页岩气勘探开发过程中的环境影响.pdf

：页岩气勘探开发过程中的环境影响王亚运柯 研周晓珉李 骞（西南石油大学；中国石油天然气股份有限公司浙江油田分公司）摘要当前，我国正积极推进页岩气资源的勘探和开发工作，但其对环境的影响尚缺乏科学评价和规范管理。在系统分析页岩气勘探开发主要流程：井场选址与建设、水平井钻井、水力压裂和投产等的基础上，辨识了其造成生态破坏和环境污染的主要因素以及可借鉴的技术和经验。结合我国页岩气资源的分布和勘探开发现状，从法规政策、企业责任以及技术创新三个层面，提出我国页岩气开发过程中环境保护和管理应努力的方向。关键词页岩气；勘探开发；环境影响中图分类号：文献标识码：文章编号：（）引言步入 世纪，水平井钻井和水力压裂技术的结合使得非常规气尤其是页岩气的开发发展较快。基于能源安全需要以及天然气需求量的上升，世界各国都对页岩气这一清洁能源给予高度关注。作为页岩气勘探开发的先驱，年来，美国的页岩气产量一直呈上升趋势。其能源情报署的数据表明：年，美国的页岩气产量达到 ，占天然气总产量的 。预计到 年，这一比重将上升至。我国页岩气资源丰富，分布广泛，可采储量约 。四川盆地、塔里木盆地、准格尔盆地、吐哈盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾等区域均具备良好的页岩气成藏条件和勘探开发潜力。国内页岩气研究开发热潮也在近年悄然兴起，年 月，四川省宜宾市长芯井的完钻，标志着我国页岩气开始步入勘探开发阶段。年月，由中国石油西南油气田公司开发的我国第一口页岩气水平井威 井正式产气，页岩气成为我国新能源开发的重点。针对国家环境保护的要求以及页岩气开发所引发的公众对环境问题的担忧，要认真分析页岩气勘探开发过程中面临的环境挑战，强化页岩气勘探开发过程的环境保护意识。页岩气开发技术低孔隙度和低渗透率是页岩气藏区别于常规气藏的显著特征，常规的钻井技术通常无法获得工业气流。因此水平井钻井技术和水力压裂技术在页岩气开发过程中不可或缺，这两者也是北美页岩气开发 年来形成的经济可行的标准技术。与竖直井相比，水平井可以更大限度地扩大油气井与油气层的接触面积，从而增大油气的汇入面积，提高油气产量和采收率，目前页岩气钻井主要以水平井为主。当前有记录的水平井水平段长已超过 。水力压裂技术则是通过注入高压流体在油气藏的内部产生的裂缝和缝隙，进一步扩大水平井的导流面积来增大产能，目前针对水平井的水力压裂技术已实现重复压裂和多段压裂。页岩气勘探开发过程的环境影响无论是偏远地区还是城镇地区，页岩气的勘探开发过程皆会带来一系列的环境问题。最显著也是公众最为关注的几个方面包括：地表侵蚀和植被破坏、水资源利用与水污染、甲烷泄漏以及噪声等。从事页岩气勘探开发的企业要本着“预防为主，防治结合”的原则尽量减少施工操作对周边环境和社区的影响。地表侵蚀和植被破坏油气勘探开发过程中，道路开辟与硬化、井场建设和管道铺设等需要占用大量的土地资源。一口页岩气井的水力压裂动辄需要耗水上万，压裂储液池的建造、罐车及压裂车设备的布置等大幅增加了对土地的需求量。美国 页岩气田的单个井场 面 积 为 ，远 大 于 常 规 钻 井 井场。在未开发的偏远地区，井场建设会破坏大面积野生植被，影响野生动物的生存环境。降水量较大王亚运，西南石油大学石油工程学院在读。通信地址：四川省成都市新都区新都大道号，油气田环境保护 年月 的情况下，地表侵蚀难以避免，甚至会出现局部的泥石流、滑坡等地质灾害；在人口稠密地区，则会占用大量的耕地或居住用地，导致土地资源紧张。在钻井设计时，应注重丛式井和多分支井的应用，这在前期可减少井场建设数量，后期则有利于生产设备的紧凑化布置。在井场选址和建设时，应尽量减少对地表植被的破坏，应对重要物种予以移植。完井生产后，应对井场周边进行绿化修复；对于废弃的探井井场，应做好生态恢复。水资源利用与水污染与常规天然气藏的开发相比，页岩气开发所必需的水平井钻井和水力压裂技术的耗水量巨大。对美国多个页岩气田的统计表明，绝大多数生产井的用水量在 之间。其中水力压裂用水量占 以上。尽管页岩气开发用水量占地区用水总量的比例很小，仅为 ，但短期内汲取大量水资源仍不免对当地的用水分配造成冲击。在对 页岩气田一个区块的日用水量估算后发现，其用水量峰值可达当地发电用水量的。对比我国各省份的水资源承载力，我国页岩气发展规划指定的 个重点省份中有个是水资源短缺地区；另外，川、渝、云、贵、赣在近年来都频繁遭受严重干旱的困扰。页岩气开发时巨大的耗水量必然会给当地正常的生产、生活带来困扰。建造大型储水池在丰水期储备水资源以防季节性缺水是开发页岩气田的成功经验之一。页岩气开发所用水力压裂液的主要成分是水和砂粒，两 者 占 压 裂 液 组 成 的 ，另 外 为各种化学添加剂。常用的有：稀盐酸、瓜胶、硼酸盐、聚丙烯酰胺、矿物油、柠檬酸、氯化钾等，用于提高压裂液的造缝、携砂能力，降低摩阻等。添加剂的使用是导致水污染的重要隐患。压裂完成后要对压裂液进行返排，不同的页岩气区块，压裂返排液（包括压裂液和地层水）的返排时间和体积不同。时间从几小时到数月不等，返排体积有的很 低（），但 大 多 数 约 占 注 入 压 裂 液 量 的 。除化学添加剂外，石油烃类、高浓度盐类等是主要的污染物。目前对压裂返排液的主要处理方式有三种：一是回注，隔层发育良好的目标储集层是其先决条件；二是通过污水处理厂处理后排放；三是就地处理后回收利用。第三种处理方式所受限制少，且安全高效。近几年，压裂返排液蒸馏处理技术在 和 页岩气田均有成功应用，返排液经处理后，约 可回收利用，且成本低廉 。此外，美国页岩气开发地区有多处检测到地下水甲烷含量上升状况。宾夕法尼亚州一项研究表明，页岩气钻探地区地下水中甲烷含量是未钻探地区甲烷含量的 倍。研究人员将此归咎于压裂操作导致的页岩气层与地下水层贯穿。然而上万口页岩气井的压裂报告表明，低于含水砂层 以上的压裂操作导致页岩气层与地下水层贯穿的可能性几乎为零。因此，压裂过程中页岩气的泄漏问题尚存争论。甲烷的泄漏页岩气的主要成分为甲烷（含量约），而甲烷是一种温室效应比二氧化碳更强的气体。稍早的研究表明，以 年和 年为周期，同等质量甲烷的温室效应分别是二氧化碳的 倍和 倍。而考虑了甲烷与气溶胶相互作用的最新研究表明：以 年和 年为周期，同等质量甲烷的温室效应分别是二氧化碳的 倍和 倍（不确定度）。据保守估计，压裂液返排过程中页岩气的平均排放量约占页岩气井预测总产量的，后续的多段压裂段塞钻穿过程中的页岩气逸散量约占。储层压力越大，甲烷气的逸散量就越多。耗时较长的水平井钻井、完井和压裂过程，致使页岩气开发甲烷泄漏量高于常规天然气开发。高甲烷含量原本是页岩气促进二氧化碳减排的优势，然而目前关于甲烷的温室效应和开发过程中页岩气的排放和泄漏问题的争辩令这一优势饱受质疑。噪 声页岩气钻井和压裂过程中的噪声污染不可忽视，尤其是对于靠近村落及城镇的施工地点。井场建设中大量重型机械的运作和交通运输，水平井钻井和压裂施工都会产生高分贝噪声。井场建设和交通运输可以通过限定作业时间来规避噪声对周边居民区正常生活作息的影响；而水平井钻井的长期性、钻井和压裂操作的连续性则无法从根源上消除噪声污染。后续天然气输送过程中，压缩机站的运行也将产生长期的噪声污染，即便安装了消音器也难以完全消除。长期的噪声环境会给人们的身心健康造成不利影响，特别是对患有高血压、冠心病、偏头疼等人群，有加剧病情的风险。夜间的噪声则会造成睡眠障碍，一般认为高于 （）的噪声会影响入眠，超过 （）时则会导致大部分人觉醒。年月王亚运等：页岩气勘探开发过程中的环境影响 声环境质量标准 一类标准中的夜间噪声等效声级为 （）。对于钻井和压裂噪声，必要时应设立吸声、隔声设备等以避免其对周边居民区造成影响。除安装消声器外，压缩机房内还应为压缩机、冷却器等主要机械安装隔振器，设立隔声间，建造隔振沟、隔振地洞等设施来消减噪声，以达到 声环境质量标准 要求。其他方面在页岩气开发过程中有时会遇到的天然放射性物质含量较高的地层，除了井场工作人员需特别注意外，相关的废液、废渣等也要做特殊处理。由柴油机造成的局部空气污染亦不可忽视，机械和车辆要进行定时检修。此外，井场交通运输导致的扬尘污染也应给予足够重视，硬化路段或定期洒水都是抑尘的有效方法。页岩气开发的环境管理建议目前，页岩气的勘探开发是我国能源战略的新规划。参考北美页岩气开发过程出现的各种环境问题和公众担忧，一方面，应从国家层面建立并完善页岩气开发相应的环境保护管理制度，明确政府监管责任和企业环境保护责任；另一方面，针对页岩气开发过程中污染物的产生环节和污染物的特性，加强污染物减排和治理技术的引进及研究开发。完善页岩气开发管理制度完善勘探开发建设项目环境影响评估制度将页岩气资源的勘探评估与区域水资源规划和环境影响评估等结合在一起，综合评估开采的可行性。本着不影响当地居民饮用水、农业用水、动植物生态需水等水资源平衡的原则，防治和减少页岩气资源开发中潜在的环境污染和生态破坏。明确污染排放控制指标根据环境污染物容纳量和页岩气开发过程可能产生的污染物种类，制定相应的水体、土壤、大气污染物控制指标，严格监督页岩气开发企业的执行情况。加强环境监测力度根据页岩气开发工艺流程，寻找页岩气开发过程中可能造成环境污染和生态破坏的风险点源，加强对页岩气探区周围的地下地面水、土壤和大气环境的监测，确保污染物浓度在生态环境可接受范围内。信息公开制度国家及地方环保部门可以考虑对页岩气勘探区周围环境监测信息公开，以消除公众对环境的担忧。加强企业环境保护管理目前国内油气勘探开发企业已建立比较完善的 管理体系，以控制油气勘探开发过程产生的健康、安全与环境风险。鉴于页岩气开发过程中风险的侧重点不同，企业应秉承“环保优先，以人为本”的管理理念，切实担负起社会责任，根据页岩气开发特点，进一步完善企业的 管理体系。加强技术研究美国页岩气井水力压裂的压裂液循环利用已取得很好效果，页岩气开发可以借鉴美国和国内油气田的水资源循环利用经验，深化页岩气开发过程的水资源循环利用技术研究。从页岩气水力压裂技术层面出发，探索节水工艺和甲烷减排工艺，以减少水资源消耗和甲烷排放。做好污染治理技术研究，加强企业和研究单位合作，针对页岩气压裂返排液的污染组分特性，设计高效的污染治理措施。加强页岩气水平井清洁压裂技术的研究，例如液态二氧化碳压裂技术等。结束语美国 年的页岩气开发历程为我国的页岩气发展提供了成功的范本。在积极开展页岩气勘探开发、科研攻关和产业化政策制定的同时，要注重生态环境保护与污染物治理。在学习引进先进技术的基础上，针对我国页岩气勘探开发所面临的环境挑战，探索创新配套的环保技术与 管理体系，以求经济、社会和环境效益的共赢。参 考 文 献 ：，人民网国家能源局发布 页岩气发展规划（年）：张金川，金之钧，袁明生页岩气成藏机理和分布天然气工业，（）：，：？，（）：油气田环境保护环境影响 ，（）：，（）：，：，刘佳骏，董锁成，李泽红 中国水资源承载力综合评价研究 自然资源学报，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：（收稿日期 ）（编辑袁立凡）环境保护部发布 年世界环境日中国主题环境保护部新闻发言人陶德田于 年月 日向媒体通报：今年“六五”世界环境日中国主题为 绿色消费 你行动了吗？旨在强调绿色消费的理念，唤起社会公众转变消费观念和行为，选择绿色产品，节约资源能源，保护生态环境。陶德田说，联合国环境规划 署确定 年“六 五”世 界 环境日 主 题 为“绿色 经 济，你 参 与 了 吗？”（：？），旨在推动人们思考如何让绿色经济深入到日常生活的方方面面，以此带来社会、经济和环境方面的良性转变，从而满足世界人口不断增长的需要。中国主题旨在呼应世界主题绿色经济的同时，更加强调在生态环境恶化和能源危机日益突出的形势下，充分认识推广绿色消费的重要性和紧迫性，呼吁人人行动起来，采取有力措施，在全社会大力推广绿色消费。与传统消费不同，绿色消费以满足人的基本需求为中心，崇尚节俭、适度，是一种节约资源、减少污染、可持续的消费模式。绿色消费与转变经济发展方式、坚持科学发展的现实需要相契合，是生态文明建设的重要组成部分，不仅可以更好地解决危害人民群众健康的环境问题，而且可以带动绿色产业的发展，促进产业结构的升级优化，形成生产与消费的良性循环。实现绿色消费，必须加强环境宣传教育，使每个家庭、每个公民充分认识到我国环境问题的严峻性及绿色消费对环境保护、可持续发展的作用，从身边小事做起，让绿色消费贯穿日常生活的方方面面，从而有效促进全社会可持续发展。（摘编自中华人民共和国环境保护部网 ）年月王亚运等：页岩气勘探开发过程中的环境影响（），；（）（，；，），：；（）（），：，；（）（，），：，；（）（），；（）（，；），；，；（）