2017年12月13日 星期三
中国矿业报订阅

揭秘页岩气开发环境风险真相

2016-11-4 16:34:00 来源:中国矿业报 作者:张宏达

包括页岩气在内的所有能源的开发利用,都会对环境产生直接或者间接的影响,都会引发关于环境风险的担忧。在评估页岩气开发的环境风险时,需要考虑地下水保护、压裂液化学温室效应、水资源利用和废水处理等方面。环境成本问题不能只考虑其中某一个方面,必须进行综合考虑,客观评估其综合环境成本,用以指导建立页岩气开发利用和环境保护的共赢模式。

美国页岩气成功开发以来,公众对页岩气开发潜在环境风险的担忧主要来自用水量大、可能污染水环境、温室气体排放、噪声、诱发微地震等次生地质灾害等五个方面,那么这些风险的真相是什么?

根据美国能源部和地下水保护委员会2010年对不同能源生命周期内用水量的统计分析结果,以产生每百万英热单位的热量为基准,页岩气用水量为3.1升~12.5升,常规天然气需水3.8升~11.3升,煤炭需水7.6升~30.3升,核电需水30.3升~53升,页岩油需水30.3升~72升,油砂需水102升~257升,常规石油需水30升~76升,生物能源需水大于9460升。可见,与其他化石能源生产相比,页岩气用水量最低。此外,页岩气开发为一次性用水,具有集中度高、持续时间短、水质要求低、重复使用率高的特点,与传统工农业的连续性用水特征具有显著的差异,一般不会对所在地区的供水安全造成较大影响,且不会与传统行业用水发生矛盾。

关于水环境污染的问题,人们关注的焦点主要集中于压裂液和返排水中的有害成分是否会污染浅部饮用含水层。首先,页岩气储层深达数千米,而绝大多数供水含水层埋深仅几十米至几百米,两者之间相隔至少有数千米厚的地层,本身发生连通的可能性就非常小,且水力压裂的影响范围有限,造成含水层与页岩层发生连通的难度很大。其次,页岩为塑性岩石,压裂结束后在上覆地层压力和滞留于页岩裂隙中流体强结垢倾向的双重作用下,人工裂隙具有闭合、堵塞的自然趋势,难以形成永久通道。第三,天然断裂系统和井孔是可能造成页岩层与含水层连通的主要通道,一方面在布置页岩气井位时,可以通过加强前期地质研究来避开断裂系统;另一方面,井孔的固井质量事故是造成页岩层和浅部含水层连通的主要通道,但从美国的统计数据来看,固井质量事故均是由于施工单位违规操作造成的,可通过加强监管而避免。第四,水力压裂过程中使用的化学物质和返排废水泄漏都属于意外事故,主要是管理不科学造成的,可以通过加强管理来避免。

对于温室气体排放,天然气行业是甲烷排放的来源之一,在页岩气的勘探、生产和输送过程中,泄漏量可占到整个气井预测总量的1.7%~6.0%。据EPA(美国环境保护署)评估,1990年至2009年间,由于违规施工和气井维修,每年释放或燃烧的甲烷约19亿立方米。为此,自2000年开始,EPA实施了天然气减排计划,即利用便携式设备从返排过程中分离出气体,直接输送到天然气管道,至2009年,共减排天然气60亿立方米以上,增加了超过15亿美元的利润。

根据国家气候变化对策协调小组办公室发布的数据,1994年,我国甲烷排放的主要来源为煤炭开采20.7%、家畜业29.7%、废弃物处置22.5%和水稻种植17.9%,油气行业仅占0.36%。1994年,我国煤炭开采排入大气甲烷达106亿立方米,远大于EPA评估的页岩气开采每年19亿立方米的排放量。

页岩气开发过程中的钻完井、水力压裂作业,以及提供动力的大功率柴油机、发电机等机械设备通常是24小时不间断运行,会产生噪音污染。针对这一问题,可以通过在井工厂周围建造隔音墙的措施,来降低生产过程中的噪音。

关于诱发次生地质灾害,在页岩气开发过程中,道路开辟、钻井平台建设等会破坏地表植被,洪水季节易诱发泥石流。将压裂液高压压入页岩层中产生裂缝,这一过程会干扰地应力平衡,引起受压裂岩层应力的快速释放,可能诱发微地震或山体滑坡。对地表植被的破坏,可以通过加强采后生态修复,恢复地表植被,减少泥石流灾害。对于诱发微地震和山体滑坡等次生地质灾害,一方面根据美国EPA的研究成果,微地震等次生地质灾害诱发的主因是废水回注,并不是水力压裂;另一方面,诸如大型水利工程、隧道、桥梁、矿山开采等均会造成地应力平衡失稳,诱发微地震等次生地质灾害。尽管如此,我们仍然应该加强页岩气开发过程中地质灾害的监测和管理,建立预警预报机制。□

(作者单位:中国地质调查局油气资源调查中心)

编辑:宫莉

矿业报官方微博

返回新闻