萬字雄文,條分縷析:「石油枯竭」為何如此可怕?!
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文|未來與生存,來自果殼
一位專職從事石油經濟研究的馮躍威先生,在他的《石油博弈》一書中寫到:「如果今天沒有了石油,整個人類的生活水平將立即倒退幾十年,那將是一個非常可怕的結果。」此話並非杞人憂天,而是很可能在本世紀發生的事實。天然氣可以部分代替石油。先從「石油的用途」說起吧!
石油的用途
石油被列為「能源」類資源之首,但它的用途遠非只是「能源」。石油提煉的產品可分為燃料、潤滑劑、石蠟、石油瀝青、石油焦、石油溶劑與化工原料等七類。具體說來:
燃料類:不只是消耗量最多的汽油和柴油,還包括用于飛機的航空汽油(又稱噴氣燃料或航空煤油)、照明用煤油、輪船及發電用燃料油和家庭用的液化石油氣。
潤滑劑:各種機械運行必須添加潤滑油,因為它不僅可減少零件的磨擦,還有冷卻、密封、防腐、絕緣、清洗和不適宜用潤滑油的零件。
石蠟:用於各種蠟製品及肥皂的原料。
石油焦:用於冶金(銅、鋁)、化工(電石)作電極。
石油溶劑;如石油醚、橡膠溶劑油、松香水等,用於工業品、橡膠、油漆等溶劑。
石油瀝青及渣油:是俗稱柏油路的路面材料,瀝青是屋面的防水材料。
石油化工產品:多達5000多種。人們最熟悉是三大合成材料,即:無處不在的塑料—其主要成份樹脂是石油製品;與棉纖維並存的合成纖維--如尼龍、滌綸和人造羊毛(聚丙烯腈)等;用作輪胎的合成橡膠。此外還包括名目繁多的精細化工產品,可用於醫藥、農藥、染料、香料、塗料、化妝品、洗滌劑、粘結劑等。僅農藥中,據不完全統計有58種殺蟲劑、33種殺菌劑、22種除草劑、43種植物生長劑、32種復配農藥和34種其它農藥,共222種農藥的原料來自石油煉製產品。100多種人用藥物也用到石油製品。
可見石油製品不僅廣泛用於工農業、建築,而且滲到人的衣食住行、生老病死,每時每刻都與它相伴,石油已成現代人生存的必備之物。
天然氣可部分取代石油,如近幾年出現的液化天然氣汽車,也可用作氮肥的原料。
任何一種物品在生產生活中的用途越廣,人類生存對其依賴性越大。當這種物品枯竭後對人類生存的威脅越大。那麼,按現代人類的消費規模,石油天然氣還可支撐多少年呢?
對油氣資源枯竭期限的估計
被稱之為化石燃料的石油、煤炭、天然氣,都是大批死亡的生物遺骸被異常轉化產生的。我們知道,正常情況下動供植物利用。否則整個生物界不能延續。化石燃料主要成份是由碳、氫組成烴類,而不是水和C02。三種燃料組成的區別只是氫、碳原子比各異,它們都是大批生物死亡後,尚未完全被細菌分解,地殼變遷了,沉積成岩石在高溫高壓下,經漫長時間的物理、化學變化而形成的。
生命物質形成液體後分散在岩石孔隙中,叫「生油」階段;再經緩慢的流動,集中到不能下滲的低洼處岩石孔隙中,又經地殼變遷將四壁圍住不能流向它處,叫「儲集」階段;再經變遷,在四壁之上形成可檔住液體氣化而逃逸的岩石(叫做蓋層),叫「蓋層形成」階段。只有將生油層、儲集層和蓋層組合成類似箱子的「圈閉」,才能形成可供人們開採的油氣藏。其間至少經幾千萬年。可見石油形成是久遠以前生物歷經的地質災難,具有偶然性、長期性的特點。不是地質學家,更不是政治家想要多少就有多少的。那麼全球地殼中有多少石油呢?
不同年代不同機構發布的儲量數字不同,就「剩餘探明儲量」而言(即「累計探明儲量」減去已開採部分的差額),1983年末為917億噸;1984年末1089億噸;1989年末1442億噸;1992年末1511億噸;2005年末1770.8億噸;2007年末1824.4億噸。似乎石油剩餘儲量越來越多。
其實不然,因儲量分不同的等級,大體分為儲量和資源兩等。其中儲量又分為地質儲量和可采儲量。所謂「探明儲量」,應該指「地質儲量」。地質儲量按勘探程度又可分為一、二、三級。其中「三級儲量」只是「在一個圈閉內由『幾口井產出的工業性油氣流』估計的儲量」,地質情況尚不完全清楚,準確度只要求達到50%以上;「二級儲量」是「在油氣田範圍內,探井、資料井達到一定的密度,根據已取得必要資料」計算的儲量。其準確度也只要求達到70%以上;「一級儲量」是投入部分開採後測算的儲量。其準確度可達90%以上。「可采探明儲量」是指「地質儲量」中的可采部分。因藏在岩石孔隙中的液體,需要足夠的壓力才能上升到地面上來,故測算的地質儲量只能開採其中一部分。目前我國油田平均採收率僅為30%,世界先進國家的採收率最高為45%左右。
「資源量」是一個含油區中根據油氣的生成、運移和儲集特徵推斷出來的遠景儲量。它是研究地震、地磁等資料,確定巨厚沉積地層發育盆地的分布,盆地內生油岩的分布範圍、厚度,及原始母質類型、丰度、成熟度,查明影響油氣聚集和保存的因素,最後作出的區域含油氣的遠景評價。其準確度遠遠達不到50%。「待發現資源量」是資源量減去「累計探明儲量」後的差額。
近20多年石油的剩餘儲量增加了一倍,可能是有關國家加大了查勘投入,從原來的「資源量」轉化成「地質儲量」;也可能是己投產油田隨查勘詳細修正了原測算的儲量;還可能是隨開採技術的進步提高了「採收率」增加了「可采儲量」。總之地球上石油資源總量是一個定值,不可能增加。
現以上文2007年末的「剩餘探明儲量」為基礎進行預測:
①剩餘探明儲量1824.4億噸(2007年末數);
②由2007年末「待發現資源量」可轉化的「可采儲量」752.5億噸:2000年全球待發現資源量998.5億噸。假定:a、2001~07年新增探明儲量是由等量「待發現資源量」轉化的;b、轉化量正好等於同期產量;c、轉化量全部可采。因2001~2007年全球石油產量246億噸,則:2007年末「待發現資源量」=998.5億噸-246億噸=752.5億噸;
③提高採收率可多采429.5億噸:①+②=2576.9億噸,若其中一半油田可將採收率從30%提高到40%(水資源緊缺地區難以提高採收率),則可多采429.5億噸;
④非常規油氣資源可產油770億噸:油頁岩、瀝青沙岩等非常規油氣資源4000-7000億噸,據《21世紀中國能源環境與石油工業發展》一書預測可產油770億噸。
2008年起全球石油最終累計產量=①+②+③+④=3776億噸,其中常規石油3006億噸。
2007年全球消費石油39.2億噸,靜態估計可采96年,即2103年枯竭。
世界石油實際消費量是逐年增加的,如2006年38.9億噸,1999年34.62億噸,年均遞增1.68%。約40%的石油用於機動車,全球機動機使用量:1999為6.62億輛,2009年增加到8.47億輛年均遞增2.49%。若今後全球石油消費年增速:高水平0.9%,中水平0.6%,低水平0.3%。則2008年起最終可採石油年限為:高水平70年,中水平76年,低水平85年。高、中、低水平分別為2077年、2083年和2092年枯竭。可見不論靜態,還是動態估算,全球石油都可能在2100年前後枯竭。
天然氣可以代替石油的部分用途,但其枯竭時間並不比石油長。世界天然氣資源總量約485.8萬億米3,至1999年累計探明可采儲量210萬億米3,扣除累計生產後「剩餘探明可采儲量」146.5萬億米3。假定待發現資源量275.8萬億米3可全部轉化為可采儲量,則1999年末最終可采422.3萬億米3。2000-2006年已開採18.34萬億米3,2006年末最終可采404萬億米3。2006年消費2.85萬億米3,2002~2006年世界天然氣消費量年均遞增2.97%,若今後全球天然氣消費年增速:高水平2.5%,中水平2%,低水平1.5%。則2007年起最終可采天然氣年限為:高水平61年,中水平68年,低水平77年。高、中、低水平分別為2067年、2074年和2083年枯竭。照此估算,其枯竭時間可能還比石油早10年左右。
也許有人提出,上述估計太保守了。因為2006~2007年國土資源部編著的《世界礦產年評》1824.4億噸剩餘探明儲量中,中國只有21.9億噸。而《石油地質學》一書反映,中國的油資源量達799億噸。該書反映新疆區石油資源量為205億噸,據有關年份《中國統計年鑒》數據計算:該區所產石油在2008年已達高峰,為2715萬噸,此後3年分別降為2513、2558和2616萬噸。從峰值向前追溯到1955年,總產量不超過4.5億噸,如果說「石油產量達到峰值,表示動用了可采儲量的一半」的說法可靠,那麼該區「最終累計可采儲量」只有9億噸,僅為該書反映資源量的4.4%。可見該書所估數據顯然偏高了。
2011年11月公布了《全國油氣資源動態評價2010》:宣布我國石油地質資源量881億噸,可采資源量233億噸,估計採收率26.4%。與2003~2007年的評價相比,儘管地質資源量增加了116億噸,但估計可采資源僅21億噸,新增部分估計採收率只有18.1%。儘管已公布了我國2010年的石油「可采資源量」233億噸,但在2012年4月發布的《2011年國土資源公報》中,公布2010年底我國石油「查明資源儲量」卻為31.2億噸,只有5個月前公布「評價數」的13.4%,可見連國土資源部自己都沒有底氣把評價數納入《公報》中,那麼評價數還有多少可信度呢?2011年公報還用了「查明資源儲量」這一含糊名詞,又可見2010年末「剩餘探明可采儲量」還不足31.2億噸呢!
為此,人們不要被相互矛盾數字攪得暈頭轉向,更要關心全球石油枯竭對人類產生的影響,因為這只是今後三、四代人必須應對的實際問題。
全球油氣枯竭後對人類的巨大影響
石油枯竭後對人類最嚴重的影響是糧食與農業,此外還影響到工業、交通、人口分布與就業結構、城市與鄉村格局、宏觀經濟、國防和日常生活。具體看來:
糧食與農業:田間作業的各種農業機械,包括耕作、播種、收割與運輸等農機,都用柴油作燃料。油氣枯竭後只能改作人畜動力,必然需要大量的勞力。工業化、城市化程度越高的國家,農業勞動力越少。美國2000年農業經濟活動的人口只佔全部經濟活動人口的2.2%,佔全國人口的1.1%。即使在中國,2010年雖有半數農村人口,但種地的農民多數在50歲以上,主要依靠機械作業。20年後現在種田的人已到70歲以上,會幹農活也干不動了。進城打工的農民已習慣了城市生活,多數人不會也不願回鄉種地,糧食從何而來?
也許有人認為推廣免耕法及水稻直播,既可大減少農機又可節省人工。其實不然,這類技術在中國已推廣多年,2010年全國拖拉機總動力比2000年增加了91.9%,年均遞增6.7%。可見新的耕作技術並沒有減緩農機的增加,更不能取代農機。
如上文所述,天然氣枯竭時間可能比石油早,現在世界氮肥約有80%用天然氣作原料生產的,油氣枯竭後,雖然可用優質無煙煤取代,世界煤炭資源量確實比油氣多,但其中的「無煙煤不多,優質無煙煤儲量更少」。至世界油氣枯竭時,氮肥將會大幅度減產。生產磷肥除用磷礦石外,還需大量硫酸。至少在中國,一半以上的硫資源靠進口,主要是加拿大從原油中提取的硫。沒有了石油,磷肥也將大幅度減產。化肥減產改為依靠有機肥,大部分人住在城市,糞便流向化糞池,有機肥源成問題。現在的「良種」適應化肥,經多年施用化肥和機械壓實,土壤板結。種子和土壤都難適應有機肥。屆時糧食單產必然大幅度減少。
城市化和築路、開礦使耕地大幅度減少。化纖生產的織物達到一半以上,沒了石油就需擴種棉花。棉糧爭地,種糧地更緊張。糧食總產必然大幅度下降。人口的增加人均糧食更少。
被國際分工約束的國家,種經濟作物為主,靠進口糧食生存。全球最大的穀物出口國是美國,由於勞力、肥料等制約,穀物出口量大幅度減少,更多國家挨餓--如非洲的許多國家。也不排除中國—2012年已進口糧食7236萬噸,占自產12.3%。進口食用油845萬噸,按平均出油率25%估算,進口占自產的97.2%。
現代大量的糧食用於飼料,石油枯竭後因糧食短缺,畜禽魚飼養量必然大幅度縮減。人們的肉食也需隨之減少,這對發達國家及中國城市少年—幾十年後就是中老年了,更難適應。
現在的許多蔬菜在大棚中生產,石油枯竭後沒有薄膜了,蔬菜也將大幅減產。由於單產下降和耕地限制,農民要保證糧食、油料和蔬菜自給,剩餘才能出售,城市蔬菜將更緊缺。
有二百多種農藥以石油製品為原料,如果替代原料跟不上,也會導致農作物減產。
工業:工業生產中普遍使用機器,任何機器沒有潤滑油就轉不動,現代95%潤滑油是石油製品,石油枯竭前如不能用替代原料生產足夠的、型號繁多的潤滑油,就連發電機、電動機也沒法轉動。那麼整個現代工業就要回到手工業狀態了;數以億計的機械零件是用塑料做的,沒有塑料又要改用金屬,每件都得重新設計、加工;工廠里很多獨立動力的機器--如貨車、鏟車等,都是燒柴油的,沒有石油也要改用其它動力。石油勘探、開採、煉製、石化產品加工業及汽車產業鏈被迫轉產,工業結構要作較大的調整。
交通:現在越來越多地依靠汽車,大部分火車也改燒煤為燒柴油。船舶客運早已無人問津。有人試圖改用電動汽車替代汽油發動機,普通轎車要配多大的蓄電池,才能達到正常車速和行駛里程?更不現實的是,如果現有汽車都用「鉛酸蓄電池放電」行駛,那麼據有關資料計算,全球一年的鉛產量只能滿足百分之幾的汽車當年消耗。汽車不能行駛,人們只能改用自行車為主。除電力機車外,大部分火車和輪船又要改用燒煤的蒸汽機作動力了。木帆船可能再受青睞。石油枯竭後瀝青沒了,柏油路老化後不能修復了。瀝青攤鋪的大橋將要癱瘓,因為懸索橋是按薄薄的瀝青橋面設計的,改用混凝土就會因超負荷而坍塌。
人口分布與城鄉格局:今後幾十年人口還在增加,可能達到八、九十億。而一些國家偏信「城市化」的好處,幾十年內全球人口進一步的向城市集中。石油枯竭後要求大量人口回到農村。沒有了汽車,城市不方便。大城市有可能逐漸分解成以商業網為中心的若干小城鎮。目前的自來水管、排水管多半是塑料製品,如不解決替代問題,老化了將無法更新。給排水不通將無法在樓房居住。有可能人去樓空,逐漸恢復平房。也許鄉村又興起一波建房熱。現在被改成的社區,又要恢復成適應農業生產的村莊了。
宏觀經濟:發達國家三次產業的比重依次為三、二、一,即服務業的比重最大,其次是工業、建築業,最後是農業。從業人員收入水平順次遞減。不從事物質產品生產的人,可以用他們所得的貨幣,從「從事物質產品生產的人」那裡獲得更多的產品。這種分配原則得以實行,是由於:一、二產業的人使用了包括石油在內的自然能源,推動機器代替部分勞力,因而生產出足夠的、甚至過剩的物質產品,創造了「騰出更多勞力從事三產」的條件。油氣枯竭後「生存第一需要的糧食」發生恐慌,不得不將三產的大部分勞力轉到一產中。因而三次產業的比重又將恢復到現代化之前的一、二、三產的順序。高耗油的客運業、旅遊業將更多地轉向農業。因社會產品減少,各國被迫把實體經濟放首位,以銀行、證券、期貨為代表「用錢賺錢」的虛擬經濟也將退縮。越是發達的國家越難完成這些轉變。
現代經濟被趨於全球化了,許多國家被迫服從國際分工,依靠國際貿易滿足本國的需要。所謂更利於「資源配置」,其實更利於超級大國攫取世界資源。油氣枯竭後,即使用煤代油,遠洋航行也比以前困難。貨物到岸後集裝箱也用不成了,國際貿易量銳減。即使在國內,僅靠煤代油的火車和水運,沒有汽車,不能實現「點對點」的交貨。原料和產品流通的半徑也將減小,區域內交換的比重隨之加大。
國防:飛機、坦克、軍艦、軍車,沒有石油產品成了一堆廢物。戰爭又回到「小米加步槍」的狀態了。
日常生活:無處不用的塑料不見了,油氣枯竭後燃氣灶用不成,只能改為燒煤,高層樓的住戶更不方便了。
油氣枯竭期間可能出現的災難
油氣枯竭不可能發生在一個早晨,而是一個過程。預計在二、三十年內世界石油產量將達到峰值,此後逐漸下滑。此間可能引發大的災難。
國際戰爭:由於世界石油生產和消費極不平衡,約佔總產量2/3的石油用於國際貿易。其中出口量最多的是中東地區,消費量最多的國家依次是美國、中國和日本。對於國家安全來說,最要緊的是「保障石油供給」,包括自產石油和進口貨源的保障。隨著全球剩餘可采儲量的減少,「對外依存度高的國家」必然要長久地控制更多進口貨源,這些國家之間要爭奪貨源,石油「供給國」也要反控制,因而在枯竭期間極易發生國際戰爭。
雖然近幾十年為爭奪石油控制權的國際戰爭此起彼伏,包括美國及其盟國侵佔阿富汗及伊拉克的戰爭,美國支持法國侵略利比亞的戰爭。但這些都是局部戰爭,其它大國並未參戰,原因是用外匯還能買到石油。將2010年生產或消費5000萬噸以上的國家匯總起來發現,當年總產量36.89億噸,總消費量33.95億噸,供大於求,還可向消費量較少的國家出口。所以「美國及盟國以外的消費大國」不必為爭石油貨源參戰。
20年後,即2030年,由於產油國的儲量不斷減少,假定沒有大油田發現,則需求量將會超過可供量,不論手中有多少外匯,都可能買不到相應數量的石油。
石油是事關國防安全和國計民生的戰略物資,在國際石油供大於求的情況下,石油只是可供國的經濟支柱,關鍵在於油價。需求國考慮長遠利益,雖然通過一定的政治、外交乃至軍事手段來控制長期貨源,但雙方仍屬正常貿易。當石油供不應求,尤其當石油貨源嚴重短缺時,可供國的石油輸出,不僅服從經濟利益,更要服從政治需要,還要屈服於軍事壓力。資源短缺的耗油大國家不再只用經濟、外交手段來爭得貨源,而要動用軍事手段獲取。
美國是全球軍事力量最強的國家,又在全球設有一百多個軍事基地,加上北約盟國和日本,如虎添翼。上表所列2030年「西方各國」每日凈需求37.05百萬桶,表列可供國的可供總量僅為27.76百萬桶,即使全賣給他們還缺9.92百萬桶。何況,除伊朗外中東各產油國早就被西方控制,伊拉克還駐有重兵。2011年利比亞被法國等北約國家武裝入侵後,北非也被西方控制。西方至少要用軍事保住中東非洲每日21.46百萬桶貨源。直至對伊朗動武。
中國2011年石油進口的2.54億噸石油中,從中東的進口量達47.1%,包括伊朗的10.9%;從非洲進口17.4%。中東非洲合計64.5%;從前蘇聯地區進口12.2%,含俄羅斯7.8%和哈薩克4.4%;從南美的委內瑞拉進口4.5%。
至2030年,中東的伊朗如果仍保持與美國的對峙狀態,則還可能將油買給中國。如果發生美國入侵伊朗的戰爭,則將停止對中國出口。至於中東其它美控國家,不可能再把油買給中國。何況其中的阿曼已無油可供。非洲的安哥拉也無油可供,蘇丹的儲量約為安哥拉的一半,也可能無油可供。至於利比亞,2010年尚供中國634.4萬噸,2011年被法國入侵後就停供了。可見屆時中國從中東非洲很難購到石油。美國在中亞的阿富汗駐軍,將對哈薩克產生威脅。俄羅斯也會在中國和西方間權衡,前幾年的輸油管線建成兩支,既給中國也給日本。何況,俄羅斯2010年的儲采比只有20.65年。如果20年內沒有大油田發現,生產和消費維持2010年水平,2031年就無油出口了。
剩下潛力最大的貨源是委內瑞拉,2010年儲量己接近沙特成為世界第二,雖然委美意識對立,但因地緣關係該國出口石油60%運往美國。 中國2011年只有4.5%進口石油來自該國。2030年從委國可進口多少石油,尚需看今後美委對立程度和委國的增產幅度。
日本是世界第三大石油消費國,如果中國與其爭貨源,在美國的支持下決不示弱。何況近來還強行「買」下「轄區海域內有石油資源」的中國領土釣魚島。印度倒向西方,軍事力量發展也快,為獲得石油有可能與中國抗衡。
綜上分析,如果中國在今後20年既無大型油田的發現,也不縮減龐大的石油消費規模,甚至還快速增加機動車的使用量。那麼到2030年,國內石油的滿足程度,可能在目前的油耗大國中最差。屆時不僅經濟受挫,國防也將癱瘓。如果用軍力與西方抗衡,沒有足夠的石油支撐,現代武器很難發揮威力,加之長期未經實戰很難獲勝。戰火若燒到中國本土,中國人民又要遭受蹂躪。即使將來向美國乞求,從「庇護越南、菲律賓等國瓜分南海油田」的事實不難推測:美國也不可能把油源讓給中國。
當然,石油枯竭的過程中可能引發的國際戰爭不僅是西方對中國,也可能包括對伊朗、委內瑞拉。俄國若在2031年石油枯竭,也可能參戰。甚至西方內部也可能因爭奪貨源而戰。
國內戰爭:在較早發生石油供應銳減的國家,由於農業生產方式回歸人畜作業,糧食單產大幅度下滑,耕地將更為寶貴。此間如果實行了土地私有,窮人賣地,耕地又集中到地主手中,再次回到封建生產關係。種田人收穫的大部分糧食交給地主,只能挨餓。工廠也因缺油,機械化程度下降。迫使工人的勞動強度增強,廠主為了保持利潤的增長,工資很少增加。全社會兩極分化不只表現為「生存線以上的貧富差距」,而是將很多工人、農民趕到生存線以下。當被剝削的人群超越了忍耐的極限必然起來造反。國內革命戰爭重新爆發。
全球變暖加快。由於國際社會認可:「降低萬元GDP能耗」算作對「減緩全球變暖」的貢獻,所以歷次世界氣候峰會都未能達成「約束各國減少CO2排放總量」的協議。因為GDP總量不封頂,所以只要還認可上述指標,在石油枯竭期間的幾十年內,CO2等溫室氣體的全球排放總量還會增加,全球變暖的速率必將加快。北冰洋夏季海冰將提前化完,大氣環流紊亂程度加劇。乾旱、洪澇增多。加上很多高山冰川退縮或消失,大江大河源頭補給驟減。缺水地區增加,進一步影響到糧食產量。
石油增產潛力及其它資源替代油氣的可能性
探明剩餘可采儲量及資源量的不確定性。
「探明儲量」是依據不同密度的測井資料,一般用「油藏體積*單位體積含油量」來計算。「油藏體積」本是不規則的形狀,只有達到一定的測井密度,所推測油藏的平面形狀及平均厚度才能接近實際。勘察及開發早期所估體積難免較大的誤差。「單位體積含油量」按鑽探所取岩心測定的孔隙率、飽和度(孔隙中有油、氣、水,其中含油氣%)和一定係數計算的。其準確性也隨岩心樣本的代表性和檢測水平而變化。資源量根據地震等資料,準確性更低。
探明可采儲量是「探明儲量*估計採收率」。 儘管公布的「探明儲量」沒有說明是否等同於「可采儲量」;本文一律假定為「可采儲量」;也沒有註明所估採收率是多少,本文都假定為30%;儘管資源量準確性低於50%,本文假定美國2000年評估的「待發現資源量」全部轉化為「可采儲量」;考慮技術進步,還將2008年後的平均採收率提高了5個百分點。
實際上,因各國對油氣礦藏探明程度不一,儲量口徑也有差異(美、蘇不一)。若有的國家公布儲量偏高;或在「探明儲量」中未剔除不可採的部分;或在生產中最終採收率低於原估數;或「待發現資源量」估計偏高;或資源量中未能全轉化為可采儲量;或高估了非常規石油可採石油量,都會使「最終可采累計產量」達不到上文的估計數。反之,可高於上文估計數。
此外,今後幾十年石油生產、消費增速如果快於上文所估速度,則枯竭期提前。反之枯竭期推遲。一般說來,越早發現新的大油田並及早投入生產,越早改進技術提高採收率,越早大規模開發非常規石油資源,越能刺激消費從而擴產,並使枯竭期提前。反之推遲。
同樣的因素,表1所列2030年枯竭的國家也可多可少,具有相應的不確定性。
提高採收率的可能性。
採收率是可采量占儲量的百分比。本文假定2008年後全球平均採收率35%。但據報道: 大慶油田最高採收率已逼近70%,主力區採收率達到50%,比國內外同類油田高出10至15個百分點。那麼油田採收率可否無限度提高呢?筆者認為,對於能源礦藏開採新技術,要從「能源凈收得率」「水及其它資源消耗」和「環境影響」三方面評價才能確定採用與否。
⑴能源凈收得率評價:
能源凈收得率=(提煉1噸原油所得燃料油可獲熱能總和-開採運輸提煉1噸原油的所耗能量)/提煉1噸原油所得燃料油可獲熱能總和。
若提煉1噸原油共得燃料油500公斤,平均燃燒值1.05萬大卡/公斤,開採運輸提煉全過程耗能300萬大卡,則能源凈收得率=(1.05萬大卡*500-300萬大卡)/500萬大卡=45%。
石油開採是把埋藏很深石縫中的粘稠液體從油井的導管中擠壓(或抽)到地面的過程,隨著開發程度的深入,採收等量原油耗能逐步增多:
a、開發早期,當油層混有一定的天然氣時,油氣混合物在地層壓力下, 可自動噴出井口,無需消耗其它能源。
b、含氣量下降到一定程度進入「油泵抽油」階段,採油能耗主要用於抽油泵的動力,只有當「油層壓力減去泵殼內負壓之差」大於「井內流體柱的重力與摩擦力之和」時,原油才能抽到井外。越往後油越稠厚,流體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。當淺層油采完,生產井加深耗能也加大。
c、油井四周石縫中原油不斷向油井滲透,油泵才能不斷地把油抽到井外。以井為中心,越往後滲透半徑越大,因而需要克服的「石縫中原油與岩石孔隙的摩擦力」也越大,超過了油泵配置的動力時,就不能把油抽出。需要將水壓入地下以增加油層壓力,這就是「二次採油」。此時採油增加的能耗包括:把地面水或「油藏圈閉外的地下水」抽到「注水井」邊的能耗;「用泵把水壓入油層」的能耗;抽出井外後進行油水分離的耗能。
d、大慶發明了「聚合物驅油技術」和「泡沫複合驅油」,實現了「三次和四次開採」。其原理是將鹼、表面活性劑、聚合物和氣有機地組合到一起,注入油藏內,使其具有超低界面張力、良好的水相發泡性能、良好的上浮能力。從而實現了最高逼近70%的採收率。與此同時,所採的原油又增加了「鹼、表面活性劑、聚合物和氣」的製造、運輸、壓注和液體抽出油井後再次分離的能耗。其全過程遠比注水及分離的能耗高得多。
越是到油田晚期所採的原油粘度越大,運輸耗能也越大。從油田到煉油廠的輸油管沿線需要用泵增壓。煉製過程中的能耗也將增加。相反,越到晚期油越稠,從而所得燃料油的產率越低。大慶原油餾分產率中,汽油4.2%,噴氣燃料9.9%,輕柴油14.5%,三種燃料油合計只有28.6%。剩下重質餾分油29.7%,減壓渣油41.7%。勝利原油的汽油和輕柴油合計為25%,重質油30%,減壓渣油45%。在「能源凈收得率」公式中,因分子上的「被減數」減小,「減數」增大,分子必減小,從而「分數值」相應減小。上述分析可見,一、二、三、四次採油技術的「能源凈收得率」是依次減少的。
中國11個產油大省中,有8個省產量超過峰值進入中晚期。2010年全國煉油4.08億噸,產出成品油2.53億噸,摺合3.8億噸標準煤,全國石油化工總能耗4.14億噸標準煤,扣除煤炭生產的合成氨0.74億噸標準煤,後,其餘耗能3.4億噸標煤。全國石化「能源凈收得率」只有10.5%((3.8-3.4)/3.8)。當年所煉原油中2.03億噸國產,其餘2.05億噸為進口油,其中相當比例是「燃料油產率較高輕質油」--如阿拉伯輕質油。剔除進口油後的純國產油「能源凈收得率」更低。
⑵水及其它資源消耗:大慶所採石油的「綜合含水率」已達90%以上,即采1噸原油(考慮油水密度不一)需注10.5噸水。 大慶主要以地下水為水源,經40多年開採形成東西兩個地下水漏斗區和超採區,總面積近3000平方公里,地下水位降至40多米深。此外還要消耗大量水泥、鋼材等其它物資。相當於用水及其它資源換來石油的非燃料產品。
⑶環境影響:全國「石油天然氣開採業」2010年排污水1.16億噸,相當於每產1噸石油排放0.39噸污水。 所排污水中「石油類」污染物高達百萬分之3.5,為3類水質(可作自來水水源)標準的70倍,也就是每產1噸石油所排污水需要27.3噸天然水稀釋才能達到3類水質標準。
可見無論從能源收支,還是從資源消耗和環境影響來評價,陸上油田採收率增加都是有限的。海上石油無法用注入淡水的方法加壓,污染情況也比陸上嚴重,採收率的提高更難。
非常規油氣的潛力。包括超重原油、含油沙、油頁岩和頁岩氣。
⑴超重原油:是比重超過0.91的原油,其粘度高,且硫、金屬、酸和氮含量也較高。雖有8630億噸的探明地質儲量,若採收率為15%,可采儲量為1233億噸。但因其基本不流動,開採時需注入蒸汽、熱水,添加物質將其溶解,有的採用類似挖掘煤炭的方法開採。管道運輸也要加熱、加稀釋劑,並提高泵能。還需增添脫除雜質的設備。故開採、運輸及煉製過程中每噸原油能耗遠高於常規原油。而產出的能源又遠低於常規原油,超重原油儲量最多的委內瑞拉,目前所產重油中,瀝青含量高達2/3,除去重油和渣油,所產輕質燃料油更少。
⑵含油沙: 系由砂粒、瀝青、礦物質、粘土和水等五部分組成的礦物,瀝青含量為3%~20%,砂和粘土等礦物佔80%~85%,水佔3%~6%。全部可采總量雖達3234.7億m3。因其是固體,淺層礦需移除地表的植被,包括草場和林地,再進入機械開採;深層礦需高壓注入3000C以上的水蒸汽,分離泥沙和含油物質,再將分離後的漿狀物從地下抽到地表進行提煉。所得瀝青比超重原油還低。不僅能耗高,而且污染嚴重:萃取出一桶原油所產生的CO2排量,至少是萃取普通油的3倍;從含油砂中提煉一升可供使用的汽油,將消耗5升水;殘渣更具污染性。儲量最高的加拿大開採過程中,不僅造成水質污染和水位下降,而且當地居民癌症和呼吸道發病率奇高,砷和其他重金屬含量是可接受水平的300多倍。因其所提煉的油運往美國,故加拿大政府已面臨進退兩難的困境。
⑶油頁岩:是一種含油率大於3.5%的岩石。其灰分超過40%。雖然油頁岩資源10萬億噸,估計可獲頁岩油資源總量約為4750億噸,(也有估計3662億噸,4110億噸或4225億噸)。但因其是比油沙更堅硬的岩石,也不可能用高溫蒸汽使其變為糊狀抽到地上。只能用露天和井下兩種方式把頁岩挖出來。更不可能用管道輸送,只能用車輛運輸。進廠後還要將其打碎再加熱到500℃,才可獲得頁岩油,再從頁岩油中煉得燃料油及其它產品。每開採1噸頁岩礦比開採1噸原油多耗能量包括:開挖岩石比「壓注、抽取、分離原油」多耗的能源;車運比管運多耗的能源;打碎和加熱至500℃的能耗。進廠1噸原油礦可獲1000公斤原油,打碎熔化1噸頁岩礦只得到幾十公斤的頁岩油。開採1m3油頁岩,一般需要抽出25m3含硫酸鹽的地下水,灰渣金屬元素和微量元素也滲入地下水中。而開採1噸原油只產生0.39噸污水。
傳統的原油開採練制的全過程,在採油晚期尚可出現能源收支近於倒掛的現象,以上3種非常規石油每噸礦物的進廠能耗均比常規油礦多,而獲得燃料油均比常規原油少。消耗、污染的水資源,佔用的土地也比常規原油多。這類「資源」還能作為常規原油的替代品嗎?儘管如此,上文還是估計了770億噸「非常規石油」的可采儲量。
⑷頁岩氣:是頁岩層中儲存的天然氣。據估計世界頁岩氣資源量為457萬億米3,其中技術可采資源量為187萬億米3。雖為世界天然氣資源總量的38.5%,但因儲存在緻密的頁岩層中,不象天然氣那樣儲存於多孔隙的岩層中可以自噴開採,而是要用「水力壓裂法」開採。就是在水中加入一定量的泥沙及交聯劑、破乳劑、穩定劑等化學物質製成「壓裂液」,用高壓泵壓入頁岩層,使其產生裂縫。再用砂粒及化學物質填充其中,保持縫隙,以便頁岩氣壓出氣井。此法所耗能源比開採常規油氣高得多:不僅用於生產化學物質和開採地下水的能量,更多的是下壓的能量--要把地下3000米左右的頁岩壓出許多裂縫。該法作業後24小時內可發生3級及以上地震,可想而知,每次壓裂要消耗多少能源。據美國地質調查局公布的數據:在開採頁岩氣的美國中西部地區,2009年發生3級及以上地震50次,2010年87次,2011年增至134次,是上世紀同期的6倍。其次是水資源消耗量太大,動輒數以萬噸計,對於缺水地區根本無法承受。 再次是環境影響,除了引發小震可能誘發大震外,壓入地下的化學物質也污染了地下水。在英國已引起環保組織抗議。法國新任總統奧朗德於2012年9月頒布了禁止開採頁岩氣的命令。可見開採頁岩氣是弊多利少,更難成為常規油氣的替代品。
煤化工。工業上已能把煤液化,生產出燃料油和各種化工產品。但生產相等的燃料油,用煤與用原油相比顯然多耗能:煤炭只能從井下挖出來,不能從地下抽出來;煤炭只能用車船運輸,不能用管道輸送;煤炭直接液化需在425~450℃和100~140個大氣壓下加氫反應。原油蒸餾在3500C和常壓下可分餾出汽油、航空煤油和輕重柴油。燃料油的氫/碳原子比需達到2以上,如汽油主要成分辛烷為18:8。 原油的這一比為1.65~1.95, 而煤炭氫碳比僅為0.7:1。雖然煉油後期也需加氫,但氫源來自前期。煤液化過程中需要另增製取氫氣的能耗。用煤代石油製取燃料油的「能源凈收得率」 若<0,則無取代價值了。
及早應對的措施
綜上所述,全球油氣將在2100年前後枯竭。退一步說,即使將來發現超出上文引用的「最終可採油氣總量」,或發現新的「能源凈收得率」較高、水資源等消耗較少、環境影響小、儲量較多、可取代油氣的化石能源,也還是一個有限的量。只要人類不改變現有生產消費模式,最終總要枯竭。枯竭後及枯竭期間將對人類生存產生災難性的影響也還難以避免。這是由於石油的用途太廣泛,人類生存對石油產品依賴性太大所致。要把災難損失降到最小程度,就必須在今後幾十年內迅速減少對石油的依賴程度。上文述及的災難主要在糧食、交通、國防等領域。需從減少依賴和延緩枯竭兩方面採取措施。如減少糧食生產對石油的依賴、縮減交通量、建立常規防禦體系、控制油氣的開採等。
減少糧食生產對油氣的依賴:糧食生產對油氣的依賴包括農機、肥料及農藥、種子等方面,也波及到飼養業和蔬菜生產。可從以下方面著手:
首先要給農業提供足夠的勞動力,以適應「人畜力操縱簡單農機具」的作業方式。這就要把流入城市的農民請回農村。同時要將不適應人畜作業的居民點改為傳統的村莊。並要組織農業合作社,以便統一調配勞動力,強弱和技能互補;其規模可控制在人畜力可及的範圍內—若面積太大,村莊糞便難以用人畜力送入最遠田塊。對此,「城市化」水平越低,時間越短的國家越易做到。
其次,恢復有機農業。除農村的人畜糞便全部返回耕地外,還要儘力搜集附近中小城市鄉鎮平房及公廁的糞便。並要在非污染區罱泥劃渣、利用秸桿、製作廄肥等擴大肥源。與此相應,要培育適應當地土質、可由農戶自選、適應有機肥而不是耐化肥的良種。
再次,擴大耕地面積,確保糧食播種比例。停止佔用農田,收回已征未用土地,整理廢礦山、廢公路的土地。逐步縮小城市面積。這一點可能最難。
還要盡量利用天敵和物理方法治蟲,恢復人工鋤草,大幅削減農藥用量。保證排灌暢通,注重水土保持等。
節約糧食。當今世界飼料用糧比例高達一半以上,節糧的最大潛力是改變食物結構,減少肉食比例,從而大幅度減少飼料用糧。養豬的規模控制在可提供的糧副產品範圍內,牛羊規模控制在天然草場載畜能力範圍內。最後還要堅持計劃生育,控制人口增長。
大幅削減交通用油。城市規模越大,市內交通用油越多;私車越多,人均用油越多;流動人口越多,長途車用油越多;片面追求高速,減少水運,每萬噸公里能耗越多;貨物流動平均半徑越大,單位產品能耗越高。為此要通過縮小城市規模、壓縮私車、減少人口流量、控制車輛速度、鼓勵水運、充分利用本地資源等措施來削減交通用油。
減少國防對石油的依賴。建立常規防禦體系,發展非石油武器的裝備和實戰訓練,重視民兵建設與訓練,發揮掩體作用。
控制油氣礦開採總量,把石油儲存在油氣田裡。提高採收率的技術及替代資源的開發,要進行「能源收支、水及其它資源的消耗和環境影響」的綜合評價,決定取捨。
以上措施,對於石油依賴性越大的國家越難實施,但留給人們只有幾十年的時間,石油自給率越低的國家所剩時間越短。能否越過這道坎,不僅要各國多代政治家保持清醒頭腦,採取得力措施,更要廣大人民覺醒自救。
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