页岩气开采的环境影响分析

陈 莉 任 玉

（1. 中国石油工程设计有限责任公司西南分公司，四川成都 610017；2. 中国石油新疆博州销售公司，新疆博乐 833400）

页岩气开采的环境影响分析

陈 莉1任 玉2

（1. 中国石油工程设计有限责任公司西南分公司，四川成都 610017；2. 中国石油新疆博州销售公司，新疆博乐 833400）

页岩气开发热潮席卷全球，页岩气开采过程是否会导致严重环境污染引起众多政府部门、专家学者和环保人士的争议，尤其是水力压裂法在页岩气开采中的应用。本文针对页岩气开采工艺技术，结合美国页岩气开采现状分析页岩气开采可能造成的环境污染，主要有：（1）大量消耗水资源；（2）污染地下水层；（3）甲烷泄漏；（4）引发地震。此外，就我国而言，还面临因地理环境限制和环境立法不足更易造成环境污染的可能。在页岩气勘探开发进程中，我们应重视页岩气开采的环境污染评估，争取以技术进步和相关环境立法来克服环境隐患。

页岩气开采；水力压裂法；环境污染

1 页岩气资源概况

美国能源信息署［EIA］2011年4月数据表明，当前全球（不包括俄罗斯及中东国家）页岩气可采资源量189万亿立方米。EIA估算中国页岩气储量约100万亿立方米（中国常规天然气资源量的2倍），其中可开采资源量36万亿立方米。页岩气勘探开发已在北美洲、亚洲、欧洲、南美洲、大洋洲等地区蓬勃兴起。从现有资料看，我国页岩气除分布在四川、鄂尔多斯、渤海湾、松辽、江汉、吐哈、塔里木和准噶尔等含油气盆地外，在广泛分布的海相页岩地层、海陆交互相页岩地层及陆相煤系地层也都有分布。

页岩气是以吸附或游离状态存在于泥页岩中的非常规天然气，具有资源潜力大、开采寿命长和生产周期长的优点。页岩气藏有别于常规天然气，在成藏机理和赋存特征方面有其独特之处，只能在特定条件下才能被开采出来。水平井钻井技术和水力压裂法是用于页岩气开采的核心技术。水平井钻井技术可以更好利用储层中的天然裂缝，并且井筒穿越更多储层，增加渗流面积，从而能够提高页岩气采收率。水力压裂技术是用高压液体使岩层裂开，高压液体中支撑剂保持住裂缝，使油气能够从裂缝中溢出。水平井水力多段压裂技术的广泛运用使原本低产或无气流的页岩气井更具有工业价值。

美国已成功实现页岩气的商业规模化开采，逐年剧增的页岩气产量改变了美国天然气供求关系，影响了美国的能源布局，甚至对世界能源格局产生重大影响。在美国页岩气开采获得巨大成功的示范效应下，在美国能源信息署公布多国具有巨量资源基础下，在迅速膨胀的能源消费需求作用下，以及持续进步的油气勘探开发理论和技术带动下，页岩气开发热潮席卷全球。我国国土资源部发布2011年第30 号公告，国务院批准页岩气为新的独立矿种，全面推进页岩气开发进程。然而，页岩气开发给美国带来日益突出的环境问题也在世界范围内引起争议，这是正在或即将开发页岩气资源的国家都不能回避的问题。

2 页岩气开采对环境的影响

油气开采过程中或多或少都会因为噪声、废水、废气及开采事故灾害而对环境造成污染。众多专家和环保人士针对页岩气的开采过程和工艺，提出页岩气开采更加严重污染环境。美国2011年最热门的环境问题就是水力压裂法开采页岩气，某些地区的页岩气井因环境问题已暂时关闭。法国和保加利亚政府发布禁令，禁止水力压裂法在页岩气开采中的使用，相当于在目前技术条件下否定页岩气开采。但迄今为止，没有权威政府部门给出页岩气开采污染环境的明确说法，以致有关争论越演越烈。

2011年4月，康奈尔大学的罗伯特·哈沃斯研究小组在公布的一份关于页岩气的研究报告中痛批开发页岩气的数个弊端，包括会加剧气候变化、破坏地下水资源等。5月4日，总部位于伦敦的全球变暖政策基金会（GWPF）发布报告的结论与哈沃斯完全相反，认为页岩气是一种“储量丰富、廉价且对环境友善的能源”。美国公共土地运动立法代表本特利·约翰逊称：“虽然在燃烧过程中，页岩气比一般化石能源排放的温室气体少，但是在开采和运输过程都是能源密集型的，而且存在污染隐患。”而中国地质大学（北京）张金川教授认为页岩气开发利用带来的负面环境影响是各种化石燃料能源中最小的一种。

根据现有资料和实例分析，页岩气开采可能存在四个环境问题：大量消耗水资源、污染地下水层、甲烷泄漏以及引发地震。

2.1 大量消耗水资源

开采页岩气所用水力压裂法中的压裂液主要由高压水、砂和化学添加剂组成，水和砂含量99%以上。开发页岩气用水量极大，每口页岩气井需耗费四、五百万加仑（1加仑约合3.78升）的水才能使页岩断裂。夏玉强博士研究过美国页岩气开发过程中的环境问题，他认为页岩气钻探大量消耗地表水或地下水，很可能影响当地水生生物的生存、捕鱼业、城市和工业用水等。页岩气开发行业正试图减少气井钻探以及水力压裂带来的环境足迹，如在每次压裂完成之后，30%-70%的水回流被获取再次利用，但也不能否定水力压裂法大量消耗了水资源。

2.2 污染地下水层

有关石油公司将水力压裂使用的压裂液中的化学添加剂看成商业机密，而不对公众披露，而正是这些化学物质可能造成地下水层污染。

水力压裂过程中，化学物质可能直接通过断裂、裂缝系统自地下深处缓慢向上运移至地表或浅层，也可能页岩气采气管道因质量问题或操作不当而破裂和空洞，化学物质也会泄漏到地下水层中，污染河流、湖泊、蓄水层等水资源。水力压裂过程完成之后，大部分压裂液回流到地面，其中不仅有压裂液中那些化学物质，还有地壳中原本含有放射性物质和大量盐类。这些有毒污水先储存在现场，然后再转移到污水处理厂或回收再利用，过程中可能渗入地下或随雨季到来外溢，进而污染地下水。

天然气开发公司坚持认为开采活动并未污染地下水，因为地下水资源有介于蓄水层和更深的页岩天然气储量之间的岩石保护，开采过程不会使两个地质层相互连接而使化学物质和地下水混合。如果某处地下水由于水力压裂液体污染，多数可能是由于不合理的施工而不是水力压裂本身。不管是技术本身问题还是操作失误，美国多个页岩气开发地区的实际情况说明当地地下水确实因为页岩气开采而受到污染。美国环保局在事实面前也不得不表示：“根据已有证据，水力压裂很有可能影响到地下水”。更可怕的是在可预见的未来，地下含水层污染是永久性的，不能被清理干净。

2.3 甲烷泄漏

甲烷是一种比二氧化碳更强大的温室气体，甲烷逃逸到大气中会加剧全球变暖，甲烷渗入地下蓄水层，会造成地下水污染。页岩气以甲烷为主要成分，页岩气井泄漏的甲烷比常规井要多。甲烷泄漏可能来自页岩气开发过程中的故意排气，设备泄露，或者水力压裂过程。

美国康奈尔大学的研究人员安东·因格雷夫及罗波尔·哈瓦斯在《气候科学》的文章中表示：“页岩气生产过程中所产生的甲烷大部分都被排放到大气中，而不是捕捉用做燃料。”美国环保局在报告中也承认，严重低估了页岩气开发中的甲烷排放。采气管道需要穿过含水层才能到达更深的页岩层，如果管壁因质量问题或者操作不当而破裂和空洞，气井内壁的混凝土没有铺好或者老化而剥落，甲烷都有可能泄露到含水层中。水力压裂过程打开的新裂缝连接天然存在的裂缝，可能提供甲烷向上渗入地下水层的通道，而且甲烷也可能溶解在废水中因压裂液回流而释放到大气中。

杜克大学环境科学教授Robert Jackson在宾夕法尼亚洲北部和纽约上洲的马塞勒斯和尤蒂卡页岩结构的蓄水层中，找到页岩气开采导致甲烷对饮用水污染的系统性证据，钻探地点附近的甲烷污染程度是没有钻探地点水井水样的17倍。

2.4 引发地震

在美国阿肯色州、宾夕法尼亚州、俄亥俄州、俄克拉何马州等地区的页岩气开发中广泛使用了水力压裂技术，而这些地区出现一连串轻微地震，理论上表明水力压裂和地震之间具有关联性，但具体原因还未查明。专家表示，地震不一定是由水力压裂过程引起，而可能是水力压裂使用过的大量压裂液的处理，当打入地下深井会导致地层应力不稳定而发生微震。当然，水力压裂过程是否导致地震还存在争议，需要更多证据。

3 我国页岩气开采面临的环境问题

页岩气资源在中国受到如此重视的原因在于国内页岩气资源量大，能源消费增长快，减排压力大，需要降低石油和煤炭资源依赖度。在页岩气开发的美好前景前，我国页岩气开采面临的具体环境问题被忽视了。我们不仅面临上述四种可能的环境问题，还有地理环境限制和环境立法不足等问题，这些都是页岩气开发中的环境隐患。

页岩气开发对当地自然条件有很强的依赖性。页岩气开采需要井数很多，钻井和生产作业对地面影响较大。巴耐特页岩气田是目前世界上开发最成功的页岩气田，也是美国目前产量最大的页岩气田。国际能源署对其分析说明页岩气产量与钻井数量和压裂规模密切相关，页岩气藏需要的井数为常规气藏的10倍，井距较小。美国页岩分布地区地表条件优越、地势平坦，地广人稀，而我国优质页岩分布地区多复杂地形，地势高差大，人口分布密集，如蜀南、鄂西、贵州、重庆等地区，页岩气埋藏深度较美国更深，保存条件也不够理想。所以，大规模钻井会对人口密集地区产生干扰，增加当地对基础设施的需求，也易诱发山体滑坡等地质灾害。另一方面，页岩气开发能否成功的关键之一就是大量水资源，中国页岩气田的分布与缺水地区的分布重合比较多。在水量相对充裕的长江流域，只在四川和江汉盆地发现了页岩气，而在西北、华北地区，页岩气储量丰富，水资源却相当紧张。所以，在不干扰当地工农业正常用水的前提下，供水能力不一能保证满足页岩气井的钻探与水力压裂用水。

与美国页岩气蓬勃发展相伴而来的是环境问题，美国已着手修改页岩气开采的环境法律和政策。中国目前实施的水资源和环境保护法律，以及正在制定的《石油天然气开采业污染防治技术政策（征求意见稿）》等，都没有考虑页岩气开采引起的环境问题。

4 页岩气开采的利益—环境博弈

页岩气开发是政府、公众和油气企业之间关于利益和环保的博弈。政府必须在能源发展和环保间找到平衡，有责保护国家资源和公众健康，监管油气企业页岩气开发过程，严格执行环境保护规范，抵御规定外操作，提高群众参与度，尊重群众意见，以追求社会效益而不仅是经济效益为旨。公众要理性看待页岩气开发，不能听信环保人士“片面之言”对它全面否定，也不能被页岩气开发后带来气价降低的优点迷惑，公众要提高自身的环境意识，监督油气企业页岩气开发过程，维护自我财产生命安全。油气企业是页岩气开发的主导力量，不能因担心推高页岩气开发成本而忽视环保，吝于支付较高的环保费用和技术服务费，应严格遵守国家环保法律政策，有责如实对公众披露页岩气开发过程中的环境问题，不能欺上瞒下。

5 结束语

页岩气的商业化开采可缓解油气资源短缺，保障国家能源安全，满足经济发展需求，其脚步已无法阻挡。水力压裂法是否污染地下水，页岩气开发是否引发地震即使美国环境署和地质调查局也没有明确答案。但我们在大力推进页岩气资源开发进程，寻求高效经济时，不能忽视页岩气开采可能带来的巨大环境问题，治理速度赶不上污染速度，事后补救成本远高于事前预防。我们需高度重视页岩气开采潜在环境污染评估，发展相应的环境保护技术和环境立法。当然，还要大力发展页岩气开采技术，特别是水力压裂替代技术，依靠技术进步来从根本上避免环境污染。

总之，页岩气开采可能造成的环境污染主要有：（1）大量消耗水资源；（2）污染地下水层；（3）甲烷泄漏；（4）引发地震。就我国而言，同时还面临因地理环境限制和环境立法不足更易造成环境污染的可能。因此，在页岩气勘探开发进程中，我国应高度关注和重视页岩气开采的环境影响评估，尽力以技术进步和相关环境立法来减缓其环境影响和防范环境污染隐患。为此建议：一是编制我国页岩气资源战略调查和勘探开发中长期发展规划。在认真分析世界页岩气勘探开发的态势和我国现状的基础上，科学评价和分析我国页岩气资源潜力，开展页岩气探明储量趋势预测研究，编制页岩气资源战略调查和勘探开发中长期发展规划。二是高度重视潜在环境影响，建立加强页岩气开采环境影响评价管理。鉴于目前在科学上对页岩气开采的环境影响后果认知较少，在技术上预测和控制其潜在地质、生态、环境及安全影响缺乏手段，应严把环境影响评价关，加强对页岩气开发的环境影响评价管理。三是加强现在运行项目的环境监管，完善页岩气勘探开发项目的环境管理规定。目前我国在页岩气勘探开发项目选址、安全、监测等方面还缺乏相关法律法规，或现有法律法规缺乏相关规定，对页岩气勘探开发项目在审批、核准等方面缺乏针对性规定，对捕获、运输、封存等过程的环境影响与环境风险缺乏监管。四是加快制定页岩气技术标准和规范。同时，密切关注世界页岩气发展动向，建立和完善页岩气国际合作交流机制。

［1］ 张鸿翔．页岩气：全球油气资源开发的新亮点—我国页岩气开发的现状与关键问题［J］．战略与决策研究．2010, 25(4):406–410.

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Analyzing the Environmental Implications of Shale Gas Exploitation

CHEN Li1REN Yu2
(1. CNPC Engineering Company Limited Southwest, Sichuan Chengdu 610017;2. PetroChina Xinjiang Bo state sales, Xinjiang Bole 833400)

Shale gas development booms in the global. Many government departments, experts and environmentalists argue whether the shale gas exploitation results in serious environmental pollution or not, especially the application of hydraulic fracturing method.This paper mainly discusses the environment pollution which resulted by shale gas exploitation possibly, considering the shale gas exploitation technology and status of U.S shale gas exploitation. These pollutions are large water consumption, underground water pollution, methane leak, cause earthquake. Our country may be more likely to cause environmental pollution because of the geographic restrictions and environmental legislation shortage. In shale gas development process, we should pay more attention to the environment pollution assessment of shale gas exploitation, and strive for the technological progress and environmental legislation to overcome environmental harm.

shale gas;hydraulic fracturing; environment pollution

X820.3

A

1673-288X（2012）03-0052-04

陈莉, 硕士, 助理工程师, 研究方向: 技术经济评价