2013年5月4日 星期六

頁岩氣的五大迷思~從很多的專業誤解說起


前面費雪講到頁岩氣是美國總統歐巴馬在2012年國情咨文中明確表態將大力支持發展的新能源之一。認為美國頁岩氣的蘊藏將可供美國約100年的使用無虞,也將因為頁岩氣的開採,十年內可增加約60萬個美國本土的就業機會。也因此,頁岩氣在最近的能源議題裏變的超火紅。然而,費雪最近看了許多新聞以及電視報導,對於頁岩氣有很多的描述,但是其中大約50%以上都是有極大的資訊錯誤,所以今天費雪想好好的來談一下頁岩氣,在科學論證以及經濟報導中的誤解與迷思,以及真實的資訊。

在所有報導裏,最常見的五大迷思,費雪就一一羅列於後並附加解釋供大家參考看看:

迷思一: 頁岩油或是頁岩氣?

費雪解釋: 在部分的報導中,記者對於頁岩油或是頁岩氣?常常敘述混用,傻傻分不清楚。費雪先來解釋一下,石油(oil)是石油,天然氣(Gas)是天然氣,雖然老美常常簡稱Gasoline(汽油)Gas,但是在地質的儲藏與意義上,兩者是不一樣的。在地層中儲藏的資源,通常石油比較少,而天然氣較多。這是因為石油要形成,所需要的油母質(能夠形成石油的有機泥質物質)的成熟度與種類,要比形成天然氣的條件嚴苛的多。而一般我們依照天然氣形成的地質資源條件,分成傳統天然氣資源非傳統天然氣資源兩大類。傳統天然氣資源多半是由在地層中,經過百萬年移棲並且富集在疏鬆儲存地層中的天然氣組成。又可因為是否與石油一起存在,分為伴生(石油)移棲氣”(Associated gas),跟非伴生(石油)移棲氣”(Non-associated gas)。其他非傳統天然氣資源,則是存在產生天然氣的有機泥質地層中或附近,因為孔隙率及滲透率小,來不及移棲的天然氣。根據存在的位置移及有機泥層的組成,又可分成煤層氣(Coal-bed gas)緊滯砂層氣(Tight sand gas)、以及頁岩氣(Shale gas)。當然若有適當成熟條件,來不及移棲的,不是只有天然氣,還有石油。因此也有所謂的緊滯砂層油(Tight oil),以及頁岩油(Shale oil)。少數的頁岩氣蘊藏帶,會同時有頁岩油以及頁岩氣的儲藏。但多數的只有天然氣,沒有石油,所以頁岩氣與頁岩油是不一樣的!!!!
 
圖1.各種天然氣的成因與蘊藏

迷思二:頁岩氣開採是使用水力壓裂法,因為注入超過一百種以上化學液體,而很大的汙染問題!

費雪解釋: 有些頁岩氣開採井存在嚴重的環境汙染問題,但也不是所有頁岩氣開採井都有環境汙染問題。主要是因為地質組成與開採深度各地不同。先來說壓裂液,這些液體90%是水,9.5%是沙,小於0.5%的化學藥劑酸、樹脂、KCl(抗膨劑)殺菌劑、以及有機脫附劑..,很多是我們日常生活會接觸到的東西,其實都需嚴格經過美國相關單位的驗證與准許才可以注入地下但是真正有毒的是來自於壓裂過程中,不慎因壓裂裂隙連通至上層含水層,而從泥頁岩中滲出的甲烷、有機質與腐植質(易致癌)。所以我們看國外影片,水龍頭打開可以點燃,是因為地下水層混入了頁岩氣造成的人工"水火同源"

再者,美國的頁岩氣開採的泥質地層往往較薄,平均厚度在150-200公尺之間。岩層埋藏深度則不一,有的只有一、二百公尺,有的深達4000公尺。所以需要先垂質鑽到泥質地層的深度,再水平沿著泥質地層中鑽鑿水平孔作水力壓裂。深度淺的,只要一施工不慎,往往會造成上述環保問題,可是這並不是技術本身有問題,而是施工的人的安全管理有問題這就像是有一些人蓋房子偷工減料,造成房屋傾斜,危及到鄰居的安全。但是大家卻因這樣就說:”蓋房子是有很大的危險的,以後所有人通通不准在此蓋房子!”是一樣的道理,應該追究的,應該是施作工程的人有沒有照規範進行工程,監工的人有沒有盡責監督,驗收的人有沒有仔細檢查缺失,而不應該因噎廢食。

 圖2.水力壓裂法添加物以及對應在日常生活上之用品(from USDOE: http://www.americanthinker.com/articles/assets/Fracking%20Farce.png )

迷思三:中國擁有全世界最大的頁岩氣蘊藏,但中國沒有水力壓裂這種高級技術,所以現在無法開採,要像歐美等先進國家購買以及學習經驗,短期內仍跟美國無法匹敵。

 費雪解釋: 中國不是沒有壓裂技術。壓裂技術首先在1940年代即出現。不是甚麼特別高科技的東西,但是控制定向水平鑽的方向需要經驗與微震監測技術。經驗的話,大陸現在比較傾向先開煤層氣(Coal-bed gas),目前有幾個案子在做,他們打的算盤是利用煤層氣先來練兵學經驗。而微震監測,是用來確定裂隙範圍的,但對中國也不是難題,老實說,中國現在滿手是$$監測技術與軟體我一個大陸同學研發的東西早已賣遍了幾個美國頁岩氣公司,現在這個同學被挖回去在大陸任職。中國大陸為什麼不開頁岩氣,費雪跟幾個大陸同行聊過後的認知是:因為他們不是傻瓜,現在頁岩氣開採成本4美元/MMBTU,在美國這些小公司競相開採下,市場價壓到3美元/MMBTU。現在開叫做損人不利己,大陸同胞不是白痴,他們比台灣還資本主義!(按:2012年中國大陸9月已經開放20個頁岩氣礦區探勘權,供國內與國內外合資公司競標。)




 圖3.中國大陸2013年開放競標之頁岩氣探勘礦區

迷思四:根據中油以及工研院的評估,台灣沒有具經濟價值的頁岩氣蘊藏。

費雪解釋: 台灣已證實西南部古亭坑泥岩區域有頁岩氣蘊藏(許多泥火山露頭,泥火山噴氣超過80%是甲烷),存量未經正式評估,根據費雪以美國類似成熟度條件,較低氣體蘊藏量的頁岩氣田參數所作的非正式初估,台灣西南部陸上泥岩區可能有4-8Tcf頁岩氣蘊藏,約可供台灣10-15年使用。因多數(80%)是用來發電,若僅供民生使用,約可供使用50-75年。

另外,工研院資料來自中油,中油用穿井(Perforated method)方法的開採傳統石油天然氣評估法,根據幾口開鑿在台南地區的鑽井,評估古亭坑泥岩區域,由於試鑽是乾井(不出有價值的油氣),所以過去認為沒有蘊藏但是頁岩氣屬於非傳統能源,開採是水力壓裂(Fracking)方法,是利用壓裂增加表面積不相互連通的孔隙中的游離天然氣逸散出來。打個比方,前者(穿孔方法)像是用吸管喝泡沫紅茶,一吸就上來,後者(水力壓裂)像是用粗吸管喝冰沙,要攪、戳一戳讓一些融化,才吸得上來。因此若用細吸管吸冰沙,一吸吸不到甚麼,你就會覺得怎麼沒料,而會把整杯冰沙丟掉!!費雪要說的是,這就是評估方法與觀念不同,導致過去一直認為台灣沒有蘊藏。




 圖4.左:水力壓裂法。右:傳統穿井法

迷思五: 水力壓裂會有引發地震的危險。

費雪解釋:水力壓裂技術就像喝冰砂一樣,凍硬了總要用吸管戳一戳個幾次騰出一些空間來融化,這個戳的過程會產生震動,也就是微地震但一般我們再用力戳,每次的戳鬆的範圍也還是有限,力道也有限,因此產生的震動也有限。所以目前一般水力壓裂所直接產生的地震規模多在3以下。像美國的Barnett shale一般在規模1-2間。規模三以下的地震,通常是屬於震度較小甚或無感的地震。因此是不會直接引起大地震的。

但是大家怕的是"誘發型地震",是由於很多微震誘發大地應力釋放產生較大的地震。這道理就如同汽車鈑金凹陷,修車師傅有時會先拿木槌在凹陷邊緣小心輕輕敲,給他一些小的震動力~然後過一陣子會聽到""一聲,大面積的凹陷金屬片竟然神奇的彈回來,同時產生很大的回彈力道一樣。但是這有幾個前提:1.金屬還有彈性,不是永久形變或是已經變成像補土一般的塑性物質2.要有適當凹陷程度的金屬板金存在,一片平整或只有被冰雹打的一小坑一小坑的金屬片,是沒法用這種方法"誘發"彈性釋放能量的。(當然,費雪這裏講的是科普簡化版,真正的誘發機制要複雜難解是多了)前面講到台灣西南部古亭坑泥岩區有頁岩氣的蘊藏,那在這種地方用水力壓裂開頁岩氣,會不會誘發地震?多數科學家認為,這地區因為泥岩層厚達4000公尺以上,加上泥岩相對是較塑性的岩石材料,應力很難被累積,因此發生大地震的機率是不高的。從過去的資料也可以看到,從台南到高雄鳳山一帶的古亭坑層地區,過去地震比起台灣其他地區,不管是次數以及規模都要小了許多。




圖5.台灣地震分佈(注意台灣西南部泥岩區域的空白帶, from Hsu.shihhung:http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Taiwan_seismicity.jpg )