非常规油气开发的能源回报评价方法与应用研究

There has been a rapid development of unconventional hydrocarbon resources in recent years, such as shale oil and gas, tight gas, and oil sands etc. However, their exploration and production have brought considerable discussion surrounding implication of greenhouse gases, water contamination, and economical efficiency. It is necessary to establish a new approach to evaluate the value of exploration scientifically and completely. Energy return on investment (EROI) calculates the energy returned to the economy and society compared to the energy required to obtain that energy. It is a useful metric for analyzing the efficiency of energy extraction and production and it gives a sense of the net energy useful to society. The project combines international association with multi-disciplinary to study the critical factors to energy return on investment of unconventional fossil fuels, carbon emission assessment, the technologies of carbon reduction, the extraction patterns and production trends of them, the implication of carbon emission on energy return. Also, we will establish the framework and its nomenclature for evaluating unconventional resources. Finally, we will take an example of extraction for unconventional fossil fuels in China to give some recommendations for the future.

近年来非常规油气如页岩油气、致密油气、油砂、煤层气等得到了快速发展，但是也招致了极大的非议，其环境问题（温室气体排放、水污染等）、经济可持续性等问题十分突出，急需新的评价方法以给出科学的全面的评价，并回答如下基本科学问题：其开发有什么规律？是否值得开发？然而，常用的现金流评价方法、环境经济评价方法等由于其评价目标的单一性在对非常规油气开发的评价中遭到强烈反对。能源回报（EROI）评价方法是学术界正在兴起的评价净能源产出的新方法，完善该方法对评价环境与经济问题非常突出的非常规油气的评价问题具有重要意义。 本课题以多学科的国际联合小组进行研究。首先对非常规油气能源回报评价涉及的关键要素进行研究；其次对产量规律、碳排放等预测模型进行研究，建立非常规油气开发的能源回报评价框架；最后对最小能源回报准则进行模拟，对我国非常规油气开发试验区（重庆梁平）进行能源回报评价，并得出中国开发该类型能源的启示。

随着世界常规油气资源的递减，非常规油气正在受到越来越多的关注。作为能源消费大国，中国对于非常规油气资源的开发越来越重视。为了更好地了解中国非常规油气开发对于环境的影响和开发过程的净能源回报，本课题首先对能源回报（EROI）评价方法体系进行完善，结合非常规油气的开发特性，识别影响非常规油气能源回报的关键因素，建立了考虑能源回报、生态环境和经济回报的综合评价模型。在此基础上构建考虑资源富藏、技术进步、碳减排技术、碳排放等因素的EROI评估方法体系，对中国非常规油气资源开发进行综合评价，分析其碳排放规律、能源投入规律和净能源产出，为我国开发该类型的资源提出政策建议。此外，本项目利用该方法评价了世界上两种典型非常规油气（加拿大油砂和美国页岩油气）开发现状和前景分析。. 结果显示，中国页岩气井总平均能源消耗量为123 TJ，平均每口井平均温室气体排放量为9505 tCO2e。根据估算的单井能源投入分析，中国四川盆地页岩气井的EROI估计值为31-42。将该结果与美国页岩油、加拿大油砂和中国常规石油和天然气的EROI对比分析，中国页岩气井的EROI估计值与美国页岩油的EROI相差不大，但远高于中国常规油气和加拿大油砂的EROI。此外，模型结果表明，与没有采用甲烷减排技术的页岩气EROI相比，采用甲烷减排技术的EROI仅降低0.2，这意味着这些技术的应用对页岩气净能原产出影响不大。由于非常规石油在中国国内石油供应中的重要性，本项目调查了中国四种非常规石油资源储量：超重油、油砂、广义致密油和干酪根油。研究结果表明，这四类资源的地址储量分别为19.64 Gt，5.97 Gt，25.74 Gt和47.64 Gt。. 课题组构建了能源、环境与经济回报视角下的非常规油气开发价值综合分析方法，拓展了能源回报评价方法，将温室气体排放因素纳入能源投入回报值的计算，使非常规油气开发能源回报评价结果更加全面。