非常規(guī)能源開(kāi)發(fā)中的相關(guān)環(huán)境問(wèn)題

21世紀(jì)以來(lái)，非常規(guī)能源的開(kāi)發(fā)一路突飛猛進(jìn)，取得一系列重大突破。頁(yè)巖氣成為全球非常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，頁(yè)密油、致密氣、煤層氣、重油、瀝青砂等也成為全球非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域。已成功進(jìn)行非常規(guī)能源大規(guī)模商業(yè)開(kāi)發(fā)的國(guó)家有：美國(guó)、加拿大、澳大利亞等開(kāi)發(fā)煤層氣資源;愛(ài)沙尼亞等國(guó)家開(kāi)發(fā)油頁(yè)巖資源;加拿大開(kāi)發(fā)油砂資源;美國(guó)、加拿大開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣資源，美國(guó)首先突破了頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)，使世界頁(yè)巖氣進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)開(kāi)發(fā)階段。全球非常規(guī)油氣產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，在全球能源供應(yīng)中的地位日益凸顯。近年來(lái)，隨著開(kāi)發(fā)技術(shù)的日趨進(jìn)步，其市場(chǎng)角色和地位日益突出，成為世界勘探開(kāi)發(fā)的新寵。

雖然原油價(jià)格在2014年下半年和2015年大幅下跌，但價(jià)格暴跌的陰影下也會(huì)透出一縷曙光。從歷史數(shù)據(jù)看，原油價(jià)格一直起伏不定，時(shí)而上升，時(shí)而猛降，而全球油氣的消耗量卻是逐年上升。國(guó)際能源署2014年報(bào)告稱，世界石油需求量正快速增長(zhǎng)，因此提高了長(zhǎng)期需求增長(zhǎng)的估算量。并且，以往油氣行業(yè)在面臨價(jià)格低廉的挑戰(zhàn)時(shí)，均能采取措施提高油氣資源開(kāi)發(fā)的效率走出低谷。產(chǎn)業(yè)低迷期正是我們抽出時(shí)間退一步通觀全局、審視過(guò)去、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、思考未來(lái)革新之路的時(shí)機(jī)。而環(huán)境問(wèn)題正是我們站在“十三五”的歷史節(jié)點(diǎn)上，為保護(hù)綠水青山需要努力的方向之一。

非常規(guī)能源開(kāi)發(fā)的相關(guān)環(huán)境問(wèn)題

非常規(guī)能源開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在許多重要的環(huán)境挑戰(zhàn)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)記載的環(huán)境影響類型有水資源利用和水質(zhì)問(wèn)題、溫室氣體排放和氣候變化、空氣質(zhì)量、誘發(fā)地震、土地利用和棲息地破壞等潛在風(fēng)險(xiǎn)。比如，頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)可能會(huì)導(dǎo)致空氣中揮發(fā)性有機(jī)化合物、氮氧化合物和溫室氣體(如甲烷)濃度的升高，也對(duì)土壤和沉積物具有潛在的污染，鉆井廢物的泄漏可能會(huì)造成高度的鹽化和酸化。當(dāng)土壤化學(xué)污染物受到流水的侵蝕或者徑流的沖刷時(shí)，可能會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境造成污染。

(一)水資源利用及水質(zhì)問(wèn)題

與常規(guī)油氣開(kāi)采和非常規(guī)油氣開(kāi)采相關(guān)的其他水質(zhì)問(wèn)題的關(guān)注包括：地表溢出、礦坑泄漏、鉆孔和襯墊施工中淤積的液體對(duì)地下和地表水產(chǎn)生污染的風(fēng)險(xiǎn)。由于在開(kāi)采頁(yè)巖氣和致密油時(shí)，短時(shí)間內(nèi)需要大量的水來(lái)實(shí)施水力壓裂，所以也就出現(xiàn)水的消耗問(wèn)題。用水問(wèn)題包括獲取大量水可能對(duì)地表水資源、水流和水生生物(尤其是枯水期)的影響，以及其他競(jìng)爭(zhēng)性用水的影響(例如市政或農(nóng)業(yè)用水)。這些影響可能是區(qū)域性的或者局部的，可以隨季節(jié)或者較長(zhǎng)期的降水變化而變化。

一般非常規(guī)能源的開(kāi)采活動(dòng)可以大致分為7個(gè)不同的階段：①打鉆孔;②混合壓裂液;③水力壓裂;④回收返排水或采出水;⑤廢水處理;⑥利用運(yùn)輸工具和機(jī)械裝備;⑦封堵棄井。在水力壓裂過(guò)程中，使用的指定壓裂液包含水、支撐劑和化學(xué)添加劑。壓裂液的用量取決于頁(yè)巖地層的地質(zhì)組成、所用的水力壓裂技術(shù)和鉆井過(guò)程的持續(xù)時(shí)間。壓裂液約92%~94%由水組成，其中6%~7%是溶解的壓裂支撐劑。每口井每次水力壓裂過(guò)程中的用水量在8000~19000立方米之間。余下的1%~2%的液體由不同的化學(xué)添加劑組成。這些添加劑由不同的化學(xué)物質(zhì)組成，每一種都具有特定的功能。包括凝膠和交聯(lián)劑、減摩劑、腐蝕劑、PH調(diào)節(jié)劑、酸、緩蝕劑、防垢劑、鐵控制劑、粘土穩(wěn)定劑、殺菌劑和表面活性劑。大量的返排液可能會(huì)對(duì)環(huán)境和人類健康造成影響。大約有10%~40%的注入壓裂液在水力壓裂過(guò)程中返回到地表。采出水不僅包含在水力壓裂前添加的化學(xué)物質(zhì)，而且可能包含頁(yè)巖氣地層吸附的各種物質(zhì)。返排水可能含有鹵化物(如氯化物、溴化物、氟化物)、鍶、鋇和通常自然產(chǎn)生的放射性物質(zhì)(NORMs)，以及不同的有機(jī)或無(wú)機(jī)物質(zhì)。除了水力壓裂，其他開(kāi)發(fā)活動(dòng)也會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。鉆井過(guò)程中所使用的管道結(jié)構(gòu)和機(jī)械是水力壓裂液中化學(xué)物質(zhì)泄漏到環(huán)境中的潛在途徑。鉆井生產(chǎn)能力不足后，連接到地層中的鉆孔將會(huì)被廢棄。按照規(guī)定用水泥漿和機(jī)械插塞對(duì)廢棄的井進(jìn)行封堵。如果廢棄井處理得當(dāng)，對(duì)淡水含水層的污染風(fēng)險(xiǎn)可以降低甚至沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)。

(二)空氣質(zhì)量

與非常規(guī)油氣生產(chǎn)相關(guān)的氣體釋放也是一個(gè)重要的挑戰(zhàn)。在油氣生產(chǎn)的各個(gè)不同階段都能夠釋放大氣污染物。污染源包括襯墊、道路和管道的建設(shè)、鉆井和完井以及返排、天然氣處理、存儲(chǔ)和運(yùn)輸設(shè)備。主要污染物包括甲烷(天然氣的主要成分以及一種強(qiáng)效的溫室氣體)、揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)、氧化氮、二氧化硫、顆粒物質(zhì)以及各種有害的大氣污染物。根據(jù)環(huán)境保護(hù)署的報(bào)道，油氣工業(yè)是甲烷和揮發(fā)性有機(jī)化合物排放的一個(gè)重要源頭，揮發(fā)性有機(jī)化合物與氧化氮再反應(yīng)形成臭氧(污霧)。

(三)誘發(fā)地震

大部分非常規(guī)油氣資源的開(kāi)發(fā)都需要依靠向地下巖層注入大量液體，這種行為可能會(huì)激活附近斷層的滑坡而誘發(fā)地震。據(jù)統(tǒng)計(jì)，油田中不斷增加的液體灌注行為導(dǎo)致北美部分地區(qū)的地震發(fā)生頻率大幅增長(zhǎng)。在美國(guó)中部，大部分誘發(fā)地震都與油氣開(kāi)發(fā)活動(dòng)中采出水的深部排放有關(guān)。相比之下，近幾年加拿大西部的許多誘發(fā)地震都與水力壓裂活動(dòng)開(kāi)展的時(shí)間和空間存在高度相關(guān)性。

在各種潛在的環(huán)境影響中，許多可能會(huì)隨著適當(dāng)?shù)陌踩胧?、現(xiàn)有技術(shù)和最優(yōu)方法而得到緩解。

國(guó)外相關(guān)管理經(jīng)驗(yàn)借鑒

(一)立法先行，加強(qiáng)監(jiān)管。

美國(guó)一直在不斷完善對(duì)非常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)中有關(guān)環(huán)境問(wèn)題的法律法規(guī)。2013年，美國(guó)頒布《能源開(kāi)發(fā)法案》，該決議修改了《安全飲用水法案》(該法案最初于1974年由美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)，并于1986年和1996年進(jìn)行修改，主要宗旨是保護(hù)飲用水及其水源——河流、湖泊、水庫(kù)、泉水和地下水水源等)，禁止水力壓裂，除非個(gè)人提出進(jìn)行水力壓裂作業(yè)時(shí)同意對(duì)地下飲用水源進(jìn)行測(cè)試和報(bào)告要求。該立法要求在水力壓裂作業(yè)之前、之中和之后都需要測(cè)試。美國(guó)2015年的《壓裂化學(xué)用品責(zé)任和意識(shí)法》授權(quán)環(huán)境保護(hù)署根據(jù)《安全飲用水法案》來(lái)監(jiān)管壓裂過(guò)程，對(duì)《安全飲用水法案》進(jìn)行修訂：①要求公開(kāi)壓裂過(guò)程中使用的化學(xué)用品;②廢除2005年已制定的《能源政策法》中水力壓裂免稅政策，將術(shù)語(yǔ)“地下注入”修改為包括水力壓裂作業(yè)中的液體注入，因此授權(quán)環(huán)境保護(hù)署根據(jù)《安全飲用水法案》來(lái)監(jiān)管壓裂過(guò)程。2012年，根據(jù)《清潔空氣法》權(quán)限，環(huán)境保護(hù)署出臺(tái)了規(guī)定，需要在油氣生產(chǎn)中減少排放量，包括天然氣井水力壓裂所產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放量?！稖p少能源在空氣中傳播的有毒污染物對(duì)健康的影響法案》授權(quán)環(huán)境保護(hù)署統(tǒng)計(jì)油氣井、管道和相關(guān)部位釋放的氣體總量，以便控制有毒空氣污染物。2013年的《氣候保護(hù)法案》(Climate Protection Act)，S.332議案第301條中包含化學(xué)用品公開(kāi)的規(guī)定。第302條要求環(huán)境保護(hù)署向國(guó)會(huì)報(bào)告天然氣基礎(chǔ)設(shè)施中揮發(fā)性甲烷的釋放量。此外，美國(guó)一直積極致力于：建立控制頁(yè)巖氣開(kāi)采中排往公共污水處理廠的廢水的預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn);修訂水量標(biāo)準(zhǔn)使水生生物免受油氣開(kāi)采過(guò)程中排放到地表水中的鹵水影響;要求提供水力壓裂化學(xué)品有害物質(zhì)報(bào)告，以便規(guī)范或管理與非常規(guī)油氣生產(chǎn)有關(guān)的活動(dòng)。

在加拿大，各省負(fù)責(zé)管理并通常擁有本省陸地自然資源，其中包括：石油和天然氣，同時(shí)也是地表水和地下水資源的監(jiān)管者。一些省份規(guī)定開(kāi)展地球物理以及鉆井活動(dòng)需要辦理許可證，而在另外一些省份，鉆井施工、完井、水力壓裂、鉆井的改造及廢棄都需要辦理專門的許可證。土地使用需要租賃合同，用水則需要辦理取水許可證。同時(shí)還有規(guī)定要求及時(shí)提交鉆井報(bào)告(套管和固井報(bào)告)、鉆孔地球物理編錄資料(巖性評(píng)價(jià))以及測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)(儲(chǔ)層評(píng)價(jià))，并且要立即或者在結(jié)束短暫的保密期(根據(jù)鉆井類型以及各省規(guī)定的不同一般為3個(gè)月至3年)后向外界公布。各類生產(chǎn)活動(dòng)都被納入在強(qiáng)大的省級(jí)或者聯(lián)邦政府法規(guī)的監(jiān)管之下，以保護(hù)環(huán)境不會(huì)遭受破壞，包括空氣質(zhì)量、農(nóng)業(yè)及林業(yè)用地、國(guó)家公園、野生動(dòng)物棲息地、可飲用的地表或地下水。在加拿大東部，勘查和鉆探活動(dòng)(如地球物理、鉆探及完井工作)的相關(guān)法規(guī)在各省由不同部門分別監(jiān)督執(zhí)行，環(huán)境問(wèn)題(如水資源提取、水及空氣質(zhì)量、天然氣燃燒以及壓裂操作的監(jiān)管和許可)相關(guān)法規(guī)通過(guò)環(huán)境部監(jiān)督執(zhí)行。在西部省份(不列顛哥倫比亞、阿爾伯塔省)，油氣工業(yè)大部分活動(dòng)的監(jiān)管通過(guò)不列顛哥倫比亞油氣委員會(huì)和阿爾伯塔能源監(jiān)管局執(zhí)行。

法律促進(jìn)技術(shù)發(fā)展，但不會(huì)對(duì)相關(guān)技術(shù)對(duì)社會(huì)和環(huán)境保護(hù)造成的不確定性后果和潛在威脅予以過(guò)度妥協(xié)。應(yīng)將預(yù)防和防治原則作為規(guī)范開(kāi)采活動(dòng)的兩個(gè)主要工具，在非常規(guī)能源開(kāi)采的技術(shù)發(fā)展的促進(jìn)和抑制之間達(dá)成平衡。

(二)重視研究，加強(qiáng)合作。

油氣公司和監(jiān)管機(jī)構(gòu)需采取進(jìn)一步的措施來(lái)保護(hù)水質(zhì)、管理水資源的使用及廢水的處理，公開(kāi)報(bào)道整個(gè)壓裂和凈化過(guò)程中用水的成分和流程，公開(kāi)壓裂液成分并對(duì)井開(kāi)發(fā)和建設(shè)(尤其是下套管、固井和壓力管理)采取最佳操作，也需要通過(guò)減少有毒氣體、臭氧前體物、甲烷和其他污染物的排放來(lái)保護(hù)空氣質(zhì)量。

2012年4月，由美國(guó)能源部牽頭，與環(huán)境保護(hù)署和內(nèi)政部(DOI/美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局)共同簽署了制定多家機(jī)構(gòu)的研究計(jì)劃的協(xié)議備忘錄，以解決安全和慎重地開(kāi)發(fā)非常規(guī)頁(yè)巖氣和致密油相關(guān)的最優(yōu)先研究的問(wèn)題，并于2014年7月共同發(fā)布了一項(xiàng)非常規(guī)油氣研究和發(fā)展的戰(zhàn)略。通過(guò)跨部門工作組來(lái)協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)的活動(dòng)并從事長(zhǎng)期規(guī)劃，確保研究、資源評(píng)價(jià)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的協(xié)調(diào)。

(三)改良技術(shù)，降低風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)非常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)的可能風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，并采取措施將其降到最低。通過(guò)改良技術(shù)、預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)等措施積極引導(dǎo)開(kāi)發(fā)活動(dòng)不斷朝著綠色環(huán)保的方向發(fā)展(如采用“綠色”添加劑、地下水監(jiān)控、返排水和采出水的回收利用、壓裂液添加劑的公布等等)，在一些情況下，需要設(shè)立相關(guān)法規(guī)提出硬性要求。

在美國(guó)，由于更加嚴(yán)格的環(huán)境規(guī)章的發(fā)布和實(shí)施，水力壓裂廢水管理趨勢(shì)已經(jīng)隨著時(shí)間逐漸轉(zhuǎn)變，從最初的廢水處理設(shè)施中處置到重新利用和深井注入。目前，在后續(xù)水力壓裂作業(yè)中重新利用返排液和采出水是普遍趨勢(shì)。內(nèi)部重新利用使廢水的環(huán)境影響和處理成本最小化，同時(shí)降低了淡水作為壓裂液的需求量。當(dāng)然，為了使這些壓裂液達(dá)到重新利用的要求，還需要更多“高級(jí)”處理技術(shù)，如蒸發(fā)和結(jié)晶技術(shù)、反向滲透、膜蒸餾、正向滲透、生物技術(shù)等。