技术对石油峰值影响

摘 要技术创新和石油峰值一直是人们讨论的热点问题.石油峰值理论预测我国的石油产量很快达至峰值并且随后迅速衰减,技术创新理论则认为技术创新可以推动组织长期盈利.本文通过研究石油工业技术创新如何对石油产量产生影响,提出了不同于传统石油峰值理论的观点,认为石油产量在社会需求、企业意愿、政府意志等多方力量的推动下波浪式向前发展且石油峰值会较晚到来.

关 键 词：技术创新；石油峰值；系统动力学

一、理论概念介绍

1.1技术创新概念及理论

傅家骥认为技术创新是企业家抓住市场的潜在盈利机会,以获取商业利益为目标,重新组织生产条件和要素,建立起效能更强,效率更高和费用更低的生产经营系统,从而推出新的产品、新的生产工艺方法,开辟新的市场、获得新的原材料或半成品供给来源或建立企业的新的组织,它是包括科技、组织、商业和金融等一系列活动的综合过程.[1]

在这里认为所谓技术创新就是从新产品或新工艺设想的产生开始,经过研究与发展、工程化、商业化生产,直到市场应用,取得良好经济效益的完整过程的一系列活动.它是技术与市场的结合,是科学技术转化为社会生产力的具体体现,是当今促进技术进步,实现经济增长的主要方式.

技术创新成功指成功的技术创新必然加速推动长期盈利增长,在一定评估期限内,具体表现为在经济收益、市场状态和主体素质等方面单独或同时取得较高的期望效益.

与一般意义上的技术创新及其成功的标准不同的是,作为关乎国计民生的油气能源产业,石油工业技术创新的目标不仅在于企业所获得的经济效益,还在于企业所承担的社会效益.因此石油工业领域技术创新的投入不仅被经济效益决定,更受到社会效益的左右,在我国尤为明显.

1.2石油峰值概念及争议

全球石油供给能力一直是人们关注的焦点问题[2].

对石油峰值问题的研究始源于1949年,以M.K.Hubbert的论文Energyfromfossilfuels为标志[3].美国著名地质学家Hubbert在上世纪50年代成功预测了美国本土48个州的石油产量将在1970年前后达到峰值,该理论认为任何一种有限的资源都会遵循一个基础规律：生产由零开始,然后产量逐渐增长,直到一个无法超越的峰值（Hubbertpeak）,一旦达到峰值,产量逐渐降低,直至该资源被采尽.此外Hubbert认为地质学家对油田内石油分布的了解需要一个过程,生产者总是先生产容易得到的油,因此在油田生命周期的青年期,产量快速上升；但不久随着油田开采程度的不断提高,容易开采的石油逐渐变少,要开采剩余石油储量的难度越带越大,油田产量开始下降.

石油峰值研究协会（ASPO）创始人科林.坎贝尔关于石油峰值的定义是：由于石油是不可再生资源,任何油田、国家、地区乃至世界的石油产量在逐渐增加到最大之后都会开始递减,这个最大值就是石油峰值[4].

当然并不是所有专家学者都认同“石油峰值”理论,世界能源巨头BP公司首席经济学家彼得.戴维斯就认为不存在绝对的资源极点.沙特阿拉伯国有企业、世界最大的石油公司沙特阿美石油公司高管表示,全世界之开采了一万亿桶原油,约占地球5.7万亿桶的总开采原油储量的18%,所以他认为石油产量即将到达峰值的理论站不住脚并且宣称全世界至少还有100多年的充足原油储量.此外不少反对“峰值论”的人士坚持认为世界石油资源是很丰富的,北极,深海以及各种非常规油气资源都存在人类可以利用的大量石油资源,不必为此忧心忡忡.美国地质调查局也乐观认为,世界石油与天然气资源量为33450亿桶,剩余石油储量可轻松满足2020年前的需求[5].

二、技术创新对石油工业的影响

2.1技术创新对油气勘探开发的影响

20世纪石油工业突飞猛进,在东亚、中亚,北美、中东先后发现了一批大型和特大型油气田.这些成果基本都源于高新技术或高科技的发展,如高分辨率和四维地震技术,欠平衡钻井和完井技术、测井成像和核磁共振测井技术等.随着石油工业的发展,面对更加复杂的地质条件石油勘探开发技术必须有新的更大的发展.石油产出量增长是石油工业经济增长的第一要素,在历史上科学技术进步为石油储量增长提供了巨大动力.20世纪60-70年代世界上曾流行石油储量短缺,石油工业很快步入穷途的预言.然而1970年后,世界石油工业的发展完全否定了这种悲观的论调.1971―1996年的26年间,世界石油总产量为806.4亿吨,但新增储量达到1610亿吨.到1997年初,全球石油探明储量已由1971年的729.4亿吨上升到了1537.2亿吨,石油储采比由28.3提高到了43.1.1980―1999年的20年间,全球石油产量基本保持在30亿吨左右,期间累计采出原油600多亿吨,而世界石油剩余探明可采储量1980年仅为880亿吨,到1999年增加到了1386亿吨.2000年石油和天然气剩余探明储量分别为1409亿吨和149万亿立方米,可谓“越采越多”[6].

世界石油工业储产量的稳步增长,离不开科学技术的进步.近年来世界石油勘探面临更加严峻的形势,勘探向深层、深水和边远地区、极地地区等地下和自然地理条件困难的地区发展.勘探成熟度越来越高,已发现油气田的勘探成熟区仍然是常规油气勘探的主战场.由寻找巨型油气藏向同时寻找中、小型油气藏的方向发展.

石油工业的未来充满了机遇和挑战,许多技术,比如仿生井、纳米机器人、千兆级网络模拟技术以及其他技术,虽然已经起步,但仍然有许多技术难题没有解决,但可以肯定的是这些技术的发展必将使油气勘探开发进入新的阶段.技术创新对于油气勘探开发至关重要.

2.2技术创新对非常规油气资源的影响

非常规油气资源包括页岩油、超重油、油砂矿、页岩气、煤层气、致密砂岩气及让天然气水合物等.当前非常规油气资源是最为现实的接替能源,在世界能源结构中扮演着日益重要的角色[7].国家在2008年对全国的非常规油气资源进了了初步评估,结果表明,全国煤层气可采资源量10万亿m3,页岩气资源量是26万亿m3；估计致密砂岩气资源量12万亿m3；页岩油资源量是476x108t,超重油和油砂资源量超过59.7x108t,天然气水合物70万亿m3.中国非常规油气资源有着巨大的潜力[8].

这里简要介绍下页岩油、超重油和油砂在我国的发展情况.页岩油资源在我国十分丰富,按已探明的油页岩资源统计,全国油页岩资源储量为7199.37x108t,我国储量位居世界第四.根据最新的油页岩资源评价显示我国油页岩资源规模大、分布广、勘查程度低、含油率中等偏好.目前我国有页岩的开发已经迈出关键步伐.据悉辽宁省抚顺矿业集团2005年产页岩油约20x104t,2009年产量接近40x104t.我国油砂资源也比较丰富,其目前正处于规模化开发的前期试验阶段.此外重质油沥青资源分布广泛储量丰富,已在15个大中型含油盆地和地区发现了近百个重质油油气藏,成带分布且规模大.我国的重质油、沥青主要产于中、新生代的陆相地层.预计我国未发现的重质油资源约为250x108t,沥青资源潜力更大.

作为重要的接替能源,非常规油气资源的开发利用有着非常重要的战略意义,中国油气工业中心向非常规油气资源过渡只是个时间问题[9].但是由于我国非常规油气资源往往存在于复杂特殊的地质条件中,部分开发技术适用性差、不成熟,开发成本高；低渗透储层单井产量低,缺乏有效增产技术；综合利用率低,所以政府应尽快组织和引导跨部门、跨学科的全国性系统资源评价与研究工作,加快技术创新步伐,以推进产学研结合,为非常规油气资源的大规模开发铺平道路.

非常规油气资源的成功开发与利用,将可以弥补未来很长一个时期常规油气资源的不足,为我国经济的可持续发展提供能源保障[10].用技术创新大力发展非常规油气资源大有可为.

三、技术创新――石油生产系统模型建立

技术创新对石油工业的影响应该是显著的,在这里以系统的观点和方法讨论技术创新对于石油峰值的影响.

3.1HubbertSD模型[11]

图1是一个最简单的Hubbert曲线SD模型流程图,模型中有两个存量,分别是累计产量（cumulative-pro）和累计已探明储量（accumulative-proved-reserves）,还设计了四个流量,分别是实际年生产量（actual-production）,由Hubbert曲线公式算出的年生产量（Hubbert-prd）,已探明储量（proved-reserves）以及每年增加的探明储量（annual-proved-reserves-addition）.模型还包括五个辅助变量,它们包含成长系数（a）,历史年生产量（prd）,最终可采储量（ultimate-reserves）,年探明储量（actual-proved-reserves）和储量年增加量（delta-reserves）.五个辅助变量中只有储量年增加量（delta-reserves）是内生的,它取决于流量已探明储量（proved-reserves）,其余四个辅助变量皆是外生变量,外生变量中历史年产量(prd)和年探明储量(actualprovedreserves)是表函数.

3.2技术创新――石油产量关系分析

石油工业是一个资金密集,技术密集型的行业,往往技术创新的影响十分显著.首先表现在技术创新所引发的重大基础理论的突破,尤其在地质勘探领域的每一次理论突破都会带来石油工业的一次进步,从历史来看一些大油田的发现总是伴随着地质理论的更新,如何保证理论紧随步伐以及理论与实践结合,需要企业对各个研究机构研究中心投入巨大的人力物力,而且不能急功近利.

理论的突破可能使最终可采储量有所增加.国外石油公司在技术基础理论研究方面投入大量的工作,取得了明显实效,相比之下我们的差距太大,所以技术创新必须从基础工作入手,从基础理论抓起,坚持不懈[12].20世纪20―50年代石油勘探方面,由“前期地质时期”进入到背斜理论时期.重力、地震折射波和地震反射法开始使用,使人们在平原和盆地地区都能从事油气勘探活动.20世纪60―70年代,石油地质理论方面诞生了板块构造理论；地震勘探技术方面出现了叠加技术和数字记录仪；数字计算机也开始应用于石油行业.80年代以后,新的科学技术革命为石油工业的发展注入了新的活力,特别是以计算机、信息技术为特征的知识经济为石油工业的发展带来了新理论、新方法和新工艺,主要有：盆地模拟、油气藏描述和数值模拟等,同时还有水平井,分支井钻井技术、小曲率半径水平井、连续油管钻井、自动化钻井等.

技术创新引起的油气开发核心技术的发展和成果的取得往往作用于采收率,间接影响石油年生产量,或者由于新的技术是原来不易开采的储量得以开采,由此直接影响实际年生产量,比如仿生井技术.当然技术和成果不能立刻就转化为产量,期间可能需要逐步的实验逐步的普及,因此需要一定的延滞才能发挥作用.

技术创新带来的尤其勘探核心技术和成果的出现,比如地球科学物理技术的进步,以及新兴的千兆级网络模拟技术都将使探明的储量有所增加.

技术创新还能促进非常规油气资源的发展,如前文所述我国非常规油气资源往往存在于复杂特殊的地质条件下,开发技术落后,开发成本高,综合利用率差,而我国的非常规油气资源又十分丰富.因此技术创新引领下的非常规油气资源技术进步必然能够为非常规油气资源大规模开发铺平道路,立竿见影的是非常规油气资源年产量的快速增加.

总之,相关关键技术、基础理论上的重大突破,或者设备上的创造改进都间接或直接的影响到石油产量.

现考虑技术创新的对石油工业的影响后,在Hubbert曲线系统动力学流程图的基础上进行改进可建立如下所示的关系图.

图上容易看出这里新增加了若干指标,从而将技术创新对产量的影响引入了石油产量系统.结合上文分析,简单列举技术创新影响石油产量的几条因果反馈回路.

（1）技术创新资金――各类科研机构、研究中心、高校研究院科研强度――基础理论突破――最终可采储量――年油产量――收入――技术创新资金；

（2）技术创新资金――各类科研机构、研究中心、高校研究院科研强度――油气开发核心技术和成果――采收率――实际年生产量――年油产量――收入――技术创新资金；

（3）技术创新资金――各类科研机构、研究中心、高校研究院科研强度――油气勘探核心技术及成果――年探明储量――已探明储量；

（4）技术创新资金――各类科研机构、研究中心、高校研究院科研强度――非常规油气资源勘探开发技术及成果――非常规油气年产量――实际年生产量――年油产量――收入――技术创新资金.

从图中还可以清晰看到石油产量被各种技术创新及其成果所决定,而技术创新则被社会需求,企业意愿以及国家意志等多种力量所决定.可以说,正是这多种力量的存在迫使石油工业必须进行技术创新,从而保证石油工业稳定发展.

模型的程序请参见Tao的论文[13].对图1的流图输入我国石油工业的相关参数,运行后得出下图.

从图中看出在这个模型（成长率a等于0.057,最终可采储量ur等于140亿吨）下我国石油峰值将在2020年左右达到,且峰值产量不超过2亿吨.

从图中所显示的关系看到在技术创新的作用下,我国石油峰值绝对不是2亿吨,应该远高于此,而且在技术进步,非常规油气等联合影响下,峰值到来时间也绝不是图3所显示的2020年.且可以预见我国的石油产量应呈现下图所示趋势.

由图4可以看到在技术创新作用下石油峰值并不是简单的钟形曲线,也不简单只是发生――发展――兴盛――衰减――消失的过程,而将是一个发生――发展――兴盛――开始衰减――再发展――再兴盛的波浪式反复过程,其形状将是类似于若干个小钟型曲线叠加在一起波浪.虽然不否认以石油为主的化石能源最终会退出历史的舞台,但是本文看法仍与传统的峰值理论有显著不同.

传统的“石油峰值”理论是用静态的片面的眼光来看待事物,忽略了事物的动态发展的规律,忽略了人类的主观能动性,忽略了技术创新技术进步所带来的生产力的飞跃,忽略了人们对事物循序渐进的认识过程.有理由相信随着技术的创新,人类对化石能源认识和理解的不断完善,石油峰值会尽可能晚的到来而且处于峰值的时间会很长而不是到达峰值后就迅速显著的下降.曾经有学者认为,中国将在2015年迎来石油峰值,峰值产量为每年1.9x108t[14].但是国家统计局1月20日发布统计数据显示,2010年,中国天然原油产量为2.03亿吨,同比增6.9%[15].这一产量远高于所谓的“峰值产量”,而且可以预见的是产量会进一步增加.

四、结论

诚然事物一般会经历孕育、生长、成熟、衰老及消亡的过程,本文也不否认以石油为主的化石能源最终将退出历史舞台.但是从历史角度来看,事物是不断发展变化的,人类的主观能动性是无限的,纵观世界石油工业发展,技术创新多次打破了石油储量短缺石油工业穷途末路的预言.目前石油工业所面临的困境在于技术和理论瓶颈的限制,一旦打破又是一番新的天地.

因此本文认为在技术创新的作用下石油峰值并不会很快到来,石油产量在社会需求、企业意愿、政府意志等多方力量的作用下呈波浪式的向前发展,石油峰值的到来是需要过程的.