了解天然气产业链全貌（一）：上游开采篇

期货研究报告|商品 了解天然气产业链全貌（一） ——上游开采篇 •安婧 •anjing@cmschina.com.cn •执业资格号Z0014623 2023年9月25日 目录 contents 01天然气简介 02天然气储量分布情况 03全球天然气产量 01天然气简介 天然气定义与用途 天然气定义 是指一种气态化石燃料，它主要存在于油田和天然气田，也有少量出于煤层。就成分而言，天然气主要由气态低分子烃和非烃气体混合组成，主要成分为甲烷，还含有少量乙烷丙烷和其他气体。 天然气用途 作为地层中的可燃物之一，天然气目前主要被用作燃料，其主要用途有城市燃气、工业燃料、发电用气、化 工原料等几大类 天然气分类 按气藏类型分 图源：《页岩气知识读本》（汪民主编），招商期货 常规气 非常规气 油田伴生气天然气田气页岩气 煤层气 致密气4 天然气类型 常规天然气 非常规天然气 定义 在重力分异作用下聚集于储层顶部，采收工艺较简单，并能由常规技术开采的天然气 难以开发、必须依靠大规模增产措施和先进勘探开发技术才能生产具有经济价值的天然气 主要分类 油田伴生气 油田在开采过程中，在油层间会出现伴随石油液体出现的气体，而伴生气也往往作为石油开采的副产物存在。 致密气 分布于致密砂岩中，具有低孔渗率、储层压力异常、气水关系复杂等开采难点。 非伴生气 非伴生气在地层中以纯气态存在，包括纯气田气和凝析气两种。凝析气从地层流出井口后，随着储存环境改变，分离为气液两相，气相是凝析气，液相是凝析液，又名凝析油。 页岩气 分布于页岩孔隙、裂隙之中，具有低孔低渗、无气水界面、大面积成藏等开采难点 煤层气 分布于地下煤层当中，煤层气以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源。 5 资料来源：《页岩气知识读本》（汪民主编），招商期货 油田伴生气是油田开采过程中伴随石油液体出现的气体，需将乙烷、丙烷、丁烷和重组分从气流中分离出来。一般采用压缩及人工制冷的方法进行分离。 凝析气开发过程中，随着地层压力不断降低，气相中重烃会发生相态变化，在地层中析出凝析油，形成气液两相。一般采用衰竭式开发和保持压力开发。 气田气的开采主要运用地面与储层的压强差，气体向井筒渗流，一 般不需要采取增产措施。采用气驱气藏、气水分层等开采方法。 页岩气储层特征远不同于常规气，自身基本上没有渗流能力，主 要靠水平井和压裂增产技术形成有效导流能力。 煤层气由煤源岩生成之后直接被煤储层吸附而聚集，煤层气藏中有吸附气、游离气和溶解气三种存在形式。采用直井压裂、水平井压裂或者水平井-直井耦合井网的方式开采。 致密砂岩气含水饱和度高，自身渗流能力低。主要依靠压裂开发，采用丛式井多级压裂和水平井多段压裂。 非常规天然气开采原理及示意图 常规天然气开采原理及示意图 资料来源：《页岩气知识读本》（汪民主编），招商期货6 02 天然气储量分布情况 2020年全球天然气已探明储量为188万亿立方米，较2019年减少了2万亿立方米，同比减少1%。 分地区来看，世界天然气储量集中于中东和独联体，两地区的占比达到了70%，亚太和北美分列第三和第四。 分国家来看，天然气探明储量的前三个国家为俄国（20%）、伊朗（17%）、卡塔尔（13%）。 Trillioncubicmetres 世界各地区天然气探明储量 2020年天然气探明储量前十国家占比 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 阿联酋 3% 沙特阿拉伯 3% 委内瑞拉 3% 尼日利亚 3% 俄国 20% 中国 5% 土库曼斯坦 7% 北美 南美 欧洲 独联体 中东 非洲 亚太 2000年 7.3 6.8 5.4 38.6 58.3 11.9 9.8 2010年 10.5 8.1 4.7 51.3 77.8 14 13.5 2019年 14.8 7.9 3.3 56.8 75.8 14.9 16.8 2020年 15.2 7.9 3.2 56.6 75.8 12.9 16.6 数据来源：BP，招商期货 美国 7% 卡塔尔 13% 伊朗 17% 8 8 从国土资源部发布的全球剩余技术可采资源量来看，常规气比非常规气要略多一些，其中非常规气的储量主要集中在页岩气。 从分地区的角度看剩余可采储量，常规天然气主要分布在中东和俄罗斯。而非常规气中，页岩气主要分布在北美，其次还有中国和澳洲；致密气和煤层气均主要分布在中国。 全球常规和非常规天然气剩余技术可采资源量/万亿立方米 地区 常规天然气 占比 非常规天然气 页岩气 占比 致密气 占比 煤层气 占比 北美洲 51 12% 61 26% 11 13% 7 14% 中南美洲 28 7% 41 18% 15 18% - - 欧洲 19 4% 18 8% 5 6% 5 10% 非洲 51 12% 40 17% 10 12% - - 中东 103 24% 11 5% 9 11% - - 欧亚大陆 134 31% 10 4% 10 12% 17 34% 亚太地区 45 10% 53 23% 21 26% 21 42% 世界 432 100% 233 100% 82 100% 50 100% 数据来源：国土资源部油气资源战略研究中心，招商期货9 03全球天然气产量 俄联邦天然气生产严重受挫，美国提供最大增量 2012年至2022年，世界天然气产量由3.36万亿立方米增加到4.03万亿立方米，年均增长率为2%。2022年由于俄乌冲突以及贸易制裁的 原因，独联体天然气产量出现明显下滑（-12%），但由于北美天然气产量保持强劲增长（4%），世界天然气产量仅同比下降0.2%。 分地区来看，北美、独联体和中东地区的天然气产量为前三，占比在67%左右。 4,500 4,000 3,500 2002-2022世界天然气产量/十亿立方米 世界天然气总产量同比增长 8% 2012-2022各地区天然气产量/十亿立方米 北美中南美欧洲独联体中东非洲亚太 2022年各地区天然气产量 占比 亚太 16% 北美 29% 非洲 6% 中东 18% 中南美 4% 欧洲 5% 独联体 20% 1,200 6% 1,000 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 500 4% 2% 0% -2% 800 600 400 200 0 20022004200620082010201220142016201820202022 -4% 0 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 202211 数据来源：BP 俄联邦天然气生产严重受挫，美国提供最大增量 从具体国家来看，2022年美国（24%）、俄罗斯（15%）和伊朗（6%）的产量分列前三。2022年主要产气国除俄罗斯外，大多保持增长态势，美国增长4%，中国增长6%，挪威增长7%，沙特阿拉伯增长5%。 其中美国借助页岩气革命，在2011年天然气产量超越俄罗斯，成为全球天然气产量最高的国家，近10年年均增长率达4%。 2012-2022年世界主要天然气产出国产量/十亿立方米 2022年主要天然气产国产量占比 1,000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 美国俄联邦伊朗中国卡塔尔澳大利亚挪威沙特阿拉伯阿尔及利亚 20122013201420152016201720182019202020212022 其他 32% 阿尔及利亚 2% 沙特阿拉伯 3% 挪威 3%澳大利亚 4% 卡塔尔 4% 伊朗 中国6% 5% 美国产量 24% 俄罗斯产量 15% 12 数据来源：BP，招商期货 美国增产主体地位不变，但疫后美国增产降速 美国在过去十年间对世界天然气增量做出主要贡献，贡献率为45%。 2022年全年天然气产量达9786亿立方米，同比增长4%，其中页岩气产量增长约400亿立方米，而气田气、油田伴生气和煤层气的开采量都略有减少。 1400 1967-2022年美国各类型天然气开采量/十亿立方米 气田气油田伴生气煤层气页岩气 1,200 美国天然气产量/十亿立方米 产量同比增长 14% 1200 1000 800 1,000 800 12% 10% 8% 6% 600 400 200 0 19671972197719821987199219972002200720122017 600 400 200 0 20022004200620082010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 4% 2% 0% -2% -4% 13 -6% 数据来源：BP,EIA，招商期货 受价格影响，预计今年大幅增产，明年增产降速 根据EIA已公布的干气月度生产数据来看，今年上半年美国天然气累计产量同比上涨6%，主要由于去年Q2-Q3的高油气价格刺激生产，预计今年全年增产速度将达到5%，增量53亿立方英尺/天，即542亿立方米/年。 但是去年Q4天然气价格暴跌，美国天然气期货价格从2000年以来的78百分位数跌至4百分位数，抑制生产积极性，因此EIA预计2024年产 量美国干气同比增产仅2%，增量26亿立方英尺/天，即266亿立方米/年。 美国干气产量（十亿立方英尺） 2017年 2021年 2018年 2022年 2019年2020年 2023年 3,300 3,100 2,900 2,700 2,500 2,300 2,100 1,900 1,700 1,500 1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月 EIA-干气产量及预测（十亿立方英尺/天） 历史数据预测 1 1 1 1 1 20 15 10 05 00 美国干气年度增产量及预测（十亿立方英尺/天） 6 5 4 3 2 数据来源：EIA，招商期货 95 90 2021年1月2021年11月2022年9月2023年7月2024年5月 1 0 2021 2022 2023E2024E 14 新增支出温和，气价暴跌导致活跃钻机减少，预计明年增产降速 由于油价暴跌，2016年以来，大型跨国油气企业以及页岩企业大幅缩减资本支出，2019年页岩行业经历结构性改革，将更多的现金流用于分红偿息，因此即使在去年的高油气价格之下，能源企业的资本支出增长仍然较为温和，2023年页岩企业资本支出仍比2018年低7%，因此中期来看，美国页岩气快速增产的时代已经结束。 短期来看，由于去年Q4天然气价格暴跌，今年气价持续低位，美国天然气钻机数从5月开始连续下降，目前相比4月高点已下降25%。 基于以上因素，预计明年美国天然气增产将会大幅降速。 400,000 350,000 300,000 250,000 200,000 150,000 100,000 50,000 美国主要天然气公司资本开支/千美元 综合石油公司北美独立勘探生产公司 210 190 170 150 130 110 90 70 50 美国活跃天然气钻机数量/个 0 20102012201420162018202020222024 2018/1/52018/12/212019/12/62020/11/202021/11/52022/10/21 15 数据来源：彭博，招商期货 受俄乌冲突与本土需求缩减影响，俄气大幅减产，短期内产量恢复可能性小 由于对欧洲管道气出口损失规模大、LNG基础设施严重不足以及潜在买家需求水平的不确定性，俄气难以找到替代出口，憋库导致2022年俄气被迫减产12%，降 幅840亿立方米，产量降至6184亿立方米。 除出口下降760亿立方米之外，2022年俄本土天然气需求也因制裁而出现大幅减退，全年消费量下降670亿立方米，降幅14%。 根据彭博预估数据，由于基数效应，去