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油价暴跌对我们意味着什么?

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2020年的3月注定将载入史册。一边是来势汹涌的新冠病毒肺炎疫情在全世界快速扩散,另一边是掌控着世界40%以上油气产量的巨头们撕破脸皮[1]。

面对在OPEC+会议中坚持不再减产的俄罗斯,沙特阿拉伯决意提升石油产能抢占市场,石油价格战毫无征兆地开打。3月9日,黑色星期一,世界油价剧烈杀跌,跌幅超过30%。

工业原料价格下跌一般对世界经济是利好信息,但美国油气生产成本较高,快速蔓延的新冠肺炎疫情也使人们对未来经济增长的信心不足,此时的油价暴跌则对金融市场产生进一步冲击,引发当日美股暴跌,跌幅超过7%,触发熔断,戳破了美国股市自08年次贷危机以来连续上涨11年的泡沫。

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近期国际两大油价波动曲线|WTI油价和布伦特油价是两种最重要的原油价格指数,本轮下跌从3月9日(周一)开始,至3月18日双双降至最低点。图源@Oilprice.com

随后,油价和美股产生连锁反应。3月18日,WTI原油价格最低跌至20.37美元一桶,这是2002年最低18.02美元/桶以来,油价最低的一次;美股也在3月9日、12日、16日、18日接连发生四次熔断,加重了世人对经济危机的担忧。

在新冠肺炎和石油价格战的双重影响下,世界经济翻开血腥黑暗的一页。这颗星球上的石油巨头们正在撕下最后的面具,一场巨人之间的战争已经爆发。这一切究竟是怎么来的,又将把历史的车轮带到何方?它对中国的未来意味着什么,又会对中国老百姓的生活带来什么改变?

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夕阳下的采油机 | 如血残阳下的采油机,是否预示着一个行业快要消亡?图源@VCG

 01 

谁造就了石油巨人们?

石油和大部分天然气产自古代海洋或湖泊形成的地层里,大量生物(主要为浮游生物)遗骸逐渐积累,与泥沙一起形成岩石,经受高温高压的改造后,释放出复杂的烃类物质,重者为油,轻者为气[2]。油气从面积广泛的烃源岩中形成,在地下经过复杂的运移过程,保存在具有储存能力的地层里,成为今日或大或小的油气田。

油价暴跌对我们意味着什么? | 星球科学评论石油成因简单示意图 

| 有机成因仍是国际学术界公认的石油成因,目前世界各国都使用该学说指导石油生产;无机成因仅能解释部分天然气的形成,尚未发现无机成因的石油,详情可参考文献[2,24]。图源@WSGS| 美国怀俄明州地调局[3],有改动

世界不同地区经历过截然不同的地质演化史,因此各国也有全然不同的石油资源禀赋。古代海洋形成的地层里容易发现石油,这一现象在上世纪初即已发现,被称作“海相生油”学说。

当代石油资源储量靠前的国家里,大部分都曾在最近2亿年中被大范围海洋覆盖,油气则主要产自古代海洋形成的地层。以沙特阿拉伯为例,在1.9亿年前的侏罗纪,它的国土还是位于热带附近的温暖浅海,并一直持续到后来的白垩纪。浮游动植物生生不息,海洋里的搏杀也日夜不停,无数有机质堆积到海底,孕育出一系列生油岩,最终形成丰富的石油[4]。

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2018年世界石油资源探明储量排行 | 由于天然气的探明储量、产量排名与石油大为不同,这里未予展示,下文亦主要以石油为例。制图@陈睿婷| 星球科学评论

上世纪50年代末,中国的石油工作者发现大庆油田,其所在地区于白垩纪时曾经是面积广大的淡水湖泊,湖底堆积了丰富的有机物,因此该油田的发现也被视为“陆相生油”学说强势崛起的标志,是对“海相生油”学说的继承与发展。

海水退出中国的年代较早,中国已发现的油气资源绝大多数形成于陆上湖泊环境[2,5],而无论是面积、存续的时间、承载的生物量还是最后的油气生成潜力,陆上湖泊都无法与海洋相提并论,这一先天不足注定中国没有成为石油巨人。

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贝加尔湖冬季景观 | 贝加尔湖从渐新世(距今2303-3390万年前)开始形成,1600米深(最深处达1637米)的湖水下,有超过8000米厚的沉积物,人们已经证实其中正在生烃,这是现代陆相生油的一个实例,详见文献[6]。图源@VCG

当代的石油勘探者早已不再以海陆的界限束缚自己的思想,而是积极运用一切新思路和新科技在全世界寻找石油,将石油资源枯竭的时间一再推延。最近一次的重大突破,是一场被称作“页岩气革命”的事件,它改变了世界能源格局,改变了石油行业的面貌;它给整个星球带来一波又一波的变革浪潮,也直接引发了石油价格战争。

所以,想要了解近期石油价格战的来龙去脉,首先需要了解什么是页岩气革命。

 02

什么是页岩气革命,革了谁的命?

页岩气革命是常见于媒体和业界的一个词汇,它常被用来描绘美国从2004年前后开始的大规模页岩气勘探开发,后来也被延伸到开采方式与页岩气相似的页岩油和致密油气领域。2012年起,一个类似词语“致密油革命”也常见于媒体报道。近年来,页岩油气和致密油气的勘探及开发突破,是美国石油储量和产量双双大增的主要原因[7-8]。

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美国、沙特阿拉伯和俄罗斯的近年石油产量变化图| 2008年,美国石油产量止跌转升,成为世界能源格局中最大的黑马。制图@陈睿婷| 星球科学评论

页岩气/致密油革命不是一些人口中的骗局,它是对人类石油工业的一次重大颠覆,改变了人们的油气勘探对象、油气开采技术和油气勘探思路。

在微观的世界里,岩石其实更像海绵,内部分布着或大或小、或多或少的孔隙,特别以沉积岩(如砂岩、泥岩、石灰岩等)含较多孔隙。

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电子显微镜下的石英砂岩 | 视场宽度4毫米,大块的颗粒是石英砂粒,表面附着了一些黏土矿物。黑色的空间即为砂岩颗粒之间的孔隙。图源@EMGS (中土东部地质协会,一个英国民间自发的地质工作者及爱好者协会,详见emgs.org.uk)

油气和地下水等流体,便分布在岩石颗粒之间的孔隙里,连接孔隙空间的狭窄通道被称作孔隙喉道(简称孔喉,如下图b)则限制着流体在地下的流动[2]。当孔喉直径较大时,流体的运动通畅,反之则受阻。

油价暴跌对我们意味着什么? | 星球科学评论流体在沉积物孔隙中的流动示意图 

| 流体在孔隙内储存和流动,孔隙喉道的尺寸是制约流动的重要指标。图源@苏黎世联邦理工学院(ethz.ch),有改动

常规油气储存在孔喉直径较大(微米级,μm)的岩石内,易于流动,传统技术即可开发。页岩油气和致密油气储存在孔喉直径较小(纳米级,nm,1μm=1000nm)的岩石内,不易流动,传统技术难以有效开采[9]。而不同尺寸的孔喉背后,对应着一系列地质学细节差异,例如储存岩石类型不同、储存位置不同、储存面积不同等。

油价暴跌对我们意味着什么? | 星球科学评论油气类型与储集空间孔喉直径的关系示意图 

| 从常规油气到非常规的致密和页岩油气,一个本质区别就是储集空间的孔喉直径不同,而造成这一不同的原因则是不同储集岩石的地质特征不同。图源@文献[7]

一般来说,常规油气在地下更加活跃,能够在岩石里缓缓流动,寻找到合适的栖身之所,形成面积大小不一的油气藏,人们可以使用垂直钻井进行有效开采。但是这种方法面对油气不易流动,且面积广大的页岩油气资源和致密油气资源时,效果却不太好,人们需要一种新技术来开发此类页岩和致密油气资源。

油价暴跌对我们意味着什么? | 星球科学评论常规油气藏与非常规油气藏示意图 

| 非常规油气藏的规模一般大于常规油气藏,特征也有很大差异,因此需要不同的开采技术,如图中的水平井。图源@WSGS| 美国怀俄明州地调局[3],有改动

后面的故事,大家都很熟悉:美国凭借其强大的科技和工业实力,率先将水平井分段压裂技术研发成熟并商业化。这种技术可以显著增加钻井与地层的接触面积,弥补地下油气流动性的不足,让更大面积岩层里的页岩/致密油气得到有效利用。

油价暴跌对我们意味着什么? | 星球科学评论水平井和垂直井的区别示意图 

| 垂直井只能有效利用一小片地层,但水平井可以利用很大一片地层。图源@conchoenergy.net,有改动

水平井增加接触面积的同时,分段压裂又将一大片地下岩石击碎,使隐藏在岩石内部的油气最大程度释放出来,从而得到有效采集。

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经过压裂的水平井网相当于打碎了一层地层 | 地面只需要少数的井场,就可以通过特殊的钻井方式制造井网,然后压裂一大片地层,高效汲取油气。图中白色的“絮状物”表示地下岩石中的压裂缝,可见“打碎地层”所言非虚。图源@fractracker.org[10]

21世纪的第一个十年里,美国率先大规模开发页岩(油)气和致密油气资源,迅速扩展本土油气勘探边疆。在次贷危机全面爆发的2008年,美国石油行业一枝独秀,石油年产量止住了连续24年下跌的势头,重新回升[7-8]。

此后,美国石油产量保持6.7%的年均速率快速增长,日产原油量至2018年时翻了2倍,变成10.96百万桶/日[1],超过沙特阿拉伯,成为世界第一石油生产国。

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美国原油日产量历史变化曲线 | 2008年,美国原油产量一改连续20多年的下跌势头,开始一路走高。与70年代的高产量主要由常规油气构成不同,此次增长主要依赖页岩油和致密油。图中2018年数据与文献[1]略有不同,可能是统计口径不一样所致。图源@EIA| 美国能源信息署

在具体的能源构成上,页岩气和致密油所占比重更是以惊人速度膨胀。至2018年时,致密油和页岩油占据全美石油产量的60%,致密气和页岩气占据全美天然气产量的70%。昔日不起眼的吴下阿蒙,今日已成国之栋梁,不可同日而语也。

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截至2018年12月的页岩气及致密油产量占比 | 美国语境中的“致密油”,大致相当于中国语境下的“页岩油+致密油”。“干气”指的是完全由甲烷构成的天然气。图中各种彩色区域表示美国不同的非常规油气生产区块。图源@EIA| 美国能源信息署

美国石油产量及结构的变化搅动了世界,它是最近十余年里表现最为抢眼的单一产油国,增速和增幅位居全球首位。这一切都归结于那一场绝非骗局的页岩气/致密油革命。而在一片“美式风光无限好”的背后,则是一群传统产油国的困顿和挣扎,和因此而起的石油价格战争。

 03

变革中的石油星球

革命不是请客吃饭,而是刺刀见红。页岩气/致密油的革命,革了传统产油大国的命。在世界油气生产版图上,石油输出国组织(OPEC,欧佩克)历来是一个重量级的玩家,目前由13个国家组成,分布在三个大洲。

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2018年底的欧佩克国家构成及石油探明储量占比 | 厄瓜多尔于2020年1月退出欧佩克,但图片上的数据截至时间为2018年底,故仍包括厄瓜多尔。制图@陈睿婷&陈静怡| 星球科学评论

这些国家地质禀赋优越,坐拥全球近80%的石油探明储量且易于开发,长期占据世界40%以上的石油产量份额,这便给了它们通过控制自身产能来左右国际油价的能力。

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近年来欧佩克占世界石油产量比例的变化图 | 长期以来,欧佩克供应着全球40%以上的原油,因此该组织的一举一动都影响着国际油价。欧佩克目前包括13个国家,卡塔尔于2019年初退出,厄瓜多尔于2020年1月退出,但此图数据额截至2018年,仍包括这两个国家的数据。制图@陈睿婷| 星球科学评论

反观历史上的若干次石油价格危机,OPEC都通过积极调解自身产能,在油价大幅下跌后不久一般就能重新将油价推高到适当位置。2001年的911恐怖袭击事件,还有2008年次贷危机引起的油价暴跌中,OPEC均通过积极减产逐渐推高油价,重振市场环境。

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欧佩克三次减产协议后两年内的油价变化曲线 | 1998年金融危机后,减产并未很好推高油价,但01年和08年都有效推高了油价。图源@Forbes.com,有改动[11]

对于欧佩克来说,“减产保价”已经成为一种轻车熟路。但在页岩气/致密油革命已经开花结果的时代里,事情变得更加复杂起来。2014年,在做出全球经济增长放缓,需求减弱判断的前提下,欧佩克国家做出了相反操作,采取主动增产的方式压低原油价格。

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欧佩克闲置产能与WTI油价关系图 | 可以看出二者的变化关系,和欧佩克的增减产状况。图片右侧是基于2019年第四季度数据做出的预测,目前已经被实际油价打破。图源@EIA| 美国能源信息署

这与美国石油产量首次超过俄罗斯和沙特成为全球第一正好同时发生,想必不是巧合。2014年6月油价大跌后,美国石油行业表现出明显颓势,新增钻井数量大幅下降,其中停止的绝大多数是成本较高的水平钻井,即用于页岩气和致密油开发的钻井。

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每周活跃钻井数量与油价的关系 | 2008年后,每周活跃钻井数量激增,这是因为页岩/致密油气井的产量会快速衰减然后稳定保持在较低水平,所以需要不断打井稳定产能。2014年油价暴跌后,成本较高的水平井数量骤减。图源@Attenbablercommodities.com

然而,油气出口是俄罗斯和沙特重要的财政收入渠道,过低的油价除了伤害美国的页岩/致密油气产业,同样也像一把双刃剑影响着两国经济。更何况,自2014年开始,俄罗斯先后介入乌克兰冲突和叙利亚战争,沙特也在2015年介入也门内战,至今未能摆脱泥潭。

战争是一头吞金巨兽,两国迫切需要增加财政收入。在继续增产以低价卖油,还是减产提升油价之间,两位巨头需要慎重选择。

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大炮一响,黄金万两 | 古往今来,战争一直是最花钱的人类行为。图源@VCG

经过漫长的扯皮,2016年底,OPEC和非欧佩克国家俄罗斯达成了大规模减产协议,以求将油价保持在一个较稳定区间。消息传出,国际油价应声大涨。减产协议于2017年1月1日生效,但在19天后,力主美国能源独立的特朗普就任美国总统,再一次改变了游戏规则。

随着一系列促进能源行业发展的政策落地,只用了两年,美国就将处在限产中的俄罗斯和沙特远远甩在身后,以一国之力达到了整个欧佩克石油产量的37%。与此同时,规模增加和技术进步使美国页岩/致密油气的开发成本一路走低,从2011年的0.99美元/立方米下降至2018年的0.38美元/立方米,降幅达到62%[12]。

到2018年,美国成为全球石油出口贸易增幅最大的国家,以7.8%的增幅傲视寰宇。甚至可以认为,欧佩克和俄罗斯几次主动压缩产能的结果,相当于将石油出口贸易市场的新增份额,拱手让给了页岩气/致密油猛烈爆发的美国。

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近年来的世界石油出口格局变化 | 十年间,美国石油出口占据的市场份额快速增长。制图@陈睿婷| 星球科学评论

这也难怪为期三年的限产协议到期后,俄罗斯要坚定拒绝“减产保价”的提议,而要不惜以“增产压价”的方式抢占更多市场份额,同时打压美国页岩气/致密油的未来发展。石油三巨头鼎立的时代里,美国注定会在重振石油行业的道路上继续走下去;俄罗斯则要抢占未来潜在市场。

于是,留给沙特和欧佩克传统低价产油国的选择,其实只有一个:增产压价,薄利多销,抢占市场,以打促谈。

对于这些石油巨头,短期油价的上下波动或可承受,石油产能此消彼长造成的出口市场份额流失则是更大的损失。但是对于中国这样的石油进口国来说,却又是另一番局面。

 04

油价战争如何影响中国?

中国从来不是石油储量大国,贫油的阴霾从未真正从中国的天空里消散:尽管2018年产量居全球第7位,但中国油气资源储量落后,仅居全球第13位,仅占全球已探明总储量的1.6%[1]。石油巨人的帽子不仅戴不到中国头上,而且储量排名和产量排名的倒挂,反倒体现出能源安全存在风险。

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2018年主要产油国的石油产量排行 | 中国以全球第13位的探明储量,生产了全球第7位的石油,产量与储量发生倒挂。制图@陈睿婷| 星球科学评论

在巨头们厮杀的战场里,中国没有发言权。作为世界最大的油气进口国,只能被动接受石油价格战带来的一切结果。

在2008年和2014年的两轮油价暴跌后,中国的石油勘探行业也遭受严重挫折,相关专业毕业生的本行业就业率一路走低,中石化甚至在2012年底曾一度传出次年不招工的消息,后予以辟谣[13]。

在国内各大老油田,油井开工情况受到严重影响,直接造成一批石油从业者的生计受到影响。由于中国油企还承担着维持社会稳定的责任,无法像国际同行一样通过大量裁员减轻财政负担[14],于是很多油田不得不让赋闲职工通过停工转产来维持生计[15]。

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中石化胜利油田采油工转产谋生的相关报道 | 类似的事情近年来在全国多个油田都有发生。截取自@《中国能源报》[15]

作为石油净进口国,油价降低总体上对中国是利好消息。位于石油产业链条下游的炼油和石化板块可以利用油价低迷在海外大举扫货,一定程度上平衡了上游勘探板块亏损,也可以补充国家战略油气储备。成品油和化工原料生产行业的成本价下降,会带动国内成品油价和商品成本降低。

然而,中国石油生产成本较高,为了维持国内石油上游产业的正常生存,保护国内油气勘探开发队伍的正常生存与发展,为国企改革争取平稳过渡期,国家发改委于2016年推出了成品油价格上下限(天花板价和地板价)机制,规定当全球油价高于130美元或低于40美元一桶时,国内成品油价格不再随之变化。

换言之,当3月9日国际油价跌破40美元时,国内成品油价格就已经定格了。3月17日的油价下调后已经触及40美元的“地板价”[26],未来应该不会继续降低。

油价暴跌对我们意味着什么? | 星球科学评论对于公众,成品油价是感知国际油价的最直接渠道 | 图源@VCG

从全国的层面,油价低迷时候增加石油进口份额,扩大石油下游的炼油、石化产能似乎就足够了。但从能源安全的角度,这也意味着将中国能源安全的命门拱手让人。看着已经超过70%且还在增长的石油进口比重,从国家到行业,都要有所作为。

要找更多的油气,就需要有健康发展的人才队伍和健康的勘探行业。依靠政策的保护和盈利板块的平衡,终究不是一个行业赖以生存的长远之计,中国的石油行业必须找到破局之路,而这条路,恰恰就是中国版的页岩气/致密油革命——这大概便是石油价格战争带给我们的最大启示[9]。

油价暴跌对我们意味着什么? | 星球科学评论近年国内页岩/致密油气勘探进展的相关报道 | 四川和重庆有着丰富的页岩气储量。截取自@上观新闻网[25]

自从这场革命首发于美国以后,它的影响力早已传遍世界。各国的石油勘探者纷纷行动起来,运用新理论和新技术寻找本国的页岩油气和致密油气。同样的情况也出现在中国:尽管油价不再高企,但各大油公司投入巨资在国内积极勘探,国家也放宽政策,引入多种市场主体展开勘探竞争,并且已经开始获得重要进展。

在学术界,以“页岩气”“页岩油”“水平钻井”“分段压裂”“致密油”“致密气”等术语作为关键词的中文论文呈现井喷之势。

油价暴跌对我们意味着什么? | 星球科学评论与“页岩气革命”相关的若干术语做关键词的论文数量变化图 | 2008年以来,以“页岩气”为关键词的论文数量大增,2012年后,以“致密油”为关键词的论文数量大增,这体现了我国学界紧跟世界页岩/致密油气潮流。制图@陈睿婷 | 星球科学评论

在产业界,经过10多年的探索与实践,中国页岩/致密油气的勘探捷报频传,产量也在快速攀升。截至2018年,非常规油占原油总产量的10%,非常规气占据天然气年产量的34%[12],这其中大部分来自页岩/致密油气。

从储量的角度,尽管中国以陆相为主的中-新生代地质演化史决定了这片土地油气总量不大。但借助全新的勘探思路,人们还是在已有常规油气资源之外,发现了丰富的页岩油气和致密油气。

根据2013年美国能源信息署(EIA)测算,我国页岩气的技术可采储量位居世界第一,致密油的技术可采储量位居世界第三[16]。此后,中国进一步加大勘探力度,储量数据也在逐渐扩大。

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EIA根据公开资料测算的主要国家页岩气和致密油技术可采储量排名 | 技术可采储量是指在当前技术条件可供开发的资源量,大于探明储量,且无视经济性。EIA原文里,左表使用的是“页岩油”,但结合实际报道,应改为“致密油”更加合适。图源@EIA | 美国能源信息署[16-17]

从分布的角度,几乎各个老油气田都具有勘探页岩/致密油气的潜力,这也使得中国的石油工业有了焕发第二春的可能。其中,长庆油田的致密油和四川、重庆境内的若干页岩气田已经走在了全国的前列。

油价暴跌对我们意味着什么? | 星球科学评论中国主要的页岩油气和致密油气分布 | 图上可见四川及川东地区、山西、陕西、华北、东北和西北地区都有分布。图源@文献[18]

有没有可能借助这场革命实现中国版的能源独立呢?客观来说,很难,难点主要有四种:

有地质禀赋的天然差距,陆相地层的油气潜力有限,而中国古老海相地层的埋深大、保存差,不利开发;有地震活跃带与页岩/致密油气分布区重合度高带来的潜在压裂诱发地震风险[19-21];有低油价背景下营收惨淡的外界因素;还有资源区地形复杂、自然条件艰苦、水资源分布不均等客观因素的制约。

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2016年四川某页岩气田小地震的震源与水平井压裂的相关性分析 | 上图:地震震源根据时间进行了填色;左下图:震源在平面的分布图,体现与注水井的位置关系;右下二图:注水时期发生密集小地震震源的垂直深度分布图,可见震源分布在页岩层上下较小范围(1~3km)内。图源@文献[19]

但这些困难并非无法克服。尽管地质禀赋先天不足,但目前发现的页岩油气和致密油气资源量也足够开发很多年;尽管有压裂诱发地震灾害的风险,但可以通过避开地震活跃带的方法加以规避;尽管目前营收不佳甚至有时入不敷出,但通过健全下游产业链、发展规模化生产和加大新技术研发力度,成本还有继续降低的空间;尽管有种种自然条件的约束,但通过合理选址和水资源调配,这些因素的影响亦可降至最小。

这场革命既然已经开始,中国的石油人就不会停止努力。不奢言成为下一个石油巨人,也无意参与巨人之间的价格战争。只求能将中国的能源安全红线向上提高一些,让油气的对外依存度向下降低一些,帮助中国更加平稳地过渡到以新能源为主的时代。

未来,或许可期。

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无限春光里的采油机 | 春天是希望的季节,页岩/致密油气革命的浪潮,是否能为这个行业带来新的春天?我们拭目以待。图源@VCG

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