環(huán)境約束：頁(yè)巖氣開發(fā)不可回避的挑戰(zhàn)

頁(yè)巖氣是一種資源潛力極為巨大的非常規(guī)油氣資源，長(zhǎng)期以來(lái)，受技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多種因素的影響，其開發(fā)一直比較緩慢。進(jìn)入本世紀(jì)以后，美國(guó)“頁(yè)巖氣革命”成功讓全球能源界充分認(rèn)識(shí)到了頁(yè)巖資源的巨大潛力，至此，頁(yè)巖氣正式進(jìn)入廣大公眾的視野，并且成為近年來(lái)能源界探討的最熱議題之一。中國(guó)作為頁(yè)巖氣資源最為豐富的國(guó)家之一，開發(fā)頁(yè)巖氣資源也被認(rèn)為是增強(qiáng)中國(guó)天然氣供應(yīng)能力、實(shí)現(xiàn)“減煤増氣”國(guó)家能源戰(zhàn)略的重要途徑。然而，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)實(shí)非易事，上游開發(fā)過程中的環(huán)境問題將成為制約頁(yè)巖氣大規(guī)模、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。 傳統(tǒng)認(rèn)為美國(guó)“頁(yè)巖氣革命”成功來(lái)源于技術(shù)突破，但事實(shí)上，美國(guó)“頁(yè)巖氣革命”成功所依賴的兩項(xiàng)技術(shù)：水平鉆井和水力壓裂技術(shù)在上個(gè)世紀(jì)就已經(jīng)產(chǎn)生并發(fā)展成熟，真正使得頁(yè)巖氣于本世紀(jì)在美國(guó)大規(guī)模開發(fā)的原因主要是經(jīng)濟(jì)條件的改善和環(huán)境法案的修改，后者即是所謂的“哈里伯頓漏洞”。2005年，美國(guó)為推動(dòng)水力壓裂技術(shù)的快速應(yīng)用，通過《能源政策法案》，將水力壓裂從許多聯(lián)邦環(huán)境保護(hù)法中去除，如《安全飲用水法》等，這項(xiàng)免除條款被稱為“哈里伯頓漏洞”。正如同美國(guó)所預(yù)期的那樣，該項(xiàng)法案的推行使得頁(yè)巖氣的水力壓裂技術(shù)得到了大規(guī)模應(yīng)用?？梢?，環(huán)境因素在美國(guó)“頁(yè)巖氣革命”開始之初，就是影響其大規(guī)模開發(fā)的主要因素之一。 “哈里伯頓漏洞”雖然在法律上為頁(yè)巖氣開發(fā)消除了環(huán)境約束，但本質(zhì)上并沒有解決這些環(huán)境問題。隨著美國(guó)頁(yè)巖氣開發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，美國(guó)社會(huì)各界對(duì)其環(huán)境影響的擔(dān)憂也開始出現(xiàn)。2008年就有研究指出頁(yè)巖氣開發(fā)所依賴的兩項(xiàng)技術(shù)在實(shí)踐中可能需要消耗大量的水資源，對(duì)壓裂返排液的處理則可能對(duì)區(qū)域淡水資源產(chǎn)生污染。同年，英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)首次指出，頁(yè)巖氣開發(fā)由于存在大量的甲烷泄漏，其生命周期溫室氣體排放可能很高。2011年，美國(guó)康奈爾大學(xué)研究人員在世界頂級(jí)期刊《自然》發(fā)表文章指出，頁(yè)巖氣開發(fā)過程中存在的甲烷泄漏，使得頁(yè)巖氣的生命周期溫室氣體排放甚至超過石油，并與煤炭相當(dāng)，從而引發(fā)學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界和媒體對(duì)頁(yè)巖氣環(huán)境問題的關(guān)注。 目前，國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)和研究人員對(duì)頁(yè)巖氣開發(fā)環(huán)境影響的研究絕大多數(shù)集中在水資源消耗、水質(zhì)污染和甲烷等溫室氣體排放三個(gè)方面。在水資源消耗方面，一口頁(yè)巖氣水平井的耗水量最低為6700立方米，最高則可達(dá)3.3萬(wàn)立方米。頁(yè)巖氣上游開發(fā)所用水基本上是清潔水，這些水主要來(lái)自地表水或地下水，大量的水消耗必然會(huì)對(duì)區(qū)域環(huán)境產(chǎn)生影響。美國(guó)得克薩斯州大學(xué)的研究指出，2000年至2011年，美國(guó)巴內(nèi)特頁(yè)巖區(qū)累計(jì)耗水量達(dá)到1.45億立方米，年耗水量已經(jīng)占到該地區(qū)達(dá)拉斯市總耗水量的9%，且這一比例將在未來(lái)隨著頁(yè)巖氣的持續(xù)大規(guī)模開發(fā)而增加，屆時(shí)必然與區(qū)域內(nèi)其他水資源需求形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。 在水質(zhì)影響方面，頁(yè)巖氣開采過程中甲烷等游離氣泄漏和富含有危害化學(xué)物質(zhì)的返排液的不當(dāng)處理都可能對(duì)頁(yè)巖氣開發(fā)區(qū)域的水質(zhì)產(chǎn)生影響。例如，美國(guó)杜克大學(xué)的研究人員通過系統(tǒng)分析美國(guó)馬塞勒斯和尤蒂卡兩個(gè)頁(yè)巖區(qū)塊頁(yè)巖氣開發(fā)，發(fā)現(xiàn)在毗鄰頁(yè)巖氣開發(fā)1公里以內(nèi)的開發(fā)活躍區(qū)，飲用水井中的甲烷濃度顯著高于1公里以外區(qū)域飲用水井中的甲烷濃度，前者大約是后者的數(shù)10倍。美國(guó)得克薩斯州大學(xué)研究人員則在毗鄰頁(yè)巖氣井3公里以內(nèi)區(qū)域的飲用水井中檢測(cè)出多種有危害的化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)的濃度顯著超過美國(guó)環(huán)境保護(hù)署的標(biāo)準(zhǔn)。 對(duì)于甲烷等溫室氣體泄漏，目前的研究結(jié)論存在較大差異。如以美國(guó)康奈爾大學(xué)為代表的研究認(rèn)為，頁(yè)巖氣上游開發(fā)會(huì)泄漏大量的甲烷，而甲烷是一種比二氧化碳更厲害的溫室氣體，這意味著即使少量的甲烷排放，其對(duì)全球氣候變化的影響也可能是巨大的。該研究團(tuán)隊(duì)指出，由于開采過程中存在大量的甲烷泄漏，使得頁(yè)巖氣的碳排放甚至高于石油和煤炭。盡管也有研究提出異議，認(rèn)為雖然頁(yè)巖氣比常規(guī)氣具有更高的碳排放，但是仍然低于煤炭，因此不能否認(rèn)頁(yè)巖氣作為清潔能源的特性。然而，綜合分析來(lái)看，頁(yè)巖氣上游開發(fā)過程的甲烷泄漏不容忽視。美國(guó)作為當(dāng)前頁(yè)巖氣開發(fā)最為成熟和規(guī)模最大的國(guó)家，為了減少上游開發(fā)過程中的甲烷排放，美國(guó)環(huán)境保護(hù)署專門在其天然氣之星計(jì)劃中推出甲烷減排技術(shù)實(shí)踐，鼓勵(lì)企業(yè)采取綠色完井技術(shù)等來(lái)控制甲烷泄漏，并且已于2011年8月提議針對(duì)非常規(guī)油氣開采的特定過程或設(shè)備建立新排放源性能標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家有害空氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)等。 對(duì)于我國(guó)而言，雖然擁有數(shù)量巨大的頁(yè)巖氣資源，但是我國(guó)的頁(yè)巖氣賦存條件相對(duì)于美國(guó)而言較差，且相當(dāng)一部分資源集中在水資源缺乏的西部地區(qū)，這意味著我國(guó)的頁(yè)巖氣開發(fā)面臨的環(huán)境問題比美國(guó)更為嚴(yán)峻。如果不能提前研究，事先采取相應(yīng)的監(jiān)管和技術(shù)，那么，推進(jìn)大規(guī)模頁(yè)巖氣開發(fā)必然受到極大的環(huán)境制約。 （作者為中國(guó)石油大學(xué)（北京）博士）