俄亥俄州令人不安的收益递减故事
2010-2018年Utica油气产量、II级注水井数量和横向井长趋势
美国能源情报署(EIA)最近宣布俄亥俄州可开采的页岩气储量神奇地增加了11076亿立方英尺(BCF)。在2016年至2017年期间，这一增长使七叶树州成为可采页岩天然气储量变化的前五名(第31- 32页)在这里)．阅读完可预测和肤浅的媒体报道在美国，我们认为是时候重新审视这些数据，提出一个相关的问题:水力压裂行业给俄亥俄州带来了多少成本?
俄亥俄州最近的页岩气趋势
根据EIA的报告，俄亥俄州目前在已探明储量名单上排名第七。据估计，该州地下页岩气储量为27,021亿立方英尺(图1)。
图1。前11个州和墨西哥湾的已探明天然气储量及2016年至2017年的变化情况(根据EIA的“美国2017年底原油天然气探明储量)．
石油和天然气行业的定义方式有一些变化已探明储量：
统计上定义为原油或天然气的所有碳氢化合物的估计数量，地质和工程数据合理地证明，在现有的经济和运行条件下，这些碳氢化合物在未来几年内可以从已知的储层中开采出来如果油藏的经济生产能力得到实际生产或最终地层测试的支持，则认为该油藏已被证实。- - - - - -石油输出国组织
在现有条件下，已探明储量存在的可能性大于等于90%，并且在经济上是可行的。在估算过程中，已探明储量还考虑了当前开采技术、区域法规和市场条件。出于这个原因，已探明储量似乎会出现意想不到的起伏。根据地区披露规定，开采公司可能只披露已探明储量，即使他们有估计的可能储量。- - - - - -Investopedia
这张照片缺了什么?
上述两个定义都没有提到开发“已探明储量”所需的大量水或废水基础设施。在收集非常规井和注水井数据时，我们注意到，大容量水力压裂(HVHF)行业正处于一个令人担忧的十字路口。就“能源投资的能源回报”而言，HVHF需要越来越多的资源来维持运营。
OH Utica油气季度产量以及II类注水井季度产量:
下图显示了Utica井(俄亥俄州页岩气钻探的主要形式)的石油和天然气产量。并给出了二类盐水处理注水井的废水处理量。
出版物，如上述EIA文章和哥伦布的语言突出名义上的提高压裂生产率。它们大大减少，或者往往忽略了资源需求和废物生产也在增加。这些数据说明了一个收益递减的故事——这个行业需要更多的资源来保持总产量，同时保持增长网(图2)。
图2。2010年9月至2018年12月，俄亥俄州Utica许可证的累计和月度数量，以及西德克萨斯中质油(WTI)和布伦特原油每桶的平均价格
2013年新年的大脱钩
在接下来的分析中，我们将看到整个俄亥俄州HVHF行业效率的下降。数据跨度从2010年底到2018年年中。我们与哥伦布地区的志愿者加里·艾利森合作进行了这项分析;没有加里的帮助，这项工作和由此产生的地图是不可能的。
五年多前的今天，俄亥俄州发生了重大变化生产气井数量增加，而油井数量持平。2014年6月，该行业的许可高峰出现了，当月有101个Utica许可证(此后该行业从未接近过这个水平)。目前的六个月许可平均为每月25个。
2014年，随着俄亥俄州时代广场的钟声响起，油气井之间的脱钩正在进行，并一直持续到今天。年投产井数增加229口油井和414口气井。
图3。2011年至2018年第二季度，俄亥俄州尤蒂卡页岩盆地的生产油气井数量
图4。2011年至2018年第二季度，俄亥俄州尤蒂卡页岩盆地的油气井产量占许可井的比例
许可证
在2014年，生产井的数量也有所增加。2014年，人们普遍认为HVHF行业需要5.5口油井或7口气井才能生产一口生产井。然而，自2014年以来，这一比例已降至油气井许可证的2.2倍和1.4倍。
换句话说，石油行业避免干井的能力每年增加13%，天然气增加18%。截至2018年第二季度，可用油井占许可油井的44%，而可用气井占许可库存的71%(图4)。
生产下降
从左上角到右下角
为了了解俄亥俄州产量下降的速度，我们收集了2064个非常规分支的年度(2011-2012年)和季度(2013年第一季度至2018年第二季度)产量数据。
首先，我们展示了9口最老井的平均油气产量数据(注:我们研究的9口井中的2口，Geatches MAH 3H和Hosey POR 6H-X水平段，仅在2011-2012年生产，数据是按年度收集的，因此无法将其纳入下面的图6和图7)。从石油的角度来看，这9口井的产量从第一年到第2-3年下降了44%，到2018年下降了91%(图5)。至于天然气，这9口井的产量从第一年到第2-3年下降了34%，到2018年下降了79%(图5)。
图5。2011年至2018年第二季度，俄亥俄州Utica页岩盆地上述7个水力压裂分支的日均油气产量递减曲线
9口井中的4口在第二和第三年下降了71%，到2018年第二季度下降了近98%(图6)。这些下降为最近的头条新闻提供了依据水力压裂技术的秘密问题——油井产量不如预期刊登在1月2日的《华尔街日报》上。9口井中的4口在第二和第三年下降了49%，到2018年第二季度下降了近81%(图7)。
图6。2011年至2018年第二季度，俄亥俄州Utica页岩盆地7个水力压裂分支的石油产量下降曲线
图7。2011年至2018年第二季度，俄亥俄州Utica页岩盆地7个水力压裂分支的天然气产量下降曲线
压裂废弃物、横向长度和需水量
从左下到右上
如果忽略了废物的产生和处理，对水力压裂的环境和经济影响的分析是不完整的。在俄亥俄州，有226口活跃的二级盐水处理(SWD)井。为什么这么多?
- 俄亥俄州的II级井库存是宾夕法尼亚州、西弗吉尼亚州和俄亥俄州HVHF液体废物的主要容器。
- II级网络位于该州非常规井周围的月牙形。这将HVHF的地理影响扩大到东北部的Ashtabula、Trumbull和Portage等县，以及南部的Washington、Athens和Muskingum(图8)。
图8。俄亥俄州的非常规天然气分支井和二级盐水处理注入井。按累积产量和废物处理量加权至2018年第三季度。
处置率
我们绘制了这些井从2010年第三季度到2018年第三季度的平均单井(桶)和累计(百万桶)处理率。数据显示，每口井平均每年增加24,822桶(+ 105万加仑)。
这相当于每年增长51%(图9)。
更深入地研究数据可以发现，前20口最活跃的II类井正在接受比以往更多的废物:每口井每年增加728,811桶(+ 3061万加仑)，每年增长230%(图10)。这种差异导致2010年第三季度至2013年第二季度前20口井的产量是全州平均水平的4.95倍。截至2018年第三季度，他们的处置量是全州平均水平的13.82倍(图11)。
2010年第三季度至2018年第三季度，俄亥俄州所有226口二级盐水处理井的累计和平均井量
所有这些都意味着，越来越少的油井承受着越来越大的压力。这种动态的涓涓细流，向下，向上，将给井周围地区带来无数的环境和经济成本。举个例子，下面的图片是俄亥俄州布鲁克菲尔德正在施工的注入井，距离宾夕法尼亚州边境只有几分钟的路程。
更令人担忧的是，像沃伦这样的俄亥俄州注入井热点地区正在提出新的水力压裂友好立法。这些令人不安的法案将为继续扩大水力压裂废物处理和许可提供润滑。众议院第578号和第393号法案以及参议院第165号法案通过给予乡镇部分收入，将水力压裂废物货币化和/或商品化。这样的法案……只会激励社区鼓励更多的废物进入他们现有的二类井库存，造成另一场逐底竞赛。这些法案的共同发起人包括民主党众议员迈克尔·奥布莱恩、格伦·霍姆斯、约翰·帕特森和克雷格·里费尔。
横向长度
上述趋势反映了同样令人不安的横向长度趋势。俄亥俄州非常规水平段的增长率为9.1 - 15.6%，这取决于你认为这种趋势是线性的还是指数的(图12)。笔者认为，在可预见的未来，这一趋势将呈指数级增长。此外，超过3-3.5英里的“超水平段”可能会对趋势产生深远影响。(见俄亥俄州和西弗吉尼亚州非常规石油和天然气对淡水和液体废物的影响。）
横向长度的增加大大增加了横向需水量。它还会影响II级井的处理速度。对比来看，前者的增长占76%，后者的增长占88%(图13)。
图12。俄亥俄州尤蒂卡非常规横向长度从2010年第三季度至2018年第四季度
图13。2010年第三季度至2018年第四季度，俄亥俄州尤蒂卡非常规需水量和二级SWD注入井处置量与横向长度的关系。
结论
生产、资源需求和废物处理率之间的这种关系应该会扰乱政策制定者、公民和行业。解决这个问题的方法之一是更全面地为资源利用定价(或完全停止石油和天然气开发)。
不幸的是，像俄亥俄州这样的州实际上是在向该行业提供水。
政客们正在制定立法，以释放注入井的扩张。这将允许以不解决供应方面担忧的速度进行处置。令人惊讶的是，如此重视“市场力量”的行业和政治格局不愿用市场机制来应对这些趋势。
我们将继续监测这些趋势，并希望在未来将这些见解传播到俄克拉荷马州和德克萨斯州等州。
通过泰德欧什他是FracTracker联盟的五大湖项目协调员，Gary Allisvwin德赢appaion提供了宝贵的数据编译帮助
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