我國頁巖氣開發(fā)過程中的環(huán)境影響與監(jiān)管建議

梁 鵬 張希柱 童 莉

(環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評估中心，北京 100012)

頁巖氣是一種清潔、高效的能源資源，主要成份為甲烷。作為一種非常規(guī)天然氣，其以吸附或游離狀態(tài)賦存于富含有機質(zhì)的泥頁巖及其夾層中，是連續(xù)生成的生物化學(xué)成因氣、熱成因氣或二者的混合。與常規(guī)儲層藏氣不同，頁巖既是天然氣生成的源巖，也是聚集和保存天然氣的儲層和蓋層。頁巖氣開采壽命和生產(chǎn)周期均較長，一旦成功開采，頁巖氣井即能長期穩(wěn)定地產(chǎn)氣。

美國是頁巖氣開發(fā)最早的國家。1981年，第一口頁巖氣井壓裂成功，實現(xiàn)了頁巖氣勘探開發(fā)的突破;2011年頁巖氣產(chǎn)量為1800 億立方米，占美國天然氣總產(chǎn)量的34%。美國頁巖氣的成功開發(fā)，降低了能源的對外依賴，大大提高了其能源自給率。據(jù)預(yù)測，到2035年美國頁巖氣總產(chǎn)量占比將達(dá)到46%，成為美國未來天然氣增產(chǎn)的主要來源，同時其將實現(xiàn)能源的自給自足。

隨著中國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，能源的對外依存度日漸增高。2011年，我國原油對外依存度已提升至56.5%;2012年1-8月，原油對外依存度為57.16%，且呈持續(xù)增長趨勢。國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展“十二五”規(guī)劃提出了“推進(jìn)頁巖氣等非常規(guī)油氣資源開發(fā)利用”。經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，2011年12月3日，國土資源部已發(fā)布新發(fā)現(xiàn)礦種公告，將頁巖氣作為獨立礦種加強管理。因此，頁巖氣已成為我國第172 個礦種。全面推進(jìn)頁巖氣開發(fā)進(jìn)程已提上我國能源開發(fā)日程。2012年3月13日，國家發(fā)展和改革委員會、財政部、國土資源部和國家能源局聯(lián)合印發(fā)了《頁巖氣發(fā)展規(guī)劃(2011-2015)》，規(guī)劃到2015年頁巖氣產(chǎn)量達(dá)到65 億立方米，力爭2020年產(chǎn)量達(dá)到600～1000 億立方米。我國頁巖氣開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入實質(zhì)性勘探階段，主要集中在四川盆地及其周緣、鄂爾多斯盆地、遼河?xùn)|部凹陷等地，目前已有近30 口頁巖氣探井完鉆，18 口井壓裂獲得工業(yè)氣流，但尚未實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)開發(fā)。

根據(jù)國土資源部2012年調(diào)查評價的結(jié)果，我國頁巖氣儲量豐富，頁巖氣技術(shù)可開采量為25.08 萬億立方米(不含青藏地區(qū))，已超過美國本土24 萬億立方米。根據(jù)國外的經(jīng)驗，要實現(xiàn)2020年的產(chǎn)能，至少需要2萬口頁巖氣井，所需投資4000～6000 億元。

因環(huán)境問題，近年來，美國的一些州也進(jìn)行了立法，要求延遲或者限制使用水力壓裂技術(shù)，同時，某些地區(qū)的頁巖氣井已暫時關(guān)閉。法國和保加利亞等國政府也發(fā)布了禁令，禁止水力壓裂法在頁巖氣開采中的使用。頁巖氣的開發(fā)為社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來諸多機遇，同時也出現(xiàn)了一些環(huán)境問題。

頁巖氣開采項目的環(huán)境影響與常規(guī)天然氣開采類似，主要包括水體污染，空氣污染和土地破壞等。頁巖氣的埋藏、賦存狀態(tài)與常規(guī)天然氣資源相比有較大差別，主要在于資源的“低滲透、低孔隙、低豐度”的特點。因此，頁巖氣開采的技術(shù)難度遠(yuǎn)大于常規(guī)天然氣開采。結(jié)合我國頁巖氣資源豐富的西南、北方地區(qū)的特殊地質(zhì)條件和生態(tài)環(huán)境特點，其環(huán)境影響有著顯著特征。

1 頁巖氣開發(fā)過程中的主要環(huán)境影響

1.1 污染地下水

目前國際上較為成熟的水力壓裂技術(shù)將大量使用壓裂添加劑，含有上百種化學(xué)產(chǎn)品如苯、鉛等物質(zhì)，這些注入的化學(xué)物質(zhì)和地殼中原本含有的大量鹽類、放射性物質(zhì)，可通過斷裂、裂縫系統(tǒng)自地下深處緩慢向上運移至地表或淺層，污染河流、湖泊、蓄水層等水資源。我國賦存頁巖氣的區(qū)域主要集中在川渝湘黔等地區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，地下暗河溶洞多，開發(fā)過程中大量進(jìn)入地下的添加劑和地層中被釋放的鹽類及放射性物質(zhì)，使地下水環(huán)境更加復(fù)雜和多變，預(yù)防與控制難度更大。

1.2 破壞生態(tài)

我國頁巖氣主要賦存地為西南地區(qū)，受地形地貌影響，開發(fā)過程中的大量鉆井作業(yè)、工程運輸和管道建設(shè)對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)功能和多樣性破壞較為突出。而賦存于新疆南部和陜西西南部的頁巖氣資源位于我國的生態(tài)脆弱區(qū)和水資源匱乏區(qū)，對水資源和生態(tài)環(huán)境帶來雙重壓力。這些地區(qū)生態(tài)環(huán)境一旦遭到破壞，恢復(fù)難度非常大。

1.3 次生環(huán)境風(fēng)險

頁巖氣在開發(fā)過程中，每次壓裂完成之后，將有30%～70%的壓裂返排液回流至地表循環(huán)再利用，返排液產(chǎn)生量大、成分復(fù)雜、回收率低，液體中不僅含有注入時的壓裂液添加劑，同時也將地殼中原本含有的放射性物質(zhì)鹽類一同帶回地表。目前國際上對返排液處理技術(shù)尚不成熟。另外，鉆井廢棄泥漿產(chǎn)生量較大，成分也較為復(fù)雜，處理處置成本較高。因此，頁巖氣開發(fā)過程中的鉆井液、壓裂液、壓裂返排液和廢棄泥漿若處理處置不當(dāng)將引起土壤、生態(tài)、地下水和地表水污染等，存在較大的次生環(huán)境風(fēng)險。

頁巖氣開發(fā)初期用水量極大。每口頁巖氣井在開發(fā)初期需耗費近2 萬立方米的水才能使頁巖斷裂，這使得水資源匱乏地區(qū)的頁巖氣開發(fā)受到限制，影響開采區(qū)域內(nèi)水資源的可持續(xù)利用。我國頁巖構(gòu)造中含有大于1%的硫化氫，同時伴有少量的苯、正己烷等，收集處置不當(dāng)，將影響局部空氣質(zhì)量。主要賦存地的西南地區(qū)人口稠密，據(jù)預(yù)測，甲烷泄漏量可占整個氣井預(yù)測總產(chǎn)量的1.7%～6.0%，甲烷泄露存在較大的環(huán)境隱患。

2 頁巖氣開發(fā)過程中的環(huán)保監(jiān)管建議

頁巖氣開發(fā)對能源和經(jīng)濟(jì)的影響巨大，與其他常規(guī)能源相比，總體上是清潔能源，對緩解我國燃煤型大氣污染有重要意義。在借鑒國外經(jīng)驗基礎(chǔ)上，結(jié)合我國頁巖氣的實際，加強對頁巖氣開發(fā)的環(huán)境監(jiān)管，預(yù)防開發(fā)過程中因環(huán)境問題對整體開發(fā)戰(zhàn)略帶來負(fù)面影響。

2.1 建立頁巖氣開發(fā)環(huán)境監(jiān)管制度，完善環(huán)保法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范

在嚴(yán)格執(zhí)行我國現(xiàn)行環(huán)境管理法律法規(guī)的基礎(chǔ)上，針對頁巖氣的特點，適時制定與頁巖氣相關(guān)的環(huán)境監(jiān)管法律法規(guī)和制度，研究制定頁巖氣勘探開發(fā)的環(huán)境保護(hù)準(zhǔn)入條件。同時借鑒國外經(jīng)驗，通過頁巖氣的開發(fā)為深井灌注在我國的實施提供環(huán)保方面的法律依據(jù)。

2.2 組織科技攻關(guān)，研究頁巖氣開發(fā)引起的環(huán)境問題及解決手段

目前我國針對頁巖氣開發(fā)的環(huán)境影響分析和環(huán)境監(jiān)管方面幾乎空白，開發(fā)過程中帶來的環(huán)境影響及污染成因尚缺乏系統(tǒng)的研究，不能從決策源頭避免不利環(huán)境影響，亟需研究其開發(fā)過程對環(huán)境影響的規(guī)律、途徑和治理技術(shù)等，為做好大規(guī)模開發(fā)前的理論和技術(shù)做儲備。

2.3 合考慮資源賦存和環(huán)境承載力，優(yōu)化開發(fā)規(guī)劃和時序

我國頁巖氣資源豐富地區(qū)存在生態(tài)脆弱、地下水敏感及人群密集等不利因素，綜合考慮區(qū)域環(huán)境特征，從資源賦存、環(huán)境承載力和環(huán)境風(fēng)險防范的角度，優(yōu)化頁巖氣開發(fā)的時序，減少其開發(fā)過程中的環(huán)境影響。

2.4 通過建立頁巖氣環(huán)境監(jiān)管示范區(qū)，積累監(jiān)管經(jīng)驗

建議選擇國土資源部頁巖氣開發(fā)重點區(qū)域作為環(huán)境監(jiān)管示范區(qū)，如川渝黔鄂湘等頁巖氣重點有利區(qū)，對鉆井液、壓裂液、返排液處理、氣體排放、廢棄泥漿等關(guān)鍵點進(jìn)行監(jiān)管試驗，為加強頁巖氣環(huán)保監(jiān)管積累經(jīng)驗。

2.5 設(shè)立頁巖氣綜合監(jiān)管機構(gòu)，形成合力

建立健全頁巖氣開發(fā)的監(jiān)管體系，避免頁巖氣開發(fā)過程中各監(jiān)管部門“各自為戰(zhàn)”的局面，實現(xiàn)資源開發(fā)和環(huán)境保護(hù)的和諧發(fā)展。