頁巖氣開采水患：將大量消耗水資源

    老鮑勃75歲，留著銀白色的山羊胡子。作為Nabors鉆井公司最資深的司鉆，他不是在鉆井架上，就是在把鉆井架轉(zhuǎn)移到另一個鉆井場地的路上。

    在加拿大俾詩省東北部，地下兩千多米處，三疊紀早期的芒特尼地層中，蘊藏著潛力巨大的頁巖氣資源。如今，這片芒特尼地層中已經(jīng)打出200口井，而且數(shù)目還在不斷增加。每個鉆井場地上，都矗立著數(shù)十個碩大的儲水罐。

    要使致密的頁巖層變得疏松，就得使用大量的高壓水。不僅如此，開采過程還可能對地下水造成污染，由此也引發(fā)了不少環(huán)保人士的質(zhì)疑。

    中國是繼美國和加拿大之后，著手勘探開發(fā)頁巖氣資源的國家。如何盡最大可能減少對頁巖氣開采對環(huán)境的危害，是擺在所有油氣公司面前的難題。

    掘金頁巖氣的背后

    常規(guī)天然氣儲藏在多孔或具有天然裂縫的巖層中，容易開采。而頁巖氣是存在于致密頁巖及其縫隙中的非常規(guī)天然氣，開采成本較高。直到上世紀90年代后期，頁巖氣才在美國率先實現(xiàn)商業(yè)化。2010年，美國頁巖氣產(chǎn)量達1379億立方米，占其天然氣產(chǎn)量的23%，美國也超過俄羅斯成為天然氣最大生產(chǎn)國。

    2008年，殼牌以62億美元收購Duvernay公司在俾詩省東北部的樺樹場項目。到2012年，該項目將至少日產(chǎn)1.5億至2億立方米的天然氣。

    2011年8月末至9月初，財新《新世紀》記者實地走訪了樺樹場。每個開采平臺的地面上都排列著許多口井，像章魚的觸角一樣深入地層。其中一個鉆井架上，鮑勃所操作鉆頭的鉆井深度已達2000米，鉆井方向逐漸傾斜，即將進入水平井的階段。鮑勃老了，但仍需保持一定臂力操作諸多閥門和操縱桿。

    Weatherford公司地質(zhì)專家帕威爾·波比埃爾(Pawel Popiel)實時監(jiān)控著鉆頭位置，儀表顯示鉆頭上的壓力有17000千帕，掘進速度為每小時23米。

    樺樹場項目鉆井經(jīng)理麥克·貝里(Michael Berry)表示，在沒有發(fā)明水平打鉆和水力壓裂技術(shù)的時候，這里只能生產(chǎn)少量被稱為“酸氣”的天然氣。酸氣含硫量比較高，需要特殊脫硫處理。而現(xiàn)在開采出來的天然氣基本不含硫，經(jīng)濟價值更高，被稱為“甜氣”。

    水力壓裂技術(shù)，是目前惟一可以開啟頁巖氣礦藏的金鑰匙。當高壓液體注入鉆井并使巖層裂開后，高壓液體中的支撐劑可以保持住裂縫，使其成為油氣導向鉆井的高速滲透通道。

    水力壓裂技術(shù)也是一柄雙刃劍。這種技術(shù)消耗大量水資源，將地下巖層打出裂縫的方法也可能污染地下水，由此在環(huán)境標準非常嚴格的美國引起爭議。

    2010年，賓夕法尼亞大學研究人員在《美國科學院院刊》撰文表示，在賓夕法尼亞州使用水力壓裂法開采頁巖氣的地區(qū)，地下飲用水中甲烷含量比未鉆探區(qū)域高出17倍，這種甲烷污染與水力壓裂法的應(yīng)用有關(guān)。

    貝里認為，賓夕法尼亞地下水中之所以發(fā)現(xiàn)甲烷，可能是那里的水井本身穿過了煤層，因此有甲烷進入，或者是頁巖氣井的隔離手段做得不夠。

    水力壓裂液中的成分，也是爭議焦點之一。美國三名民主黨議員2010年4月在一份報告中說，美國14家油氣公司過去五年的頁巖開采中使用了約295萬立方米的壓裂添加劑，其中包括750種化學產(chǎn)品，以及有毒物質(zhì)苯和鉛等。

    回流的壓裂液如果未及時處理或造成泄漏，對生態(tài)環(huán)境的影響不可低估。在世界上最大的非常規(guī)天然氣田——美國馬塞勒斯頁巖氣田，大量回流水被倒入特拉華河流域，而該流域是賓夕法尼亞等幾個州的飲用水來源。

    貝里稱，樺樹場未發(fā)現(xiàn)污染地下水的情況，一方面是壓裂的位置比地下水低150米左右，另一方面是氣井管道與巖層之間有鋼管和水泥層的雙重隔離。

    在樺樹場，大部分壓裂液只能使用回收的廢水。壓裂液中99%是水和砂，1%是潤滑劑、防腐劑等添加劑，每口井的壓裂約需7000噸水和1200噸砂。

    2010年，殼牌中標樺樹場附近的道森克里克市的一個污水處理項目。預計到2012年年初，每天產(chǎn)出再生水4000立方米，通過49公里長的管道輸送至氣田。樺樹場的廢水也可送來處理。

    “城市廢水和壓裂廢水在道森克里克市處理后，雖然不能喝，但可以作為壓裂用水，還可以作為市政用水，或者給體育場澆水用。”樺樹場項目開發(fā)經(jīng)理曼努埃爾·威廉姆斯(Manuel Willemse)說，該項目的頁巖氣開采一年之后就不用從河里、井里取水了。

    中國頁巖氣開發(fā)考驗

    近幾年，中國油氣業(yè)終于開始審視頁巖氣。美國能源信息署2011年4月的初步評估認為，中國頁巖氣儲量約100萬億立方米，相當于中國常規(guī)天然氣資源量的2倍，與美國本土儲量大體相當，其中可開采資源量36萬億立方米。

    2010年5月，中原油田在貴州大方成功實施中石化首口頁巖氣井“方深1井”的大型壓裂。中石油則選定殼牌、康菲和挪威國家石油三家外企作為合作伙伴，在四川進行頁巖氣勘探開發(fā)。2011年7月，國土資源部首輪頁巖氣探礦權(quán)招標結(jié)束，兩個頁巖氣區(qū)塊的勘探權(quán)被出讓給中石化與河南煤層氣公司。

    不過，長江水利委員會長江科學院夏玉強博士認為，頁巖氣資源的開發(fā)將對中國水資源的質(zhì)與量提出嚴峻考驗。

    夏玉強在美國天普大學訪問期間，研究過美國頁巖氣開發(fā)過程中的環(huán)境問題。他表示，頁巖氣鉆探大量消耗地表水或地下水，很可能影響當?shù)厮�生生物的生存、捕魚業(yè)、城市和工業(yè)用水等。根據(jù)美國能源部統(tǒng)計，每一個頁巖氣鉆井平均用水量甚至高達1.5萬立方米。

    夏玉強透露，美國已著手修改頁巖氣開采的法律和政策。而中國目前實施的水資源和環(huán)境保護法律，以及正在制定的《石油天然氣開采業(yè)污染防治技術(shù)政策(征求意見稿)》 等，都沒有考慮頁巖氣開采引起的特殊資源環(huán)境問題。

    參加這一政策制定的中石油安全環(huán)保技術(shù)研究院范薇女士告訴財新《新世紀》記者，雖然其中也提到了酸化、壓裂的問題，但主要適用于陸上的油氣開采，對頁巖氣有點忽略，而目前征求意見階段已經(jīng)結(jié)束，再次修訂要到2013年以后了。

    夏玉強說，頁巖氣資源開發(fā)需要量水量力而行。美國地質(zhì)調(diào)查局提出，鉆探用水不能給當?shù)氐乃�資源帶來沖擊、避免小流域和河流的退化、選定合適方法處置含有污染物質(zhì)的大量鉆探回收水。美國能源部則強調(diào)，頁巖氣開發(fā)不能干擾當?shù)毓まr(nóng)業(yè)的正常用水。

    根據(jù)夏玉強估算，假定用1000口鉆井開采四川盆地中15億立方米的頁巖氣，需要所有鉆井24小時工作約四年，用水1.71億立方米，相當于消耗四川盆地地下淡水可開采資源量的1.1%。雖然該水量占水資源總量的比例小，但該地區(qū)存在區(qū)域性缺水和季節(jié)性缺水問題。

    他說，中國頁巖氣田的分布與缺水地區(qū)的分布重合比較多。在水量相對充裕的長江流域，只在四川和江漢盆地發(fā)現(xiàn)了頁巖氣；而在西北、華北地區(qū)，頁巖氣儲量豐富，水資源卻相當緊張。

    其中，由于地表水缺乏，或者是水質(zhì)污染嚴重，華北平原和沿海地區(qū)的頁巖氣開采將主要依靠地下水。而華北平原是地下水超采最嚴重的地區(qū)之一，一些沿海地區(qū)則因為地下水水位下降，引起了海水入侵，導致地下水水質(zhì)惡化。

    夏玉強表示，無論是就近取水，還是污水處理，都是中國頁巖氣開發(fā)中的隱患。目前，地方上只是用取水許可來限制頁巖氣開發(fā)者，而且很難監(jiān)督。