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页岩气开发的环境风险

来源:用户上传      作者: 符扬洋 毛捷

  【摘 要】近年来,全世界页岩气产业发展迅速,并产生了巨大效益。对此,我们不应该只是看到“页岩气革命”带来的益处,而忽略了页岩气开发的环境风险。
  【关键词】页岩气;环境;风险
  0.引言
  页岩气赋存于有机泥页岩及其夹层中,主要成分为甲烷,是一种高效、清洁的能源。与常规储层有差别,页岩不仅是天然气生成的源岩,也是聚集和保存天然气的储层和盖层。因为页岩渗透率极低,页岩气体在其中并不能轻易流动,因此常常通过水平钻井和压裂的方法来实现页岩气储层的开发。与常规天然气相比,页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点,大部分产气页岩分布范围广、厚度大、普遍含气,这使得页岩气井能够长期以稳定的速率产气。
  近年来,页岩气产业发展迅速,对世界能源格局产生了重要影响。以美国为例,2011年其产量达到了1800亿方,占天然气总产量的34%;并且到2035年,美国页岩气总产量比重将达到46%,是其未来天然气增产的主要来源。但是页岩气开发引起的环境问题也引起了国际社会的广泛关注,有的国家就要求延迟或限制在页岩气开发中使用水力压裂技术。纽约参议院就曾在2010年8月通过了暂停通过水力压裂技术开采页岩气的法令,欧洲的大部分地区也尚未进行页岩气系统勘探。根据国土资源部2012年调查评价结果,我国页岩气储量丰富,可采量达到了25.08万亿方(不含青藏地区),已超过美国本土(24万亿方)。中国政府也高度重视发展页岩气,制定了页岩气发展“十二五”规划,出台了页岩气补贴相关政策。
  然而我国页岩气开发属于起步阶段,应避免“先开发,后治理”,充分利用已有研究成果和国外经验教训,结合我国页岩气主要富聚在西南、北方地区的客观条件,及早建立适宜的环境监管体系,采取相应的措施。
  1.水资源消耗
  页岩气井钻井和压裂都需要大量水,尤其是页岩气开发常采用的多级压裂技术,大约每口页岩气压裂耗水量就达到2万方水;并且页岩气井密度大、数量多,对水资源的需求。而这些用水主要来自于河流,池塘和含水土层的清洁水,这对于当地城市、生活和工业用水都是巨大的挑战。而我国页岩气主要赋存地本身就常属于严重缺水地区,水资源自我补给速度已经低于抽取地下水的速度,在这些区域进行页岩气开发会影响开发区域内水资源的可持续利用,使其面临季节性甚至长期性水资源短缺。合理、有效开发页岩气应杜绝粗放型地开采,维持生态的协调可持续发展。
  2.水体污染
  页岩气开发过程中引起水体污染的途径很多:(1)水力压裂施工过程中需要使用压裂液压开地层、携带支撑剂,但是压裂液含有缓蚀剂、除垢剂、降阻剂等化学添加剂,压裂作业并不能完全返排,致使这些化学物质残留在地层中,污染地下水。(2)压裂返排液会混合重金属、烃类物质和水溶性盐类等,对偏远地区的井场来说,返排液无论是就地处理还是外输至污水处理厂都是棘手的问题,处理不当便会污染水质。(3)页岩气钻探、固井、完井等作业操作不当也可能导致泥浆、水泥和其他化学物质泄漏到地下水层中,引起水体污染。(4)页岩气开发常常采用大型设备,大型设备震动会引起井水等水体混浊。
  水体一旦受到污染,将很难采取措施进行恢复,尤其是我国赋存页岩气的区域常常地质条件复杂,地下裂缝、溶洞等发育,地下水环境复杂,滤失和泄漏的污染物处理非常困难。
  3.温室气体排放和大气污染
  页岩气的最主要、最基本的成分是甲烷气体,甲烷气体是导致全球气体变暖的主要温室气体之一。尽管甲烷在大气中停留的时间仅为 CO2的1/10,同等质量甲烷气体引起的气温上升是二氧化碳的几十倍。到2030年,全球油气生产释放的甲烷气体将会是人为产生甲烷气体的最主要来源,如果考虑最近几年页岩气开发的迅猛发展,该比例还会提高。
  我国页岩构造中约含有大于1%的硫化氢,还有少量的苯、正己烷等,如果处理不当,将严重影响局部空气质量,造成严重环境隐患。另外,研究表明天然气燃烧产物经过一系列复杂光化学反应还会产生新的污染,在美国的某些地方,页岩气大规模开发引起了地面臭氧烟雾污染,导致臭氧烟雾达到了污染临界值。
  4.土地占用和地表、植被破坏
  页岩气开发钻井数常常密度高、间距小,在10Km2的范围内页岩气田气井数可能就会超过10口,大量钻井会导致土地资源占用,加剧土地矛盾,在农耕区甚至会改变区域土地利用类型;在压裂作业时,大量压裂卡车进场,对公路路面有潜在危险,修建压裂车进场道路和压裂场地会破坏大量的地表植被,势必对生态造成一定影响;此外,修建页岩气集输管道也会引起占用土地、破坏地表和植被。
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