页岩油气系列研究（一）：美国页岩油未来几年将对全球油价形成持续压制.pdf

行业深度报告 cgws 投资评级： 推荐 （ 维持 ） 报告日期： 2019 年 12 月 13 日 分析师：黄寅斌 S1070519070001 0755-83668784 huangybcgws 联系人（研究助理）：易碧红 S1070117080036 0755-83460540 yibihongcgws 行业表现 数据来源：贝格数据 相关报告 美国页岩油未来几年将对全球油价形成持续压制 页岩油气系列研究（一） 美国 页岩 油 增产空间大，对原油市场响应迅速。 目前，美国原油产量全球排名第一。 2018 年美国页岩油 产量达 650 万桶 /天，贡献了美国原油总产量 59%的份额 。 页岩油短期供应爆发力取决于库存井数量，截至 2019 年9 月，美国 48 州库存井 7794 口，为历史较高水平。根据 EIA 预测， 2020年美国原油产量将会达到 1309 万桶 /天，比 2019 年产量增长约 80 万桶 /天，是 不容小视 的边际供应量。 此外， 页岩油气井开发周期一般 只需 3-6个月。 根据以往 ， 在油价远低于页岩油成本的时候， 新井产量衰减较快，美国页岩油 可实现 迅速减产；当油价高于页岩油成本的时候， 启动库存井，美国页岩油 可实现 迅速增产。美国页岩油气的开采生产 灵活度高，能够对原油市场形成快速响应 。 页岩油企业生产成本分析。 我们根据原油产量、生产地区等 指标， 选取了Chevron、 EOG Resources、 Concho Resources、 Oasis Petroleum、 Continental Resources 和 Sanchez Energy Group 为研究对象，覆盖 Permian、 Eagle Ford、Bakken 这三个最重要的页岩油气生产地区 （该三产区页岩油产量占美国页岩油产量逾 80%）。 通过 对各个页岩油气公司财务报表的深入研究，我们计算出了以上各个公司页岩油的平衡油价（盈亏平衡油价）。通过对比分析，我们认为 2018 年页岩油气生产企业的平均完成成本 在 50 美元 /桶左右。 管输束缚逐渐解除， 助 美国页岩油 快速进入需求 市场。 2018 年四季度以来， Bridge Tex、 Midland Sealy 和 Sunrise 管道项 目相继提前投产 。 未来两年内， Permian 盆地至美湾地区的原油输送能力会逐步加强。其中， 2019年待投产管输运能约为 160 万桶 /日，且都是在今年下半年投入运行。 2019年三季度 EPIC 项目已经开始商业化运行，管输运能总计提升 55 万桶 /日，Gray Oak 项目计划在四季度投产，预计会增加 38.5 万桶 /日的管输运能。当 2019 年的所有管道项目都投产后， Permian 盆地总管输运能将达到 505万桶 /日，这些新增管输运能不仅能够吸收该地区的新增产量，而且还可以消化大量的原油库存。因此，随着管道项目的投产运营， Permian 盆地页岩油产量 能够快速被市场消化 。 美国页岩油行业集中度 提升 ，页岩油潜力有望得到进一步释放 。 美国页岩油产业的蓬勃发展是由众多中小型公司推动的。据统计，美国有 7000多家涉及页岩油业务的公司，其中 6900 多家是中小型企业。页岩油属于非常规油气资源，页岩油井的有效生命周期为 2-3 年，生产过程中不得不持续性地钻探新井，这是典型的资本驱动行业。近期，埃克森美孚、英国石油公司、壳牌等纷纷扩大了在 Permian 盆地的业务规模， Chevron 更是-10%-5%0%5%10%15%沪深 300 石油石化核心观点 分析师 证券研究报告 行业深度报告 行业报告 石油石化行业 行业深度报告 长城证券 2 请参考最后一页评级说明及重要声明 以 330 亿美元收购独立石油公司 Anadarko，后者在 Permian 盆地的年产出约合 40 亿桶油当量。由于这些石油巨头的财务状况更加健康，而且业务涵盖勘探开发、油气集输、炼油化工以及油品销售，具有全产业链竞争优势，抗风险能力要远远好于中小型页岩油生产商。能源巨头们的入局将显著提升美国页岩油行业集中度，页岩油潜力有望得到进一步释放。 美国页岩油将会持续压制原油价格。 全球原油供过于求，而且供过于求的程度呈现上升趋势。 2019 年 11 月，全球原油需求约为 9414 万桶 /日，全球原油供给约为 10214 万桶 /日，供给量超过需求量 800 万桶 /日。 EIA 的模型预测，在当前资源和技术水平的假设前 提下， 2020 年比 2019 年产量增长约 80 万桶 /天 ， 而且美国原油产量在未来十年都会得到持续增长。在低油价的时期，页岩油产量会迅速下降，在高油价时期，页岩油产量会迅速提升。 EIA 预测的产量不代表美国页岩油将会按照这个速度增产，但是该预测能代表美国页岩油增产潜力大。我们认为，美国页岩油将会对全球原油价格产生持续压制作用。 风险提示 全球原油需求超预期变化 ； 全球原油供应超预期变化；地缘政治事件 行业深度报告 长城证券 3 请参考最后一页评级说明及重要声明 目录 1. 页岩油介绍 . 6 1.1 页岩油 . 6 1.2 页岩油原位开采技术现状 . 7 1.2.1 电加热技术 . 7 1.2.2 对流加热技术 . 8 1.2.3 射频加热技术 . 8 2. 美国页岩油存巨大增产潜力，是全球原油市场重要变量 . 9 2.1 原油未来在全球能源系统仍扮演重要角色 . 9 2.2 美国页岩油成为全球原油供给的重要增量 . 10 2.3 美国页岩油增产潜力巨大 . 11 2.4 美国头部页岩油气企业资本开支增加 . 16 2.5 页岩油生产企业集 中度持续提升 . 17 2.6 逐步挣脱管输瓶颈，页岩油增产阻力有望解除 . 18 2.7 从全球原油供需格局看，美国页岩油将持续压制全球油价 . 19 3. 页 岩油成本 . 20 3.1 页岩油气成本构成 . 20 3.2 美国页岩油气井成本现状 . 21 3.3 页岩油成本测算 . 22 4. 核心结论 . 26 行业深度报告 长城证券 4 请参考最后一页评级说明及重要声明 图表目录 图 1： 水平井水力压裂技术 . 6 图 2： 页岩油和油页岩实物图 . 6 图 3： 埃克森 美孚公司 Electrofrac TM 技术原理示意图 . 7 图 4： 壳牌公司 E-ICP 技术 . 7 图 5： 雪佛龙 CRUSH 技术 . 8 图 6： 美国页岩油公司 CCR 技术 . 8 图 7： 劳伦斯 利弗莫尔国家实验室射频技术 . 9 图 8： Raytheon 公司的 RF/CF 技术 . 9 图 9： 原油在未来能源结构中依然扮演重要角色 . 9 图 10： 美国原油市场份额 . 10 图 11： 美国页岩油产区地理位置 . 12 图 12： 美国页岩油和传统原油产量及其预测（百万桶 /天） . 12 图 13： 美国页岩油气开采钻机总数 . 12 图 14： 美国各产区页岩油产量（万桶 /天） . 13 图 15： 美国各页岩油产区活跃钻机数（台） . 13 图 16： 美国四大主要页岩油产区 . 13 图 17： 美国两大主要页岩气产区 . 13 图 18： 美国 48 州页岩油库存井 . 14 图 19： 美国 48 州页岩油井完井率 . 14 图 20： 二叠纪地区新钻井，完成井，和库存井情况 . 15 图 21： 鹰滩地区新钻井，完成井，和库存井情况 . 15 图 22： 巴肯地区新钻井，完成井，和库存井情况 . 15 图 23： 尼奥巴拉地区新钻井，完成井，和库存井情况 . 15 图 24： EIA 对美国原油产量的预测 . 16 图 25： 12 家美国页岩油气企业资本开支情况 . 16 图 26： 全球原油供应需求情况（单位：万桶 /天） . 19 图 27： 钻井完井成本 和运营成本 . 20 图 28： 2014 年美国陆上钻井完井总成本（百万美元 /井） . 21 图 29： 垂直方向钻井成本（美元 /英尺） . 21 图 30： 水平方向钻井成本（美元 /英尺） . 21 表 1： 全球页岩油气技术可采量排名情况 . 6 表 2： 世界各地原油和液态燃料产量 . 10 表 3： 美国各地区原油产量 . 11 表 4： 美国各地区页岩油新井平均单产效率大幅提高 . 11 表 5： 各产区新井单产情况 . 14 表 6： Permian 盆地现有管输运能及管道投产计划 . 18 表 7： 美国主要页岩油企业 . 22 表 8： EOG Resources 页岩油生产成本 . 23 表 9： Chevron 页岩油生产成本 . 23 行业深度报告 长城证券 5 请参考最后一页评级说明及重要声明 表 10： Sanchez Energy Group 页岩油生产成本 . 24 表 11： Continental Resources 页岩油生产成本 . 24 表 12： Concho Resources 页岩油生产成本 . 25 表 13： Oasis Petroleum 页岩油生产成本 . 25 表 14： 各公司页岩油完成成本测算结果（ dollar/barrel） . 26 行业深度报告 长城证券 6 请参考最后一页评级说明及重要声明 1. 页岩油介绍 1.1 页岩油 页岩油 ( shale oil) 是一种非常规石油资源，类似 于页岩气，页岩油具有储层致密、渗透性差的特点，需要通过水平井钻探和压裂后方可开采利用。目前，国内对页岩油的定义存在分歧。有些学者认为，页岩油的定义应当从岩性出发，严格区分储层岩性，只有页岩储层中赋存的石油才能定义为页岩油，其他致密层系的石油应当定义为致密油。近年来，开始有学者认为，页岩油的定义不需严格区分岩性，全部页岩层系中的石油均可称为 页岩油。 与美国和加拿大所称的 tight oil 同义 。 图 1： 水平井水力压裂技术 图 2： 页岩油和油页岩实物图 资料来源： Seeking alpha，长城证券研究所整理 资料来源： Seeking alpha，长城证券研究所整理 世界页岩油资源较为丰富，主要分布在北美、 东欧 和亚太地区。 据 美国能源信息管理局（ EIA）披露 ,全世界页岩油总储量为 3450 亿桶，其中俄罗斯 750 亿桶，美国 580 亿桶，中国 320 亿桶。俄罗斯页岩油储量几乎都蕴含于西西伯利亚巴热诺沃岩系的页岩油沉积层，在 1.24 万亿桶总储量中，即使不考虑经济效益也只有 6%可以开采。近年来，俄卢克石油公司、俄罗斯石油公司同美国埃克森美孚石油合作、俄罗斯天然气石油公司同壳牌公司合作，计划开始对页岩油进行试验性开采。和俄罗斯情况不同的是，由于压裂和定向钻井技术的广泛应用，美国页岩油开采已达石油开采总量的 30%。 表 1： 全球页岩油气技术可采量排名情况 排名 国家 页岩油技术可开采量（十亿桶） 排名 国家 页岩气技术可开采量（万亿立方米） 1 俄罗斯 75.0 1 中国 31.2 2 美国 58.0 2 阿根廷 22.5 3 中国 32.0 3 阿尔及利亚 19.8 4 阿根廷 27.0 4 美国 18.6 5 利比亚 26.0 5 加拿大 16.0 6 澳大利亚 18.0 6 墨西哥 15.3 7 委内瑞拉 13.0 7 澳大利亚 12.2 行业深度报告 长城证券 7 请参考最后一页评级说明及重要声明 排名 国家 页岩油技术可开采量（十亿桶） 排名 国家 页岩气技术可开采量（万亿立方米） 8 墨西哥 13.0 8 南非 10.9 9 巴基斯坦 9.0 9 俄罗斯 8.0 10 加拿大 9.0 10 巴西 6.9 全球 345.0 全球 204.4 资料来源： EIA, 长城证券研究所整理 1.2 页岩油 原位 开采技术 现状 在探明的油页岩中，有很大一部分资源埋藏较深 (500 m 以下 )，很难使用露天或巷道式进行开采。同时，由于油页岩的地面干馏过程会排出大量有害气体和人体可吸入颗粒，污染空气和水资源，因此人们把研究重点集中在油页岩地下干馏技术方面。所谓油页岩地下干馏技术是一种将热量直接导入油页岩储层，通过对储层内的油页岩进行加热从而获取有机热解产物的技术方法。根据油页岩加热方式的不同，将油页岩原位开采技术分为电加热技术、对流加热技术和射频加热技术。 1.2.1 电加热技术 埃克森 美孚公司 Electrofrac TM 技术 该技术是向油页岩储层铺设一系列相互水平的水平井，然后利用水平井对储层进行水力压裂 ，并向裂隙中填充导电物质，形成一系列的电加热单元。通过这种电加热的方式把热量传递给油页岩储层，使其发生有机质热解反应，裂解产物会随着渗流通道被开采至地面。 图 3： 埃克森 美孚公司 Electrofrac TM 技术原理示意图 图 4： 壳牌公司 E-ICP 技术 资料来源： Advances in Geosciences,长城证券研究所整理 资料来源： Advances in Geosciences,长城证券研究所整理 E-ICP 技术在油页岩储层以正六边形的排列方式布置加热井群，在正六边形的中心设置生产井，如图 2 所示。其工艺流程是：首先建立冷冻墙，目的是防止地下水进入加热区域导致加热后产生油气泄漏；其次是通过电加热器对油页岩层进行加热，需要指出的是电加热器是一种耐高温硫化和耐低温电偶腐蚀以及具有较高蠕变温度性能的裸电极加热棒组成。目前，该技术正在进行现场试验阶段，整个加热时 期约为 5 年。 行业深度报告 长城证券 8 请参考最后一页评级说明及重要声明 1.2.2 对流加热技术 雪佛龙 CRUSH 技术 CRUSH 技术首先利用碎石化技术 (爆破的方式 )将油页岩储层的岩石破碎成不连续的岩石块，然后通过压缩机将过热的水蒸气或超临界 CO2 注入地层进行加热，将油页岩热解转化为油气，并通过生产井采出收集。 该技术的优点是可以将油页岩储层的渗透率提升，并增大了储层间的连通性，从而使得油页岩储层的加热速度更快，更均匀。同时，通过分层将油页岩层碎石化处理可以对油页岩资源进行整体有效的开发利用。令人遗憾的是，该项技术至今没有开展真正意义上的现场试验。 美国页岩油公司 CCR 技术 该技术将热传导、热对流和回流方法结合的工艺开采油页岩。在油页岩储层设置两个水平井，上部为生产井，下部为加热井。通过集中加热页岩盖层下的油页岩层，油页岩热解产生页岩油气中的轻质组分受热上浮，遇生产井冷凝，并流出地层。剩余热量通过回流又被分散到储层中。 图 5： 雪佛龙 CRUSH 技术 图 6： 美国页岩油公司 CCR 技术 资料来源： Advances in Geosciences,长城证券研究所整理 资料来源： Advances in Geosciences,长城证券研究所整理 这种将热传导和热对流两种换热方式结合的开发工艺能够有效提高加热效率，从而缩短开发的预备周期。 1.2.3 射频加热技术 劳伦斯利弗莫尔国家实验室射频技术 劳伦斯利弗莫尔国家实验室提出利用垂直组合无线射频方式加热油页岩的方法 (如图 5所示 )，无线射频由于具有很强的穿透能力和很大的加热功率，能够有效克服油页岩内部热量传导速度较慢的缺点，提高加热效率，同时容易控制加热过程。 因此，此项技术受到广泛关注。 Raytheon 公司的 RF/CF 技术 行业深度报告 长城证券 9 请参考最后一页评级说明及重要声明 该技术使用射频与超临界 CO2 来加热储层内的油页岩使其达到裂解温度，并将裂解产生的油、气被 CO2驱替至生产井中。产物中的 CO2被分离并重新压缩加热至超临界状态油页岩储层中。 图 7： 劳伦斯 利弗莫尔国家实验室射频技术 图 8： Raytheon 公司的 RF/CF 技术 资料来源： Advances in Geosciences,长城证券研究所整理 资料来源： Advances in Geosciences,长城证券研究所整理 相比其他原位开采技术，需要对油页岩储层进行持续加热 35 年 的时间才可以产出，该技术可以在短短的几个月的时间内就可产出油气。 2. 美国 页岩油 存 巨大增 产 潜力 ，是全球原油市场重要变量 2.1 原 油未来 在全球能源系统 仍 扮演重要角色 2019 年 4 月 9 日， BP 世界能源展望 (2019 年 )发布，并对 2040 年全球能源状况进行了预测。 该报告 指出，在能源格局和政策缓慢变化的框架下， 2040 年 27%的能源需求来自于石油；在 能源格局和政策 急剧 变化的框架下 ， 2040 年 23%的能源需求来自于石油 。原油在未来 20 年内，在全球能源系统中依然会扮演着重要角色。 图 9： 原油在未来能源结构中依然扮演重要角色 行业深度报告 长城证券 10 请参考最后一页评级说明及重要声明 资料来源： BP 世界能源展望 , 长城证券研究所整理 2.2 美国页岩油成为 全球 原油供给的重要增量 美国页岩油资源丰富，技术可采储量约为 580 亿桶，位列全球第一。页岩革命极大改变了美国的原油供需格局，也重塑了全球油气能源版图。 页岩油规模化生产之前，全球原油生产主要集中于石油输出国组织（ OPEC）及俄罗斯等部分非 OPEC 经济体； 2011 年以来随着页岩油的快速发展，美国 页岩油 市场份额也大幅回升， 2018 年约为 15%，一举成为全球第一大产油国 。同时期，欧佩克原油的市场份额约为 41%，俄罗斯 原油的市场份额约为 13%， 沙特 原油的市场份额 同样 约为 13%。美国页岩油在世界原油中占据重要地位。 图 10： 美国原油市场份额 资料来源： Wind,长城证券研究所整理 表 1 是 美国能源信息管理局 预测各个产油国未来的 原油 产量情况。根据 EIA 预测，美国的原油和液态燃料产量保持较大的绝对增量。相比之下，大多数国家，和 OPEC 原油 总产量 会出现负增长。 表 2： 世界各地原油 和液态燃料 产量 annual production (million barrels per day) production Growth (million barrels per day) Region / Country 2016 2017 2018 2019 2020 2017 2018 2019 2020 OPEC Countries 37.459 37.366 37.289 35.215 34.663 -0.09 -0.08 -2.07 -0.55 North America 21.919 22.869 25.349 27.016 28.635 0.95 2.48 1.67 1.62 Canada 4.597 4.964 5.328 5.427 5.507 0.37 0.36 0.10 0.08 Mexico 2.484 2.251 2.084 1.915 1.875 -0.23 -0.17 -0.17 -0.04 United States 14.838 15.654 17.936 19.674 21.252 0.82 2.28 1.74 1.58 Eurasia 14.071 14.184 14.449 14.495 14.431 0.11 0.27 0.05 -0.06 Russia 11.263 11.223 11.401 11.468 11.432 -0.04 0.18 0.07 -0.04 Azerbaijan 0.844 0.801 0.808 0.789 0.754 -0.04 0.01 -0.02 -0.03 0%5%10%15%20%25%30%35%40%45%50%沙特 俄罗斯 美国 欧佩克