其中国内学者主要以埋深2000m以内的地质资源量为评估对象，最终结果以国土资源部2006年的评估结论为主流，即中国地质资源量为36.81万亿m3[29]，技术可采资源量为9.3万亿～12万亿m3。国外学者则以统计类比为基本原则估算中国煤层气资源量，如McGlade等人分析了其他学者的文献，认为中国煤层气技术可采资源量为3万亿～12万亿m3[30]。综上所述，虽然煤层气勘探开发已经获得进展，总体来看煤层气资源量仍然存在很大的不确定性。

图2　中国煤层气地质资源量

1.2.3致密气资源量评估

Kuuskraa和Meyers最早提出全球致密气资源量的评价，评价结果认为全球致密气地质资源量为76万亿～102万亿m3，其中55%～75%位于北美地区以外的区域[31]。若假定全球页岩气的综合采收率为10%～30%，那么技术可采资源量可以估算为10万亿～25万亿m3。随后不同学者和机构给出更加大的估计值，IEA引用USGS的评价结果，认为全球已发现或推测发育致密气的盆地大约有70个，资源量为210万亿m3[32]；Rogner根据美国经验认为Kuuskraa和Meyers的评价结果太保守，将全球致密气资源量进一步估计为215万亿m3，可采资源量估计为21万亿～65万亿m3，并按照全球常规天然气分布比例把致密气分布分配到各区域[33]；与之对应的是Total的评估结果，全球致密气资源量为310万亿～510万亿m3，其中可采资源量为20万亿～50万亿m3[35]；此外，BGR评估的技术可采资源量为46万亿m3[20]；随着技术的发展和开发经验的丰富，美国石油协会(SPE)的Dong认为Rogner的评价结果存在很大问题，于2011年重新对全球致密气进行评估，认为致密气地质资源量为2037万亿m3，该数字约是Rogner评估结果的十倍[36]。

此外，不同机构和学者还对致密气主要产出国的资源量进行了大量评估。法国石油研究院(IFP)对美国和加拿大的致密气资源量进行了评价，认为仅这两个地区的资源量就已到达402万亿～442万亿m3[34]；EIA认为美国致密气技术可采资源量14.5万亿m3，加拿大致密气技术可采资源量为6.5万亿～14.5万亿m3。由于北美以外地区致密气资源开发经验有限，目前对于致密气资源量的评估文献较少，多数集中在中国，本文统计了7个关于中国致密气资源量的文献，其数据不尽相同，其中李玉喜对于中国致密气资源量的评估为55.77万亿～83.46万亿m3[37]；戴金星等[38]、李建中等[39]、赵靖舟[41]、邹才能等[4]、邱中建等[42]等人评估中国致密气可采资源量处于8万亿～20万亿m3之间，而贾承造采用类比法认为地质资源量为17.4万亿～25.1万亿m3。

致密气资源量的不确定性也是由于采收率的不同引起的。Total采用的采收率为6%～10%，IEA使用的采收率为40%。贾承造等人使用的采收率达到了50%。

综上所述，全球非常规天然气可采资源量巨大，但估计量差异较大。文献中对于页岩气和煤层气的资源量评估侧重技术可采资源量，而致密气资源量评估侧重原始地质资源量。全球页岩气技术可采资源量介于7.2万亿～220.7万亿m3之间，均值为123万亿m3；煤层气技术可采资源量为24万亿～46万亿m3，其中俄罗斯的地质资源量不确定性达到100亿m3以上；致密气地质资源量变动范围是76万亿～2037万亿m3。

1.3经济技术可行性视角的研究

基于经济技术可行性视角的研究主要是研究相关经济技术评价方法和模型，对非常规天然气资源的开发成本、经济可行性、可持续性和不确定性等进行分析评估。

考虑到北美地区拥有丰富的生产经验和先进的开采技术，非常规天然气资源和项目的经济可行性研究成果主要集中在北美地区，其研究领域为页岩气开发项目的技术经济评价。其中，Dahaghi使用NETL/DOE开发的FRACGEN /NFFLOW软件模拟新奥尔巴尼页岩生产情况，建立容易理解和可重复试验的净现值模型。通过综合的文献数据反映New Albany Shale的自然压裂。对关键气藏和压裂参数(例如气藏内部压力，基质孔隙度，基质渗透率，有效厚度压裂缝隙减少因素，压裂长度和密度进行敏感性分析并排序。结果显示，裂缝检验录井、岩心分析对于建立精确的模型来反映新奥尔巴尼页岩的压裂分布很重要[43]。Kaiser使用税前和税后等式关系的典型曲线和结构建立两个变量的模型，评价了Haynesville页岩气的经济可行性和持续性，结果表明当气价为MYM6/Mcf，运营成本为MYM1～MYM0.5/Mcf，资本成本MYM750万时，预计平均气井收益率为1%～11.5%；当资本成本MYM750万～MYM1000万时，预计平均税前收益率为52%～25%，税后收益率为40%～20%。而价格是决定页岩气生产第一年是否盈利的重要因素[44]。高世葵等人采用类似的方法建立页岩气资源经济评价思路、流程和方法，并对Marcellus页岩气项目进行经济分析，结果表明初始产量是决定项目经济性的根本因素[45]。Weijermars使用净现值模型从技术进步率情景分析的角度分析了技术进步对页岩气开采经济性的影响研究。技术进步包括页岩气开采使用技术的成本和效率。研究结果表明，净现值模型可以用于设定使页岩气盈利所需的技术进步率。技术进步可以通过降低完井成本和提高采收率进而增加页岩气可采储量[47]。Rahman & Sarma将致密气水力压裂几何模型，生产模型和投资收益净现值模型相结合，建立了通过水力压裂技术提高致密气采收率的优化模型。优化处理结果显示，通过水力压裂优化后的致密气产量比过去十年的产量增长了300%。敏感性分析显示大量的优化处理参数对产量和净现值有直接影响[48]。Marongiu-Porcu也对水力压裂技术做出类似的技术经济优化研究[49]。Burkholder和Coopersmith针对非常规资源的特点，构建了非常规资源勘探开发投资决策模型，模型中包含概率分析、相关性分析、不确定性分析、策略分析等模块[50]。

随着页岩气勘探开发浪潮的澎湃，北美地区之外的页岩气藏和项目的经济可行性评价逐渐增多。Weijermars评估了欧洲五个新兴页岩气藏的经济性，通过计算IRR和NPV表明，波兰和奥地利的页岩气在P90标准下可以实现正的净现值，而德国、瑞典和土耳其的页岩气出现负的净现值[51]。如果页岩气藏在“甜点”期内部收益率能够提高10%，五个页岩气藏都可以盈利。Stefan G·deke模拟了西澳大利亚帕斯盆地页岩气区块生产情况，结果表明尽管钻井和压裂成本很高，天然气含量较少，帕斯盆地页岩气开发仍可以盈利，优化后8个水平井将会产生2.09亿美元的净现值，其中关键风险因素是天然气饱和度、孔隙度和天然气含量[46]。Xia & Luo认为经济临界深度是页岩气开采的关键度量，建立了使用盈亏平衡方法计算经济临界深度。在现有技术、气价和勘探政策下，初始生产速率和产量递减率对于页岩气井的经济临界深度有显著影响，其中初始生产速率影响更大。对中国某试点区域的生产数据进行拟合，并计算经济临界深度，结果表明，当初始生产率在2.5万～5.5万m3/d变动时，经济临界深度的变动范围是898～3997m。因此，经济临界深度可以迅速排除非经济可行的页岩气项目[52]。

国内非常规天然气的技术经济评价主要是针对煤层气开采项目。罗东坤等提出了天然气储量最低经济规模评估方法、煤层气地面工程投资估算和参数确定方法[53]和煤层气目标区资源经济评价方法[54]、煤层气钻井技术的经济性分析[55]。Ying Fan等人使用基于二项树模型的实物期权方法分析中国煤层气投资经济效果，结果表明价格对经济性影响最为显著，中国当前的煤层气政策不能刺激煤层气行业发展[56]。陈玉华建立了有界DEA煤层气经济评价模型，利用区间DEA模型结合蒙特卡洛模拟，建立区间DEA煤层气经济评价不确定分析方法，实现了煤层气的不确定性分析，限定了煤层气开发的优选范围[57]。此外，还有学者使用模糊评价方法、关联灰色分析和神经网络法对我国煤层气项目进行经济分析[58-59]。

2非常规天然气产业发展的社会经济和环境影响研究综述

非常规天然气开发利用对社会经济及环境的影响在国际上特别是在美国已经得到了研究机构、学者的广泛关注。国际能源机构(IEA)、美国能源信息署(EIA)在各自发布的年度能源展望中都开始加入对非常规油气分析的内容；美国能源部(EOA)也在全美国范围内开展了非常规天然气对美国能源安全保障能力评价。

2.1社会经济影响研究

关于页岩气开发社会经济影响的研究文献较少，主要出现在一些机构和咨询公司的研究报告中。Christopherson讨论了应该如何检验页岩气钻井和生产的短期经济影响和长期经济发展影响。其中短期经济影响包括工作机会、就业和社区成本，长期经济发展指的是地区人民生活水平、工作机会和多元化经济种类[60]。Considine等人采用IMPAN模型，用就业、经济增加值和税收来反映Marcellus页岩开发对Pennsylvania的社会经济影响，估计结果显示该地区2009年页岩气开发所带来的经济增加值为38亿美元，创造就业48000人次，州政府和当地税收4亿美元[61]。阿肯色州大学商业经济研究中心、Scott、Perriman Group、Weinstein &Clower以及HIS也有类似研究[62-66]。

上述报告对于美国页岩气资源开发的社会经济影响研究较为乐观，认为页岩气钻井很大程度上促进当地就业，而一些学术研究却认为这种促进作用被夸大。Kinnaman对上述研究进行分析，认为上述研究存在两个问题：①这些报告使用的模型需要在完全就业的情况下实现；②该模型缺乏整体经济的一致性。在这个基础上，Kinnaman提出了不使用经济增加值、就业和税收的成本—效益模型分析页岩气开发经济影响的流程，但未进行实证[67]。Weber对比页岩气开发前后经济情况，发现页岩气价值的大幅增长仅能引起当地就业、工人工资和家庭收入的缓慢增长，并使用经验模型分析美国科罗拉多州、德克萨斯州和怀俄明州页岩气开发活动对就业的影响，结果表明平均每100万美元的页岩气经济产出将会使当地就业增长1.5%，从而证明早期评估的Fayetteville和Marcellus地区页岩气开发对就业促进作用明显过于夸大[68]。Paredes回顾关于意外收入的文献，针对最早使用新技术开采页岩气的马塞勒斯页岩气，评估城乡层面的就业和收入影响，使用倾向得分匹配(Propensity Score Matching)方法分析发现水力压裂对于收入和就业没有影响；面板固定效应回归模型分析页岩气钻井对就业的影响，结果显示：Marcellus区域收入溢出效应极小，意味着页岩气业务对地区层面的钻井活动及成本影响微乎其微。由于外地人获得大量工作机会，页岩气钻井活动的工资并没有在当地消费[69]。

页岩气资源勘探开发对于全球能源格局的影响也不容忽视。Gracceva建立了跨地区的能源系统模型(TIAM)来量化分析页岩气发展的不确定性及其可能产生的影响。结果显示：在乐观情境下，2030年页岩气产量将占全球天然气总产量的四分之一，2040年预计达到三分之一，这对世界天然气的供应将产生重大积极影响[70]。Melikoglu通过文献综述的方式分析页岩气在全球能源市场中的作用。认为尽管页岩气资源量存在不确定性，其开发利用产生的负面环境影响高于常规天然气，但是未来加速开发页岩气还会持续。因为全球只有1%的页岩气资源量已探明，如果未能成功发现页岩气，到2040年全球将消费已探明常规天然气总量的66%[71]。Jan Bocora基于全球视角分析了世界非常规天然气的资源情况、相关风险及其开发对经济、环境和地缘政治的相关影响[72]。

中国页岩气勘探开发正处于起步阶段，非常规天然气开发利用社会经济影响评价成果较少。Shiwei Yu分析中国近6年来勘探和勘探实践过程的社会经济影响，认为中国页岩气资源潜力的不确定使得页岩气的开发对改善我国能源消费结构的效果有限，且目前的勘探开发偏向暂时性的利益。社会经济影响是满足南方发展天然气需求，促进其他相关产业的发展，改变矿权管理机制，减少温室气体排放[73]。张宝生等从国家战略意义、煤矿生产安全、环境保护、能源安全、经济效益五个方面对中国煤层气开发的综合效益进行分析，建立了综合效益评价指标体系，并对煤层气开发的综合效益进行量化分析计算，结果认为：在不考虑节约成本、瓦斯防治等方面费用的情形下，2010年我国煤层气开发的综合效益约200亿元，国民经济拉动效益可能超过450亿元[74]。李宏军建立了我国煤矿瓦斯开发利用综合效益评估模型，从经济效益、社会意义和环境效益三个方面进行了分析，研究表明：2007年，我国煤矿瓦斯开发利用的经济效益为0.50～0.031元/m3，社会效益为0.29～0.057元/m3，环境效益为8.80～0.78元/m3[75]。罗东坤等以国家战略石油储备成本为基础，提出了煤层气开发对能源安全贡献的定量评估方法，计算结果显示，开发利用煤层气对能源安全贡献的效益约为0.01元/m3[76]。盖静等对我国非常规油气资源开发利用的社会效益进行了研究，但该研究主要采用定性描述，仅对部分指标进行了量化分析，且没有具体的量化结论[77]。

2.2环境影响研究

北美地区非常规天然气实现技术上和经济上的开采，促进了全球非常规天然气的勘探开发，同时，非常规天然气的勘探开发过程也引起了人们对环境和健康问题的忧虑。总结归纳现有的文献，可以发现这方面的研究主要集中在勘探开发过程和综合利用过程中两个环节。

非常规天然气勘探开发对环境和健康的影响主要包括地下水资源利用、空气污染、土地污染等方面。现有的文献多数进行了定性分析，仅有少量文献使用模型，进行定量化分析。

在定性化分析方面，R.Vidic et al讨论了目前非常规天然气开发带来的主要环境问题，指出其对区域水质的影响较大，并针对废水管理提出了相关建议[78]。Francis O’Sullivan et al.讨论了页岩气生产可能产生的温室气体排放问题[79]。Vengosh A et al、Uliasz-Misiak B et al、Rivard C et al、Krupnick A et al、Jenner S et al[80-84]等学者分析了不同国家的页岩气勘探开发可能带来的环境和健康影响途径、种类、程度等方面的现状以及未来发展情况，并提出了相应的政策。董华松等、滕吉文等对页岩油气对环境的污染问题也进行了定性化分析[85-86]。但也有学者认为，由于当前的监管和披露存在问题，没有足够的证据量化非常规天然气勘探开发对环境和健康影响程度。Brantley S L等人分析了宾夕法尼亚州油气开发区域水资源的影响研究和媒体报道，几乎没有迹象表明地表和地下水资源的污染与页岩气开发有关。但是，2010年之后油气开发区域水污染案例增加，2012年大泄漏事件比重增加。Brantley S L等人提出了这种现状的5种原因，并认为随着行业发展和监管、监督力度的加大，披露会更加严格[87]。Werner A K等人分析非常规天然气开发对环境影响的现有文献和报告，得出的结论是缺乏非常规天然气开发引起的环境和健康问题的证据，也没有严格的方法论研究非常规天然气开发和健康之间的关系[88]。

上述研究重点在于描述现状，还有少量学者建立了分析非常规天然气开发利用环境影响模型。Chang Y et al建立混合生命周期存量模型分析中国页岩气钻井和地面建设潜在能源消耗和空气污染情况，混合生命周期存量模型页岩气钻井和建设页岩气井生命周期内，从页岩到井口消耗能量为59亿丁，产生的温室气体为5500公吨二氧化碳当量，具体估计“页岩到井口”的能源消耗，资源消耗，以及空气污染物的排放。结果表明页岩气钻井和建设页岩气井生命周期内，从页岩到井口消耗能量为59亿J，产生的温室气体为5500公吨二氧化碳当量。中国潜在能源和空气污染物排放影响正从煤炭转向页岩气[89]。Day S等人总结了非常天然气开发和利用过程中温室气体逃逸的两类计算方法：自下而上和自上而下，对非常规天然气开发利用引起的温室气体逃逸的研究进行分析，其中全球估计中最高的是产量的2.33%～7%[90]。

非常规天然气的利用对于常规化石能源和可再生能源的替代效果也是现有研究的重点。Stamford L et al通过比较页岩气和常规化石能源、页岩气和可再生能源发电的温室效应，认为页岩气发电对100年全球变暖潜在趋势为412～1102g CO2-eq./kWh，中值是462g。页岩气在发电方面优于常规化石能源和可再生能源。但是页岩气发电产生光化学烟雾的可能性更大(223.4mg C2H4-eq./kWh，是北海天然气的9倍，煤炭的1.6倍)[91]。Hultman N et al也做了类似研究，得出非常规天然气发电产生的温室气体虽然比常规天然气多11%，但比煤炭少44%[92]。

综上所述，根据美国页岩气开发经验，非常规天然气开发和利用对于促进当地社会经济发展有一定促进作用，但是如何量化这种促进作用学术界还没有较好的方法和模型，同时，非常规天然气开发对未来经济的定量化分析研究还寥寥无几非常规天然气开发对环境的定量分析也相对匮乏，作为常规化石能源的替代品，这种替代过程对于经济、环境及人类健康是否有直接影响，以及有多大影响有待进一步研究。

3结论

本综述主要从非常规天然气勘探开发评价和社会经济环境影响两个方面对现有非常规天然气资源研究进行分析。非常规天然气资源地质特征和形成条件研究结果表明：非常规油气不同于常规油气和其他能源资源，同类型的非常规油气资源在不同的分布地区内也存在一定差异，不能盲目乐观地对待。随着非常规天然气勘探开发经济的丰富，对于非常规天然气资源量有了新的认识，但是非常规天然气资源量巨大但存在很大的不确定性：页岩气技术可采资源量为7.2～220.7Tcm，均值为123Tcm；全球煤层气资源量估计成果较少，技术可采资源量为24～46Tcm；全球致密气地质资源量为76～2067Tcm。此外，非常规天然气资源采收率的不确定性也对可采资源量估计不确定性产生影响。基于经济技术可行性的研究表明，当前非常规天然气经济技术可行性的研究主要是针对北美地区页岩气的研究，研究方法多是净现值模型和不确定分析模型以及这两种模型的改进。

非常规天然气勘探开发和利用的社会经济和环境影响也是目前非常规天然气研究的重点。在社会经济影响方面，现有研究多存在于咨询公司和政府机构的报告中，学术性成果研究偏少，但现有学术研究与报告中的研究结果存在差异：学术研究认为咨询公司或者政府机构对于非常规天然气开发和利用的社会经济影响偏乐观，政府应谨慎根据这些报告制定非常规天然气发展政策和战略。在环境影响方面，非常规天然气开发利用环境影响研究可以分为两类，一类是对现有实例的研究分析，一类建立环境影响模型。研究结果表明，鉴于信息监管的缺乏和资料披露的缺失，当前并无充足的证据证明非常规天然气开发能够对环境和健康造成直接影响，但非常规天然气的开发利用对温室效应确实起到作用，例如Chang Y et al建立的页岩气钻井和建设混合生命周期存量模型显示页岩气钻井和建设页岩气井生命周期内，从页岩到井口消耗能量为59亿J，产生的温室气体为5500公吨二氧化碳当量；而相关的替代研究表明，非常规天然气用于发电比煤炭发电产生更少的温室气体。

非常规天然气资源的开发利用研究仍将是未来研究的重点，但是已有的非常规油气资源影响分析主要侧重单一或者少数视角下的分析，综合考虑资源、技术进步、经济成本因素，并结合各气田差异性和特殊性的全面研究还有待加强；在非常规油气开发的社会经济影响和环境影响方面，研究的方法相对简单，至今还未形成完善的研究方法与模型体系。非常规油气开发无论对能源安全，还是对社会、经济均有着重要影响。这些综合影响中既有积极影响，也有非期望效应。已有研究对这些综合影响程度的分析还不够系统，需要进一步开展深入研究。总之，此领域存在较大的研究空间和必要性。

参考文献

[1]EIA.Annual Energy Outlook 2013[R].US：Energy Information Administration，2013.

[2]Gentzis T.A review of the thermal maturity and hydrocarbon potential of the Mancos and Lewis shales in parts of New Mexico，USA[J].International Journal of Coal Geology，2013，113：64-75.

[3]宋岩，柳少波，赵孟军，等.煤层气与常规天然气成藏机理的差异性[J].天然气工业，2011，31(12)：47-53.

[4]邹才能，朱如凯，吴松涛，等.常规与非常规油气聚集类型，特征，机理及展望——以中国致密油和致密气为例[J].石油学报，2012，33(2)：173-187.

[5]滕吉文，刘有山.中国油气页岩分布与存储潜能和前景分析[J].地球物理学进展，2013 (3)：1083-1108.

[6]伏海蛟，汤达祯，许浩，等.致密砂岩储层特征及气藏成藏过程[J].断块油气田，2012，19(1)：47-50.

[7]曾溅辉，孔旭，程世伟，等.低渗透砂岩油气成藏特征及其勘探启示[J].现代地质，2009，23(4)：755-760.

[8]Rogner H H.An assessment of world hydrocarbon resources[J].Annual review of energy and the environment，1997，22(1)：217-262.

[9]Mohr S H，Evans G M.Shale gas changes N.American gas production projections[J/OL].Oil and Gas Journal，2010，108(27)：60[07/01/2010].http://www.ogj.com/articles/print/volume-108/issue-27/technology/shale-gas-changes.html.

[10]Ejaz Q.The Future of Natural Gas Supplementary Paper SP2.1 Natural Gas Resource Assessment Methodologies[R].Cambridge，MT：MIT，2010.

[11]Kuuskraa V A，Stevens S H.Worldwide gas shales and unconventional gas：A status report[R].Singapore：Advanced Resources International Inc，2009.

[12]IEA.World energy outlook[R].Paris：OECD/ IEA，2009.

[13]Davis R.Survey of energy resources：focus on shale gas[R].London，UK：World Energy Council，2010.

[14]EIA.World shale gas resources：An initial assessment of 14 regions outside the United States[R].Washington D C：EIA，2011.

[15]Medlock K B，Jaffe A M，Hartley P R.Shale gas and US national security[R].Texas：James A.Baker III Institute for Public Policy of Rice University，2011.

[16]Medlock III K B.Shale gas，emerging fundamentals，and geopolitics[R].Texas：James A Baker III Institute for Public Policy，Rice University，2012.

[17]EIA.Technically Recoverable Shale Oil and Shale Gas Resources：An Assessment of 137 Shale Formations in 41 Countries Outside the United States[R].Washington，DC：Department of Energy/EIA，2013.

[18]Laherrère J H.Natural gas future supply[R].Paris：IIASA-IEW，2004.

[19]Sandrea R.Global natural gas reserves-a heuristic viewpoint[J/OL].Middle east economic survey，2006，49:[2006-10-09].http://www.ipc66.com/publications/global_natural_gas_reserves-a_heuristic_viewpoint.pdf.

[20]Andruleit H，Bahr A，Bönnemann C，et al.Absch?tzung des Erdgaspotenzials aus dichten Tongesteinen (Schiefergas) in Deutschland[R].Germany：Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe，2012.[21]Kuuskraa V A.Economic and market impacts of abundant international shale gas resources[R].US：USGS Worldwide Shale Gas Resource Assessment，2011.

[22]Henning B B.Talking About a Revolution：Shale and Natural Gas Market Fundamentals in American Gas Association Leadership Council[R].Washington，DC:.ICF International，2011.[23]Medlock III K B.Shale gas，emerging fundamentals，and geopolitics[R].Texas：James A Baker III Institute for Public Policy，Rice University，2012.

[24]Basin K G.Assessment of Potential Shale Gas Resources of the Bombay，Cauvery，and Krishna-Godavari Geologic Provinces，India，2011[R].US ：US Department of the Interior，US Geological Survey，2012.

[25]董大忠，邹才能，杨桦，等.中国页岩气勘探开发进展与发展前景[J].石油学报，2012，33(A01)：107-114.

[26]BGR.Energy resources 2009：reserves，resources[R].Hannover，Germany:Federal Institute for Geosciences and Natural Resources，2009.

[27]Creedy D，Tilley H.Coalbed methane extraction and utilization[J].Journal of Power and Energy，2003，217(1)：19-25.

[28]Murray D K.Coalbed methane in the USA：analogues for worldwide development[J].Geological Society Special Publications，1996，109(1)：1-12.

[29]陈懿，杨昌明.国外煤层气开发利用的现状及对我国的启示[J].中国矿业，2008，17(4)：11-14.

[30]McGlade C，Speirs J，Sorrell S.Unconventional gas-A review of regional and global resource estimates[J].Energy，2013，55：571-584.

[31]Kuuskraa V A，Meyers R F.Review of world resources of unconventional gas[C]//Proceedings of the IIASS Conference on Conventional and Unconventional World Natural Gas Resources，Laxenburg，Austria，unpaginated，1980.

[32]Bioenergy IEA.Annual report 2009[R].Vienna：International Energy Agency，2010.

[33]Rogner H H.An assessment of world hydrocarbon resources[J].Annual review of energy and the environment，1997，22(1)：217-262.

[34]Saniere A.A look at Gas Reserves，Discoveries and Production[R].Panorama，2006:1-6.

[35]Total.Tight reservoirs technology-intensive resources[R].Paris，France：Total，2006.

[36]DONG Z，Holditch S A，McVay DA，et al.Global Unonventional Gas Resource Assessment[R].CSUG/SPE 148365，2011：1-16.

[37]李玉喜，张金川.我国非常规油气资源类型和潜力[J].国际石油经济，2011 (3)：61-67.

[38]戴金星，倪云燕，吴小奇.中国致密砂岩气及在勘探开发上的重要意义[J].石油勘探与开发，2012，39(3)：257-264.

[39]李建忠，郭彬程，郑民，等.中国致密砂岩气主要类型，地质特征与资源潜力[J].天然气地球科学，2012，23(4)：607-615.

[40]贾承造，郑民，张永峰.中国非常规油气资源与勘探开发前景[J].石油勘探与开发，2012，39(2)：129-136.

[41]赵靖舟.非常规油气有关概念，分类及资源潜力[J].天然气地球科学，2012，23(3)：393-406.

[42]邱中建，邓松涛.中国非常规天然气的战略地位[J].天然气工业，2012，32(1)：1-5.

[43]Dahaghi A K，Mohaghegh S D.Economic Impact of Reservoir Properties and Horizontal Well Length and Orientation on Production from Shale Formations：Application to New Albany Shale[C]// paper 125893-MS presented at the SPE Eastern Regional Meeting，23-25 September，Charleston，West Virginia，USA：SPE，2009.

[44]Kaiser M J.Haynesville shale play economic analysis[J].Journal of Petroleum Science and Engineering，2012，82：75-89.

[45]高世葵，朱文丽，殷诚.页岩气资源的经济性分析——以 Marcellus 页岩气区带为例[J].天然气工业，2014，34(06)：141-148.

[46]Goedeke S，Hossain M M.Simulation of Shale Gas Field Development：An Example from Western Australia[C]// paper 152110-MS presented at the SPE Middle East Unconventional Gas Conference and Exhibition，23-25 January，Abu Dhabi，UAE：SPE，2012.

[47]Weijermars R.Shale gas technology innovation rate impact on economic Base Case-Scenario model benchmarks[J].Applied Energy，2015，139：398-407.

[48]Rahman M M，Sarma H K.Enhancing Tight Gas Recovery through Hydraulic Fracture treatment Design Optimization[J].Advances in Petroleum Exploration and Development，2013，5(2)：1-7.

[49]Marongiu-Porcu M，Economides M J，Holditch S A.Economic and physical optimization of hydraulic fracturing[J].Journal of Natural Gas Science and Engineering，2013，14：91-107.

[50]Burkholder K，Coopersmith E M，Schulze J.Appraisal Excellence in Unconventional Reservoirs[C]// paper 162776-MS presented at the SPE Canadian Unconventional Resources Conference，30 October-1 November，Calgary，Alberta，Canada：SPE，2012.

[51]Weijermars R.Economic appraisal of shale gas plays in Continental Europe[J].Applied Energy，2013，106：100-115.

[52]Xia L，Luo D.A method for calculating economic critical depth of shale gas resources in China via break-even analysis[J].Journal of Natural Gas Science and Engineering，2014，21：1091-1098.

[53]罗东坤，褚王涛.煤层气地面工程投资估算和参数确定方法研究[J].油气田地面工程，2008，27(3)：27-29.

[54]罗东坤，夏良玉.煤层气目标区资源经济评价方法[J].大庆石油学院学报，2009，33(4)：115-119.

[55]罗东坤，褚王涛，吴晓东，等.煤层气钻井技术的经济性分析[J].石油勘探与开发，2009 (3)：403-407.

[56]Fan Y，Mo J L，Zhu L.Evaluating coal bed methane investment in China based on a real options model[J].Resources Policy，2013，38(1)：50-59.

[57]陈玉华.基于DEA的煤层气经济评价模型研究[D].徐州：中国矿业大学，2010.

[58]赵娟，阮彩莲.基于多层次模糊评判法的煤层气开发项目经济评价[J].能源技术与管理，2013，(5):165-167.

[59]张明.煤层气井下抽采项目技术经济评价理论研究[D].湘潭：湖南科技大学，2011.

[60]McGlade C，Speirs J，Sorrell S.Methods of estimating shale gas resources-Comparison，evaluation and implications[J].Energy，2013，59：116-125.

[61]Considine T J，Watson R，Blumsack S.The economic impacts of the Pennsylvania Marcellus shale natural gas play：an update[R].Pennsylvania:The Pennsylvania State University，Department of Energy and Mineral Engineering，2010.

[62]CBER.Projecting the Economic Impact of the Fayetteville Shale Play for 2008-2012[R].Arkansas：Center for Business and Economic Research of the University of Arkansas，2010.

[63]Scott，L.C..The Economic Impact of the Haynesville Shale on the Louisiana Economy in 2008[R].DEPARTMENT OF NATURAL RESOURCES STATE OF LOUISIANA，2009.

[64]Perriman Group.An Enduring Resource：A Perspective on the Past，Present，and Future Contribution of the Barnett Shale to the Economy of Fort Worth and the Surrounding Area[R].US:Interstate Oil and Gas Compact Commission，2009.

[65]Weinstein，B.L.，Clower，T.L.Potential Economic and Fiscal Impacts from Natural Gas Production in Broome County，New York[R].New York：Center for Economic Development and Research，2009.

[66]Bonakdarpour M，Flanagan B，Holling C，et al.The Economic and Employment Contributions of Shale Gas in the United States[R].IHS Global Insight.America's Natural Gas Alliance，2011.

[67]Kinnaman T C.The economic impact of shale gas extraction：A review of existing studies[J].Ecological Economics，2011，70(7)：1243-1249.

[68]Weber J G.The effects of a natural gas boom on employment and income in Colorado，Texas，and Wyoming[J].Energy Economics，2012，34(5)：1580-1588.

[69]Paredes D，Komarek T，Loveridge S.Income and employment effects of shale gas extraction windfalls：Evidence from the Marcellus region[J].Energy Economics，2015，47：112-120.

[70]Gracceva F，Zeniewski P.Exploring the uncertainty around potential shale gas development-A global energy system analysis based on TIAM (TIMES Integrated Assessment Model)[J].Energy，2013，57：443-457.

[71]Melikoglu M.Shale gas：Analysis of its role in the global energy market[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2014，37：460-468.

[72]Bocora J.Global Prospects for the Development of Unconventional Gas[J].Procedia-Social and Behavioral Sciences，2012，65：436-442.

[73]Yu S.Evaluation of socioeconomic impacts on and risks for shale gas exploration in China[J].Energy Strategy Reviews，2015，6：30-38.

[74]张宝生，罗东坤，平洋.中国煤层气开发社会效益的评价[J].统计与决策，2008 (18)：53-56.

[75]李宏军.中国煤矿瓦斯开发利用综合效益评估模型研究[J].中国煤层气，2009，5(4)：39-42.

[76]罗东坤，夏良玉.煤层气对能源安全贡献定量分析方法[J].油气田地面工程，2009，28(5)：17-18.

[77]盖静，时代.我国非常规油气资源开发利用的社会效益评价[J].资源与产业，2013，15(003)：34-39.

[78]Vidic R D，Brantley S L，Vandenbossche J M，et al.Impact of shale gas development on regional water quality[J].Science，2013，340(6134)：826-835.

[79]O'Sullivan F，Paltsev S.Shale gas production：potential versus actual greenhouse gas emissions[J].Environmental Research Letters，2012，7(4):189-190.

[80]Vengosh A，Warner N，Jackson R，et al.The effects of shale gas exploration and hydraulic fracturing on the quality of water resources in the United States[J].Procedia Earth and Planetary Science，2013，7：863-866.

[81]Uliasz-Misiak B，Przybycin A，Winid B.Shale and tight gas in Poland—legal and environmental issues[J].Energy Policy，2014，65：68-77.

[82]Rivard C，Lavoie D，Lefebvre R，et al.An overview of Canadian shale gas production and environmental concerns[J].International Journal of Coal Geology，2014，126：64-76.

[83]Krupnick A，Wang Z，Wang Y.Environmental risks of shale gas development in China[J].Energy Policy，2014，75：117-125.

[84]Jenner S，Lamadrid A J.Shale gas vs.coal：Policy implications from environmental impact comparisons of shale gas，conventional gas，and coal on air，water，and land in the United States[J].Energy Policy，2013，53：442-453.

[85]董华松，赵江，黄文辉.油页岩开发技术与温室气体排放[J].特种油气藏，2012，18(6)：6-9.

[86]滕吉文，刘有山.中国页岩气成藏和潜在产能与对环境的污染分析[J].中国地质，2013 (1)：1-30.

[87]Brantley S L，Yoxtheimer D，Arjmand S，et al.Water resource impacts during unconventional shale gas development：The Pennsylvania Experience[J].International Journal of Coal Geology，2014，126：140-156.

[88]Werner A K，Vink S，Watt K，et al.Environmental health impacts of unconventional natural gas development：A review of the current strength of evidence[J].Science of The Total Environment，2015，505：1127-1141.

[89]Chang Y，Huang R，Ries R J，et al.Shale-to-well energy use and air pollutant emissions of shale gas production in China[J].Applied Energy，2014，125：147-157.

[90]Day S，Connell L，Etheridge D，et al.Fugitive greenhouse gas emissions from coal seam gas production in Australia[R].Australia：CSIRO，2012.

[91]Stamford L，Azapagic A.Life cycle environmental impacts of UK shale gas[J].Applied Energy，2014，134：506-518.

[92]Hultman N，Rebois D，Scholten M，et al.The greenhouse impact of unconventional gas for electricity generation[J].Environmental Research Letters，2011，6(4):44008-44016.

A review of evaluation and impacts from exploration and development of unconventional gas

SUN Xiao-yang1，ZHANG Bao-sheng1，WEI Xin-qiang2，GUO Ke-qiang1

(1.College of Business Administration，China University of Petroleum(Beijing)，Beijing 102249，China;2.CNPC Economics & Technology Research Institute，Beijing 100724，China)

Abstract:The development of shale gas in North American has opened a new era for unconventional gas resources exploration and development，and attracted the attention all over the world.But geological characteristics，resources and economic evaluation effects of unconventional gas are still uncertain，especially in the area outside North America.Socioeconomic and environmental impacts form the development and utilization of unconventional gas remains to be studied.Unconventional gas exploration and development evaluation studies show that unconventional gas geological characteristics and distribution are different from the conventional gas resources，and it is much more difficult in the case of unconventional gas extraction.Resources evaluation are different in conventional and unconventional gas，and it is much more uncertainty.Economic and technological evaluation methods are mainly the net present value model and the uncertainty analysis model.Socioeconomic and environmental impact studies focus on description of the status quo and comparison of unconventional gas substitution effect.Comprehensive researches which combine consideration of resources，technology progress and economic cost factors with the diversity and particularity of the gas should be done in the future.In the field of socioeconomic and environmental impacts，the methods are relatively simple，and have not yet formed perfect research methods and the model systems.All in all，there is a big research space and the necessity in this field.

Key words：unconventional gas； resource characteristics； resources assessment； technical and economic evaluation；socioeconomic impacts； environmental impacts

收稿日期：2015-05-14

基金项目：国家社会科学基金重大项目资助(编号：13&ZD159)

作者简介：孙肖阳(1990-)，男，博士生。 通讯作者：张宝生，男，吉林桦甸人，博士，教授，博士生导师，主要从事管理系统工程、能源战略与规划等方面的教学和科研工作。E-mail:zbs9211@sina.com。

中图分类号：F407.22

文献标识码：A

文章编号：1004-4051(2016)03-0001-10