摘　要：美国页岩气开发全面进入了产业化发展阶段，作为页岩气资源蕴藏量同样极其丰富的中国，推动开发页岩气有利于改善能源结构、保障能源安全。以美国5个典型页岩气区带解剖为依据，对页岩气产业发展影响因素进行定量分析，提出了影响页岩气产业发展因素的分类方案；采用主成分分析法，分析了影响页岩气产业化各指标的影响程度；通过对比，总结了美国页岩气产业发展历程对中国页岩气产业发展的启示。结果表明：①影响页岩气产业发展的4个主要因素为资源基础、技术支持、产业政策和投入产出，由此构建了页岩气产业发展影响因素指标体系，包含11项具体指标；②对美国页岩气产业发展因素进行分析可知，埋深是最为重要的主控因素；③根据因素的重要程度和对比中美页岩气产业发展状况可知，中国要想页岩气产业化顺利发展，必须跨越地质条件复杂、单井投资高、油气开采公司数量少等3个方面的障碍。
关键词：页岩气 产业化 影响因素 主成分分析 中国 美国 资源基础 技术支持 产业政策 投入产出
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．and a small number of oil and gas exploitation companies．
Keywords：Shale gas；Industrialization；Influencing factors；Principal component analysis；China；the United States；Energy mix
中国能源结构正面临由高污染、高消耗向绿色能源转型的关键阶段，页岩气作为高效、清洁能源，在中国的技术町采资源量达25.08×1012m3，巨大的开采前景使其成为中国能源发展的新方向。目前，在四川盆地焦石坝、长宁等局部地区已初步实现了工业化生产。据联合国经济委员会的界定，产业化的实现需要包含六方面的要素：生产连续性、生产物标准化、生产过程各阶段集成化、工程高度组织化、尽可能用机械化作业代替手工劳动、生产与组织一体化的研究与开发。中国的页岩气开发需要由局部地区的小规模生产向产业化转型，这既要借鉴国外成功产业化的发展经验，也要适合中国的地质特征、产业化发展特征。
20世纪80年代初，美国Barnett页岩气率先实现工业化规模开发。截至目前，美国页岩气开发全面进入了产业化发展阶段。据美国能源信息管理局(U．S．EnergY Information Administration，简称EIA)统计，2013年美国页岩气产量达到11.3×1012ft3 (约3.2×1011m3，1ft3＝0.028m3，下同)，占美国天然气总产量的37.45％。预计到2040年，美国页岩气年产量将高达19.82×1012ft3(约5612.39×108m3)，占美国天然气总产量的52.8％(图1)。美国页岩气的产业化发展，增强了美国能源安全保障，降低了美国天然气价格，改变了世界天然气市场的传统格局[1]。

美国Fort Worth盆地的Barnett页岩、Arkoma盆地的Fayetteville页岩、Anadarko盆地的Woodford页岩、Appalachian盆地的Marcellus页岩及墨西哥湾Salt盆地的Haynesville页岩等五大区带的页岩气产业化发展相比其他地区更为成熟(图2)。因此，以这5个典型页岩气区带解剖为依据，对页岩气产业发展影响因素进行定量分析，寻求关键指标，以期总结经验，推动中国页岩气产业发展。

1　影响页岩气产业发展的因素
1．1　页岩气产业发展影响因素分析
笔者结合前人的经验[4-8]，提出资源基础、技术支持、产业政策和投入产出是影响页岩气产业化发展的4个主要因素。其中，资源基础对产业生产物标准化有基础作用，而投入产出是产业化发展连续性的经济原动力。
1．1．1资源基础
通过建立页岩气资源基础表征参数，以探究影响页岩气资源基础的指标。页岩气资源富集程度和储层水平可选择页岩气资源丰度、储层平均埋深和储层平均厚度等三个指标衡量。其中，页岩气资源丰度是单位面积内的页岩气技术可采资源量，反映不同区带页岩气资源禀赋高低[9]，该指标在资源评价中具有很好的横向可对比性。而页岩气储层条件对资源基础的影响直接反映在页岩气产业前景上[10]。相同地质条件下，页岩厚度越大，页岩气资源丰度越高，技术可采资源量越大。页岩储层埋深适中、厚度越大的地区，页岩气勘探开发产业发展条件越好。
由表1可见美国五大页岩气区带的资源丰度介于1.1×108～5.07×108m3／km2，页岩储层埋深大部分在2000m左右，平均页岩厚度介于30～100m。

1．1．2技术支持
技术创新与进步成为推动美国页岩气产业化发展的关键因素[9]，水平井钻井、水力多段压裂、重复压裂、同步压裂及裂缝综合监测等技术不断突破，并得到广泛运用。从1981年Barnett页岩气区带的第一口发现井到1992年的十年中，Barnett页岩气区带仅钻探了99口生产井[12]，整个开发过程进程缓慢。而到了1997年之后，由于水力压裂取代了凝胶压裂成为页岩气开发最重要的增产手段，Barnett页岩气开发也随之加快(图3)。

压裂级数和水平井段长度代表目前美国页岩气开采的技术水平，其级数的增大和长度的增加不仅带来钻井数量的大幅增长(表2)，更带来页岩气产量的迅速提高，最终促进了页岩气产业发展。因此，可以用平均压裂级数和平均水平井段长度作为技术影响因素表征页岩气产业发展程度的指标。从表2可见，美国五大页岩气区带生产的最大压裂级数高达34段，平均压裂级数10段以上；最长的水平井长度高达3000m，平均水平井段长度1200m以上。

1．1．3产业政策
美国政府不断出台优惠扶持页岩气开发的政策，是该产业得以迅速发展的又一重要因素[14]。整套产业政策既包括建设发达的管网为运输提供基础，也有税收、资金的实体支持，还有对行业参与度的监管等。
截至2011年，美国拥有总长达358.4×107m的天然气管道，以及与之配套的管网设施，管道对天然气供应商实施无歧视准入，为页岩气开发商解除了运输方面的后顾之忧。此外，美国政府还制定了一系列政策法规：①财政补贴方面，1980年美国规定从境内开采页岩气可获得每桶油当量3美元的补贴，到2006年，补贴上升到每桶油当量22.05美元；②税收减免方面，美国先后修订了《能源意外获利法》和《纳税人减负法案》，明确规定对页岩气开发的税收减免政策幅度达28％，且持续23年之久[15]；③法律政策方面，美国政府出台了包括《安全饮用水法》《清洁水法》《清洁空气法》《综合环境责任与赔偿法》等多部法律，防止页岩气开发过程中造成的环境问题；④行业监管方面，美国政府把监管权分属到联邦和州两级，联邦政府通过环境和跨州管道准入监管进行有限介入，而何处开采、何时开采、气井标准等实际监管权则下放至各州[15]。由于美国实行完全开放的页岩气开发政策，使得在产业发展之初，众多中小公司拥有页岩气勘探开采的权利；随着技术成熟和收益前景明朗，为适应大规模商业化开发，大公司通过并购企业、购买页岩气矿业权等方式介入[16]。
考虑到产业政策对页岩气产业发展的推动作用，兼顾上述因素的量化可行性，可以以企业数量、天然气管道长度、资源税率三项指标代表美国政府对页岩气产业的基本态度。
1．1．4投入产出
投入产出是页岩气产业是否能持续吸引投资、长久发展的最重要经济影响因素。页岩气产业的投入指页岩气在开采过程中所需的资本投入，产出是指页岩气开采后所获得的产值。页岩气开采的资本投入包括发现成本、开发成本、操作成本和矿区资源使用成本等，其中开发成本的比重最大，占总成本的54％左右。单井投资占开发成本的近90％。因此，单井投资是页岩气开采成本最重要的构成，它基本能代表页岩气开采的投入情况。随着页岩气勘探开发技术的不断提高使井网密度不断增加，钻井数量增长[17]，钻井数成为表征页岩气区带投资活跃性的重要指标。从图4可看出Haynesville和Marcellus是近年新增钻井活动最频繁的区带。

由于页岩气开采技术的提高使开采成本大幅下降，规模化开采成为可能[19]，页岩气产量随之急剧增长。但吸引美国企业投入页岩气开发、促进产业发展的不仅是可观的页岩气产量，还包括天然气价格的攀升。因此，单井投资、钻井数和日产值是表征页岩气投入产出的重要指标。
1．2　构建页岩气产业发展影响因素指标体系
根据美国页岩气产业发展四大影响因素的深入分析，按数据的客观性、可比性、代表性和可操作性，构建页岩气产业发展指标体系(表3)，并同时明确了11个二级表征指标。

2　页岩气产业发展因素影响程度主成分分析
2．1　方法选择
目前产业发展影响因素的评价方法很多[21-28]。相较于其他方法，主成分分析法是根据客观数据自身间的相关性，寻找各指标间的重要性程度，即权重，这样既可以避免分析过程受主观影响较大，又解决了其他方法对数据要求过高的问题。此外，主成分分析法可以很好地剔除指标体系中的重复信息，并能保证综合后的各指标间的独立性。采用SPSS软件可以应用主成分分析法快速、清晰、直观地得出相关囚素的统计与分析结果。
2．2　主成分分析结果
应用SPSSl6．0软件对表3提供的指标数据进行处理，得到各指标的特征值、贡献率和累积贡献率(表4)。根据主成分提取的两项标准：“特征值大于1”，和“累计贡献率大于85％”确定出影响页岩气产业发展的主成分F1、F2、F3(表5)。

由表4和表5可知，F1为第一个主成分，其主成分贡献率为49.52％(表4)，是影响页岩气产业发展的绝对主控因素。F1包含了资源丰度、埋深、水平井段长度、管道长度、资源税率、企业数、单井投资等7项因子(指标)，各因子间相关系数分别达到0.902、0.931、0.742、0.860、0.805、0.693、0.874(表5)。其中反映资源基础和产业政策的资源丰度、埋深、管道长度、资源税率及单井投资等因子影响程度较大。第二个主成分为F2，主成分贡献率达33.47％(表4)，水平压裂级数、钻井数、日产值是主要因子，各因子间相关系数分别为0.885、0.870、0.896(表5)。实践证明，页岩气水平井产量与压裂级数成正向相关，一般压裂级数越多，页岩气水平井单井产量越高，页岩气产业发展越迅速。反映投入产出的指标——钻井数和日产值是产业发展的动力。第三个主成分F3只有页岩气层厚度，贡献率10.94％(表4)，相关系数为0.637(表5)。页岩气层厚度贡献率低、相关系数低反映就目前开采技术水平，气层厚度并非影响页岩气产业发展的主要因素。
表5确定的11项指标按照其在页岩气产业发展影响因素中的重要程度排序(表6)，排序表中的前两位为反映资源基础的指标，其后的三项指标反映的是产业政策。这一排序特征表明资源和政策是页岩气产业发展的两项关键因素。

目前有关页岩气产业发展影响因素的分析认识中，一般只是简单认为页岩气工业前景取决于页岩储层本身而非国家政策。这一观点显然只简单考虑了储层特性、压裂次数增多带来的效益递减和产量与成本的关系，忽视了技术水平提高带来的单井成本缩减和表6影响因素表征指标重要程度排序表政策给予产业发展的直接补贴和间接支持。数据证明，不论是代表页岩气储层特点的资源丰度、埋深，还是代表产业政策的管道长度、资源税率和企业数都是页岩气产业发展中不可或缺的决定因素。因此，不可忽视国家政策对页岩气产业发展的重要影响。