我国页岩气开发环境保护及评价指标体系研究

2013-09-12贾冬冬

中国人口·资源与环境 2013年1期

董普贾冬冬

(中国地质大学(北京）人文经管学院，北京 100083）

页岩气作为储量巨大、具备商业开采能力的非常规油气资源之一已引起各国充分重视。据国外权威机构预测，全球页岩气约为456×1012m3，，美国是世界上页岩气开发最为成功的国家，2011年，美国页岩气产量超过1800×108m3。除北美的美国、加拿大以外，欧洲的德国、法国、波兰等一些国家也积极地大力进行页岩气的勘探开发工作。我国页岩气可采量大约为26万亿m3，面对如此巨大的页岩气资源，我国近年制定了国家页岩气发展战略规划，以期在页岩气开发上获得突破，页岩气特殊的开发方式导致其开发过程中不确定因素多，环评难度比常规天然气大，亟须建立专门针对页岩气环保方面的法规，目前我国在该领域还是一片空白。

1 页岩气开发所面临的环境风险

1.1 大气和气候污染

有美国前车之鉴，页岩气开发以及管理不当而导致的与空气和水相关的主要环境风险如下:

(1）温室效应。页岩气最基本、最重要的成分是甲烷气体，在开发和生产中由于各种原因可能导致甲烷释放和泄漏。目前全球气候变暖的三分之一原因是由于甲烷气体产生的。在美国，CATF(Clean Air Task Force）组织基于美国EPA(美国环境保护局）的估算，从石油和天然气生产过程中释放出的天然气是全球电厂释放出的二氧化碳导致全球变暖效应的35%。

(2）地面臭氧烟雾污染。主要由于天然气燃烧释放入大气中的氮氧化物、碳氢化合物等在特殊的气象条件下(强烈日光、无风或微风、夏季至秋初等），经过一系列复杂的光化学反应生成的。在美国的一些地区，由于页岩气的大规模开发导致的地面臭氧烟雾污染(比如氮氧化物和有机质组分），使得一些农村地区的臭氧烟雾达到了污染的临界值。

(3）有毒气体。放空天然气的燃烧以及使用柴油的钻井设备及卡车等都会产生大量的有毒气体和烟灰，天然气以及发动机燃烧也会产生有毒气体。

1.2 地下水污染

非常规天然气开发过程中的来自地层的流体、压裂液及天然气(甲烷）可能窜入水层并且对水层带来不利的影响。污染地下水可能的来源主要有:①固井和完井的不合理设计及管理;②压裂、钻井设备及大型设备的地面震动以及扰动(目前在美国已经有证据显示这些震动导致了当地井水的混浊）;③一些老的或没有封堵好的废弃井眼;④地表存在的一些水文通道，比如断层和裂缝区等。目前美国有关报道认为页岩气的大规模压裂开发会导致地下水的污染，但这仍旧是一个非常有争议的问题。不过可以想象，在没有严格的作业标准情况下，这类报道随着页岩气的开发将会越来越多。

1.3 地表水污染

页岩油气井的产出液、压裂液、常规钻井操作和意外的井喷等都会含有大量的污染物质，这些污染物包括压裂液中添加的各种化学药剂、天然气烃类物质、支撑剂、含有天然有毒物质的地层高矿化度水(比如放射性元素、有毒矿物质等）。如何处理这些含有污染物质的流体关系到地表水及地下水是否会受到污染。

1.4 局部地区的水资源短缺

目前页岩气主要开发技术是长水平井多段水力压裂，通常而言，每口井目前的压裂用水将高达几万立方米，甚至更多，比常规压裂用水量剧增。仅美国2007年水资源用量860.3×104m3，其中60% －80%的水会返回地面，含有大量的化学剂及放射性元素。如何处理日益增多的废水和压裂液是必须面临的问题，处理不当会造成环境污染。

2 页岩气环保开发的评价指标体系

页岩气环保开发的评价的目的是实施可持续发展战略，在页岩气战略实施过程中，充分考虑可能涉及的环境问题，预防页岩气战略实施后可能造成的不良环境影响，协调经济增长、社会进步与环境保护的关系。应当尽可能选择简单、实用、经过实践检验可行的评价方法，设计的评价指标体系具有科学性。

根据以上构建原则，充分考虑页岩气开发评价对象特点，结合页岩气开发的大背景，本文将整个指标体系分为水环境、大气环境、固体废物、自然资源与生态保护、生态环境保护与可持续发展能力建设等6方面指标。下又设有28个二级指标作为循环经济创新评价体系中的指标层，如表1所示。

3 页岩气开发环境目标与评价指标体系的权重判定

页岩气评价指标的权重判定权重是多指标综合评价中的一个重要因素，权重与变量值是影响评价结果的两大因素。在单项指标已经确定的情况下，权重的变化会导致评价结论的变化。

3.1 指标权重的确定方法

指标权重的确定方法一般不外乎两类:一种以主观经验确定权重，如Delphi法(德尔菲法）、经验权数法等;另一种是以各种数学方法为主确定指标权重，如AHP法(层次分析法）、人工神经网络、模糊综合评价法、灰色关联分析法等。这两类方法各有利弊，理想方法是将两类方法有机地结合起来确定指标权重。本文首先通过 Delphi法(德尔菲法）来确定各个指标，然后通过 AHP法(层次分析法）来确定各个指标的权重，从而提高指标权重的准确性。

3.2 权重计算的基本步骤

第一步，构建指标体系的递阶层次结构。递阶层次结构就是在一个具有 H层结构的系统中，其第一层只有一个元素，各层次元素仅属于某一层次，且结构中的每一元素至少与该元素的上层或下层某一元素有某种支配关系，而属于同一层的各元素间以及不相邻两层元素间不存在直接的关系。综合指标值不是各分指标简单相加，而是一种加权求和的关系。