錢伯章 李武廣

1.上海擎督信息科技公司金秋能源石化工作室，上海 200127；

2.中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院，北京 102249

0 前言

高油價(jià)時(shí)代，頁(yè)巖氣作為一種新的綠色能源，正在被世界各國(guó)所追捧。 美國(guó)頁(yè)巖氣開發(fā)始于1821 年，是世界上頁(yè)巖氣勘探開發(fā)最早的國(guó)家。 近幾年，頁(yè)巖氣大規(guī)模商業(yè)性開發(fā)改變了美國(guó)能源格局［1-2］。 它的快速發(fā)展，一靠競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)機(jī)制，二靠競(jìng)爭(zhēng)所帶來(lái)的技術(shù)創(chuàng)新。頁(yè)巖氣最主要的開采方式是水力壓裂技術(shù)， 水力壓裂技術(shù)需要大量的水資源， 容易帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞問(wèn)題。 相反，也有一些環(huán)保主義者肯定了頁(yè)巖氣開發(fā)的正面影響，因?yàn)轫?yè)巖氣相比石油和煤炭更為低碳。 對(duì)此，不同學(xué)者有不同意見(jiàn)， 然而個(gè)人認(rèn)為水力壓裂開發(fā)頁(yè)巖氣技術(shù)的關(guān)鍵在于尋找環(huán)保與開發(fā)的黃金結(jié)點(diǎn)， 在環(huán)保憂慮之下，采取一些具體的補(bǔ)救措施，使頁(yè)巖氣開發(fā)技術(shù)更為成熟環(huán)保，此項(xiàng)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 頁(yè)巖氣壓裂增產(chǎn)技術(shù)

在頁(yè)巖氣開發(fā)方面，美國(guó)主要采用了水平井和水力壓裂技術(shù)，后者還包括清水壓裂技術(shù)、多段壓裂技術(shù)、同步壓裂技術(shù)、重復(fù)壓裂技術(shù)等，同時(shí)，還可結(jié)合先進(jìn)的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)評(píng)估技術(shù)、裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)以及隨鉆測(cè)量技術(shù)等進(jìn)行應(yīng)用分析［3］。

1.1 清水壓裂技術(shù)

目前美國(guó)頁(yè)巖氣開發(fā)最主要的增產(chǎn)措施是清水壓裂技術(shù)，即將添加了減阻劑的清水作為壓裂液。 這種壓裂液主要成分是水、少量的減阻劑、黏土穩(wěn)定劑和表面活性劑。 主要使用這種低成本壓裂液，那是因?yàn)樗且环N低黏度流體，更容易產(chǎn)生一些復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)，而且很少需要清理，是一種清潔壓裂技術(shù)，可提供更長(zhǎng)的裂縫，并將壓裂支撐劑運(yùn)到遠(yuǎn)處裂縫網(wǎng)絡(luò)，在Barnett 等低滲透油氣藏儲(chǔ)層改造中可取得很好的壓裂效果。

1.2 重復(fù)壓裂技術(shù)

重復(fù)壓裂技術(shù)用于在不同方向上誘導(dǎo)產(chǎn)生新的一些裂縫，從而增加裂縫網(wǎng)絡(luò)，以便提高生產(chǎn)能力。 如果初次壓裂已經(jīng)沒(méi)有效果，或現(xiàn)有的支撐劑已經(jīng)損壞，那么對(duì)該井進(jìn)行二次壓裂將重建儲(chǔ)層線性流，最終采收率估計(jì)提高9%左右，可采儲(chǔ)量增加60%左右，是一種低成本增產(chǎn)技術(shù)。 如果能使得二次壓裂獲得成功，必須評(píng)估二次壓裂前、后的平均儲(chǔ)層壓力、滲透率厚度乘積、有效裂縫長(zhǎng)度和導(dǎo)流能力等等。 所以重復(fù)壓裂必須以室內(nèi)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)施。 Barnett 的大部分頁(yè)巖氣井都進(jìn)行了二次壓裂，二次壓裂后可接近甚至超過(guò)初次壓裂時(shí)的頁(yè)巖氣產(chǎn)量［4］。

1.3 同步壓裂技術(shù)

該技術(shù)是同時(shí)進(jìn)行配對(duì)井的壓裂，也就是同時(shí)對(duì)兩口甚至更多的井進(jìn)行壓裂。 它可使壓裂液和支撐劑在高壓下從一口井向另一口井運(yùn)移距離達(dá)到最短，能增加裂縫網(wǎng)絡(luò)的密度及表面積。該技術(shù)曾在Barnett 頁(yè)巖氣田使用， 在相隔150～300 m 范圍內(nèi)鉆兩口平行的水平井同時(shí)進(jìn)行壓裂，目前已發(fā)展到多口井間同時(shí)壓裂。 該技術(shù)在未來(lái)頁(yè)巖氣開采方面將有很大應(yīng)用前景［4］。

1.4 水平井壓裂技術(shù)

水平井也需要壓裂，如果不壓裂則不能產(chǎn)氣。 通過(guò)對(duì)Newark 東油氣田進(jìn)行水平井壓裂，發(fā)現(xiàn)其初始產(chǎn)氣速度一般比直井快2～3 倍。 對(duì)Newark 氣田進(jìn)行水平井分段壓裂，可使其核心區(qū)域產(chǎn)量大幅度提高，并且在那些缺少遮擋或遮擋層很薄的區(qū)域，水平井壓裂比直井壓裂更能使裂縫保持在Barnett 儲(chǔ)層的目的段中。最初水平井的壓裂階段一般采用單段或2 段， 目前已增至7 段甚至更多。 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司西南油氣田有限公司已計(jì)劃建設(shè)威遠(yuǎn)氣田作為全國(guó)首個(gè)頁(yè)巖氣開發(fā)的試驗(yàn)田。至2011 年9 月，已完成5 個(gè)頁(yè)巖氣勘探試驗(yàn)井。 中國(guó)的第一個(gè)水平頁(yè)巖氣井威201-H1 井在威遠(yuǎn)氣田， 已采用分段壓裂。 水平井10 級(jí)以上分段壓裂技術(shù)是最關(guān)鍵的核心技術(shù)，但是，目前我們對(duì)這兩項(xiàng)技術(shù)的掌握還不是很成熟。

2 水力壓裂引起的環(huán)境問(wèn)題

水力壓裂技術(shù)，是目前唯一可以開啟頁(yè)巖氣礦藏的金鑰匙。 它主要使用含砂的水，其中砂作為支撐劑，此外還有2%或更少的化學(xué)增強(qiáng)劑。 當(dāng)高壓液體注入鉆井并使巖層裂開后， 高壓液體中的支撐劑可以保持住裂縫，使其成為油氣導(dǎo)向鉆井的高速滲透通道。 循環(huán)壓裂液的凈化不妥可能會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，因?yàn)樗毫鸭夹g(shù)應(yīng)用于工業(yè)，眾所周知，會(huì)使用大量水和造成水污染問(wèn)題，水污染對(duì)居住地區(qū)甚為敏感［5-7］。

2.1 水力壓裂需要消耗大量水

水力壓裂技術(shù)需要消耗大量水資源且不可回收。 水力壓裂井比傳統(tǒng)的井需要更多的水。 在美國(guó)密歇根的Antrim 頁(yè)巖氣田， 一個(gè)傳統(tǒng)的井一次需要190 m3的水。然而據(jù)估計(jì)如果是水平鉆井，一個(gè)水力壓裂井一次需要1.9×104m3水， 大約是一個(gè)1×109W 煤電站12h 的水用量。 據(jù)介紹，2.6 km2干旱土地需1.5×106m3水，可收獲價(jià)值2×105$的玉米。 等量的水，如果用于水力壓裂技術(shù)鉆井， 可獲得價(jià)值2.5×109$的石油。 由于鉆井所使用的水要注入比地下蓄水層深得多的頁(yè)巖層，大量水主要被巖石吸收，而不能再回收利用。 環(huán)保人士擔(dān)心水力壓裂過(guò)程中會(huì)消耗大量水資源。 據(jù)德國(guó)地球科學(xué)研究中心的霍斯菲爾德教授介紹， 每口頁(yè)巖氣井需耗費(fèi)1.5×104m3的水才能使頁(yè)巖斷裂，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 頁(yè)巖氣生產(chǎn)不同井的水需求量

2.2 水力壓裂可能污染地下水

水力壓裂技術(shù)也是一柄雙刃劍，不僅消耗大量水資源，還可能污染地下水。 循環(huán)后的水典型地含有用于水力壓裂處理的化學(xué)濃聚物和自然產(chǎn)生的濃鹽水，有時(shí)候有少量的放射物質(zhì)，比如鐳。 循環(huán)后的水必須要妥善處理才能避免對(duì)公共健康和環(huán)境的危害。 美國(guó)14 家油氣公司過(guò)去5 年中使用了約2.95×106m3壓裂添加劑，包括750 種化學(xué)產(chǎn)品和苯及鉛等有毒物質(zhì)。 回流的壓裂液如果未及時(shí)處理或造成泄漏，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響將不可低估。 環(huán)保人士和當(dāng)?shù)鼐用耖L(zhǎng)期以來(lái)都認(rèn)為，此舉會(huì)使地下水受到甲烷和其他化學(xué)物質(zhì)的污染。

2.2.1 甲烷的污染

在氣體和壓裂液體的流動(dòng)方面，主要的擔(dān)憂是氣體和水力壓裂過(guò)程中使用的化學(xué)物質(zhì)污染提供飲用水的蓄水層。蓄水層在大約地下600 m 或者以上。壓裂是水平的，因?yàn)槭^自然的壓力使氣體流向氣體儲(chǔ)存器。 在更深的底層，壓裂可能垂直地發(fā)生但是受被壓在上方的氣體儲(chǔ)存器限制。 如果某處地下水受水力壓裂液體污染，多數(shù)情況可能是不合理施工而不是水力壓裂技術(shù)本身造成。 美國(guó)杜克大學(xué)的研究者在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》表示， 在賓夕法尼亞州使用水力壓裂開采頁(yè)巖氣的地區(qū)， 地下水中甲烷含量比其它未鉆探區(qū)域高出大約17倍。 研究者分析了賓夕法尼亞州和紐約州五個(gè)郡范圍內(nèi)68 個(gè)私有水井中的甲烷含量，報(bào)告稱，飲用水受甲烷污染的現(xiàn)象與用水力壓裂法開采頁(yè)巖氣密切有關(guān)［8-9］。

地球正義組織的數(shù)據(jù)顯示，美國(guó)目前有32 個(gè)州采用水力壓裂法開采頁(yè)巖氣。 杜克大學(xué)的研究人員表示，甲烷氣體的釋放可能是由于鉆探設(shè)備缺陷導(dǎo)致的，而研究并未發(fā)現(xiàn)注入頁(yè)巖層的化學(xué)物質(zhì)會(huì)向上流動(dòng)影響淺層地下水。 研究人員還表示，水力壓裂法注入的液體會(huì)慢慢自地下深處向上層運(yùn)動(dòng)，幾十年后可能才產(chǎn)生影響［9］。例如，2010 年4 月，由于Exco 能源公司的鉆井機(jī)無(wú)意中造成了淺層天然氣泄漏， 導(dǎo)致大約150 戶迪索托居民被迫疏散到鄰近的卡多縣。 當(dāng)時(shí)，Exco 公司承認(rèn)甲烷已經(jīng)滲入當(dāng)?shù)氐娘嬘盟校?并且表示會(huì)監(jiān)測(cè)是否有氣體逸出。 也發(fā)生了卡波特公司被指控在開采天然氣時(shí)，造成了甲烷滲透進(jìn)居民水井的嚴(yán)重后果見(jiàn)表2。

表2 美國(guó)頁(yè)巖氣井返流液體中的甲烷排放量

2.2.2 化學(xué)物質(zhì)污染

頁(yè)巖氣開采導(dǎo)致另一個(gè)重要的環(huán)境污染問(wèn)題是化學(xué)物質(zhì)污染。 在開采過(guò)程中要經(jīng)過(guò)地下蓄水層，這時(shí)，所使用的化學(xué)添加劑會(huì)對(duì)蓄水層中的水造成嚴(yán)重污染，表現(xiàn)為化學(xué)物質(zhì)的泄漏。 地表溢出——化學(xué)物質(zhì)和開采使用水的溢出給公眾健康和環(huán)境造成負(fù)面影響。 2009 年，在切薩皮克能源公司的鉆井平臺(tái)附近，發(fā)現(xiàn)了16 頭牛的尸體。 調(diào)查顯示，這些牛是食用了鉆井機(jī)使用的化學(xué)制品后死亡。 然而這些化學(xué)制品則是在一次暴風(fēng)雨中發(fā)生泄漏的。 在賓夕法尼亞州，由于飲用水安全和其他環(huán)境問(wèn)題的訴訟讓鉆探工作遇到了很大的麻煩，間接地導(dǎo)致了能源產(chǎn)品成本增加。 同時(shí)，政府也在當(dāng)時(shí)中止了在國(guó)有林區(qū)內(nèi)發(fā)放新的鉆井許可證［10］。

2.3 臭氧標(biāo)準(zhǔn)可能產(chǎn)生潛在的負(fù)面影響

據(jù)美國(guó)《油氣雜志》2011 年8 月26 日?qǐng)?bào)道，美國(guó)空氣控制中心（ACC）技術(shù)和法規(guī)事務(wù)副總裁Mike Walls 表示，考慮到頁(yè)巖氣資源的重要性，目前更加嚴(yán)格的空氣中臭氧標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該行業(yè)可能產(chǎn)生潛在的負(fù)面影響。 大多數(shù)與頁(yè)巖氣開發(fā)相關(guān)的工業(yè)均位于美國(guó)人口較少的地區(qū)，這些地區(qū)目前為空氣清潔法的達(dá)標(biāo)地區(qū)。 但是，更加嚴(yán)格的臭氧標(biāo)準(zhǔn)將使整個(gè)美國(guó)變成“不達(dá)標(biāo)”，有關(guān)許可要求的更改將使企業(yè)獲得許可證的成本大幅增加且獲得難度更大。 需要利用頁(yè)巖氣帶來(lái)的新的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，而在更加嚴(yán)格的臭氧標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)管下，越來(lái)越多的頁(yè)巖氣資源將處于臭氧不達(dá)標(biāo)地區(qū)，這將使這些地區(qū)的頁(yè)巖氣生產(chǎn)停止，從而使其擁有頁(yè)巖氣資源卻不能利用［11］。

美國(guó)環(huán)保局（EPA）未能在2011 年7 月31 日前如期完成臭氧標(biāo)準(zhǔn)的修訂，而工業(yè)界人士和共和黨議員卻希望說(shuō)服EPA 將新標(biāo)準(zhǔn)推遲到2013 年。 雙方的爭(zhēng)議源于2008 年EPA 決定將8h 臭氧標(biāo)準(zhǔn)從0.084×10-6減少到0.075×10-6， 為其提供建議的EPA 清潔空氣科學(xué)顧問(wèn)委員會(huì)甚至表示不應(yīng)超過(guò)0.070×10-6。2011 年9 月2 日，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬要求EPA 撤回有關(guān)空氣中臭氧標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)管提案，政府表示關(guān)于保護(hù)公眾健康和環(huán)境的承諾仍然不會(huì)動(dòng)搖，但在經(jīng)濟(jì)持續(xù)復(fù)蘇的情況下，仍需要強(qiáng)調(diào)減少企業(yè)界面臨的監(jiān)管負(fù)擔(dān)和監(jiān)管不確定性的重要性。 但是，油氣工業(yè)界認(rèn)為取消臭氧排放條例只是暫時(shí)性地緩解了未來(lái)可能更加嚴(yán)格的監(jiān)管負(fù)擔(dān)，因?yàn)槊绹?guó)環(huán)保局要求最大限度地使用減排技術(shù)的提議仍在研究日程內(nèi)。 可以預(yù)見(jiàn)，業(yè)內(nèi)將持續(xù)關(guān)注臭氧標(biāo)準(zhǔn)變化對(duì)水力壓裂的影響［12］。

3 環(huán)境污染的補(bǔ)救措施

3.1 對(duì)壓裂返排廢水污染的控制

為了減少水力壓裂帶來(lái)的環(huán)境破壞，在每次壓裂完成之后，對(duì)水進(jìn)行獲取和重新利用，是一項(xiàng)比較重要的補(bǔ)救措施。 美國(guó)許多頁(yè)巖氣鉆井就建在傳統(tǒng)天然氣生產(chǎn)場(chǎng)所附近，因此，壓裂后的水能夠被捕獲、處理，并回收利用到下次水力壓裂中。 據(jù)估計(jì)，美國(guó)頁(yè)巖氣鉆探中，大約有70%的水來(lái)自水力壓裂回收的水。

每口井需要消耗（7.5～19）×103m3的水，其中的25%～100%需要回流到地面， 這些水必須進(jìn)行回收和處理。對(duì)于美國(guó)西部各州，特別是新鮮水供應(yīng)已經(jīng)非常緊張的地區(qū)，水力壓裂會(huì)使現(xiàn)有水資源進(jìn)一步緊張。 巴尼特頁(yè)巖區(qū)鉆井和壓裂過(guò)程的耗水量相當(dāng)于當(dāng)?shù)?8.5 萬(wàn)戶家庭的耗水量。 根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查的資料報(bào)道，得克薩斯州正密切關(guān)注鉆井過(guò)程中水的用量，由巴尼特頁(yè)巖鉆探公司組成的一個(gè)財(cái)團(tuán)開發(fā)了節(jié)約用水的最佳管理措施。馬塞勒斯頁(yè)巖氣生產(chǎn)區(qū)也采用了類似的方法。

水力壓裂形成的廢水通常有以下三種典型的處理方法：運(yùn)輸?shù)綇S區(qū)外的污水處理裝置進(jìn)行處理，其后將其封存在地下井中。 運(yùn)輸?shù)綇S區(qū)外的污水處理裝置進(jìn)行處理，再排放到地表水。 原地處理后重新用于水力壓裂或鉆井操作。 不同頁(yè)巖氣產(chǎn)區(qū)的水力壓裂回流廢水（含不同的化學(xué)試劑）要求有不同的水處理解決方案。 如在美國(guó)東部馬塞勒斯頁(yè)巖區(qū)一定要有處理極高含鹽量壓裂廢水的能力［13］。

據(jù)美國(guó)《烴加工》2011 年7 月1 日?qǐng)?bào)道，為了解決水處理相關(guān)問(wèn)題，一些領(lǐng)先的水技術(shù)公司推出了移動(dòng)式水處理裝置解決方案。 這些移動(dòng)式裝置用來(lái)處理和回收水力壓裂回流液和鉆井過(guò)程及其他工業(yè)操作過(guò)程中產(chǎn)生的含鹽廢水，這樣可以減緩新鮮水供應(yīng)緊張的問(wèn)題。 另外，美國(guó)一些大學(xué)，如得克薩斯A&M 大學(xué)、卡耐基梅隆大學(xué)和西弗吉尼亞州立大學(xué)也開始了該項(xiàng)目的研究工作，旨在開發(fā)新的、更有效的油氣鉆探和水力壓裂過(guò)程中的廢水處理技術(shù)。 一些公司，包括西門子水技術(shù)公司及GE 電力和水處理公司， 都推出了應(yīng)用不同技術(shù)的移動(dòng)式水處理裝置，能在原地進(jìn)行水處理并回用，不僅能減緩當(dāng)?shù)厮Y源緊缺、降低成本，還可以降低將廢水輸送到遠(yuǎn)處的封存井或水處理裝置過(guò)程中產(chǎn)生的溫室氣體排放。 西門子的解決方案采用浮選/過(guò)濾技術(shù)， 而GE的解決方案則采用蒸發(fā)技術(shù)。 每種技術(shù)各有利弊。

中國(guó)延長(zhǎng)石油集團(tuán)研究院通過(guò)對(duì)微界面絮凝、催化氧化、定向脫色、強(qiáng)化固液分離等技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)與配套技術(shù)研究，2012 年6 月中旬開發(fā)出集化學(xué)處理劑體系與設(shè)備為一體的高效污染物無(wú)害化處理技術(shù)，并自主研發(fā)成功YC-FC01 模塊化頁(yè)巖氣壓裂作業(yè)廢液回用處理設(shè)備。 該設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)思路，使用時(shí)可根據(jù)壓裂廢液性質(zhì)通過(guò)調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)各模塊之間的任意切換與組合。 它能針對(duì)不同壓裂體系的作業(yè)廢液采用相應(yīng)的化學(xué)調(diào)制劑處理，處理后的水質(zhì)可滿足壓裂液配液用水指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排及廢液循環(huán)利用。 該技術(shù)已在國(guó)內(nèi)率先用于解決陸相頁(yè)巖氣開發(fā)中壓裂作業(yè)廢液的處理難題。 YC-FC01 設(shè)備是一套室內(nèi)小試裝置，目前延長(zhǎng)集團(tuán)正在設(shè)計(jì)中試處理設(shè)備，擴(kuò)展后的橇裝式模塊化廢液處理設(shè)備可推廣應(yīng)用。 該技術(shù)可有效解決頁(yè)巖氣開發(fā)中壓裂作業(yè)廢液的處理問(wèn)題，節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約水資源，對(duì)實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣綠色開發(fā)、清潔生產(chǎn)與可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

3.2 對(duì)空氣污染的控制

美國(guó)環(huán)保局2012 年4 月18 日發(fā)布一項(xiàng)新法規(guī)，將對(duì)頁(yè)巖氣開采中，因使用水力壓裂技術(shù)所造成的空氣污染加以控制，這也是美國(guó)控制頁(yè)巖氣開采造成環(huán)境污染的首個(gè)法規(guī)。 該法規(guī)要求到2015 年，所有采用水力壓裂技術(shù)進(jìn)行開采的頁(yè)巖氣井都必須安裝相關(guān)的設(shè)備，以便減少可揮發(fā)性有機(jī)化合物及其他有害空氣污染物的排放，例如像苯和正己烷等。 環(huán)保局空氣和輻射辦公室副主管Gina McCarthy 在發(fā)布該項(xiàng)法規(guī)時(shí)表示，在頁(yè)巖氣田必須要安裝相關(guān)設(shè)備的同時(shí)，還可以捕集到具有較強(qiáng)溫室效應(yīng)的甲烷。 目前大氣環(huán)境中的甲烷主要是由于油氣開采泄漏造成的。 該項(xiàng)法規(guī)將對(duì)目前美國(guó)約13 000 口天然氣井產(chǎn)生影響。

美國(guó)環(huán)保局早在2011 年7 月就提出了對(duì)水力壓裂法氣井進(jìn)行控制的初步建議，當(dāng)時(shí)美國(guó)石油協(xié)會(huì)和其他行業(yè)協(xié)會(huì)都認(rèn)為這項(xiàng)計(jì)劃實(shí)施的時(shí)間進(jìn)度太緊。 因此美國(guó)環(huán)保署在最終頒布這項(xiàng)法規(guī)時(shí)，將具體實(shí)施時(shí)間推遲了兩年多，在此期間，這些氣井在生產(chǎn)中可以通過(guò)燃燒的方法減少甲烷和其他污染物的排放。 這項(xiàng)修改后的法規(guī)得到了美國(guó)天然氣協(xié)會(huì)和美國(guó)石油協(xié)會(huì)的贊揚(yáng)。 他們稱時(shí)間等方面的修改“能夠讓相關(guān)公司在生產(chǎn)國(guó)家急需的石油和天然氣的同時(shí)，又能減少污染物的排放”。 這項(xiàng)法規(guī)同時(shí)也得到美國(guó)環(huán)保組織的支持。 野生地球守護(hù)者的氣候變化和能源方案主任杰里米·尼科爾斯表示：“雖然未來(lái)兩年多， 這些氣井還將繼續(xù)燃燒甲烷而不是捕集，但從另一方面來(lái)說(shuō)，將這些物質(zhì)通過(guò)燃燒等方法除去畢竟也減少了向空氣中的排放。 ”他強(qiáng)調(diào)，現(xiàn)在該是工業(yè)界行動(dòng)起來(lái)， 加緊安裝新設(shè)備捕集這些物質(zhì)的時(shí)候了。 據(jù)了解，目前美國(guó)新氣井中約有一半已安裝了相關(guān)設(shè)備，以便在進(jìn)行頁(yè)巖氣開采時(shí)能夠根除可揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放，捕集空氣污染物及甲烷。

2012 年5 月15 日， 美國(guó)環(huán)保局發(fā)布了新的天然氣開采排放標(biāo)準(zhǔn)，要求運(yùn)營(yíng)商使用天然氣捕捉技術(shù)，以避免有害氣體逃逸到大氣中，威脅公眾健康。 這些氣體包括化學(xué)混合物、沙子和水在高壓下注入巖石中進(jìn)行壓裂釋放出來(lái)的碳?xì)浠衔铩?美國(guó)環(huán)保局局長(zhǎng)麗莎·杰克遜表示，過(guò)去逃逸出來(lái)的氣體污染了空氣。 新標(biāo)準(zhǔn)將通過(guò)捕獲這些氣體來(lái)保護(hù)人們的健康，也將把更多針對(duì)燃料供應(yīng)商的產(chǎn)品推向市場(chǎng)。 政府希望繼續(xù)擴(kuò)大全美天然氣等重要資源的生產(chǎn)。 新標(biāo)準(zhǔn)在支持這一目標(biāo)的同時(shí)，確保燃料生產(chǎn)不會(huì)威脅民眾健康。 美國(guó)環(huán)保局已更新了兩項(xiàng)清潔空氣法案，以控制天然氣井壓裂、鉆井和抽水等環(huán)節(jié)釋放的氣體。

美國(guó)每年大約有1.3 萬(wàn)口天然氣井進(jìn)行壓裂或再次壓裂。 在開采準(zhǔn)備階段，這些天然氣井會(huì)釋放出揮發(fā)性的有機(jī)化合物，形成煙霧、苯和正己烷等有毒物質(zhì)，可能嚴(yán)重威脅人類健康。 《清潔空氣法案》要求環(huán)保局為引起空氣污染、危及公眾健康的行業(yè)設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)，每8 年更新一次。 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布于1985 年。 更新后的《新能源性能標(biāo)準(zhǔn)》和《有害空氣污染物標(biāo)準(zhǔn)》要求，相關(guān)行業(yè)要捕捉天然氣的主要成分甲烷。 甲烷吸收的太陽(yáng)熱量是大氣中二氧化碳的20 倍以上。 新標(biāo)準(zhǔn)既可以通過(guò)成熟且具成本效益的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，又能降低實(shí)施成本，同時(shí)確保其可行性。 美國(guó)約有一半的壓裂式天然氣井已經(jīng)應(yīng)用。 這些技術(shù)不僅能減少天然氣井排放95%的有害氣體，還能令企業(yè)收集到更多的天然氣，通過(guò)再次銷售抵消成本。 美國(guó)環(huán)保局預(yù)計(jì)，新標(biāo)準(zhǔn)在2015 年全面實(shí)施后，相關(guān)行業(yè)每年將節(jié)省1.1×107～1.9×107$。

美國(guó)石油學(xué)會(huì)和美國(guó)天然氣聯(lián)盟于2012 年6 月4日共同宣布，對(duì)美國(guó)來(lái)自水力壓裂甲烷排放量新的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，它們比美國(guó)環(huán)保局的估計(jì)要低50%。 他們調(diào)查了廣闊的地理區(qū)域20 多家公司作業(yè)的91 000 口井， 許多數(shù)據(jù)來(lái)源是環(huán)保局最近估算的主要來(lái)源的10 倍。 由URS 公司和LEVON 集團(tuán)所作的調(diào)查發(fā)現(xiàn)， 來(lái)自兩個(gè)重要區(qū)域的排放比美國(guó)環(huán)保局的估計(jì)要低得多。 在液體石油卸貨過(guò)程中甲烷進(jìn)入大氣的排量要低86%，修井作業(yè)的排放量要少72%。 荷蘭皇家殼牌公司行政總裁Peter Voser 于2012 年6 月5 日在馬來(lái)西亞吉隆坡舉行的第25 屆世界天然氣大會(huì)的講話中表示， 雖然已無(wú)疑問(wèn)，在世界各地可以挖掘出頁(yè)巖氣這些豐富的天然氣儲(chǔ)藏，但社會(huì)不應(yīng)低估重大的投資和高度復(fù)雜的技術(shù)，需要采取安全和負(fù)責(zé)任的方式去做。 沃瑟指出，一些環(huán)保團(tuán)體對(duì)這些資源開發(fā)潛在的安全和環(huán)境影響口誅筆伐。 這導(dǎo)致對(duì)水力壓裂影響的一些誤解。 沃瑟稱，壓裂是一個(gè)已經(jīng)試用多年的技術(shù)。 最近引起更多關(guān)注的是溫室氣體排放，尤其是甲烷，它從頁(yè)巖氣生產(chǎn)中逸出。 沃瑟稱，使用成熟的技術(shù)可以顯著減少甲烷排放。 在美國(guó)懷俄明州的Pinedale 作業(yè)中，殼牌公司已安裝了一個(gè)系統(tǒng)，可用紅外攝像機(jī)檢測(cè)以幫助阻止甲烷泄漏。 但顯然仍需要更多的研究來(lái)了解天然氣行業(yè)甲烷排放的真實(shí)程度［14］。

3.3 國(guó)際能源局的評(píng)論

國(guó)際能源局于2012 年5 月29 日表示， 只有負(fù)責(zé)任地應(yīng)對(duì)相關(guān)問(wèn)題，頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)才會(huì)“加快發(fā)展”。 如果頁(yè)巖氣這種非傳統(tǒng)的燃料要走向興旺，開發(fā)者必須解決頁(yè)巖氣開采的社會(huì)和環(huán)境問(wèn)題。 國(guó)際能源局執(zhí)行主任Maria van der Hoeven 表示， 技術(shù)應(yīng)能應(yīng)對(duì)非常規(guī)天然氣生產(chǎn)與環(huán)境有關(guān)的問(wèn)題。 然而，她警告說(shuō)：“如果不妥善解決對(duì)社會(huì)和環(huán)境的影響， 則一個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)的可能性，是公眾反對(duì)頁(yè)巖氣和其它類型非常規(guī)天然氣的鉆探，這將使進(jìn)入軌道的非常規(guī)天然氣革命停止。 ”行業(yè)必須通過(guò)展示出色的表現(xiàn)，以贏得公眾的信賴，政府必須確保適當(dāng)?shù)恼吆捅O(jiān)管制度落實(shí)到位。 這些措施包括：充分的透明度，對(duì)環(huán)境影響的測(cè)量和監(jiān)測(cè)；當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)的參與；謹(jǐn)慎選擇鉆探地點(diǎn)和措施，以防止從井內(nèi)發(fā)生任何泄漏而進(jìn)入附近的含水層；嚴(yán)格評(píng)估和監(jiān)測(cè)對(duì)水的需求和廢水達(dá)零排放與最小的天然氣放向火矩的措施；以及改進(jìn)項(xiàng)目的規(guī)劃和監(jiān)管。 據(jù)稱，國(guó)際能源局的提法已獲得八國(guó)集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)人最近在戴維營(yíng)召開的首腦會(huì)議的贊同［15］。

國(guó)際能源局首席經(jīng)濟(jì)學(xué)家Fatih Birol，在其報(bào)告中表示，該機(jī)構(gòu)估計(jì)，額外的措施，可望使單一的頁(yè)巖井成本再增加7%，不過(guò)，對(duì)于較大型的開發(fā)其成本增加會(huì)低得多。提赫·比羅爾表示，如果遵循這些規(guī)則，非常規(guī)天然氣生產(chǎn)量將可望到2035 年增加2 倍至1.6×1012m3，但是，全球范圍內(nèi)，如果不生產(chǎn)頁(yè)巖氣，未來(lái)可能會(huì)保持靜態(tài)，則天然氣在全球能源結(jié)構(gòu)中將會(huì)削弱，價(jià)格將會(huì)上漲。

3.4 非常規(guī)氣清潔開發(fā)的黃金準(zhǔn)則

頁(yè)巖氣開發(fā)需要采用特殊的技術(shù)，由此會(huì)帶來(lái)新的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。 根據(jù)美國(guó)凈化空氣任務(wù)組織的研究成果，具體的環(huán)境表現(xiàn)為：溫室效應(yīng)、地面臭氧煙霧污染、地下水污染、地表水污染、局部地區(qū)水資源短缺。 必須對(duì)這些污染采取必要黃金準(zhǔn)則，具體內(nèi)容包括：采用全風(fēng)險(xiǎn)管理框架和最先進(jìn)技術(shù)刻畫地質(zhì)構(gòu)造；在完井期間及完井后，啟動(dòng)地下水監(jiān)測(cè)體制，以確保第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)地下水污染情況；采用嚴(yán)格的返排液處理標(biāo)準(zhǔn)，確保正常作業(yè)和意外泄漏導(dǎo)致的壓裂液和壓裂返排液及烴類排放與自然環(huán)境和地下水層隔絕；確保地表作業(yè)不影響淺部含水層；在非頁(yè)巖氣開發(fā)過(guò)程中，應(yīng)該在現(xiàn)有環(huán)境法案框架基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地制定環(huán)境保護(hù)政策［16］。

以上這些政策法規(guī)應(yīng)該在推動(dòng)上述標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施過(guò)程中起重要作用。 美國(guó)已通過(guò)修改法律關(guān)閉了著名的“哈里伯頓漏洞”；允許環(huán)境保護(hù)局依據(jù)《安全飲用水法》監(jiān)督頁(yè)巖氣開采活動(dòng)；也頒布《FRAC》法案，要求披露水力壓裂中使用的化學(xué)藥劑情況等。 這些經(jīng)驗(yàn)表明，頁(yè)巖氣開發(fā)對(duì)環(huán)境的影響從一開始就應(yīng)該考慮充分。 我國(guó)目前處于頁(yè)巖氣開采的初期階段，具有很好的環(huán)境和社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)，因此，現(xiàn)在就必須把甲烷、有毒化學(xué)物質(zhì)及水污染問(wèn)題納入管理體系。 總之，在一定程度上，頁(yè)巖氣監(jiān)督管理水平?jīng)Q定頁(yè)巖氣資源發(fā)展的未來(lái)。

4 結(jié)論

a）頁(yè)巖氣水力壓裂開采技術(shù)帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞問(wèn)題。 開采過(guò)程中甲烷和使用水中大量化學(xué)物質(zhì)的溢出將會(huì)嚴(yán)重危及公眾健康。

b）在頁(yè)巖氣勘探開發(fā)中，通過(guò)技術(shù)改進(jìn)減少作業(yè)用水量， 同時(shí)采取措施處置含有污染物的鉆探回收水，并防止有毒氣體泄漏。 國(guó)家層面必須建立符合國(guó)家實(shí)際的頁(yè)巖氣勘探開發(fā)規(guī)范。

c）美國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)展經(jīng)驗(yàn)表明，中國(guó)在頁(yè)巖氣開發(fā)初期就應(yīng)該把環(huán)境污染問(wèn)題納入管理體系。 加強(qiáng)頁(yè)巖氣開發(fā)過(guò)程中的環(huán)保技術(shù)，并制定相應(yīng)的法律規(guī)范，使頁(yè)巖氣開發(fā)技術(shù)更成熟環(huán)保。

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