中国页岩气开发的环保对策

1、【谏言】中国页岩气开发的环保对策文I郭小哲中国石油大学北京石油工程学院副教授人类社会的开展先后经历了柴薪时代、煤炭时代，从1859年开始的油气技术革命缔造了以石油为主体和油气为主体能源时代的现代社会。当代的气态能源的主体形势借着页岩气资源的热力更显重要，先进技术的突破使新型资源被人 类加以利用，这是人类社会的优势。但与此同时，对环境造成的负面影响也随之而来。 借鉴现代工业开展的经验 和教训，开展不能以牺牲环境为代价，在技术高度兴旺的当下，资源一环境一 技术的协调开展才是可持续开展的战略思路， 其主旨为：页岩气资源的利用缓解 了油气后备资源缺乏的压力，并加速了清洁气态能源的利用，同时，大规模开发

2、 带来的环境问题成为其开展的不和谐声音，面对矛盾，应大力提倡技术革命精神， 在促进资源高效利用的同时减弱甚至防止对环境的危害，形成和谐开展的有利局 面。1、页岩气资源页岩气资源作为气态能源家族中的新成员，其开发利用前景加大了能源清洁 化的筹码，据2022年美国能源署的预测，全球页岩气资源量约为623万亿m3， 可采储量可达187万亿m3，与2022年世界天然气探明储量相当；中国页 岩气资源总量约为134万亿m3，为目前评价的天然气资源 52万亿m3的2.4 倍，其可开采资源量为 36万亿m3，也大于32万亿m3的常规可采资源量， 被誉为世界第一。俄罗斯天然气储量位居世界第一，其产量从1987年

3、到2022年根本维持在50006000丨亿m3的水平。美国与俄罗斯不相上下，根本处于同等的产量 规模，但自2005年起美国天然气产量迅速增长，到2022年已超过俄罗斯成为世界第一大天然气生产国，2022年生产水平比俄罗斯产量高1000亿m3， 处于绝对优势地位。美国天然气年产量近10年的快速增长，与页岩气的大规模开发利用有着密切的关系，2022年其页岩气产量超过1800亿m3，占国内 天然气生产总量的34%，预测到2030年页岩气产量将占到美国天然气总产量 的一半以上。相对于美国和俄罗斯的天然气生产情况而言，中国的天然气开展较晚，进入21世纪以后，中国天然气产业才快速开展起来，到目前年产量可到

4、达1200亿m3，为世界第八大天然气生产国，但产量来源绝大多数为砂岩气藏，页岩气 的开发和利用处于起步阶段。中、俄、美天然气产能比照图面对丰富的页岩气资源和油气后备资源缺乏的形势，在美国页岩气开发热的影响下，2022年我国国土资源部把页岩气定义为我国第 172个矿种，2022年 发布了?页岩气开展规划?，预计到 2022年页岩气产量可到达1000亿m3，与预测常规天然气2100亿m3的规模相比占到1/3。页岩气的开发将给中国气 态能源跨越开展提供强大支持。按气态能源的开展历程及预测到2022年全国天然气消费量将到达4000亿m3，届时页岩气的奉献将占到 25%，成为气态 能源开展的主力。GOO

5、DSO 0040003000lOOOO1*17Di nfito1 ion“an?ntn中国气态能源开展历程及预测由以上页岩气的资源、生产和消费 3个方面分析来看，页岩气的开发与利用是大势所趋，具有广阔的前景。但与美国相比，中国的页岩气开发利用存在着 许多难题和不确定性，比方埋深大美国多小于1000m，中国多大于2000m、 含气量低美国多可到达 6m3/t，甚至几十m3/t，中国仅为23m3/t、泥 砂混层严重美国根本是页岩，中国泥砂混层更复杂，再加上世界对页岩气水 力压裂所造成的环境问题存在各种强烈反响，即使中国具有丰富的页岩气资源， 其大规模的开发利用也将十分困难复杂。2、页岩气开发带来的

6、环境问题“热开展往往带有“冷思考。伴随页岩气开发利用的大好形势，也出现 了对水力压裂所产生的影响极其不满的不和谐声音。水力压裂技术已经是非常成熟的技术，并在低渗超低渗油气藏的开发中大规模应用， 何以唯独页岩气开发中 的水力压裂会给环境带来危害？这主要在于： 页岩气井压裂使用压裂液为常规井的 10倍以上常规井约2000m3 , 页岩气井约20000m3，压裂液使用量和处理量巨大； 页岩气井压裂排量要远大于常规井常规井约 6m3/mi n，页岩气井约16m3/min，套管承压大，易泄漏； 页岩气储层裂缝发育，压裂形成体积缝网，易沟通其他高渗透层而泄漏。假设大规模开发页岩气就需要压裂更多的井， 由此

7、所带来的环境问题可能会呈数 十倍放大，因此，许多欧洲国家比方保加利亚、捷克等禁止应用水力压裂技 术开采页岩气。即使页岩气利用最成功的美国，也暴露出较多的环境问题，例如：水力压裂 的消耗大量水威胁原本紧张的淡水资源，压裂液漏失到水层致使饮用水含大量有 毒化学物质，甲烷气体沿裂缝渗流到饮用水源和空气致使水污染和空气污染，带有各种添加化学剂的返排后的压裂液对土地的污染，甚至大型压裂引起区域的地 质灾害等。因此，环境的要求对页岩气生产约束越来越高，美国对水源、土壤、空气的 污染的监测及相应法规越来越严格，甚至奥巴马要求天然气生产商必须公布其在 实施水力压裂时添加的化学物质名单。可见，环境形势不容乐观。

8、仅从水力压裂的耗水量上来看， 假设按每口页岩 气井1.5万m3/d 产量计算，要实现2022年的1000亿m3，至少需要2万 口页岩气井，按照平均1 口井压裂需要2万m3水，那么压裂用水可达4亿m3， 与四川省的年均居民用水相当，其耗水量巨大。对于原本自然环境就比拟脆弱的 中国来讲，假设大规模开发，污染的危害可能会更严重，因此，资源的利用与环 境的保护形成了矛盾的两个对立面。3、页岩气开发的技术形势纳米孔隙、裂缝发育、自生自储、解吸扩散、渗吸、压裂体积缝网等诸多名 词常见于页岩气储层开发技术的相关报告和文章，开发模式以水平井高排量清水 分段压裂为主，应对水力压裂带来的环境问题， 技术形势也在积

9、极开展，主要表 达在以下几个方面。3.1压裂液处理减少用水量：降阻水或者滑溜水压裂技术可减少用水量的10%，更多新型降阻添加剂会更大限度地减少用水量，甚至气体钻井技术根本上避开了水的消耗 问题。压裂液中添加剂的处理：杀菌剂是用来保证压裂液具有一定凝胶性能的， 但对地下水存在潜在的威胁，目前，正在研究高强度的超声波、过滤器或者其他 化学剂来减少返排液中的杀菌剂。压裂液的回收再利用：大量返排压裂液的处理与再利用可充分利用水资源， 减少地区的水资源紧缺威胁，降低或减少排放液对环境的污染， 一举多得。应用 藻类处理返排液可去除98%有害烃类，技术与经济效果明显。3.2防漏失处理防止地下储层漏失：气井隔

10、离防漏技术、固井技术、井下套管疲劳及破损探 测技术等在常规井中都较成熟，在页岩气井的应用平安系数较高。监测裂缝延伸： 压裂过程中的实时微地震监测技术能够预测出裂缝走向， 监测裂缝延伸，进而确 定页岩气运移通道。3.3井外环境保护技术水污染：压裂液返排过程控制技术、压裂液处理再利用技术、压裂液废水处 理技术、地表水及地下水的监测技术等都在原有技术体系上加大力度提高其应用 效果，使压裂的水污染控制在最小限度内。土壤水污染：井区土壤的成分检测、生物动态监测等起到了积极作用。空气污染：开发过程中防止页岩气外泄技术及井区空气监测技术对空气起到 了保护作用。综合以上3个方面，依靠先进的技术，页岩气水力压裂

11、的环境问题在很大 程度上会得到弱化，随着技术的创新，水力压裂技术的使用将变得更加平安。4、页岩气开发资源一环境一技术协调开展针对页岩气开发的环境问题主要有 3种立场：1禁止开发或暂缓开发。欧洲的法国、保加利亚、捷克和波兰等国家明 令禁止应用水力压裂方法开采页岩气，一定程度上约束了资源的充分利用。2制定相关法规监督开发。美国与水力压裂开发页岩气相关的政府环境 监管体系主要有?联邦环境法?、?清洁水法?、?饮用水平安法?、?资源保 护和恢复法?、?清洁空气法?，以及对水力压裂污染控制标准、页岩气环境友 好开发措施和规定等，由此来监督页岩气水力压裂过程中可能造成的环境危害。3规模开发初期开始重视环境

12、的影响。拥有美国评价的资源第一之称的 中国处于页岩气开发的初期，且不管其热度是由于美国技术和资本输出的炒作， 或是中国的后备资源的压力，仅从规模开发角度考虑，水力压裂的环境问题越来 越得到重视。许多学者也在高声疾呼，“热形势下的“冷思考势必对未来的和谐开展 产生良好的影响。 在我国，对于页岩气资源开发利用问题还有一些反对声音， 新兴事物带来的问题可能无法预见， 其利用也可能将产生较大的负面影响， 但页 岩气水力压裂开发的环境问题目前已经得到充分认识并采取了相应的有效防范 措施，在一定程度上产生了积极的效果。在此根底上，面对丰富的可利用清洁资源的客观存在， 其开发利用是应该肯 定的。要注意的是，在技术推进页岩气高效开发的同时， 应对环境危害的技术及 管理应得到加倍重视，使资源开发利用中的环境问题降低到最小限度。具体对策如下：1借助“技术实现“资源的合理“绿色开发。从大规模开发初期开始，就重视环境保护技术的应用与创新， 全面分析和评 价环境因素，建立技术体系，实现卓有成效的技术防护实践，鼓励新型高效环保 的压裂技术的研发与应用。2加强“资源效益向“环保和“技术效益的投资。从资源开发收入中成立页岩气藏开发专用基金， 以