美國頁岩氣

美國聯邦政府的政策對天然氣的生產有混合式的影響。有些政策會阻礙市場創新，但提供經費以供研發也推動生產技術的發展，最終讓頁岩氣成為重要的替代性來源。

由於聯邦對天然氣做價格管制，而曾在1970年代造成供應不足。[28]

聯邦政府為因應傳統天然氣產量的下降，開始投資於替代來源方案，包括從1976年到1992年，啟動東部頁岩氣項目（Eastern Gas Shales Project），以及由聯邦能源監管委員會授予非營利機構天然氣技術研究所研究項目的核准以及提供贊助，經費來自對業者交運天然氣所徵收的稅金（1976年至2000年）。[29]DOE與私營天然氣公司合作，於1986年完成第一口於頁岩層的氣動鑽掘，以及使用多階段壓裂的定向鑽孔（平行井）。而桑迪亞國家實驗室則在研究開發煤層氣時，發展出透過微地震（人工地震）對地層成像的技術，這項技術對頁岩水力壓裂和海上石油鑽探均十分重要。

東部頁岩氣項目專注於擴大和提高在已有生產活動頁岩氣區的採收率，尤其是在肯塔基州和西維吉尼亞州的大珊蒂氣田，將工業界先前開發出的兩項技術 - 大規模水力壓裂和平行鑽井 - 充分應用。 1976年，聯邦政府資助的摩根敦能源研究中心（Morgantown Energy Research Center (MERC) ）的兩名工程師為一項早期的頁岩定向鑽孔技術取得專利。[32]

聯邦政府還在1980年的能源安全法案中給予能源產業租稅抵免，以及其他有利的規定。從1980年到2000年，泥盆紀頁岩的天然氣生產不受聯邦的價格管制，包括頁岩氣在內的非常規天然氣業者享有稅收抵免優惠。[29]

雖然天然氣技術研究所和東部頁岩氣項目的工作增加阿帕拉契亞盆地南部和密歇根盆地的天然氣產量，但在1990年代後期，若是沒稅收抵免，頁岩氣生產仍被廣泛認為屬於邊際性，甚至是無經濟利益的生意，到2000年聯邦稅收抵免到期時，頁岩氣的產量僅占美國天然氣總產量的1.6%。[28]東部頁岩氣項目測試多種增產方法，但DOE得出結論是，僅靠刺激增產並不能讓東部頁岩氣具有經濟效益。[33]美國地質調查局（USGS）在1995年指出，未來東部頁岩的天然氣產量仍須依靠技術更新。[34]但根據一些分析人士的說法，前述的聯邦計劃已為即將到來的頁岩氣盛況播下種子。[35]

1991年，米契爾能源（Mitchell Energy，現隸屬於德文能源公司）在德州巴涅特頁岩完成第一口平行井壓裂作業，這個項目由天然氣技術研究所資助，而研究所的經費來自對天然氣管道徵收的聯邦稅。第一次對巴涅特頁岩採用平行井壓裂並未取得經濟上的成功，Mitchell Energy之後所作的平行井實驗也是如此。但在此區域內對垂直井做壓裂的結果則成果良好，直到2005年，當地的平行井數量才超過垂直井。[28]在整個1990年代，天然氣技術研究所與Mitchell Energy合作，在巴涅特頁岩中應用許多其他技術。當時擔任Mitchell Energy的一位副總裁回憶說：“你不能低估DOE的貢獻。”[36]

Mitchell Energy於1981年開始從東德州北部的巴涅特頁岩中開採天然氣，起初並不順利，但該公司仍堅持對新技術做試驗。Mitchell Energy很快就把東部頁岩氣項目開發的泡沫壓裂法放棄，轉而採用含氮凝膠的水力壓裂（稱為滑溜水壓裂（slick-water fracturing））而在1998年在當地完成首個高產量的壓裂完井。[37][36]根據USGS的說法：“在巴涅特頁岩區的開發工作直到1990年代才找出一種適用於壓裂頁岩的技術”[38]Mitchell Energy也嘗試透過平行井做壓裂，但早期並不成功，倒是當地在垂直井的壓裂方面的成果良好。直到2005年，當地新鑽探的油氣井中，平行井開始變為多數；到2008年，當地鑽井中的94%均為平行井。[28]

自從在巴涅特頁岩區增產獲得成功後，頁岩氣一直是美國總一次能源 (TPE) 區塊成長中最迅速的的部分，也引領許多其他國家開發頁岩礦床。據國際能源署（IEA） 稱，由於頁岩氣受到成功開採，讓全球天然氣的預計生產年限增加一倍以上（從125年到超過250年）。[39]

美國頁岩氣井在1996年生產0.3兆立方英尺（85億立方米）的天然氣，占美國產量的1.6%；到2006年，產量增加兩倍多，達到1.1兆立方英尺（310億立方米），占美國產量的5.9%。到 2005年，美國有14,990口頁岩氣井。[40]而在2007年則達到創紀錄的4,185口。[41]

美國業者由於在德州的巴涅特頁岩區的開發獲得成功，建立起信心，到2005年，類似的作業很快在美國東南部（包括阿肯色州的費耶特維爾頁岩和路易斯安那州的海恩斯維爾頁岩地區）展開。

賓夕法尼亞州立大學和紐約州立大學弗雷多尼爾學院進行聯合研究的幾位教授在2008年1月，把瑪西勒斯頁岩的天然氣估計儲量變成USGS估計量的250倍，而讓此報告傳遍整個產業。[42]幾家來自德州的能源公司如Range Resources、Anadarko Petroleum、切薩皮克能源公司和Coterra均來此簽下許多土地租約以進行探勘。[43]

沿著橫跨密歇根盆地北部有一片上泥盆紀的安存頁岩存在。雖然這裡自1940年代就開始生產天然氣，但活動要直到1980年代後期才開始活躍。安存頁岩氣與其他地區（如巴涅特頁岩）生產的頁岩氣不同，這兒的似乎是經由產甲烷作用細菌在富含有機物的岩石中所產生。[44]

安存頁岩氣田在2007年生產1,360億立方英尺（39億立方米）的天然氣，是美國第13大天然氣來源。 [2]

第一口巴涅特頁岩井於1981年在德州懷斯縣完工。[45]由於天然氣價格上漲和利用平行井方式增產，讓此地區在過去幾年的鑽探活動大幅增加。巴涅特頁岩井與較老的安存頁岩、紐阿爾巴尼頁岩和俄亥俄頁岩等產區區相比，其完井深度更深（達到8,000英尺）。巴涅特頁岩的厚度從100到1,000英尺（300米）不等，但多數有開採價值的鑽井是位於厚度在300到600英尺（180米）之間的岩層。在巴涅特頁岩區成功開發之後，刺激業者對其他深層頁岩進行探勘。

2007年，巴涅特頁岩在紐沃克東部氣田生產1.11兆立方英尺（310億立方米）的天然氣，成為美國第二大天然氣來源。[2]由巴涅特頁岩生產的天然氣在美國天然氣總產量的佔比超過6%。

油田服務公司貝克休斯在2015年4月報告稱，當時巴涅特頁岩氣田並無鑽井活動。（這並不表示當地沒生產，因為當地仍有大量已經鑽好的井，尚未抽取）。

在阿寇瑪盆地的坎尼頁岩（Caney Shale）相當於德州北方與奧克拉荷馬州南方的巴涅特頁岩地層。自從巴涅特頁岩開發成功後，這個卡尼頁岩地層也成為天然氣產區。[46]

在2008年至2009年間，有業者在阿拉巴馬州北部的寒武紀科納紹佳頁岩鑽井開採天然氣。[47]作業地點在聖克萊爾縣、埃托瓦縣和卡爾曼。[48]

在阿寇瑪盆地的阿肯色州部分，那兒的密西西比世費耶特維爾頁岩生產天然氣。產氣地層的厚度從50到550英尺（170米）不等，深度為從1,500到6,500英尺（460到1,980米）不等。最初的頁岩氣透過垂直井生產，但有越來越多的業者轉向鑽取平行井。生產者包括SEECO（最早在此區域開發的的西南能源公司的子公司），以及切薩皮克能源公司。[49]

位於阿拉巴馬州和密西西比州的黑勇士盆地，有密西西比世的弗洛伊德頁岩，是當前的天然氣勘探目標區域。[50][51]

USGS在1916年報告說，僅科羅拉多州就有足夠的含油頁岩礦床，可生產200億桶原油；然後可提煉出20億桶汽油。[52]Bill Barrett公司在培拉多克斯盆地東南方的蒙提祖馬縣的歌德頁岩完成幾口氣井，其中一口平行井每天可產出57億立方英尺的天然氣。[53]

雖然在路易斯安那州西北部的侏羅紀海恩斯維爾頁岩區自1905年起即有天然氣的生產，但直到2007年11月經Cubic Energy公司鑽探之後，才成為現代頁岩氣作業的重心。在Cubic Energy公司的發現之後，切薩皮克能源公司於2008年3月宣布其完成一口海恩斯維爾頁岩氣井。[54]在德州東北部也有鑽勘這種頁岩井的活動，當地將這種頁岩稱為伯希爾頁岩（Bossier Shale）。[55]

在2008年到2010年間，奧維特納的前身Encana公司在密歇根州中奧陶紀科林伍德頁岩及悠緹卡頁岩區以“平均150美元/英畝”的租金租下“大片土地”（250,000英畝）。科林伍德頁岩和覆蓋於其上的悠緹卡頁岩均能生產天然氣。[56]

號稱為“美國最有前途的石油和天然氣項目”之一的密歇根州公共土地招標租賃在2010年5月上旬舉行。 [57]

位於伊利諾伊盆地東南部的伊利諾伊州、印第安納州和肯塔基州有泥盆紀-密西西比世的紐阿爾巴尼頁岩，可生產天然氣。當地在過去100年均有天然氣的生產，由於完井技術改進後才讓鑽井活動增加，井深250至2,000英尺（610米）不等。此地的氣體是經由生物成因以及熱成因產生者混合而成。[58]

截至2007年，業者已在德州南部馬文力克盆地（Maverick Basin）的皮爾薩爾頁岩（Pearsall Shale）區完成約50口井。在當地最活躍的業者是TXCO Resources公司。[59]當地在2008年之前鑽掘的都是垂直井，TXCO Resources則鑽掘並完成許多平行井。[60]

自20世紀初以來，位於阿帕拉契盆地的上泥盆紀頁岩在不同地區以不同的名稱而為人知，這些頁岩一直有天然氣的產出。主要產區橫跨維吉尼亞州、西維吉尼亞州和肯塔基州，也延伸穿過俄亥俄州中部，沿著伊利湖進入賓夕法尼亞州的狹長地帶。盆地中有超過20,000口天然氣井。井深通常為3,000至5,000英尺（1,500米）不等。最常被鑽掘生產的是查塔努加頁岩（也稱為俄亥俄頁岩）。[61]USGS估計從肯塔基州到紐約的這類頁岩中的天然氣總儲量為12.2兆立方英尺（3,500億立方米）。 [62]

在西維吉尼亞州、賓夕法尼亞州和紐約州的瑪西勒斯頁岩內的儲量曾一度被認為已開採完畢，但據估計，利用平行鑽探仍可開採出168-516兆立方英尺（14.6萬億立方米）的天然氣。 [63]有人認為阿帕拉契盆地的瑪西勒斯頁岩和其他泥盆紀頁岩足以供應美國東北部的天然氣需求。[64]

一向在魁北克省的奧陶紀悠緹卡頁岩區鑽掘氣井的加拿大公司Gastem，於2009年10月在紐約州奧齊戈縣鑽掘第一口悠緹卡頁岩氣井（州政府總共核准鑽掘三口井）。[65]

伍德福德頁岩氣生產曲線圖。

俄克拉荷馬州的泥盆紀伍德福德頁岩（Woodford Shale）的厚度有50至300英尺（15至91米）不等。雖然當地在1939年已有生產天然氣的紀錄，但到2004年底，伍德福德頁岩氣井只有24口。但到2008年初，此地的氣井已超過750口。[66][67]當地的氣井與許多頁岩氣區一樣，最初採取垂直井的做法，然後改以平行井為主。產地主要位於俄克拉荷馬州東南部的阿寇瑪盆地，但鑽探已向西延伸至阿納達科盆地，向南延伸至阿德莫爾盆地（Ardmore Basin）。[68]在伍德福德頁岩區作業的大型業者有德文能源公司、切薩皮克能源公司、Coterra、Antero Resources、SM Energy、Pablo Energy、Petroquest Energy、Continental Resources和Range Resources。伍德福德頁岩的產量在2011年達到頂峰，之後開始下降。[69][70][71]