环境约束：页岩气开发不可回避的挑战

页岩气是一种资源潜力极为巨大的非常规油气资源，长期以来，受技术、经济等多种因素的影响，其开发一直比较缓慢。进入本世纪以后，美国“页岩气革命”成功让全球能源界充分认识到了页岩资源的巨大潜力，至此，页岩气正式进入广大公众的视野，并且成为近年来能源界探讨的最热议题之一。中国作为页岩气资源最为丰富的国家之一，开发页岩气资源也被认为是增强中国天然气供应能力、实现“减煤増气”国家能源战略的重要途径。然而，实现这一目标实非易事，上游开发过程中的环境问题将成为制约页岩气大规模、可持续发展的关键因素。 传统认为美国“页岩气革命”成功来源于技术突破，但事实上，美国“页岩气革命”成功所依赖的两项技术：水平钻井和水力压裂技术在上个世纪就已经产生并发展成熟，真正使得页岩气于本世纪在美国大规模开发的原因主要是经济条件的改善和环境法案的修改，后者即是所谓的“哈里伯顿漏洞”。2005年，美国为推动水力压裂技术的快速应用，通过《能源政策法案》，将水力压裂从许多联邦环境保护法中去除，如《安全饮用水法》等，这项免除条款被称为“哈里伯顿漏洞”。正如同美国所预期的那样，该项法案的推行使得页岩气的水力压裂技术得到了大规模应用。可见，环境因素在美国“页岩气革命”开始之初，就是影响其大规模开发的主要因素之一。 “哈里伯顿漏洞”虽然在法律上为页岩气开发消除了环境约束，但本质上并没有解决这些环境问题。随着美国页岩气开发规模的不断扩大，美国社会各界对其环境影响的担忧也开始出现。2008年就有研究指出页岩气开发所依赖的两项技术在实践中可能需要消耗大量的水资源，对压裂返排液的处理则可能对区域淡水资源产生污染。同年，英国标准协会首次指出，页岩气开发由于存在大量的甲烷泄漏，其生命周期温室气体排放可能很高。2011年，美国康奈尔大学研究人员在世界顶级期刊《自然》发表文章指出，页岩气开发过程中存在的甲烷泄漏，使得页岩气的生命周期温室气体排放甚至超过石油，并与煤炭相当，从而引发学术界、产业界和媒体对页岩气环境问题的关注。 目前，国内外机构和研究人员对页岩气开发环境影响的研究绝大多数集中在水资源消耗、水质污染和甲烷等温室气体排放三个方面。在水资源消耗方面，一口页岩气水平井的耗水量最低为6700立方米，最高则可达3.3万立方米。页岩气上游开发所用水基本上是清洁水，这些水主要来自地表水或地下水，大量的水消耗必然会对区域环境产生影响。美国得克萨斯州大学的研究指出，2000年至2011年，美国巴内特页岩区累计耗水量达到1.45亿立方米，年耗水量已经占到该地区达拉斯市总耗水量的9%，且这一比例将在未来随着页岩气的持续大规模开发而增加，届时必然与区域内其他水资源需求形成竞争关系。 在水质影响方面，页岩气开采过程中甲烷等游离气泄漏和富含有危害化学物质的返排液的不当处理都可能对页岩气开发区域的水质产生影响。例如，美国杜克大学的研究人员通过系统分析美国马塞勒斯和尤蒂卡两个页岩区块页岩气开发，发现在毗邻页岩气开发1公里以内的开发活跃区，饮用水井中的甲烷浓度显著高于1公里以外区域饮用水井中的甲烷浓度，前者大约是后者的数10倍。美国得克萨斯州大学研究人员则在毗邻页岩气井3公里以内区域的饮用水井中检测出多种有危害的化学物质，这些化学物质的浓度显著超过美国环境保护署的标准。 对于甲烷等温室气体泄漏，目前的研究结论存在较大差异。如以美国康奈尔大学为代表的研究认为，页岩气上游开发会泄漏大量的甲烷，而甲烷是一种比二氧化碳更厉害的温室气体，这意味着即使少量的甲烷排放，其对全球气候变化的影响也可能是巨大的。该研究团队指出，由于开采过程中存在大量的甲烷泄漏，使得页岩气的碳排放甚至高于石油和煤炭。尽管也有研究提出异议，认为虽然页岩气比常规气具有更高的碳排放，但是仍然低于煤炭，因此不能否认页岩气作为清洁能源的特性。然而，综合分析来看，页岩气上游开发过程的甲烷泄漏不容忽视。美国作为当前页岩气开发最为成熟和规模最大的国家，为了减少上游开发过程中的甲烷排放，美国环境保护署专门在其天然气之星计划中推出甲烷减排技术实践，鼓励企业采取绿色完井技术等来控制甲烷泄漏，并且已于2011年8月提议针对非常规油气开采的特定过程或设备建立新排放源性能标准和国家有害空气污染物排放标准等。 对于我国而言，虽然拥有数量巨大的页岩气资源，但是我国的页岩气赋存条件相对于美国而言较差，且相当一部分资源集中在水资源缺乏的西部地区，这意味着我国的页岩气开发面临的环境问题比美国更为严峻。如果不能提前研究，事先采取相应的监管和技术，那么，推进大规模页岩气开发必然受到极大的环境制约。 （作者为中国石油大学（北京）博士）