这几年，我家的电费和煤气费只降不涨，开始还以为是，因更换了空调，热效率提高所致，而后发现、这是美国正在进行的一场能源革命(页岩革命)所赐。 它使得美国天然气价格由2008年每百万英热单位（MMBtu）（注1）的 $14，下跌到2010年的 $4.39。 去冬今春，气温偏低, 由于供需原因, 气价略有上升。 2014年5月中旬则为 $4.41。
页岩和页岩气
页岩是一种沉积岩，质地致密，主要成份是粘土，颗粒很小，在一定的压力和温度下形成。 页岩的层理很发达，很易沿着层理面分离。
页岩气是蕴藏于页岩层中的天然气。 天然气分为常规天然气和非常规天然气。 地下储层中的天然气，若通过常规的钻井方式，可采出的, 为常规天然气。 蕴藏在致密的页岩中的页岩气，很难释出，经技术处理后，才能采出, 称为非常规天然气。 图1把各种天然气源放在同一图上，说明它们赋存的地质构造。 煤层气、致密砂岩气是非常规天然气。 非常规气的致密砂岩气，巳占到中国天然气产量的三分之一。
图 1 天然油气源的地质构造图
Source: Wikipedia
Conventional associated gas 常规油气藏
Oil well 油井
Natural gas 天然气
Rock oil 石油
Reservoir Water 储水层
Conventional non-associated gas 非常规油气藏
Deposit of Coal Seam Gas 煤层气藏
Tight Gas Deposit 致密岩气藏
Coal Seam 煤层
Impermeable Seal rock 不透水的密封岩层
Gas tight Reservoir rock 气致密储层岩
Oil shale 油页岩
Shale Gas Deposit 页岩气藏
页岩气的开采
这是新的工艺。 其基本的工序如下：从地面钻垂直深孔到达指定的页岩层；然后改为水平方向钻孔；再在钻孔（井）内注入高压的水砂混合液，压裂其周围岩层，使之释出石油和可燃的气体。 然后通过钻孔与油管，抽出油和气。 混合液中99.5%是砂和水，另加有化学物。 这化学物因岩层而异。 关键的技术是两项：从地面在岩层内进行水平钻孔，24小时内可钻进23米；另一项是水力压裂（Hydraulic Fracturing），即用高压水流压裂页岩，使页岩层中的天然气释出，见图1。 典型的水力压裂操作全过程可见图2。
Diagram of a Typical Hydraulic Fracturing Operation
图2 典型的水力压裂操作图
Source: ProPublica, https://www.propublica.org/special/hydraulic-fracturing-national
图2说明，由左至右, 由上向下：水力压裂过程大约需200油罐车的水。一个带泵的罐车把砂，水和化学物注入井内。天然气从井流出。回收的水储存在露天的洼坑里，然后由罐车送到处理工厂。储气罐内的天然气由管道运至市场。水力压裂法，是在高压下，向鑽成的水平井，注入100万加仑以上的水，砂和化学物的混合物。水平井可深达地表1万英呎以下。高压的混合物使页岩层产生裂缝，混合物中的砂粒使得裂缝保持张开，天然气从页岩释出，流向气井。
页岩革命的意义
页岩气商业开发的成功，应归功于乔治.米歇尔（George Phydias Mitchell）。 他被公认为水力压裂法之父。 他的米歇尔能源公司（Mitchell Energy & Development Corp），综合了各种技术于1998年，成功地将开采成本降到 $4/Btu。 这使得水力压裂法具有商业价值，从此，页岩气在美国快速发展。 2009年2月开始，一些专家称呼页岩油、气开采技术上的重大突破为“页岩革命”。 世界其他各国也纷纷开始页岩气的研究。
据BP Statistical Review of World Energy June 2013（BP世界能源统计年鉴2013年6月）的数据显示，2012年全球一次能源消费总量以标准油当量（Oil Equivalent注2）计算，为124.77亿吨，其中石油占41.305亿吨，煤炭37.301亿吨, 天然气29.871亿吨，水电8.31亿吨，核电5.604亿吨，其他可再生能源包括风能、太阳能、地热能、生物质能等2.374亿吨。
以2012年的产量，按2011年底的可采储量计算，石油只够采52.9年，天然气55.7年。 煤炭以2012年底探明的储量和同年的产量计算, 全球可维持109年, 美国257年, 中国31年。 可再生能源虽搞得很热闹，但所占比例仅1.8%，不成气候。 在常规化石燃料告磬，而人类未能利用新的能源（如在深海海底以结晶形式赋存的沼气─可燃冰）以前，只能用煤炭和核能。 而煤炭是肮髒的能源，如燃煤释出二氧化硫造成酸雨等；核能有放射性泄漏以及放射性废料处理诸难题。 页岩气（Shale Gas）不是绿色能源，是化石燃料，但在化石燃料中，是最清洁的。 它释出的二氧化碳和二氧化硫比燃煤和燃油要低。 生产每度电的碳排放量为石油的一半。 它是很好的过渡的能源。
页岩革命把原来无法开采的页岩气源，变成技术上可采的、且有商业价值的天然气源。 美国的页岩革命，大大增加了世界能源的储备，改变了世界的能源供给结构。 页岩革命是人类历史上最重大的技术创新之一，其经济价值不可估量。 据国际能源署估计，页岩气能够从技术上增加50%的可开采天然气储量。
有兴趣的, 请击点观看下列视频：
1.美国石油学会（American Petroleum Institute, API）的《Hydraulic Fracturing Community Education》2/20 /2014
2. Chesapeake Energy公司的《hydraulic fracturing method 》1/13/2013
注1. Btu（或BTU）─British Thermal Unit的缩写，为传统的能量单位，等于1055焦耳 （Joules）。 MMBtu =百万Btu。
注2. 油当量(oil equivalent)是按标准油的热值计算各种能源量的换算指标，又称标准油。 如1吨油当量=1.4286吨标准煤。
2012年5月初稿，2014年5月改写