頁巖氣開發(fā)過程中對環(huán)境的影響及對策研究

余源

摘要：近年來，頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，對世界能源格局產(chǎn)生了重要影響。頁巖氣在全球范圍內(nèi)大量開采的同時，產(chǎn)生的環(huán)境問題也日益嚴(yán)重，引起了國際社會的廣泛關(guān)注。本文針對現(xiàn)價段開采過程中出現(xiàn)環(huán)境污染關(guān)鍵問題，客觀分析了其現(xiàn)狀，并充分結(jié)合已有研究成果和國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，提出了應(yīng)對新型能源時代所帶來的環(huán)境問題的解決措施。

關(guān)鍵詞：頁巖氣；環(huán)境污染；大氣污染；對策；措施

一、我國頁巖氣儲存狀況

據(jù)美國能源情報(bào)署估計(jì)，我國頁巖氣的儲量世界第一，為36萬億m3，遠(yuǎn)高于美國的24萬億m3，約占全球總儲量的20%。我國的頁巖氣儲層分布廣泛，古生界頁巖氣資源量是中生界的2倍，平面分布以南方和西北地區(qū)為主，四川盆地、鄂爾多斯盆地的古生界等是頁巖氣勘探的主要層系。

二、頁巖氣開發(fā)過程中的主要環(huán)境問題

2.1水力壓裂過程中使用壓裂液的潛在風(fēng)險(xiǎn)。水力壓裂技術(shù)是目前開采頁巖氣使用最為廣泛的技術(shù)之一，頁巖氣水力壓裂技術(shù)主要使用砂子和水，通常情況下壓裂液的成份為：99.53%的水和砂子，0.05%的降阻劑，0.05%的抗菌劑，0.03%的鹽酸以及0.01%的防垢劑，其中的化學(xué)添加劑達(dá)250余種，包括苯、甲苯、二甲苯等這些已知的人類致癌物，并且是被美國政府法律管制的污染物。壓裂液中含有多種致癌有害物質(zhì)，且使用量巨大，潛在風(fēng)險(xiǎn)極高。

2.2壓裂造成的地下水污染問題。頁巖氣開發(fā)過程中引起水體污染的途徑很多：（1）水力壓裂施工過程中需要使用壓裂液壓開地層、攜帶支撐劑，但是壓裂液含有緩蝕劑、除垢劑、降阻劑等化學(xué)添加劑，壓裂作業(yè)并不能完全返排，致使這些化學(xué)物質(zhì)殘留在地層中，污染地下水。（2）壓裂返排液會混合重金屬、烴類物質(zhì)和水溶性鹽類等，對偏遠(yuǎn)地區(qū)的井場來說，返排液無論是就地處理還是外輸至污水處理廠都是棘手的問題，處理不當(dāng)便會污染水質(zhì)。水體一旦受到污染，將很難采取措施進(jìn)行恢復(fù)，尤其是我國賦存頁巖氣的區(qū)域常常地質(zhì)條件復(fù)雜，地下裂縫、溶洞等發(fā)育，地下水環(huán)境復(fù)雜，濾失和泄漏的污染物處理非常困難。

2.3淡水資源的大量消耗問題。在美國，采用水力壓裂法的頁巖氣開采是耗水量最多的行業(yè)之一，水平井壓裂的用水量是直井壓裂用水量的5倍左右。頁巖氣資源一般深埋在地下1500—3000m以上的地方，如果開采一口水平井鉆井和壓裂所需水量約100—500萬加侖（約4000—2萬t）。壓裂過程用水量最大，可達(dá)總用水量的90%以上，鉆井作業(yè)用水量也較多，壓裂后的設(shè)備沖洗和清潔用水相對較少。

2.4大氣污染問題。頁巖氣的最主要、最基本的成分是甲烷氣體，甲烷氣體是導(dǎo)致全球氣體變暖的主要溫室氣體之一。盡管甲烷在大氣中停留的時間僅為 CO2的1/10，但在質(zhì)量相同的情況下甲烷比CO2產(chǎn)生的溫室效應(yīng)影響強(qiáng)好幾十倍。研究表明天然氣燃燒產(chǎn)物經(jīng)過一系列復(fù)雜光化學(xué)反應(yīng)還會產(chǎn)生新的污染，在美國的某些地方，頁巖氣大規(guī)模開發(fā)引起了地面臭氧煙霧污染，導(dǎo)致臭氧煙霧達(dá)到了污染臨界值。

2.5其他方面的影響。頁巖氣資源勘探開發(fā)是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，除對水資源、大氣和地質(zhì)影響外，還對當(dāng)?shù)厣a(chǎn)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。主要表現(xiàn)在：①影響當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)道路環(huán)境。頁巖氣資源開發(fā)需要的重型設(shè)備多，這些設(shè)備會擾亂道路使用模式、居住條件，加重道路超負(fù)荷。②大量機(jī)械設(shè)備、車輛產(chǎn)生的噪音污染影響了當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉ?。③改變了?dāng)?shù)刈匀画h(huán)境，破壞了動物棲息地，造成生物多樣化喪失及引入外來物種等問題。④環(huán)境問題處理不當(dāng)容易引發(fā)社會問題。在頁巖氣開發(fā)中，生態(tài)環(huán)境破壞、水體污染和土地利用改變?nèi)绻荒苷_處理，會引發(fā)社會問題，如公眾的抗議活動和居民的污染投訴等

三、頁巖氣開發(fā)的環(huán)保對策建議

3.1高效、配套技術(shù)的應(yīng)用可減少對環(huán)境的破壞。在健康和安全環(huán)節(jié)，技術(shù)上采用有害氣體探測儀，如二氧化硫感應(yīng)器、甲烷紅外氣體分析器等，并制定緊急情況反應(yīng)預(yù)案，對作業(yè)者進(jìn)行日常培訓(xùn)。在空氣質(zhì)量的保證方面，使用雙燃料（柴油和天然氣）技術(shù)設(shè)備，以減少溫室效應(yīng)排放；運(yùn)輸環(huán)節(jié)可采用管道運(yùn)輸，從而減少運(yùn)輸出現(xiàn)的氣體泄漏和交通壓力；噪音問題可以采用隔音板等裝置，并與當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)保組織合作，以保證生物棲息地安全。

3.2開發(fā)取水處理措施。在頁巖氣開發(fā)取水方面，建議進(jìn)入大規(guī)模開發(fā)階段之前盡早考慮水資源論證工作，預(yù)防大量取水給局部地區(qū)造成水資源短缺及匱乏的風(fēng)險(xiǎn)。開展壓裂液與地下水污染的機(jī)理研究，放射性物質(zhì)跟蹤實(shí)驗(yàn)，研發(fā)水力壓裂所含有毒有害化學(xué)外加劑的替代品，在現(xiàn)有處理方法的基礎(chǔ)上，探索更為行之有效的生產(chǎn)及壓裂廢水處理方法。

3.3嚴(yán)格執(zhí)行安全生態(tài)環(huán)保措施。在頁巖氣勘探、開發(fā)和井場建設(shè)過程中，嚴(yán)格執(zhí)行安全及生態(tài)環(huán)保措施，采取準(zhǔn)確定位、叢式井組等先進(jìn)技術(shù)避免或減少對地表和植被造成破壞。盡量少占農(nóng)田和耕地，勘探開采結(jié)束后，嚴(yán)格執(zhí)行國家生態(tài)環(huán)保有關(guān)要求，恢復(fù)地表植被。

3.4開展科學(xué)研究和技術(shù)攻關(guān)。大力開展頁巖氣開采技術(shù)研究，依靠技術(shù)進(jìn)步來從根本上避免環(huán)境污染。據(jù)了解，國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心已將頁巖氣開采壓裂液循環(huán)使用及排放對區(qū)域環(huán)境影響評價、頁巖氣勘探開發(fā)水體中重金屬變化研究等列入“十二五”重點(diǎn)科研攻關(guān)課題，力圖為大規(guī)模頁巖氣勘探開發(fā)提供生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)此領(lǐng)域國內(nèi)研究空白。

四、結(jié)語

現(xiàn)階段我國在頁巖氣資源開采利用過程中，在追求高效經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，更應(yīng)該注重去解決頁巖氣開發(fā)造成的環(huán)境污染問題，應(yīng)以預(yù)防為主，治理為輔的原則進(jìn)行頁巖氣開發(fā)環(huán)境保護(hù)。在出臺相應(yīng)法律法規(guī)的途中，還應(yīng)加強(qiáng)頁巖氣開采技術(shù)研究，依靠先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)力量從根本環(huán)節(jié)上避免環(huán)境污染問題的出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖鋼，白玉湖.基于環(huán)境保護(hù)角度的頁巖氣開發(fā)黃金準(zhǔn)則[J].天然氣工業(yè)，2012，32（9）：98-101.

[2]梁鵬，張希柱，童莉.我國頁巖氣開發(fā)過程中的環(huán)境影響與監(jiān)管建議[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2013（2）：25-26.

[3]Souder D，Keppel W.Water Resources and Natural Gas Production from the Marcellus Shale[R].US Geological Survey Fact Sheet，2013.

[4]Simon J A，F(xiàn)leming M E.Editor's Perspective：ShaleGas，Development： Environmental Issuesand Opportunities[R].2011.