非常规油气资源开发下的水土保持功能研究

王甲山，全凌艳， 邹 倩

(东北石油大学 经济管理学院，黑龙江 大庆 163318)



非常规油气资源开发下的水土保持功能研究

王甲山，全凌艳， 邹 倩

(东北石油大学 经济管理学院，黑龙江 大庆 163318)

在加大对非常规油气资源的开发的同时，水土保持等生态环境问题也日益突出，其开发的地质复杂、技术需求高、综合利用低等特点要求建立与非常规油气资源开发配套的水土保持机制。非常规资源开发下通过土地、土壤、植被、水等因素对水土保持功能产生巨大的影响，要求采取制定保持水土功能计划、加大政府支持力度、开发核心技术等措施保持水土，以促进环境与经济协调发展。

非常规油气资源；水土保持功能；水土流失

随着常规油气资源的迅速消耗，全球油气资源的开发已经发展为由传统为主向常规与非常规并重的局面，非常规油气资源的大量开发将致使大面积占用土地、破坏地表植被、污染土壤及地下水、降低涵养水源能力、加重水土流失等问题，甚至出现地质结构变化而引发地质灾害。非常规油气资源开发的特殊性决定其对环境的影响较常规油气更深远，其中对水土保持功能的影响也较为突出。因此，有必要深入研究非常规油气资源开发对水土保持功能影响。

一、非常规油气资源界定及其开发特点

非常规油气资源在油气藏特征或成藏机理方面区别于常规油气资源，是采用传统开采技术通常不能获得的经济产量的油气藏，但两者之间的界限可随技术水平和价格的变化而变化，不同国家对其极限的设定也不尽相同，例如我国大部分致密砂岩中的石油、天然气可被开发，便不再强调其非常规性，本文主要以我国普遍对页岩油、页岩气、煤层气等非常规油气资源开发状况为例进行分析。

我国油页岩资源约7199.37*108t，居世界第四位，仅次于美国、巴西和爱沙尼亚，我国埋深1500 m以内的煤层气可采资源量约 10.9 ×1012 m3[1]，2 000 m 以内的煤层气地质资源量约36.8 ×1012 m3，居世界第二位，资源储量丰富，但油气资源开采状况却呈倒三角式分布，如图1所示，顶部为常规油气资源储层，质量和资源品质好且易于开发，但储量少。随着储量的增大，储层质量和资源品质下降；非常规油气资源处于三角底部，一般呈大面积分布，储量丰富，开发具有以下特点：

图1 油气资源三角分布图

(一)开采连续且不集中

非常规油气资源空隙小、喉道小，没有统一的汽油水分离状态，呈现大面积连续分布但不集中。

(二)地质开采复杂

其一，非常规油气成藏条件复杂，储层物性差，开采难度大；其二，主要在沉积盆地内的斜坡与向斜区大面积连续分布，以盆地丘林为主，地质条件复杂。

(三)技术需求高

地质构造复杂要求技术的先进性，而不同类型的非常规油气资源需要不同的技术支持，要求技术的针对性，这就大大提高对技术的需求。

(四)综合利用低

特殊的地质条件和我国现有技术限制，开采的难度大，且资源品相低，开采过程中伴有浪费现象，导致综合利用率低。如煤层气的开发通常使用“先抽后采”的方法，过程中抽出率不高和采煤中气体流失使得抽采率低，而浓度过低则使煤层气利用难度大，综合利用差。

二、非常规油气资源开发对水土保持功能的影响分析

(一)非常规油气资源的开发对水土保持功能的影响机理

水土保持功能是指水土保持设施、地貌植被所发挥或蕴藏的有利于保护水土资源、防灾减灾、改善生态、促进社会进步等方面的作用[2]。主要包括以下几个方面：保护水土资源功能，即预防和减少水土流失，提高土壤水源涵养能力、质量及其生产力等；改善生态功能，即确保常水流量和水质，增加植被覆盖率、改善生物多样性等；防灾减灾功能，即减轻风沙、滑坡泥石流、塌方甚至地震等灾害；促进社会进步功能，即优化土地利用结构和农村生产结构，促进农村经济发展，改善城乡生活环境，保障经济社会可持续发展等，其中，水、土壤、植被等因素是影响水土保持功能的决定性因素。

非常规油气开发对水土保持功能的影响体现在破坏水土资源、影响生态环境、引发自然灾害、影响生产生活四个方面，主要通过作用于土壤、植被、水等因素对其水土保持功能产生影响，具体如图2所示。

图2 非常规油气开采对环境影响图

非常规油气资源的开发需要大量占用和开发土地，破坏地表植被，土壤功能下降，涵养水源能力减弱，直接造成水土资源的流失，降低土地生产力，水土资源功能受损；污水的排放污染地表水和地下水，并反作用于土壤和植被，造成水质下降，植被生长环境改变，森林覆盖率降低，破坏生态平衡；开发过程改变原有土地的利用方式，导致农业生产结构发生变化，甚至改变地质结构，引发地质灾害，影响周边人类生产生活和经济的发展。非常规油气的开采过程极易通过破坏和污染造成水土流失，破坏生态和社会平衡，最终反作用于人类，形成恶性循环。

(二)土地利用的影响

1.土地占用的影响

(1)占用地形特殊。非常规油气有别于常规油气，主要在沉积盆地内的斜坡与向斜区大面积连续分布[3]，以盆地、丘陵山地为主。我国页岩气主要分布在位于或接近于盆地的沉降沉积中心，如鄂尔多斯、渤海湾、松辽、塔里木、四川、准噶尔等油气盆地，南方多位于像长宁、威远这样的丘陵低山地，耕地肥沃但面积不多，交通和水源受限，且人口相对稠密，造成井场选择受限，钻前工程量大、成本高，而且受到环境因素制约多。在开发非常规资源的过程中首先进行配套常规设施的建设，如页岩气开发需要建设水力压裂设施，并建立相应的勘探区和开采区，必将占用土地改变原有土地利用类型。煤层气多分布在具有生气能力的煤岩内部，大都集中在华北和西北干旱地区，相对水源缺乏，其开发所建钻井、完井、压裂、排采等设施更是改变土地利用类型，容易使风力侵蚀造成土壤剥蚀和搬运，影响防风固沙等水土保持循环。

(2)占用面积较大。页岩气沉积一般是大面积且连片的，页岩气井水力压裂过程中还需要大量大型施工设备，需要挖掘配套的压裂液储蓄池，对压裂设备进行布置等，与常规油气相比，钻井面积更大，占用土地面积也就相对更大。美国曾有研究，把道路、平台及管道建设等用地因素包括在内，一口页岩气井平均使用约16.2公顷的土地，而我国页岩油气、低渗透天然气等非常油气资源开发在鄂尔多斯大牛油田、胜利油田、苏里格南等区域实现“井工厂”标准化作业，但绝大部分仍然处于分散化作业，标准化井厂设施和地面工程的生活设施、井场道路与井不能有效的占地，合理利用土地，从而使土地占用面积增大。

(3)占用时间长。页岩气开发周期一般30—50年，且因其储物性差、孔隙度和渗透率低开采所需技术要求高，因此在资源勘探开发施工建设过程中简历的井场、计量站、集气站、抽水站、集中处理站等建设占地以及辅助工程设施占地，在时间和技术难度的影响下，属于长久性占地，各种设施占用的土地长时间的对土地的占用会影响人们生产生活。

2.地表植被及土壤的影响

(1)破坏地表植被，影响生态平衡。页岩气的勘探、开发和生产过程需要建设井场建设、道路建设、开采平台和铺设管道等基础设施，地面的开挖和回填等地面工程会对土壤原有层次进行破坏，使不同层次的土体混和从而影响原有耕层土壤的肥力；煤层气原岩的煤岩形成于适应植物生长的沼泽环境，在对其开发过程需要将植被铲除，植被的破坏降低沼泽的涵养水分保持水土的能力，降低土壤肥力。无论是大面积长时间的占用土地还是施工过程中机器的碾压和施工作业队土壤的扰动都会对地表植被产生破坏，影响土壤的紧实度，造成土壤扰动，改变土地利用类型，导致水土流失、地表沉降和自然灾害等环境问题，从而影响动植物生存环境，破坏生物多样性，倘若处在农垦区，还会占用大量的耕地资源，加剧土地矛盾，影响生产生活，破坏生态平衡。

(2)污染土壤，影响植被生长环境。油页岩可通过地下或者露天进行开采，采取任意一种开采方式，生产过程中都会使用或产出的各种污染物质(油污、压裂液、返排水等)，这些污染物会随地下水运动到地表，不仅会污染地表土壤，还会使地下水水位下降，扰乱地下水平衡系统，影响植被生长的水土环境，还有可能导致周围地面、湖泊中硫酸盐含量超标。另外，油页岩干馏炼油和燃烧发电也可能引发炼油污水排放，严重污染土壤，影响植被生长的环境。如在页岩油的开采过程中，稠油黏性大，而地质复杂加上降水稀少，落地原油一般仅在洒落范围内对表层土壤造成严重污染。

(三)水循环系统的影响

油气田开发过程中石油开采工程正常运行情况下，短期内一般不会对地下水产生影响，但长期技术性开采作用于特殊的地表结构，很可能影响地表结构，造成地表下陷，污染地表水和地下水，影响水系统循环开采过程通过两种途径对地下水产生影响，一是泄漏于地表，一是反排地下。

1.泄漏于地表

页岩气的开发目前已应用大规模水力压裂技术，需要用地面高压泵把水和沙制成压裂液，其中包含大量化学物质，并将其注入岩石深处进行压裂，水作为主要因素耗费量巨大，一次便高达数百万吨，而非常规油气所处地质的复杂性及脆弱性决定在开发过程会造成地质结构的改变，页岩油多数位于西北及东北干旱缺水地带，岩石的压裂形成地下水降落漏斗区，地表下陷加之土壤空隙大，污染物会随地表径流流经大量区域，并残留在地表土壤，严重影响植物的供水环境，威胁其生存，加速荒漠化进程。

2.反排于地下

页岩气采用水力压裂法，部分污染物会从地表并深入土壤、进入地层，返排于地下，污染地下水。在压裂完成后会有10%～80%注入液经流地下水返回地表，其中包含压裂液中的大量化学物质与地下一定量的重金属、烃类化合物等有毒物质，还可能含有笨、铀、K盐等放射性物质，地表下陷加速了地表水和地下水的循环的速度，为有毒物质进入地下水并通过地下水再度污染地表水提供条件。这些有毒物质不仅危害土壤和水质的安全，还有可能对周边的动植物甚至人类的生存环境产生威胁，加速水土流失，导致生态环境恶化。

(四)地质结构的影响

非常规油气资源分布面积广且不集中，大规模分散化的开采受地质条件的限制，易在开采过程中引发断层活化、地表活跃，极易改变地质结构，引发地表下陷和塌方，严重时可能诱发地震和滑坡等地质灾害的风险。

1.引起下陷和塌方

页岩地层岩性硬脆、层理发育，且存在一定垮塌周期，因此在钻井过程中极易出现垮塌[4]，且页岩对流体敏感性强，水基钻井液长时间浸泡易导致页岩膨胀，出现坍塌。如我国四川盆地威远、长宁龙潭铝土质泥岩极易水化膨胀，引起垮塌。威201-H1井尽管采取相应的防踏体系来预防塌方等地质灾害的出现，但受地质条件的限制，仍旧在开采过程中出现井壁垮塌事故。南方人口稠密，塌方的出现影响地质环境问题，降低水土保持能力，迫使当地居民搬迁，破坏当地稳定生态环境，影响群众生产生活。

2.引发地震和滑坡

出于地震在全球开发的时间频率考虑和页岩气开采深度与诱发地震震源深度有较大差度的考虑，我国乃至国际对此结果有很大争议。美国页岩气开采历史长规模大，美国地质调查局对拥有的3.5万口页岩气井所在地区进行了监测，并在2013年4月16日的美国地质学年会上发布一份报告认为由于人为活动美国中西部地区近十年来的地震现象频发。调查显示，以2000年为限，前三十年该地区平均每年地震次数为21，自开发页岩气资源以来直到2011年，地震次数每年呈递增趋势，2011年高达134，且高震级的地震次数也有所提高，而美国其他开发非常规油气资源的地区也相继出现微震，如美国阿肯色州、宾夕法尼亚州，这不仅引起美国重视，也需要引发我们的思考。我国页岩气开发尚在起步发展阶段，须借鉴发达国家先进的研究成果，且我国大部分页岩气资源位于四川盆地等西南地区，本是地震频发，若加注非常规资源开发很有可能引发地震等大灾害，引发山体滑坡、造成地表开裂，毁坏农田房屋以及建筑设施，增大水土流失面积。

三、预防对策

为保持水土，保护生态环境、促进人与自然和谐发展，必须科学综合运用宏观调控政策，调整生态环境保护和非常规油气开发之间利益关系的环境经济政策，完善水土保持机制，协调开发与保持水土之间的关系。

(一)制定保持水土功能计划

1.合理占地，统筹安排

对永久性占地进行合理的规划，在过程中应尽量避开植被生长状况好的地区和水土流失严重地带，如果无法避免应该在建设过程中尽可能将建设面积控制，外部集输管线和现有管线合并，找到非常规油气资源的密集地，统一开发，统筹安排。如在一个盆地同时有煤层气和页岩气，开发同一口井同时进行开采，从而节省土地，保持水土，发展标准化作业，多口井公用生活设施和地面工程，建设井场面积，合理保证土地资源。

2.合理处理污染物

建立严格的监控程序，开发非常规油气资源产生的废水进行处理，不达标绝不排放，对不能处理的污染物进行集中治理；加大对井场卫生的整饬力度，坚持“谁污染，谁治理”的原则，减少生活垃圾的污染；道路两边、井场周围努力植树造林，为涵养水源保持水土提供条件，保持土壤肥力。

3.加强对地质灾害预防和处理

在非常规油气资源开采前，对地质条件进行分析，对地质薄弱地区建设保护设施减少开发对地质条件的影响。当采用先进的开采技术后仍产生地质灾害时，进行灾后水土保持设施重建，并根据受灾区地质条件区别治理。在平原地区恢复草木种植，发展畜牧业，在缺水山区地区，可以种植当地林木，植树造林，发展林业[5]，在多水丘陵区，可以修建蓄水池发展灌溉业，修建鱼塘发展渔业，因地制宜，提高森林覆盖率，涵养水源保持水土，改善生态环境。

(二)加大政府政策支持力度

1.加强税种改革

非气资源开发面临成本高、开发难度大等问题，国家税收政策不完善会导致在成本负担过重的情况下企业忽视开采带来的水土问题。改革资源税，将涉及植被、土壤等资源纳入征税范围，并对煤层气之外的其他非常规油气资源开采据开采难度实行减征，必要时免除；开征环境税，“改费为税”取缔排污费，制定“环境保护税法”，开征独立的环境税[6]，完善环境治理的税收政策。这样既增加企业环境污染破坏的代价，保持水土，又相对减少非常规油气企业开采成本，为企业负担水土保持责任提供前提。

2.完善税费优惠政策

2014年国务院提出加大政府对非常规油气资源勘探开发的支持力度，并出台《水土保持补偿费征收使用管理办法》，提出对容易发生水土流失等生产建设项目和活动征收水土保持补偿费，但仍存在局限性。需要建立统一名称和征收标准的补偿制度[7]，按油气开发阶段差异化计征，并根据非常规油气品相、所处地质条件给予优惠政策和对其开发过程中水土保持恢复活动的补贴。从前期的勘探、开发、开采及环境的治理都需要政府的支持，不断将国际开采非常规油气资源的先进技术与我国独特的资源分布和复杂地势相结合，促进非常规油气的绿色开发。

(三)结合油藏特点形成核心开采技术

引进先进的开采技术如钻井技术、储层改造技术、排采技术、储层压裂及重复压裂技术等，形成中国核心技术。美国页岩气分布德克萨斯州、宾夕法尼亚州等平原地区，而我国非常规油气资源北方多集中在盆地，南方多集中在山地丘林，储量虽大，但因地质环境复杂开采难度大，美国钻井设备简化与规模化开采模式难以照搬，这就受到本土成藏特点和开采技术的限制。吸收美国“井工厂”技术在开发致密砂岩气、页岩气中运用的经验，依据我国岩脆性较高、脆性指数大等限制条件，建立评价技术，采用地质、测井等方法评价源岩的性能、含气量、分布范围和丰度等参数，以确定储层性能和开采的有利区域；深入学习分段压裂技术、水平井钻井技术和物探技术，在分析我国成藏机理的基础上把我国特殊的地质环境和先进技术结合起来，开展个性化设施和配套技术的研发，实现“井工厂”钻井技术有效化运作，减少井场面积，最大程度在保持水土的基础上实现资源开发。

(四)正确处理开采过程中的经验教训

在页岩气、煤层气、页岩油等非常规资源的开发过程中出现许多经验教训，通过对其的学习深入了解，对以后开发过程将出现的问题有效的预防。威201-H1井是国内第一口页岩气水平井，因为对其页岩力学特性认识不足，页岩岩石应力、垮塌机理缺乏认识导致大斜度段页岩严重垮塌，通过对页岩岩石特性和垮塌机理等研究对页岩油和页岩气开发提供依据，预防和避免以后坍塌甚至地震等事故的发生，无形中减少水土流失的可能。

非常规油气资源作为以后油气资源的重要接替对象，开发前景可观，但其开发的特殊性又决定了在开发过程中带来的环境隐患较常规油气资源更大，资源开发过程仍存在土地不合理利用、植被破坏、土壤及水循环系统污染、灾害频发等现象，导致水土流失问题严重，生态危机加剧。为实现绿色发展，需要坚持“计划为主、政策为辅、防治结合”的原则，依据非常规油气资源开发的特点，运用行政手段加以调节，制定计划、加大政策、依靠技术，以期实现在保持水土的生态平衡下满足经济需求。

[1] 黄鑫,董秀成,肖春跃,钟水清,李克智. 非常规油气勘探开发现状及发展前景[J]. 天然气与石油,2012(6).

[2] 王冬.水土保持补偿费计列方法探讨[J]. 亚热带水土保持,2013(3).

[3] 贾承造,郑民,张永峰. 中国非常规油气资源与勘探开发前景[J]. 石油勘探与开发,2012(2).

[4] 杨火海. 页岩气藏井壁稳定性研究[D].成都：西南石油大学,2012.

[5] 水利部人事司.〈中华人民共和国水土保持法〉释义(三)[J]. 中国水利,2011(8).

[6] 李绍萍,郝建芳,李悦.资源环境约束下的中国税制低碳化改革研究[J]. 环境保护,2015(17).

[7] 王甲山.油气生产建设视域下的水土保持补偿费制度研究[J].生态经济，2014(1).

(责任编辑：李潇雨)

Research on the Conservation of Water and Soil Under the Development of Unconventional Oil and Gas Resource

WANG Jia-shan,QUAN Ling-yan, ZOU Qian

(School of Economics and Business, Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China)

Eco-environmental issues are increasingly severe with the development of unconventional oil and gas resource. Accordingly a system of water and soil conservation is needed due to the complexity of geology, high requirements for technology and lower efficiency for integrated utilization. Unconventional oil and gas resource development has a significant influence on water and soil conservation through the soil, vegetation and water. For a coordinate development in both environment and economy, a project for water and soil conservation, strong support from the government and core technology are definitely necessary.

unconventional oil and gas resource；water and soil conservation；water and soil erosion

2016-10-06

2014年国家社会科学基金项目“我国油气资源开发的水土保持补偿制度研究”(项目编号：14BJY028)；2014年中国石油天然气集团公司软科学项目“油气资源开采生态环境税费相关法律问题研究”(项目编号：中油研20140208)。

王甲山，男，东北石油大学经济管理学院教授，博士。

F124.5

A

1008-2603(2016)06-0008-05