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页岩气开发对社区环境有何影响

2015-06-15 15:26:22 中国能源网

2009年底以来,中国一直积极推动页岩气资源战略调查和勘探开发然而,目前中国各方面都将注意力集中在如何保障和促进页岩气资源的勘探开发技术和政策上,忽略了页岩气资源开发可能带来的水资源挑战、环境影响及其相应的防治和管理措施等问题。

根据国土部统计,截至2014年7月底,我国页岩气开发累计钻井仅400口,不及美国页岩气钻井数的1%,尚未形成规模,对其环境的重要影响还尚未充分显现,但其对环境未来的影响不容忽视,加上我国在页岩气开发方面环境法律及配套法规缺失,尚没有出台页岩气开发相关的环评导则,亟需认清页岩气开发对环境的潜在影响,这对于我国页岩气产业能否顺利发展具有至关重要的意义。

页岩气开采的潜在影响也是公众和社区关注的主题。担忧主要集中在:①开发过程需要消耗大量水;②由于管道的不密封性、压裂液等造成水污染;③存储与运输过程中甲烷的泄漏将加剧温室效应;④开发过程将可能诱发地震;⑤占用大量的耕地资源,破坏地表及生态植被等;⑥引起噪音、交通问题等将影响居民的日常生活。下面分别对这6方面的影响一一分析。

大量消耗水资源

页岩气开发最具争议的问题之一就是水力压裂工艺在短期内对水资源的大量消耗。在开采页岩气时,水主要用于水平井钻探和水力压裂。水平井钻探过程中需要水来清除沙砾、冷却钻头和控制钻探压力,其用水量在6~60万加仑(约250~2270立方米)之间,而高密度的用水发生在水平压裂阶段。钻井完成后,需要高压注入含水、沙子和化学品的流体,以破裂页岩层。在15~30天的压裂期中,平均每口井的需水量在200~500万加仑(约7500~19000立方米)之间。以ChesapeakeEnergy单井450万加仑(约17000立方米)的耗水量为例,压裂一口井的需水量相当于10万中国城镇居民1天的用水总量(按2010年全国城镇居民日均生活用水量171升计)。

中国页岩气储量丰富的地区,大多数也是季节性缺水严重的地区。2010年,拥有我国40%页岩气储备的西南地区5个省份(四川、重庆、贵州、云南和广西),却遭受了持续6个月的严重干旱灾害。虽然华北和东北地区拥有26%的页岩气资源,但总体上该地区水资源匮乏。长江下游和东南地区水资源较为丰富,但仅拥有18%的页岩气储备。2013年,中国陕西北部地区近期在试开采的过程中就遇到了麻烦,致使当地官员不得不暂时中断附近城市的供水。

在这些地区,大部分水被用于工业生产和居民生活。在页岩气开发过程中,水平钻井和水力压裂将消耗大量的水资源,可能与工业和家庭用户形成用水竞争,很可能影响当地水生生物的生存、渔业、城市和工业用水等,并可能迅速升级为社会矛盾或社会冲突,对页岩气开发企业造成更大程度的不确定性以及企业声誉风险。此外,页岩气开采也会影响当地水流和湖泊的季节性径流变化。

因此,页岩气能否成功开发的一个关键因素是,在不干扰当地生产、生活正常用水的前提下,当地水资源的供水能力是否能够满足页岩气井的钻探与水力压裂用水。

污染地表水和地下水

水力压裂过程中需要向井下注入大量的压裂液,主要由水、支撑剂(主要是砂粒)和少量化学添加剂配制成,其中水和砂粒含量一般为99%左右,化学添加剂含量约为1%。同时,压裂产生的返排废水(flowback water)和生产废水(produced water)也含有高浓度的污染物,如果管理、处置不当,可能对环境造成污染。

用于高压液中的化学添加剂有250余种,美国能源部总结了常用的14种添加剂,例如减阻剂(friction reducer)用于降低高液与钻井管道的摩擦,杀菌剂(biocides)用于抑制液体中微生物的繁殖和裂缝中的生物沉积,除氧剂(oxygen scavengers)和碳化物稳定剂(stabilizers)用于防止金属管道的腐蚀,稀酸液(diluted acids)用于移除钻探泥浆对气藏岩层的破坏。除了含有高压液体中的化学添加剂成分外,还含有烃类化合物、重金属和高溶解固体(TDS)等,其中高溶解固体组分包括钙、钾、钠、氯化物和碳酸盐以及来自气藏岩层的天然放射性物质(Naturally Occurring Radioactive Material,NORM)如铀、钍及其衰变产物等。在页岩气行业广泛使用的数百种化学品中,至少有29种对人类健康存在潜在威胁,其中13种属于致癌物质。

我国页岩气水平井用油基钻井液钻水平段,油基钻井液属于危险品,而且含油钻屑等废弃物属于危险废弃物,每口井产生的含油钻屑等废弃物200-500吨(含油量大约15-25%左右)。在美国,他们不断实施越来越严格的含油废弃物排放标准,陆上作业的废弃物要求送往指定地点处理,定向排放,而在澳大利亚则不允许在陆上作业使用油基钻井液。

在完成压裂后,一定比例的压裂液(一般情况下8%~20%)在压力释放后会回流至地表,即返排废水(flowback water)。根据不同地区的页岩气储存构造,返排废水总量在42万~250万加仑之间(大约1600~9500立方米),这部分废水除了含有化学添加剂、重金属和放射性元素,还含有高浓度的盐类和COD,需要在反排期内(1~2周)得到有效处理。

另一方面,由于页岩气层也赋存了油和地下水,在生产过程中也会存在生产废水排放(produced water)。废水排放量与页岩气田的地质结构息息相关,单井大约在1~20立方米/日,寿命周期废水排放总量可以达到数百万加仑。生产废水的污染物浓度很高,如COD浓度是国家污水综合排放一级标准限值的数百倍,且随着开采时间逐步增加。

水力压裂过程中,来自气井中的甲烷、重金属、放射性物质、压裂液和其他污染物可能会通过多种潜在的途径,如断裂、裂缝系统自地下深处缓慢向上运移至地表或浅层。劣质套管、水泥灌注和完井工作都可能成为污染物流出的通道。另外,也可能因页岩气采气管道质量问题或操作不当而破裂和空洞,化学物质也会泄漏到地下水层中,污染河流、湖泊、蓄水层等水资源。而且水力压裂过程完成之后,大部分压裂液回流到地面,这些有毒污水先储存在现场,然后再转移到污水处理厂或回收再利用,过程中可能渗入地下或随雨季到来外溢,进而污染地下水。




责任编辑: 江晓蓓

标签: 页岩气开发 环境

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