摘　要：美國頁巖氣開發(fā)全面進入了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段，作為頁巖氣資源蘊藏量同樣極其豐富的中國，推動開發(fā)頁巖氣有利于改善能源結構、保障能源安全。以美國5個典型頁巖氣區(qū)帶解剖為依據(jù)，對頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展影響因素進行定量分析，提出了影響頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展因素的分類方案；采用主成分分析法，分析了影響頁巖氣產(chǎn)業(yè)化各指標的影響程度；通過對比，總結了美國頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程對中國頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的啟示。結果表明：①影響頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的4個主要因素為資源基礎、技術支持、產(chǎn)業(yè)政策和投入產(chǎn)出，由此構建了頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展影響因素指標體系，包含11項具體指標；②對美國頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展因素進行分析可知，埋深是最為重要的主控因素；③根據(jù)因素的重要程度和對比中美頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況可知，中國要想頁巖氣產(chǎn)業(yè)化順利發(fā)展，必須跨越地質(zhì)條件復雜、單井投資高、油氣開采公司數(shù)量少等3個方面的障礙。
關鍵詞：頁巖氣 產(chǎn)業(yè)化 影響因素 主成分分析 中國 美國 資源基礎 技術支持 產(chǎn)業(yè)政策 投入產(chǎn)出
Influencing factors for the development of shale gas industry
Abstract：The development of the U．S．shale gas has entered the industrialization stage in an all round way．As China is similarly rich in shale gas reserves，promoting the development of shale gas can help improve energy structure and guarantee energy security in China．Through the analysis of the five typical shale gas zones in the United States，this paper makes a quantitative analysis of the influencing factors for the development of shale gas industry and puts forward a classification scheme thereof．By using the principal component analysis(PCA)，this paper analyzes how such factors(by indexes)affect the shale gas industrialization．By contrast，this paper summarizes the enlightenment provided by the development of the U．S．shale gas industry to China．The following results were revealed．Firstly，four major factors affecting the development of shale gas industry are respectively resource base，technical support，industrial policies，and input／output，on this basis，an index system of influencing factors was built containing 11 specific indices．Secondly．burial depth is regarded as the most important nlain controlling factor．Thirdly，according to the importance of different factors and by comparing the shale gas industry development situations between China and the United States，it is known that to realize shale gas industrialization smoothly，China must overcome three obstacles，i．e．，complex geological conditions，high investment in a single well．a(chǎn)nd a small number of oil and gas exploitation companies．
Keywords：Shale gas；Industrialization；Influencing factors；Principal component analysis；China；the United States；Energy mix
中國能源結構正面臨由高污染、高消耗向綠色能源轉型的關鍵階段，頁巖氣作為高效、清潔能源，在中國的技術町采資源量達25.08×1012m3，巨大的開采前景使其成為中國能源發(fā)展的新方向。目前，在四川盆地焦石壩、長寧等局部地區(qū)已初步實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。據(jù)聯(lián)合國經(jīng)濟委員會的界定，產(chǎn)業(yè)化的實現(xiàn)需要包含六方面的要素：生產(chǎn)連續(xù)性、生產(chǎn)物標準化、生產(chǎn)過程各階段集成化、工程高度組織化、盡可能用機械化作業(yè)代替手工勞動、生產(chǎn)與組織一體化的研究與開發(fā)。中國的頁巖氣開發(fā)需要由局部地區(qū)的小規(guī)模生產(chǎn)向產(chǎn)業(yè)化轉型，這既要借鑒國外成功產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展經(jīng)驗，也要適合中國的地質(zhì)特征、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展特征。
20世紀80年代初，美國Barnett頁巖氣率先實現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模開發(fā)。截至目前，美國頁巖氣開發(fā)全面進入了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。據(jù)美國能源信息管理局(U．S．EnergY Information Administration，簡稱EIA)統(tǒng)計，2013年美國頁巖氣產(chǎn)量達到11.3×1012ft3 (約3.2×1011m3，1ft3＝0.028m3，下同)，占美國天然氣總產(chǎn)量的37.45％。預計到2040年，美國頁巖氣年產(chǎn)量將高達19.82×1012ft3(約5612.39×108m3)，占美國天然氣總產(chǎn)量的52.8％(圖1)。美國頁巖氣的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，增強了美國能源安全保障，降低了美國天然氣價格，改變了世界天然氣市場的傳統(tǒng)格局[1]。

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美國Fort Worth盆地的Barnett頁巖、Arkoma盆地的Fayetteville頁巖、Anadarko盆地的Woodford頁巖、Appalachian盆地的Marcellus頁巖及墨西哥灣Salt盆地的Haynesville頁巖等五大區(qū)帶的頁巖氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展相比其他地區(qū)更為成熟(圖2)。因此，以這5個典型頁巖氣區(qū)帶解剖為依據(jù)，對頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展影響因素進行定量分析，尋求關鍵指標，以期總結經(jīng)驗，推動中國頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

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1　影響頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的因素
1．1　頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展影響因素分析
筆者結合前人的經(jīng)驗[4-8]，提出資源基礎、技術支持、產(chǎn)業(yè)政策和投入產(chǎn)出是影響頁巖氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的4個主要因素。其中，資源基礎對產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)物標準化有基礎作用，而投入產(chǎn)出是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展連續(xù)性的經(jīng)濟原動力。
1．1．1資源基礎
通過建立頁巖氣資源基礎表征參數(shù)，以探究影響頁巖氣資源基礎的指標。頁巖氣資源富集程度和儲層水平可選擇頁巖氣資源豐度、儲層平均埋深和儲層平均厚度等三個指標衡量。其中，頁巖氣資源豐度是單位面積內(nèi)的頁巖氣技術可采資源量，反映不同區(qū)帶頁巖氣資源稟賦高低[9]，該指標在資源評價中具有很好的橫向可對比性。而頁巖氣儲層條件對資源基礎的影響直接反映在頁巖氣產(chǎn)業(yè)前景上[10]。相同地質(zhì)條件下，頁巖厚度越大，頁巖氣資源豐度越高，技術可采資源量越大。頁巖儲層埋深適中、厚度越大的地區(qū)，頁巖氣勘探開發(fā)產(chǎn)業(yè)發(fā)展條件越好。
由表1可見美國五大頁巖氣區(qū)帶的資源豐度介于1.1×108～5.07×108m3／km2，頁巖儲層埋深大部分在2000m左右，平均頁巖厚度介于30～100m。

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1．1．2技術支持
技術創(chuàng)新與進步成為推動美國頁巖氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關鍵因素[9]，水平井鉆井、水力多段壓裂、重復壓裂、同步壓裂及裂縫綜合監(jiān)測等技術不斷突破，并得到廣泛運用。從1981年Barnett頁巖氣區(qū)帶的第一口發(fā)現(xiàn)井到1992年的十年中，Barnett頁巖氣區(qū)帶僅鉆探了99口生產(chǎn)井[12]，整個開發(fā)過程進程緩慢。而到了1997年之后，由于水力壓裂取代了凝膠壓裂成為頁巖氣開發(fā)最重要的增產(chǎn)手段，Barnett頁巖氣開發(fā)也隨之加快(圖3)。

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壓裂級數(shù)和水平井段長度代表目前美國頁巖氣開采的技術水平，其級數(shù)的增大和長度的增加不僅帶來鉆井數(shù)量的大幅增長(表2)，更帶來頁巖氣產(chǎn)量的迅速提高，最終促進了頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展。因此，可以用平均壓裂級數(shù)和平均水平井段長度作為技術影響因素表征頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展程度的指標。從表2可見，美國五大頁巖氣區(qū)帶生產(chǎn)的最大壓裂級數(shù)高達34段，平均壓裂級數(shù)10段以上；最長的水平井長度高達3000m，平均水平井段長度1200m以上。

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1．1．3產(chǎn)業(yè)政策
美國政府不斷出臺優(yōu)惠扶持頁巖氣開發(fā)的政策，是該產(chǎn)業(yè)得以迅速發(fā)展的又一重要因素[14]。整套產(chǎn)業(yè)政策既包括建設發(fā)達的管網(wǎng)為運輸提供基礎，也有稅收、資金的實體支持，還有對行業(yè)參與度的監(jiān)管等。
截至2011年，美國擁有總長達358.4×107m的天然氣管道，以及與之配套的管網(wǎng)設施，管道對天然氣供應商實施無歧視準入，為頁巖氣開發(fā)商解除了運輸方面的后顧之憂。此外，美國政府還制定了一系列政策法規(guī)：①財政補貼方面，1980年美國規(guī)定從境內(nèi)開采頁巖氣可獲得每桶油當量3美元的補貼，到2006年，補貼上升到每桶油當量22.05美元；②稅收減免方面，美國先后修訂了《能源意外獲利法》和《納稅人減負法案》，明確規(guī)定對頁巖氣開發(fā)的稅收減免政策幅度達28％，且持續(xù)23年之久[15]；③法律政策方面，美國政府出臺了包括《安全飲用水法》《清潔水法》《清潔空氣法》《綜合環(huán)境責任與賠償法》等多部法律，防止頁巖氣開發(fā)過程中造成的環(huán)境問題；④行業(yè)監(jiān)管方面，美國政府把監(jiān)管權分屬到聯(lián)邦和州兩級，聯(lián)邦政府通過環(huán)境和跨州管道準入監(jiān)管進行有限介入，而何處開采、何時開采、氣井標準等實際監(jiān)管權則下放至各州[15]。由于美國實行完全開放的頁巖氣開發(fā)政策，使得在產(chǎn)業(yè)發(fā)展之初，眾多中小公司擁有頁巖氣勘探開采的權利；隨著技術成熟和收益前景明朗，為適應大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)，大公司通過并購企業(yè)、購買頁巖氣礦業(yè)權等方式介入[16]。
考慮到產(chǎn)業(yè)政策對頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動作用，兼顧上述因素的量化可行性，可以以企業(yè)數(shù)量、天然氣管道長度、資源稅率三項指標代表美國政府對頁巖氣產(chǎn)業(yè)的基本態(tài)度。
1．1．4投入產(chǎn)出
投入產(chǎn)出是頁巖氣產(chǎn)業(yè)是否能持續(xù)吸引投資、長久發(fā)展的最重要經(jīng)濟影響因素。頁巖氣產(chǎn)業(yè)的投入指頁巖氣在開采過程中所需的資本投入，產(chǎn)出是指頁巖氣開采后所獲得的產(chǎn)值。頁巖氣開采的資本投入包括發(fā)現(xiàn)成本、開發(fā)成本、操作成本和礦區(qū)資源使用成本等，其中開發(fā)成本的比重最大，占總成本的54％左右。單井投資占開發(fā)成本的近90％。因此，單井投資是頁巖氣開采成本最重要的構成，它基本能代表頁巖氣開采的投入情況。隨著頁巖氣勘探開發(fā)技術的不斷提高使井網(wǎng)密度不斷增加，鉆井數(shù)量增長[17]，鉆井數(shù)成為表征頁巖氣區(qū)帶投資活躍性的重要指標。從圖4可看出Haynesville和Marcellus是近年新增鉆井活動最頻繁的區(qū)帶。

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由于頁巖氣開采技術的提高使開采成本大幅下降，規(guī)?；_采成為可能[19]，頁巖氣產(chǎn)量隨之急劇增長。但吸引美國企業(yè)投入頁巖氣開發(fā)、促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不僅是可觀的頁巖氣產(chǎn)量，還包括天然氣價格的攀升。因此，單井投資、鉆井數(shù)和日產(chǎn)值是表征頁巖氣投入產(chǎn)出的重要指標。
1．2　構建頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展影響因素指標體系
根據(jù)美國頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展四大影響因素的深入分析，按數(shù)據(jù)的客觀性、可比性、代表性和可操作性，構建頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展指標體系(表3)，并同時明確了11個二級表征指標。

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2　頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展因素影響程度主成分分析
2．1　方法選擇
目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展影響因素的評價方法很多[21-28]。相較于其他方法，主成分分析法是根據(jù)客觀數(shù)據(jù)自身間的相關性，尋找各指標間的重要性程度，即權重，這樣既可以避免分析過程受主觀影響較大，又解決了其他方法對數(shù)據(jù)要求過高的問題。此外，主成分分析法可以很好地剔除指標體系中的重復信息，并能保證綜合后的各指標間的獨立性。采用SPSS軟件可以應用主成分分析法快速、清晰、直觀地得出相關囚素的統(tǒng)計與分析結果。
2．2　主成分分析結果
應用SPSSl6．0軟件對表3提供的指標數(shù)據(jù)進行處理，得到各指標的特征值、貢獻率和累積貢獻率(表4)。根據(jù)主成分提取的兩項標準：“特征值大于1”，和“累計貢獻率大于85％”確定出影響頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主成分F1、F2、F3(表5)。

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由表4和表5可知，F(xiàn)1為第一個主成分，其主成分貢獻率為49.52％(表4)，是影響頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的絕對主控因素。F1包含了資源豐度、埋深、水平井段長度、管道長度、資源稅率、企業(yè)數(shù)、單井投資等7項因子(指標)，各因子間相關系數(shù)分別達到0.902、0.931、0.742、0.860、0.805、0.693、0.874(表5)。其中反映資源基礎和產(chǎn)業(yè)政策的資源豐度、埋深、管道長度、資源稅率及單井投資等因子影響程度較大。第二個主成分為F2，主成分貢獻率達33.47％(表4)，水平壓裂級數(shù)、鉆井數(shù)、日產(chǎn)值是主要因子，各因子間相關系數(shù)分別為0.885、0.870、0.896(表5)。實踐證明，頁巖氣水平井產(chǎn)量與壓裂級數(shù)成正向相關，一般壓裂級數(shù)越多，頁巖氣水平井單井產(chǎn)量越高，頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展越迅速。反映投入產(chǎn)出的指標——鉆井數(shù)和日產(chǎn)值是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動力。第三個主成分F3只有頁巖氣層厚度，貢獻率10.94％(表4)，相關系數(shù)為0.637(表5)。頁巖氣層厚度貢獻率低、相關系數(shù)低反映就目前開采技術水平，氣層厚度并非影響頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素。
表5確定的11項指標按照其在頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展影響因素中的重要程度排序(表6)，排序表中的前兩位為反映資源基礎的指標，其后的三項指標反映的是產(chǎn)業(yè)政策。這一排序特征表明資源和政策是頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的兩項關鍵因素。

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目前有關頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展影響因素的分析認識中，一般只是簡單認為頁巖氣工業(yè)前景取決于頁巖儲層本身而非國家政策。這一觀點顯然只簡單考慮了儲層特性、壓裂次數(shù)增多帶來的效益遞減和產(chǎn)量與成本的關系，忽視了技術水平提高帶來的單井成本縮減和表6影響因素表征指標重要程度排序表政策給予產(chǎn)業(yè)發(fā)展的直接補貼和間接支持。數(shù)據(jù)證明，不論是代表頁巖氣儲層特點的資源豐度、埋深，還是代表產(chǎn)業(yè)政策的管道長度、資源稅率和企業(yè)數(shù)都是頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展中不可或缺的決定因素。因此，不可忽視國家政策對頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要影響。