核能壓裂：一段悄無聲息的歷史

■白小明 王月

核能壓裂：一段悄無聲息的歷史

■白小明 王月

在油氣井壓裂技術(shù)中，水力壓裂無疑是有史以來受爭議最多的石油技術(shù)，然而可能大多數(shù)人還不知道，在這項技術(shù)之前，核能壓裂曾對提高天然氣產(chǎn)能作用巨大，但之后為什么沒能持續(xù)下去呢？本文將為你揭開核能壓裂的神秘面紗。

美國西南部150萬英畝的Carson國家森林內(nèi)有一些非常美麗的山地風景。國家森林地區(qū)地下是Woodward頁巖層。1967年，該地區(qū)被確認為是用核爆炸來從頁巖中開采天然氣的最佳試驗場地。該項目被稱作Gasbuggy計劃，整個行業(yè)以及政府開始轉(zhuǎn)向“原子能壓裂”方向。所采用的技術(shù)被稱為“核能氣體增產(chǎn)措施” ， 其原理與現(xiàn)代壓裂技術(shù)類似，即用巨大的能量打開之前無法利用的氣藏。

從愛因斯坦到冷戰(zhàn)原子武器的進化

愛因斯坦的相對論中暗含了人造爆炸蘊含巨大能量的理論。1932年，原子分裂的實現(xiàn)將這種理論變?yōu)楝F(xiàn)實。僅1939年，就有超過100篇在原子核物理學有巨大影響力的科技論文發(fā)表，其中最重要的是由Dane Nils Bohr和他的美國學生J.A.Wheeler在二戰(zhàn)爆發(fā)前兩天發(fā)表的論文，解釋了裂變過程。

次月，由于擔心希特勒會在競選中獲勝而優(yōu)先制造出他稱之為“反猶太人的炸彈”，愛因斯坦建議美國總統(tǒng)富蘭克林·羅斯福成立一個由政府資助的鈾委員會，組織大學進行原子能研究。這是首次將聯(lián)邦資金用在科學研究上。

到了1942年，鈾的鏈式反應技術(shù)特性被發(fā)現(xiàn)，且制造钚的技術(shù)上也有了突破。羅斯福意識到了納粹制造出第一顆真正原子彈的威脅。他知道自己別無選擇，唯有加快制造原子彈的速度。因此，美國設(shè)立了相應的曼哈頓陸軍工程特區(qū)，即后來的美國空軍，來協(xié)調(diào)生產(chǎn)和資源。從此該計劃被稱為“曼哈頓計劃”。

1945年8月6日，艾諾拉·蓋號轟炸機向日本廣島投下了美國第一顆未經(jīng)試驗的鈾彈。它的爆炸能量相當于2萬噸TNT的能量，造成6.6～7.8萬人死亡。8月9日，美國又將第二顆钚型原子彈投向了日本基督教城市長崎，而這正是離日本軍國主義思想中心最近的地區(qū)。

二戰(zhàn)結(jié)束后不久，歐洲“鐵幕”落下，美國和前蘇聯(lián)開始了長達50多年的冷戰(zhàn)。1949年8月29日，前蘇聯(lián)第一顆原子彈爆炸成功，從那以后，冷戰(zhàn)中兩個大國主要面對的競爭威脅是制造核武器。

1950年，美國擁有的核武器數(shù)量為299個，同年前蘇聯(lián)的數(shù)量只有5個。到了1965年，美國的武器庫中擁有的核武器數(shù)量為31139個，前蘇聯(lián)為11643個。軍備競賽拉開序幕，在美國和前蘇聯(lián)及其勢力范圍的國家開始制造大量核武器。

Plowshare工程：利用核能產(chǎn)生積極作用

20世紀50年代后期，原子能委員會（AE C）被委以開發(fā)技術(shù)和平利用核能的職責。該項目被稱作是“Plowshare工程”。AE C主席當時宣布，該計劃旨在“強調(diào)和平利用核能設(shè)施，在世界范圍內(nèi)制造一種更有利于武器發(fā)展和測試的輿論導向”。為此，從1961年到1973年，該項目共進行了27項試驗，共實施了35次核爆炸。

這些試驗主要是試圖制造深坑和運河。另一些目標包括以更廉價的方式加寬巴拿馬運河，在山區(qū)為修高速公路開路，連接內(nèi)陸河系統(tǒng)。這些試驗多數(shù)在內(nèi)華達州實施，在科羅拉多州和新墨西哥州的油田也進行了試驗。Gasbuggy計劃是Plowshare工程的分支項目。它是最早的3個核能壓裂試驗之一，主要目的在于增加天然氣產(chǎn)量。采用的技術(shù)稱之為“核能氣體增產(chǎn)措施”。

El Paso天然氣公司于1958年構(gòu)想了Gasbuggy計劃并將其提交給了AEC，AE C采納了該計劃并將其作為Plowshare工程的簽署項目。該項目在新墨西哥州的160英畝受保護區(qū)域進行，收到El Paso天然氣180萬美金的項目投資，歷時9年的發(fā)展。聯(lián)邦政府還額外支付了290萬美金，用以提供核能設(shè)施。1967年12月10日，在A E C的資金支持下，勞倫斯放射實驗室和El Paso天然氣公司引爆了Gasbuggy。在1288 米深的Woodward頁巖層， 產(chǎn)生了相當于2.9萬噸炸藥爆炸的威力。對比來看，此原子壓裂的能量幾乎是廣島原子彈的2倍。爆炸形成了一個玻璃狀襯里的洞穴，直徑約48.8 米，高101.5米。幾秒后坍塌。隨后的測量數(shù)據(jù)顯示爆炸制造的裂縫在各個方向延伸超過61.0米。特別值得注意的是，這一技術(shù)使天然氣的產(chǎn)量增加了。

1967年12月22日，《時代》雜志發(fā)表了一篇署名為“核能：Gasbuggy首戰(zhàn)告捷”的文章。該文生動地描述了爆炸發(fā)生前的情景：“上周，在新墨西哥州Leandro大峽谷的一座孤峰上，當廣播系統(tǒng)傳來的倒計時結(jié)束后，快被凍僵了的觀察者們安靜下來。在這緊張的時刻，似乎沒有什么事情發(fā)生。而后腳下的大地開始震顫，遠處傳來巨大的爆炸聲，緊接著是第二波相對小的震動。一些人大喊‘我們成功了！我們成功了！’人們互相握手。這是美國歷史上第一次成功實施由政府和行業(yè)共同資助的核爆炸?！?/p>

在1969年的上半年，共進行了3項系列的生產(chǎn)試驗。記錄表明在Gasbuggy項目中共采出了835萬立方米天然氣。然而，很遺憾發(fā)現(xiàn)這些天然氣放射性太高而沒有商業(yè)利用價值。在進行試驗期間，放射性材料通過火炬燃燒排掉了。El Paso天然氣的現(xiàn)場領(lǐng)隊James Holcomb認為Gasbuggy項目是成功的。他表示，“在實施爆炸后的一年里多生產(chǎn)出來的天然氣比之前的7年生產(chǎn)的總量還多”。

而且，爆炸并沒有污染水源，此計劃也是非常有意義的。目前很難明確現(xiàn)代壓裂作業(yè)到底對淺層水源有多大的破壞，而且當年那次1288米地下相當于2.9萬噸炸藥的核爆炸也沒有污染水源供給。

1978年11月，能源部在Gasbuggy計劃的實施現(xiàn)場立了碑文，上面寫道：“美國歷史上首次針對低產(chǎn)氣藏增產(chǎn)的地下核試驗場地。1967年11月10日，在地下1288米以下實施了相當于2.9萬噸炸藥的核彈爆炸。沒有美國政府的批準，不得在新墨西哥州Arriba縣的試驗場地半徑為30.48米范圍內(nèi)從地表到地下457.2米垂深進行開挖、鉆井以及或進行其他開采。也不得在該位置182.88米半徑范圍內(nèi)從垂深457.2米到1371.6米的地下進行開挖、鉆井或進行其他開采”。

另兩個Plowshare爆炸

緊隨Gasbuggy計劃，美國又實施了另外兩個Plowshare項目，它們是旨在提高天然氣產(chǎn)量的核爆炸試驗。這兩個項目都在科羅拉多進行，即1969年的Rulison計劃和1973年的Rio Blanco計劃。Rulison計劃引爆4萬噸的核裝置，天然氣成功增產(chǎn)。然而，這些天然氣放射性太高。Rio Blanco計劃的裝置總當量為3.3萬噸，在單井不同深度進行了3次爆炸。

爆炸之前：Gasbuggy計劃是核能壓裂實施的第一個案例

Gasbuggy計劃之后環(huán)境恢復的教訓

爆炸之后：現(xiàn)在該實施場地變成了Carson國家森林的一部分

壓裂之前：西弗吉尼亞州Upshur縣Marcellus頁巖地層正鉆井現(xiàn)場

井場恢復之后

現(xiàn)在Gasbuggy計劃的試驗地區(qū)是Carson國家森林的一部分。要不是上圖的紀念碑文，沒有人會知道這個區(qū)域是曾經(jīng)的核爆炸場地。

現(xiàn)在這樣的場景得益于爆炸之后數(shù)年的環(huán)境恢復工作。盡管原子氣體壓裂增產(chǎn)早已被禁止，但環(huán)境恢復工作一直在進行，這一直是油氣公司進行的最重要的工作之一。包括TransCanada和Chesapeake能源公司在內(nèi)的許多公司一直在做環(huán)境恢復工作。下圖是Marcellus頁巖儲層現(xiàn)代水力壓裂現(xiàn)場的照片。

在Gasbuggy計劃實施的時期，美國正經(jīng)歷文化劇變的痛苦，最終產(chǎn)生了許多新的理念和運動。其中之一是環(huán)境保護論，其旨在將核武器擴散和石油工業(yè)作為主要對手。核擴散和其引起的諸多危險是環(huán)境保護主義者主要關(guān)心的問題。如今環(huán)境運動將矛頭指向了水力壓裂這一美國頁巖氣革命的關(guān)鍵技術(shù)。不幸的是，反壓裂主義者經(jīng)常不能找到合理的反對理由，包括常識和歷史。相反，他們的這種反對似乎僅僅是憑思想觀念和無知熱情煽動起愚昧的情緒。

現(xiàn)在的水力壓裂帶來的危害與40年前“核能壓裂”帶來的潛在輻射相差十萬八千里。如今，Gasbuggy計劃留存的證據(jù)僅僅是原始自然環(huán)境下的一塊小碑文以及類似這篇文章一樣的報道。盡管Gasbuggy計劃中核能壓裂確實污染了大量天然氣，但它并沒有污染水源，沒有給環(huán)境帶來不可恢復的傷害，沒有給當?shù)貛砀咻椛涞奈ｋU。當我們想想曾經(jīng)的Gasbuggy計劃時，就會發(fā)現(xiàn)人們對當今的水力壓裂的反對絕對是反應過度了。