页岩气开发：让人欢喜让人忧

来源:国土资源报作者:毛成栋张成龙周鑫汪恩满发布时间:2014-12-22

页岩气开采需要大量水资源

美国页岩气探井示意图

　　环球观察

　　页岩气现在是世界油气勘探领域的新热点，并随着美国页岩气开发的突破，引发了世界对页岩气勘探开发的广泛关注。但是伴随页岩气开发而来的环境问题也不容忽视。世界一些国家对页岩气开发亦喜亦忧，既看中开发增加当地就业和税收的好处，也担心开发付出的生态代价，所以非常重视环境监管。

　　页岩气开发：

　　既有快马加鞭的也有谨慎稳健的

　　美国是最早进行页岩气勘探生产和开发研究的国家,也是现今页岩气商业化开发最成功的国家。美国页岩气开发的成功并不是一蹴而就的，在20世纪70年代之前一直处于探索起步阶段。在1977年，随着美国能源部(DOE)、美国能源研究开发署(ER-DA)、美国国家地质调查局（USGS）等为首的组织和机构发起的页岩气研究与东部页岩气工程开发项目(EGSP)的实施，总结提炼出一系列重要的页岩气科研成果，从而带动美国页岩气产量的大幅度增加，正式迈入页岩气规模化发展阶段，在上世纪70年代末年产约19.6×10立方米。进入21世纪以来，美国页岩气勘探和研究迅速向其他地区扩展，页岩气产量处于快速发展阶段，截至2012年末，页岩气产量达到了2762×10立方米。

　　加拿大紧随美国之后，正在加快国内页岩气商业性开发步伐。在不列颠哥伦比亚省已超过22个试验页岩气试验区获得批准，初步形成了年产7.5×10立方米的能力；在艾伯塔省，2002年就已开始进行页岩气勘探开发探索，截至2012年，日产量已超过100×10立方米。

　　国外其他国家对页岩气开发持谨慎稳健的态度。澳大利亚尽管页岩气资源十分丰富，但对其勘探活动仍处于起步阶段，多数活动局限在库珀盆地、卡宁盆地以及珀斯盆地等地区。欧洲多数国家的页岩气勘探仍处于理论探索阶段，只有波兰、乌克兰、英国少数几国开始尝试页岩气开采试验等勘探开发工作。

　　我国页岩气资源也十分丰富，据美国能源署（EIA）评估，我国的页岩气技术可采资源量为36万亿立方米，超过美国排名世界第一；另据国土资源部油气资源战略研究中心在2012年发布的《全国页岩气资源潜力调查评价及有利区优选成果》：全国页岩气可采资源潜力为25.08万亿立方米（不含青藏区）。2009年8月，我国重庆市綦江县正式启动了首个页岩气资源勘查项目。虽然我国页岩气产业起步较晚，但受益于一系列扶持政策和产业规划的陆续出台，呈跳跃式发展趋势。截至2013年底，我国累计完成页岩气钻井285口，年产量达2×10立方米，同比增长700%以上。目前我国已进行两轮页岩气探矿权招标。

　　环境问题：

　　淡水资源大量消耗工业污水潜在威胁

　　页岩气储层除少数位于裂缝发育带可能具有较高的自然产能外，其总体基质孔隙度及渗透率是非常低的，一般页岩气藏均需人工压裂改造之后方能具商业价值。水力压裂是页岩气井最主要的增产措施，该项技术是通过地面高压泵组将液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在地层中形成深穿透、高导流能力的裂缝，使原来没有工业价值的气田具有一定的产能。水力压裂技术虽然对页岩气开发增产效果显著，但在环境破坏方面的“贡献”同样不小。

　　首先是淡水资源的大量消耗。在美国，采用水力压裂法的页岩气开采是耗水量最多的行业之一，每次液压破碎至少需要数百吨的淡水。即使对于日产量低于1万立方米的单井而言，每口井的平均压裂用水也会达到2万～4万立方米。页岩气井的寿命十分短暂，一般2～3年产量就会下降80%～95%，因此要不断打钻新井，用以维持页岩气田的生产量，美国海内斯维尔（Haynesville）页岩气藏每年需要新钻总井数1/3规模数量的气井，由此可知一个页岩气田巨大的用水量。如果页岩气区位于城市周边或人口稠密处，则对当地居民的生活是一个沉重的负担。

　　其次是压裂液的潜在危险。压裂液是水力压裂必备的化学添加剂，通常情况下，作为压裂液的核心化学成份有596种之多，除去94%左右的水，还有5.24%的砂子、0.05%的抗菌剂、0.05%的降阻剂、0.03%的盐酸以及0.01%的防垢剂。这些被注入页岩地层中的压裂液会随着时间推移融入到地下水以及蓄水层中，这一问题已在美国多个页岩气开采区中出现。压裂液不仅对地下水有着潜在的危险，对地表水也有一定的安全隐患。压裂返排液中包含了化学添加剂、石油烃类、高浓度盐类等主要污染物，这是普遍认为最难处理的一类工业污水。若不经任何处理排放返排液，则会破坏地表水环境；若在其排放前进行废水处理或回收利用，则提出了较高的技术要求和资金投入，增大页岩气开发成本。

　　此外，压裂频繁也会引发地震。在采用水力压裂法开采页岩气的过程中，小规模地注入液体可能会导致地震。在美国阿肯色州的页岩气采区3级以下强度的地震一年内发生了近千起，而在地质条件更为不稳定的地区甚至会发生3级以上强度的地震活动，这些频繁的小震引起了当地居民的惊恐与不满，导致了大量集体诉讼案件的出现。德克萨斯州南部的鹅溪油田、加利福尼亚州的威尔明顿油田等也曾因开采及注水引起邻近地区不同程度的地表破裂和地震活动。

　　环境监管：

　　美国重视立法以及标准欧洲各国表现拒绝姿态

　　从1969年开始，美国国会通过了一系列的环境立法，包括《国家环境政策法》、《沿海综合管理法》、《安全饮用水法》、《洁净空气和洁净水法》。针对于页岩气开发，《安全饮用水法》管理着页岩气生产活动中的液体地下注入；《洁净空气和洁净水法》管理着页岩气生产活动中的污水以及生产基地雨水的地表排放。

　　联邦层面的“通用型”环境法规不一定适用每个州的具体情况，美国各州在联邦监督下执行各自适用的环境标准，一旦州标准被国家环境保护局所批准，则州政府具有优先管辖权。各州对页岩气开发所有过程具有广泛的监督、审批和强制执行的权力，涉及气井钻探和压裂、生产操作、废弃物的管理和排放、气井的废弃等，比如阿肯色州要求公开披露水力压裂液体的化学成分；宾夕法尼亚州要求企业必须通过更换或恢复水源供应来对所破坏的水源进行赔偿等。
　　2011年9月8日，加拿大石油生产商协会(CAPP)宣布《页岩气开发水力压裂技术指导》。它的原则强调水资源管理，增强水和液体使用的信息披露力度，尤其突出其5大特点：通过合理的钻井孔施工管理对地表和地下水资源的质量和数量进行保护；尽量使用新鲜水替代物以及循环水回收利用；测量和公布水资源利用情况，减少对环境的影响；支持环保型压裂液体添加剂的开发；支持公布压裂液体添加剂的成份。魁北克省出于环境保护的考虑，于2011年暂停大部分新的天然气开发项目；不列颠哥伦比亚省虽然没有出台严厉的政策，但对新勘探的页岩气区块采取审慎开发的态度。

　　以注重环保闻名的欧洲各国则对页岩气表现出拒绝的姿态，在欧洲议会以及各国议会讨论中，欧洲多国明确表示禁止水力压裂技术在国内推广使用。法国出于安全考虑通过一项法律，成为世界上唯一一个立法禁止开采页岩气的国家，总统奥朗德在2012年度的环境会议上宣布，在他的5年任期内，法国仍将禁止开采页岩气。德国明确表态暂停国内页岩气生产，并计划制定关于水力压裂关键技术管理的规定。英国议会虽然支持国内页岩气开采，取消了对页岩气开采中水力压裂法的禁令，但附加了更为严格的监督条款。

　　借鉴与启示：

　　构建环境影响评价体系完善环境监管法律法规

　　页岩气规模化发展会伴随着一系列的环境风险，而环境一旦被破坏，其环境治理成本将远远超过资源开采的收益，因此借鉴国外页岩气环境监管制度，我国页岩气环境监管体系必须进一步完善，坚持页岩气开发与生态保护并重原则，稳妥推进页岩气产业健康发展。

　　推进页岩气环境影响评价体系建设。页岩气环境影响评价制度是指在页岩气勘探开采区域内，对环境影响范围、评价内容、审批程序、法律后果等一系列规章制度的总称。其宗旨是为了实施可持续发展战略，预防因页岩气勘探开采对环境造成不良的影响。对涉及页岩气开采现场的压裂、固井、套管、废水处理及排放、井场修复等关键环节进行严格监督，对井场环境有重大影响的作业，均应向当地国土、环境主管部门提供详细的环境评估报告，并及时向当地居民公开相应信息，鼓励公众参与监督。

　　构建页岩气开采环境治理保证金制度。为实现页岩气开发与生态环境保护协调发展，应尽早构建页岩气开采环境治理保证金制度，坚持“谁污染、谁治理”的原则，要求页岩气开采企业向国土资源主管部门缴纳环境治理保证金，环境治理保证金归属页岩气采矿权人所有，国土资源部门代管，存入银行专户，利息转入本金，实行专项管理，并在环境治理过程中逐步返还。当环境治理完成并验收合格后，本金及利息全部返还。环境治理保证金不等于资源补偿费，相当于矿业权人责任的抵押，提高了页岩气开采的门槛，保证了环境治理的顺利实施。

　　完善页岩气环境监管的法律法规。针对页岩气开发利用中的环境风险进行专门立法，构建专门的针对性制度。包括对作为页岩气开发核心技术的水力压裂法进行专门立法，制定土壤、水源、植被、空气等各项环境指标标准，定期动态调整废水排放以及有害气体排放的最低标准，严格规范压裂液组成的各种成分含量，对页岩气套管、固井、输送管道等材料和成分进行专门规范，构建环境监测和突发环境事件应急预案等的专门立法。

　　（作者单位：中国国土资源经济研究院　中国地质调查局水文地质环境地质调查中心）