美国页岩气开发的环境监管经验及对我国的启示

谢海燕　马忠玉　杨晶

页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，是一种清洁高效的能源。美国页岩气革命对国际天然气市场及世界能源格局产生了重大影响，带动了全球页岩气研究和勘探开发热潮，但页岩气大规模开发造成的环境问题也引起了较大争议。我国页岩气资源丰富，是世界上少数几个已实现页岩气商业化开发的国家之一。我国从页岩气开发之初就意识到开发过程中环境保护的重要性，并在页岩气产业政策中提出了环境保护的原则性规定，但目前尚未专门出台页岩气的环境监管政策措施。借鉴美国页岩气开发的环境监管经验，可为我国制定页岩气开发的环境政策、加强环境监管提供参考，推动我国页岩气产业绿色低碳发展。

一、美国页岩气开发对环境的影响

从美国页岩气开发实践和已有研究成果来看，页岩气开发对环境的影响主要包括：大量消耗水資源、存在污染地表水和地下水体的潜在风险、增加温室气体排放及影响开发区域周边居住环境等。也有部分研究表明，页岩气开发对当地环境的影响存在不确定性。

（一）消耗大量水资源

页岩气开采首先进行垂直钻井，到达地下目标页岩层后，再沿储气岩层横向开钻水平井，随后高压注入压裂液，裂解储气页岩，获取页岩气。压裂液由99%的水、砂及1%的化学添加剂混合而成，耗水量巨大。美国压裂一口页岩井平均需要注入约1.8万立方米的水，大概等同于每月维护一座18洞的高尔夫球场所需的水量，是常规天然气开发耗水量的2—4倍。但是，与其他大多数能源生产所消耗的水量相比，页岩气开发过程中的耗水量并不高。生产相同单位热量的能源，常规石油生产的耗水量约为页岩气的5—10倍；通过种植玉米（浇灌用水）生产生物乙醇的方式，其耗水量约为页岩气开发的1700倍。因此，一个地区是否适合发展页岩气，与该区域本身的水资源量和水资源分布密切相关。

（二）可能会造成地表水及地下水污染

页岩气开采主要来自于压裂液。压裂液中仅包含1%的化学添加剂，但化学物质种类却多达750多种，且绝大多数对人体具有毒害作用，对地表水和地下水存在潜在威胁。一是压裂液可能会污染地下水。压裂过程完成后，大约15%—70%的压裂液要返排到地面，其余部分则留在地下，通过压裂过程产生的岩石裂缝慢慢渗入蓄水层，可能会导致地下水污染。不过业内普遍认为，饮用水是浅层地下水，如果工程质量过关，不会影响饮用水源。二是返排液可能污染地表水和地下水。压裂返排液有多种处理方式，美国某些州要求在钻探场地或者运往污水处理厂进行处理，如果发生泄漏，对环境危害很大；还有些州允许将返排液注入水处理井，这些处理井是一些已经废弃的石油开发井，美国大约有144000口处理井处于运行状态，美国联邦环保署（EPA）负责监管这些注水井的安全，确保不会给水供应带来威胁，但仍有一些注水井渗漏事件发生。三是管道泄漏和喷溢造成的污染。水力压裂过程中，很可能会因为操作失当、气井套管破损、密封不严等原因，导致压裂液发生泄漏，或者由于超压造成压裂液喷溢。

（三）甲烷泄露

页岩气的主要成分是甲烷，甲烷是一种典型的温室气体，其潜在温室效应（Global Warming Potential，GWP）影响约是二氧化碳的25倍。页岩气开采、集输和储存过程中，总有一些甲烷不可避免地逃逸到大气之中。在油气生产过程中，散逸性甲烷排放经常在井口、管道和阀门等地方泄漏，有时候因为配套处理设施不完善，甚至存在故意排放。研究表明，页岩气开采过程中甲烷泄漏量约为产量的1.19%，加上加工、输配气环节的泄漏，大约为产量的2.01%。如果考虑页岩气开发利用的泄漏量及其温室效应，其全生命周期的温室气体排放与石油或其他能源相比是否具有明显优势仍有待深入研究。

（四）诱发地震

大面积开采页岩气可能引起断层活化，进而诱发地震。研究表明，在拥有注水井的地区，地震活动明显呈上升趋势，并且随着当地页岩气的快速开发加速上升。美国地质调查局2012年公布的报告认为，美国中西部地区近十年来地震频发，与石油和天然气钻探活动有关，尤其是页岩气开发使用的水力压裂法以及返排液处理井（注水井）同地震次数增加密切相关。当然，这种废水处理方式是石油和常规天然气开采处理废水的常用方法，不是页岩气开采所独有，但页岩气的大规模开采无疑增加了这种风险。

（五）影响周边居住环境

大部分传统化石能源远离公众视线，但页岩气不同于石油、煤和常规天然气，它地理分布广泛，其开采会冲击邻近居民区的周边环境。一是页岩气开采比常规天然气开采需要占用更多土地甚至是耕地，通常陆上常规气田每10平方公里不到1口气井，而页岩气田气井数可能超过10口；二是页岩气开采过程中产生的废水、废物含有大量有毒化学物质，如果处置不当，还会造成土壤污染；三是井场操作噪音较大，会影响附近居民的生活、家禽家畜繁殖等；四是页岩气开采还可能会破坏周边道路和景观，对区域旅游业带来一定影响。

二、美国页岩气开发的环境监管措施

美国联邦政府和州政府制定的环境监管措施涉及页岩气勘探、选址、钻井、水力压裂、地表水及地下水污染防控、空气污染防控等方面，为美国页岩气产业的持续发展提供了重要保障。

（一）实行严格的环境影响评价制度

美国于1969年颁布了《国家环境政策法》，率先在全球范围内确立环境影响评价制度，成为预防环境污染和破坏、实现经济建设与环境建设同步发展的重要手段。在页岩气开发初期，美国采用原有天然气开采的环境标准及环境影响评价标准。随着页岩气产业大规模发展，出现的环境问题日益增多，美国出台了专门针对页岩气开发的环境标准，并扩大了环境影响评价范围，覆盖了页岩气开发利用从勘探、开发到运输等全生命周期。美国页岩气开发的环境影响评价制度十分严格。2011年马里兰州要求对马塞勒斯页岩气开采的经济效益和环境影响进行研究，历时三年，评估合格后方可进行开发。根据美国法律，州政府有权停止页岩气开采，以重新进行环境影响评价。随着环境问题的增多，多个州中止了页岩气开发，重新评估页岩气开发的经济效益和环境污染程度。

（二）以州政府为主实行水环境监管，许多州出台了页岩气压裂液和返排液处理要求的具体规定

在页岩气开发初期，其环境影响没有引起美国联邦政府的重视，页岩气适用于常规油气资源开发的环境监管体系。2005年美国出台《能源政策法》，对《清洁水法》、《安全饮用水法》的部分条款进行了修改，给予油气生产企业一定豁免权。这些豁免使美国联邦环保署（EPA）失去了对页岩气开发核心技术——水力压裂的有效监管。鉴于联邦政府对水力压裂的监管缺位，各州政府出台了有别于常规油气田开发废水处理要求的规定。一些州允许废水露天存放，一些州则要求所有污染性液体必须封闭储存在罐体中进行处理；东部各州要求取得许可后将废水排入公共污水处理厂，西部和南部各州则允许处理后的废水注入地下。一些州还要求企業公开披露压裂液的组分信息。各州的监管措施一定程度上弥补了联邦政府层面的监管不足，但面对页岩气快速发展的趋势，强化联邦政府监管十分必要。美国联邦环保署（EPA）正在起草一套水力压裂废液处理的国家标准，今后废液必须符合该标准才能运往污水处理厂进行处理。一些新的法案被提交到国会，试图取消水力压裂在《清洁水法》、《安全饮用水法》监管中的豁免权，以使美国联邦环保署（EPA）重拾对水力压裂的监管权，虽然这些法案尚未通过，但加强水力压裂的环境监管是大势所趋。

（三）出台防范页岩气开发空气污染的专门法规

2011年7月，美国联邦环保署（EPA）发布了针对油气行业的《新污染源行为标准》、《有害空气污染物国家排放标准》，要求天然气行业从2012年起上报每年甲烷排放情况。2012年4月18日，美国联邦环保署（EPA）发布了首个专门针对页岩气的环境法规——《页岩气开发环境规章》（Shale Gas Mining Environmental Regulations），要求所有采用水力压裂法进行页岩气开采的气井到2015年1月之前，都必须安装相关设备，以减少可挥发性有机化合物及其他有害空气污染物的排放。

（四）支持页岩气企业研发环境友好技术

为帮助企业降低页岩气开发的环境风险，美国政府除出台页岩气开发的法律法规以外，还积极支持企业进行技术创新，采用环境友好开采技术，主要包括：在页岩气开发活动前建立当地主要环境指标的基准，并在开发期间进行持续监测；优化开发方案设计，减少钻井数量，降低水力压裂风险，提高气井采收率；倡导采用绿色完井技术，加强气井隔离与泄漏管理；加强废水处理及水循环利用；明确要求安装甲烷捕集设备等。

三、对我国的启示

美国页岩气开发初期，环境问题并未引起足够重视，页岩气开发按照常规油气资源进行监管。随着页岩气大规模发展，环境问题日益暴露，美国出台了专门针对页岩气开发利用的环境规制，但在水环境监管方面仍存在漏洞。我国目前页岩气开发利用快速发展，应未雨绸缪，充分吸取美国经验教训，加强页岩气开发利用的环境监管，以减少其带来的环境影响。

一是完善页岩气开发的环境监管体制。美国页岩气开发的环境监管以州政府为主，虽然许多州政府积极出台法规，以减少页岩气开发的环境代价，但各州政府出于对当地经济发展的考虑，监管规定差异较大，存在地方保护主义现象。我国环境监管以中央政府为主，地方政府监管能力较弱，需要从国家层面完善页岩气开发的环境监管机制，强化地方政府监管职能，推动页岩气环境监管体系建设。

二是健全页岩气开发的环境监管法规。美国具有较为完善的环境监管法律体系，对页岩气开发的环境监管力度较大，但由于油气企业在排污方面的某些豁免权，导致联邦层面对水力压裂的监管还存在漏洞。与美国相比，我国针对油气资源的环境监管法律体系尚不完善，健全油气资源环境监管法律体系刻不容缓，尤其是要出台针对页岩气开发利用的环境技术规范和排放标准。

三是加强页岩气开发的环境影响评价。与美国相比，我国对页岩气开发的环境影响评价制度较为宽松，仅实行建设项目环境影响评价，尚未对页岩气开发实行区块整体的环境影响评价，也没有动态的环境影响评价制度，重事前审批、轻过程监管。借鉴美国经验，建议我国从严实行页岩气开发的环境影响评价制度，充分预估并动态跟踪页岩气开发的环境影响，发现问题，及时采取合理措施，必要时可以暂停项目开发，以防范环境风险。

四是支持环境友好技术研发及推广。采用环境友好的开采方式是控制页岩气开发环境风险的重要措施，但环保技术与措施的应用会提高页岩气开发成本，尤其是我国天然气价格与其他替代能源相比缺乏竞争力，企业支付的环境成本难以通过价格向下游用户疏导。因此，我国应积极支持页岩气开采环境友好技术的研发，推广典型技术和案例，降低企业环境投入成本。

五是加强信息公开。水力压裂液含有多种有毒化学物质，美国页岩气开发企业常以商业机密为由，拒绝公开压裂液成分。为防止压裂液污染环境，美国通过立法要求页岩气开发企业公开压裂液的组成成分。借鉴美国经验，我国也应建立页岩气开发的信息披露制度，确保公众的知情权。

（本文受国家科技重大专项“涪陵页岩气开发示范工程”（编号：2016ZX05060），以及重庆市科学技术协会、重庆市科学技术委员会2017年度调研课题“重庆市页岩气上下游产业增长潜力及效益研究”（编号：2017KXKT05）的支持）

（谢海燕，国家发改委体管所副研究员。马忠玉，国家信息中心副主任。杨晶，国家发改委能源所博士。）