受美國(guó)“頁巖革命”成功的影響，頁巖氣開發(fā)正在世界范圍內(nèi)蓬勃展開。作為世界第一大頁巖氣資源國(guó)，我國(guó)也在積極推進(jìn)國(guó)內(nèi)頁巖氣資源的開發(fā)工作。近兩年的國(guó)際油價(jià)波動(dòng)雖然在一定程度上減緩了國(guó)內(nèi)頁巖氣開發(fā)的步伐，但我國(guó)開發(fā)頁巖氣的戰(zhàn)略方向并沒有發(fā)生根本變化。然而，國(guó)內(nèi)仍存在一些對(duì)頁巖開發(fā)環(huán)境影響的擔(dān)心，一些學(xué)者和環(huán)保主義者認(rèn)為頁巖氣開發(fā)所依賴的兩項(xiàng)技術(shù)——水平鉆井和水力壓裂技術(shù)在應(yīng)用過程中會(huì)對(duì)區(qū)域環(huán)境產(chǎn)生顯著的影響，主要包括水資源消耗與污染、溫室氣體排放、誘發(fā)局部微地震等。
實(shí)際上，國(guó)內(nèi)對(duì)于頁巖氣開發(fā)環(huán)境問題的探討都是基于美國(guó)學(xué)者針對(duì)美國(guó)本土頁巖氣開發(fā)的研究成果，目前國(guó)內(nèi)并沒有學(xué)者對(duì)我國(guó)的頁巖氣開發(fā)做過定量化的研究。然而，不同的地質(zhì)條件對(duì)于研究結(jié)果的影響是非常顯著的。因此，基于美國(guó)經(jīng)驗(yàn)來指導(dǎo)我國(guó)的頁巖氣開發(fā)實(shí)踐及相關(guān)環(huán)境政策的制定，是欠缺堅(jiān)實(shí)依據(jù)的。針對(duì)我國(guó)目前頁巖氣開發(fā)環(huán)境研究領(lǐng)域的這一現(xiàn)狀，筆者自去年開始對(duì)我國(guó)的頁巖氣開發(fā)進(jìn)行了實(shí)踐調(diào)研和數(shù)據(jù)搜集，在此基礎(chǔ)上，對(duì)我國(guó)四川盆地的頁巖氣開發(fā)中的水資源消耗和溫室氣體排放等方面進(jìn)行了定量化研究。
頁巖氣對(duì)水資源的消耗主要來自兩個(gè)活動(dòng)，一是鉆井活動(dòng)中鉆井液配置中的水消耗，另一個(gè)是壓裂過程中壓裂液配中的水消耗。由于目前頁巖氣開發(fā)均采取了井工廠的作業(yè)方式，這使得上述兩個(gè)活動(dòng)中使用的水資源可以被重復(fù)利用，大大降低了平均到單井上面的水資源消耗；進(jìn)一步來說，注入的壓裂液也會(huì)在完井測(cè)試和生產(chǎn)階段部分返排到地面，并且被部分重復(fù)利用，也能夠在一定程度上降低實(shí)際的水資源消耗。根據(jù)筆者的分析，在考慮了上述回收及重復(fù)利用后，四川盆地單口井水資源消耗量在1.4萬到3.4萬立方米之間，平均為2.4萬立方米。其中，超過90%的頁巖氣耗水發(fā)生在壓裂階段。
為了比較中國(guó)頁巖氣單井水消耗，筆者也專門搜集了有關(guān)美國(guó)頁巖氣開發(fā)水消耗的量化研究。根據(jù)美國(guó)學(xué)者的研究，美國(guó)Haynesville頁巖區(qū)的水資源消耗相對(duì)來說最高，其平均的單井耗水為2萬至2.3萬立方米左右，美國(guó)其他頁巖氣區(qū)塊，如Barnett、Marcellus和Eagle Ford的頁巖氣單井水消耗則相對(duì)較低，單井平均耗水約在1.1萬至1.6萬立方米之間。從這一結(jié)果來看，我國(guó)頁巖氣單井耗水略高于Haynesville頁巖區(qū)，但顯著高于其他幾個(gè)地區(qū)。在這一單井水資源假設(shè)下，筆者依據(jù)未來四川地區(qū)的鉆井計(jì)劃估算了每年的總耗水量，得出高出時(shí)期年耗水量約在1440萬至3410萬立方米之間，平均為24.2萬立方米，而根據(jù)四川省和重慶市2014年的水資源公報(bào)，全年可供給水資源量超過300億立方米，因此，四川盆地頁巖氣開發(fā)對(duì)于區(qū)域水資源的影響并沒有想象中那樣明顯。但仍然需要關(guān)注的是，四川相對(duì)而言是水資源較為豐富的地區(qū)，在其他地區(qū)則需要根據(jù)實(shí)際情況來分析。此外，由于頁巖氣開發(fā)耗水是對(duì)水資源的增量需求，這種增量需求勢(shì)必會(huì)與其他已經(jīng)存在的水資源需求產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，這一點(diǎn)應(yīng)納入政策制定者的考慮范疇之內(nèi)。
頁巖氣開發(fā)的溫室氣體排放主要來自于兩方面，一是在頁巖氣開發(fā)過程中驅(qū)動(dòng)各類設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的燃料在燃燒過程中釋放的二氧化碳，另一個(gè)是在頁巖氣井完井測(cè)試放噴活動(dòng)中釋放的甲烷(天然氣的主要成分)。根據(jù)國(guó)外學(xué)者的研究，頁巖氣在完井階段存在顯著的甲烷排放，且排放的甲烷在沒有經(jīng)過燃燒處理或僅僅經(jīng)過部分燃燒處理后就直接排入大氣。由于甲烷是一種比二氧化碳更為厲害的溫室氣體，其增溫程度是二氧化碳的25倍甚至更多，因此，大量的甲烷進(jìn)入大氣必然會(huì)對(duì)氣候造成顯著的影響。正是基于這一判斷，很多國(guó)外學(xué)者指出，頁巖氣的全生命周期溫室氣體排放甚至高于煤炭。然而，根據(jù)筆者的調(diào)研，在我國(guó)四川盆地的頁巖氣資源開發(fā)實(shí)踐中，對(duì)于完井階段釋放的甲烷氣體都經(jīng)過了燃燒，使其轉(zhuǎn)換成二氧化碳后再進(jìn)入大氣，這就極大地降低了總的溫室氣體排放量。據(jù)此，筆者計(jì)算得出我國(guó)四川頁巖氣開發(fā)的單井直接溫室氣體排放約為1000噸至3900噸二氧化碳當(dāng)量，平均約為2300噸二氧化碳當(dāng)量，而來自完井階段的平均只有960噸二氧化碳當(dāng)量，甚至低于鉆井階段的排放，顯著低于美國(guó)頁巖氣完井階段的溫室氣體排放。也正是由于采取了這些措施，使得頁巖氣在我國(guó)仍然是相對(duì)于煤炭而言清潔的一種能源資源。此外，在我們的調(diào)研過程中，部分井場(chǎng)已經(jīng)使用電力作為驅(qū)動(dòng)井場(chǎng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力，如果這一實(shí)踐大規(guī)模應(yīng)用的話，也將在很大程度上降低直接溫室氣體排放。
上述討論圍繞的都是直接排放，這類排放由于直接于頁巖氣開發(fā)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生，因此是政府監(jiān)管部門和頁巖氣生產(chǎn)商所關(guān)注的重點(diǎn)。然而，在學(xué)者層面所討論的溫室氣體排放還包括了隱含在頁巖氣開發(fā)投入的各類原材料產(chǎn)業(yè)鏈條內(nèi)的能源使用所造成的溫室氣體排放。例如，頁巖氣鉆井過程中使用的水泥和套管本身并沒有溫室氣體排放，但是這兩種材料的生產(chǎn)加工過程中會(huì)存在能源消耗，從而造成溫室氣體排放。這種排放就是通常所說的間接排放或隱含排放。根據(jù)筆者的計(jì)算，我國(guó)頁巖氣單井開發(fā)階段的間接溫室氣體排放約在4300噸至9600噸二氧化碳當(dāng)量之間，平均約為7200噸二氧化碳當(dāng)量，顯著高于直接排放。由于高的間接排放存在，使得我國(guó)頁巖氣排放總量仍略高于美國(guó)平均水平。但間接排放的減少不僅依賴于頁巖氣鉆井開發(fā)技術(shù)的優(yōu)化，更重要的依賴于整個(gè)國(guó)家產(chǎn)業(yè)鏈條各階段能源效率改善與技術(shù)的革新，這依然超越了頁巖氣工業(yè)本身所能掌控的范疇。
綜合以上可以看出，我國(guó)四川頁巖氣開發(fā)在單井水資源消耗總量和溫室氣體排放總量(含間接排放)高于美國(guó)，但從水資源供給總量和直接排放的角度來看，這些環(huán)境影響并不能顯著地制約頁巖資源的開發(fā)。當(dāng)是正如文中提到的，完全消除頁巖氣開發(fā)的環(huán)境影響則還需要考慮其他諸多因素，這些都需要政策制定者在頁巖氣開發(fā)規(guī)劃中予以適當(dāng)考慮。
(作者為中國(guó)石油大學(xué)(北京)副教授)
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