中華石化網(wǎng)訊 在頁巖氣革命引發(fā)的諸多環(huán)境問題當中，水資源管理是最受關(guān)注的爭議話題。
頁巖氣開采的核心技術(shù)主要是水平鉆井法和水力壓裂法，而在美國超過一半的天然氣都是通過水力壓裂法獲得的。這種方法促進了頁巖氣的快速發(fā)展，但也引來了接連不斷的爭議。
水力壓裂法，簡單說即借助高壓將大量水、沙子以及化學物質(zhì)的混合物通過鉆孔打入地下，壓裂頁巖層，使其出現(xiàn)更大更多裂縫，從而將其中的石油或天然氣儲備釋放出來的開采方法。
這種方式引發(fā)爭議的一個主要原因在于，在生產(chǎn)過程中需要消耗大量水資源。在美國，根據(jù)頁巖構(gòu)造的地質(zhì)特性，一次水力壓裂作業(yè)就需一千多萬升的水耗，同時開采所產(chǎn)生的大量廢水會威脅到地表及地下水體水質(zhì)。
根據(jù)美國麻省理工學院的2011年天然氣報告，回顧了有關(guān)天然氣井鉆探事件公開報道的三項研究，發(fā)現(xiàn)在2000-2010年十年間，對有關(guān)天然氣井鉆探進行“廣泛報道”的水體污染事件有43起。在此期間，大約鉆探了2萬口頁巖氣井，幾乎所有氣井均采用水力壓裂技術(shù)。在所有地下水污染事件中，48%與天然氣或鉆井液有關(guān)；33%涉及井場表面泄漏，10%涉及取水和空氣質(zhì)量以及井噴問題；剩下9%涉及井場外的處置不當問題。
因此，在中國復制美國頁巖氣的革命經(jīng)驗過程中，其水資源管理的經(jīng)驗尤其值得注意和借鑒。
一口井耗水量約1000輛卡車運水量
淡水供應(yīng)不足成為制約行業(yè)發(fā)展的嚴峻問題。
水力壓裂需要大量的水，這成為頁巖氣生產(chǎn)中水資源管理的首要問題。
根據(jù)埃森哲最近出版的《水資源和頁巖氣開發(fā)》（以下簡稱《水資源》）報告顯示，在頁巖氣生產(chǎn)過程中，各井的需水量迥異。
一般而言，一口頁巖氣水平井鉆井和壓裂所需水量達到約500萬加侖，相當于1000輛卡車的運水量。其中，用水量最大的是壓裂過程，最大時用水量可達總用水量的90%；用水量較多的是鉆井作業(yè)，淡水是鉆井液的主要成分；在壓裂后的設(shè)備沖洗和清潔環(huán)節(jié)，用水很少。
因此，淡水供應(yīng)不足成為制約行業(yè)發(fā)展的嚴峻問題。《水資源》報告分析，在面臨水資源日益枯竭的干旱地區(qū)，或是水流和供應(yīng)受季節(jié)變化影響的地區(qū)，運營商的水資源獲取可能受到更加嚴重的制約。
例如在賓夕法尼亞州，夏季需要保持最小水流量，因此獲得許可可能是一個艱巨挑戰(zhàn)。2012年7月，由于薩斯奎漢納盆地的水流減少，薩斯奎漢納河流域委員會（SRBC）暫停了取水許可，這一政策涉及大多數(shù)頁巖運營商，其中包括切薩皮克能源公司和塔利斯曼能源公司。在德克薩斯州的干旱地區(qū)，頁巖氣生產(chǎn)用水需求被認為與灌溉用水和家庭用水相競爭。
根據(jù)埃森哲大中華區(qū)副總裁楊葳介紹，在開發(fā)初級階段，美國也在對無水壓裂液（包括液態(tài)丙烷、液態(tài)二氧化碳、氮氣泡沫和凝膠）進行研究。然而，目前這些液體也面臨自身挑戰(zhàn)。例如，在使用液態(tài)丙烷時，因涉及在地下使用爆炸性氣體，因此具有一定的安全風險。
地表水體污染風險
單井的生產(chǎn)廢水總量可達數(shù)百萬升。
在水質(zhì)之外，頁巖氣對水的影響更多地體現(xiàn)在水質(zhì)方面，如果管理不當，水力壓裂開采所產(chǎn)生的大量廢水會威脅到地表及地下水水體水質(zhì)。
根據(jù)美國自然資源保護委員會完成的報告《借鑒國際經(jīng)驗：中國頁巖氣資源環(huán)境友好開發(fā)之路》（以下簡稱《友好之路》）介紹，在注入水力壓裂液體并且釋放壓力后，10%-70%的原注液體量，或大約1萬-6萬桶（160-960萬升）液體會返回地表，俗稱“返排廢水”。有些氣井也會產(chǎn)生“生產(chǎn)廢水”（指在地下地層自然存在，與油和天然氣共同開采出來的水），從長期來看，每百萬立方英尺的燃氣產(chǎn)量通常會伴隨200-1000加侖的生產(chǎn)廢水（每百萬立方米的燃氣產(chǎn)量會伴隨3-13萬升的生產(chǎn)廢水）。因為每個頁巖構(gòu)造不同，一口頁巖氣氣井的生命周期最長可以達到40年，這個單井的生產(chǎn)廢水總量可以達到數(shù)百萬升。
這兩種類型的廢水包涵了用于減小摩擦的有毒化學潤滑劑，用于抗腐蝕和防細菌滋生的添加劑，以及自然生成的污染物，如碳氫化合物、重金屬、鹽分以及自然生成的放射性物質(zhì)（NORM）。其中不少都是有毒有害的化學物質(zhì)。
如果廢水排放前的處理工作不到位，地表與地下水就會受到污染；化學物質(zhì)會滲透到淺層土壤，然后進入含水層；水力壓裂液體和廢水在儲存和往返于鉆井現(xiàn)場的運輸過程中會出現(xiàn)意外的地表溢漏。
為了減少上述風險，美國在頁巖氣開發(fā)中已經(jīng)積累了一套相對成熟的方法。根據(jù)美國自然資源保護委員會的報告《水力壓裂開采來勢洶洶：需要制定新規(guī)定來保護我們的健康和環(huán)境免受廢水污染的侵害》（以下簡稱《來勢洶洶》）介紹，對于在頁巖構(gòu)造中開展天然氣生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢水，通常有五種基本的管理方法：最大程度地減少生產(chǎn)廢水量；在天然氣鉆井作業(yè)中進行循環(huán)回收和再利用；儲水池或儲水罐以及生產(chǎn)場地內(nèi)的處理；處置以及作業(yè)外的有益再利用。
其中，“反排廢水”的處理通常采用前三種方法，而“生產(chǎn)廢水”的處理往往采用后兩種方法。
根據(jù)楊葳介紹，在“生產(chǎn)廢水”的處置中，地下注入的方法是傳統(tǒng)石油天然氣生產(chǎn)的普遍做法。運營商可以采用將廢水注入到地下注水井或II類井，或聘請第三方商業(yè)處理公司，將廢水注入到處理井等方法進行處理。在美國，如采用這種方法，任何類型的井必須按照地下注入控制（UIC）計劃由州級機構(gòu)或州環(huán)保署批準。根據(jù)要求，被注入的地下多孔巖層大多位于地下數(shù)千英尺。
然而，這種方法卻存在導致地震的風險，因此監(jiān)管機構(gòu)增加了限制在注入井中進行廢水處理的壓力。2011年，自蓋伊鎮(zhèn)附近發(fā)生地震后，阿肯色州石油和天然氣委員會（AOGC）關(guān)閉了費耶特維爾頁巖區(qū)塊的四口處理井。在沒有地下注入井的情況下，馬塞勒斯的運營商紛紛不再采用地下注入的方法，而是開始采用水資源再利用的方法。
在地下注入之外，另外一個常用的方法即水處理技術(shù)。根據(jù)《來勢洶洶》介紹，水處理是最為復雜的廢水管理方式。既可以在生產(chǎn)現(xiàn)場內(nèi)或外處理，也可以與循環(huán)回收/再利用、排放和處置等一起進行。特別值得注意的是，廢水處理重點是去除造成井內(nèi)污染的有機污染物和無機成分。
《來勢洶洶》對此舉例。某些地區(qū)的頁巖氣作業(yè)者，包括馬塞勒斯區(qū)塊作業(yè)者，會將廢水運到公共污水處理廠（POTWs）進行處理，但是這種做法可能會帶來嚴重的環(huán)境惡果。馬塞勒斯頁巖氣廢水中最常見的污染物之一是鹽分，而公共污水處理廠的設(shè)計并未考慮去除可溶固體物，因此這些設(shè)施完全不會對鹽分進行任何有意義的處理。
壓裂液化學物質(zhì)需對外披露
多數(shù)州曾允許給予被視為“貿(mào)易機密”的化學成分信息的披露豁免待遇。
由頁巖氣引發(fā)的水污染風險，不僅存在于地表水，也可能存在地下水。
《友好之路》介紹，來自氣井的甲烷、重金屬、放射性物質(zhì)、壓裂液體和其他污染物可能會通過多種潛在途徑流出，從而污染地下水資源。劣質(zhì)套管、水泥灌注和完井工作都可能成為污染物流出的通道。此外，液體通過自然斷層、裂隙、透水巖層、附近不恰當?shù)臈壘屯瓿删蛏线w移以及向地下蓄水層內(nèi)或者上方的直接灌注都可能對地下水造成威脅。
根據(jù)中國能源網(wǎng)的研究報告《中國頁巖氣開發(fā)與未來監(jiān)管框架研究》，出現(xiàn)污染可能在三個環(huán)節(jié)：鉆豎井階段，會穿過地下水層，未將井和地下水層很好地隔離，壓裂液會泄漏到地下水層；壓裂階段，強力壓裂可能破壞氣蓋巖層的壓力平衡，增大裂縫或出現(xiàn)斷層，使壓裂液向上滲透到地下水層；廢水排返階段，未經(jīng)處理排到地表，也可能會滲透到地下水。
不過，一般來講，由于頁巖氣（如-1000米以下）和地下水（如-300米）在不同的深度，頁巖氣開發(fā)不會污染地下水。關(guān)于污染事件，美國麻省理工學院關(guān)于2011年天然氣報告指出：“過去十年已鉆探2萬多口頁巖井，雖然大多數(shù)頁巖氣開發(fā)保持較好的環(huán)境記錄，但重要的是應(yīng)認識到，一次不當操作就可能引發(fā)潛在的風險和損害……不過，在調(diào)查研究中，沒有發(fā)現(xiàn)有關(guān)壓裂液對淺層存水區(qū)造成污染的相關(guān)報告。”
《友好之路》介紹，在美國，很多州都沒有要求公開水力壓裂液體的化學成分，多數(shù)州條例都允許給予被視為“貿(mào)易機密”的化學成分信息的披露豁免待遇。這些豁免待遇的具體實施各不相同。這使得管理風險比較困難。
盡管目前，尚未發(fā)生環(huán)境污染事件，但考慮其環(huán)境風險很大，美國各方機構(gòu)也在加強對壓裂液的管制。目前已有一些州對此提出了具體的要求。
例如，懷俄明州曾經(jīng)是美國第一個要求披露所有水力壓裂液體化學成分的州，無論是有害或無害成分。企業(yè)可對所用化學成分提出商業(yè)秘密保護，但前提是必須獲得權(quán)威機構(gòu)的核準。
再如，德克薩斯州要求企業(yè)向一家在線數(shù)據(jù)交換中心披露水力壓裂液體的化學成分；賓夕法尼亞州最近修改了條例，要求企業(yè)將每口非常規(guī)氣井所用的化學物質(zhì)清單上傳到fracfocus.org網(wǎng)站上面。
此外，阿肯色、印第安納、路易斯安那、密西根、蒙大拿、新墨西哥、北達科他、俄亥俄和西弗吉尼亞也出臺了化學物質(zhì)披露條例。
《友好之路》建議，應(yīng)該要求全面披露水力壓裂液體的化學成分，以便負責監(jiān)管地下水和地表水源質(zhì)量的政府機構(gòu)，例如環(huán)保部、水資源部以及國土資源部，可以開展適當?shù)谋O(jiān)管工作。
中國頁巖氣開發(fā)中將臨“缺水”難題
西南區(qū)域的頁巖氣開發(fā)可能會出現(xiàn)與工農(nóng)業(yè)爭水的問題。
目前，中國也正在大力開發(fā)頁巖氣，在水資源管理方面的風險控制，亟待引起決策層的關(guān)注。
2012年3月，中國提出了雄心勃勃的頁巖氣開采計劃，提出頁巖氣產(chǎn)量在2015年將達到65億立方米，而到2020年的產(chǎn)量更高達600億-1000億立方米。這也意味著頁巖氣的開發(fā)，即將面臨嚴峻的水資源監(jiān)管問題。
首先的挑戰(zhàn)來自水量。中國的水資源分布并不均衡，根據(jù)中國水利水電科學研究院水資源所的研究，遼河中下游和遼東半島、黃淮海平原、山西能源基地、山東半島、四川盆地、浙東與閩南、天山北麓和河西走廊為我國的重點缺水地區(qū)。
而四川盆地也是我國頁巖氣豐富的地區(qū)。它位于中國西南地區(qū)，面積為21.1萬平方公里，擁有我國40%的頁巖資源。因此，有專家預(yù)計，隨著開采規(guī)模的擴大，或許該區(qū)域的頁巖氣開發(fā)會出現(xiàn)與工農(nóng)業(yè)爭水的問題。
對此，《友好之路》建議，中國的水力壓裂作業(yè)非常有必要利用循環(huán)回收水。利用循環(huán)回收的礦排水可能是一個潛在的選擇方案。四川、陜西和新疆都是中國的產(chǎn)煤大省，對采礦排水的循環(huán)利用有助于將工業(yè)生態(tài)實踐做法納入水力壓裂作業(yè)之中，并且推動建立能源生產(chǎn)的閉環(huán)體系。
在水量的挑戰(zhàn)之外，還有水質(zhì)的污染風險。在廢水處理上，《友好之路》建議，中國應(yīng)該借鑒美國廢水的處理和循環(huán)利用經(jīng)驗，尤其是將“返排廢水”和“生產(chǎn)廢水”進行處理后將其再利用于水力壓裂作業(yè)的技術(shù)。廢水還可以在經(jīng)過處理后出售用于其他用途，例如未鋪砌道路的灰塵控制。返排廢水給定氣井進行再壓裂時更容易在施工現(xiàn)場進行再利用，而且對其的處理也比生產(chǎn)廢水要少。
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