中華石化網訊 在頁巖氣革命引發的諸多環境問題當中，水資源管理是最受關注的爭議話題。

頁巖氣開采的核心技術主要是水平鉆井法和水力壓裂法，而在美國超過一半的天然氣都是通過水力壓裂法獲得的。這種方法促進了頁巖氣的快速發展，但也引來了接連不斷的爭議。

水力壓裂法，簡單說即借助高壓將大量水、沙子以及化學物質的混合物通過鉆孔打入地下，壓裂頁巖層，使其出現更大更多裂縫，從而將其中的石油或天然氣儲備釋放出來的開采方法。

這種方式引發爭議的一個主要原因在于，在生產過程中需要消耗大量水資源。在美國，根據頁巖構造的地質特性，一次水力壓裂作業就需一千多萬升的水耗，同時開采所產生的大量廢水會威脅到地表及地下水體水質。

根據美國麻省理工學院的2011年天然氣報告，回顧了有關天然氣井鉆探事件公開報道的三項研究，發現在2000-2010年十年間，對有關天然氣井鉆探進行“廣泛報道”的水體污染事件有43起。在此期間，大約鉆探了2萬口頁巖氣井，幾乎所有氣井均采用水力壓裂技術。在所有地下水污染事件中，48%與天然氣或鉆井液有關；33%涉及井場表面泄漏，10%涉及取水和空氣質量以及井噴問題；剩下9%涉及井場外的處置不當問題。

因此，在中國復制美國頁巖氣的革命經驗過程中，其水資源管理的經驗尤其值得注意和借鑒。

一口井耗水量約1000輛卡車運水量

淡水供應不足成為制約行業發展的嚴峻問題。

水力壓裂需要大量的水，這成為頁巖氣生產中水資源管理的首要問題。

根據埃森哲最近出版的《水資源和頁巖氣開發》（以下簡稱《水資源》）報告顯示，在頁巖氣生產過程中，各井的需水量迥異。

一般而言，一口頁巖氣水平井鉆井和壓裂所需水量達到約500萬加侖，相當于1000輛卡車的運水量。其中，用水量最大的是壓裂過程，最大時用水量可達總用水量的90%；用水量較多的是鉆井作業，淡水是鉆井液的主要成分；在壓裂后的設備沖洗和清潔環節，用水很少。

因此，淡水供應不足成為制約行業發展的嚴峻問題。《水資源》報告分析，在面臨水資源日益枯竭的干旱地區，或是水流和供應受季節變化影響的地區，運營商的水資源獲取可能受到更加嚴重的制約。

例如在賓夕法尼亞州，夏季需要保持最小水流量，因此獲得許可可能是一個艱巨挑戰。2012年7月，由于薩斯奎漢納盆地的水流減少，薩斯奎漢納河流域委員會（SRBC）暫停了取水許可，這一政策涉及大多數頁巖運營商，其中包括切薩皮克能源公司和塔利斯曼能源公司。在德克薩斯州的干旱地區，頁巖氣生產用水需求被認為與灌溉用水和家庭用水相競爭。

根據埃森哲大中華區副總裁楊葳介紹，在開發初級階段，美國也在對無水壓裂液（包括液態丙烷、液態二氧化碳、氮氣泡沫和凝膠）進行研究。然而，目前這些液體也面臨自身挑戰。例如，在使用液態丙烷時，因涉及在地下使用爆炸性氣體，因此具有一定的安全風險。

地表水體污染風險

單井的生產廢水總量可達數百萬升。

在水質之外，頁巖氣對水的影響更多地體現在水質方面，如果管理不當，水力壓裂開采所產生的大量廢水會威脅到地表及地下水水體水質。

根據美國自然資源保護委員會完成的報告《借鑒國際經驗：中國頁巖氣資源環境友好開發之路》（以下簡稱《友好之路》）介紹，在注入水力壓裂液體并且釋放壓力后，10%-70%的原注液體量，或大約1萬-6萬桶（160-960萬升）液體會返回地表，俗稱“返排廢水”。有些氣井也會產生“生產廢水”（指在地下地層自然存在，與油和天然氣共同開采出來的水），從長期來看，每百萬立方英尺的燃氣產量通常會伴隨200-1000加侖的生產廢水（每百萬立方米的燃氣產量會伴隨3-13萬升的生產廢水）。因為每個頁巖構造不同，一口頁巖氣氣井的生命周期最長可以達到40年，這個單井的生產廢水總量可以達到數百萬升。

這兩種類型的廢水包涵了用于減小摩擦的有毒化學潤滑劑，用于抗腐蝕和防細菌滋生的添加劑，以及自然生成的污染物，如碳氫化合物、重金屬、鹽分以及自然生成的放射性物質（NORM）。其中不少都是有毒有害的化學物質。

如果廢水排放前的處理工作不到位，地表與地下水就會受到污染；化學物質會滲透到淺層土壤，然后進入含水層；水力壓裂液體和廢水在儲存和往返于鉆井現場的運輸過程中會出現意外的地表溢漏。

為了減少上述風險，美國在頁巖氣開發中已經積累了一套相對成熟的方法。根據美國自然資源保護委員會的報告《水力壓裂開采來勢洶洶：需要制定新規定來保護我們的健康和環境免受廢水污染的侵害》（以下簡稱《來勢洶洶》）介紹，對于在頁巖構造中開展天然氣生產所產生的廢水，通常有五種基本的管理方法：最大程度地減少生產廢水量；在天然氣鉆井作業中進行循環回收和再利用；儲水池或儲水罐以及生產場地內的處理；處置以及作業外的有益再利用。

其中，“反排廢水”的處理通常采用前三種方法，而“生產廢水”的處理往往采用后兩種方法。

根據楊葳介紹，在“生產廢水”的處置中，地下注入的方法是傳統石油天然氣生產的普遍做法。運營商可以采用將廢水注入到地下注水井或II類井，或聘請第三方商業處理公司，將廢水注入到處理井等方法進行處理。在美國，如采用這種方法，任何類型的井必須按照地下注入控制（UIC）計劃由州級機構或州環保署批準。根據要求，被注入的地下多孔巖層大多位于地下數千英尺。

然而，這種方法卻存在導致地震的風險，因此監管機構增加了限制在注入井中進行廢水處理的壓力。2011年，自蓋伊鎮附近發生地震后，阿肯色州石油和天然氣委員會（AOGC）關閉了費耶特維爾頁巖區塊的四口處理井。在沒有地下注入井的情況下，馬塞勒斯的運營商紛紛不再采用地下注入的方法，而是開始采用水資源再利用的方法。

在地下注入之外，另外一個常用的方法即水處理技術。根據《來勢洶洶》介紹，水處理是最為復雜的廢水管理方式。既可以在生產現場內或外處理，也可以與循環回收/再利用、排放和處置等一起進行。特別值得注意的是，廢水處理重點是去除造成井內污染的有機污染物和無機成分。

《來勢洶洶》對此舉例。某些地區的頁巖氣作業者，包括馬塞勒斯區塊作業者，會將廢水運到公共污水處理廠（POTWs）進行處理，但是這種做法可能會帶來嚴重的環境惡果。馬塞勒斯頁巖氣廢水中最常見的污染物之一是鹽分，而公共污水處理廠的設計并未考慮去除可溶固體物，因此這些設施完全不會對鹽分進行任何有意義的處理。

壓裂液化學物質需對外披露

多數州曾允許給予被視為“貿易機密”的化學成分信息的披露豁免待遇。

由頁巖氣引發的水污染風險，不僅存在于地表水，也可能存在地下水。

《友好之路》介紹，來自氣井的甲烷、重金屬、放射性物質、壓裂液體和其他污染物可能會通過多種潛在途徑流出，從而污染地下水資源。劣質套管、水泥灌注和完井工作都可能成為污染物流出的通道。此外，液體通過自然斷層、裂隙、透水巖層、附近不恰當的棄井和完成井向上遷移以及向地下蓄水層內或者上方的直接灌注都可能對地下水造成威脅。

根據中國能源網的研究報告《中國頁巖氣開發與未來監管框架研究》，出現污染可能在三個環節：鉆豎井階段，會穿過地下水層，未將井和地下水層很好地隔離，壓裂液會泄漏到地下水層；壓裂階段，強力壓裂可能破壞氣蓋巖層的壓力平衡，增大裂縫或出現斷層，使壓裂液向上滲透到地下水層；廢水排返階段，未經處理排到地表，也可能會滲透到地下水。

不過，一般來講，由于頁巖氣（如-1000米以下）和地下水（如-300米）在不同的深度，頁巖氣開發不會污染地下水。關于污染事件，美國麻省理工學院關于2011年天然氣報告指出：“過去十年已鉆探2萬多口頁巖井，雖然大多數頁巖氣開發保持較好的環境記錄，但重要的是應認識到，一次不當操作就可能引發潛在的風險和損害……不過，在調查研究中，沒有發現有關壓裂液對淺層存水區造成污染的相關報告。”

《友好之路》介紹，在美國，很多州都沒有要求公開水力壓裂液體的化學成分，多數州條例都允許給予被視為“貿易機密”的化學成分信息的披露豁免待遇。這些豁免待遇的具體實施各不相同。這使得管理風險比較困難。

盡管目前，尚未發生環境污染事件，但考慮其環境風險很大，美國各方機構也在加強對壓裂液的管制。目前已有一些州對此提出了具體的要求。

例如，懷俄明州曾經是美國第一個要求披露所有水力壓裂液體化學成分的州，無論是有害或無害成分。企業可對所用化學成分提出商業秘密保護，但前提是必須獲得權威機構的核準。

再如，德克薩斯州要求企業向一家在線數據交換中心披露水力壓裂液體的化學成分；賓夕法尼亞州最近修改了條例，要求企業將每口非常規氣井所用的化學物質清單上傳到fracfocus.org網站上面。

此外，阿肯色、印第安納、路易斯安那、密西根、蒙大拿、新墨西哥、北達科他、俄亥俄和西弗吉尼亞也出臺了化學物質披露條例。

《友好之路》建議，應該要求全面披露水力壓裂液體的化學成分，以便負責監管地下水和地表水源質量的政府機構，例如環保部、水資源部以及國土資源部，可以開展適當的監管工作。

中國頁巖氣開發中將臨“缺水”難題

西南區域的頁巖氣開發可能會出現與工農業爭水的問題。

目前，中國也正在大力開發頁巖氣，在水資源管理方面的風險控制，亟待引起決策層的關注。

2012年3月，中國提出了雄心勃勃的頁巖氣開采計劃，提出頁巖氣產量在2015年將達到65億立方米，而到2020年的產量更高達600億-1000億立方米。這也意味著頁巖氣的開發，即將面臨嚴峻的水資源監管問題。

首先的挑戰來自水量。中國的水資源分布并不均衡，根據中國水利水電科學研究院水資源所的研究，遼河中下游和遼東半島、黃淮海平原、山西能源基地、山東半島、四川盆地、浙東與閩南、天山北麓和河西走廊為我國的重點缺水地區。

而四川盆地也是我國頁巖氣豐富的地區。它位于中國西南地區，面積為21.1萬平方公里，擁有我國40%的頁巖資源。因此，有專家預計，隨著開采規模的擴大，或許該區域的頁巖氣開發會出現與工農業爭水的問題。

對此，《友好之路》建議，中國的水力壓裂作業非常有必要利用循環回收水。利用循環回收的礦排水可能是一個潛在的選擇方案。四川、陜西和新疆都是中國的產煤大省，對采礦排水的循環利用有助于將工業生態實踐做法納入水力壓裂作業之中，并且推動建立能源生產的閉環體系。

在水量的挑戰之外，還有水質的污染風險。在廢水處理上，《友好之路》建議，中國應該借鑒美國廢水的處理和循環利用經驗，尤其是將“返排廢水”和“生產廢水”進行處理后將其再利用于水力壓裂作業的技術。廢水還可以在經過處理后出售用于其他用途，例如未鋪砌道路的灰塵控制。返排廢水給定氣井進行再壓裂時更容易在施工現場進行再利用，而且對其的處理也比生產廢水要少。

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