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做好水资源管理助推页岩气开发

  技术和经济固然是影响页岩气规模开发的重要因素,但是环境因素,特别是水资源问题也不容忽视,特别是在中国推进生态文明建设的背景下。

  党的十九大报告指出,推进生态文明建设,是关系人民福祉、关乎民族未来的大计,是实现中华民族伟大复兴中国梦的重要内容。而影响生态文明建设能否得以实现的最核心问题在于重塑现有能源生产和消费体系,即实现从高碳能源向低碳能源过渡。天然气被世界各国认为是实现这一能源过渡的最佳桥梁型能源。在此背景下,大力发展天然气产业,扩大天然气消费规模已成为《能源生产和消费革命战略(2016-2030)》《能源发展“十三五”规划》等文件的重要内容。而2017年5月出台的《关于深化石油天然气体制改革的若干意见》则努力从制度上保障天然气等产业的良性发展。

  进入21世纪后,在政府的大力支持下,中国天然气产业快速发展,但重点集中在常规天然气方面。而美国“页岩革命”的成功不仅使得美国走上“能源独立”之路,而且对世界能源格局产生了重大影响。因此,在美国“页岩革命”之后,世界各主要资源国均开始关注页岩气等非常规天然气的发展。中国拥有极为丰富的页岩气资源,中央和各级政府也对页岩气的勘探与开发给予了大力支持,在此背景下,中国的页岩气工业已经取得了一些卓有成效的业绩。2015年国土资源部资源评价最新结果显示,全国页岩气技术可采资源量已达到21.8万亿立方米,2015年全国页岩气产量达到45亿立方米,已经成为北美洲之外第一个实现页岩气资源规模化商业开发的国家。中国也对未来页岩气开发做出了宏伟规划。根据国家能源局的《页岩气发展规划(2016-2020年)》,2020年力争实现页岩气产量300亿立方米,2030年实现页岩气产量800亿至1000亿立方米。

  那么,未来如此大规模的页岩气开发能否得以顺利实现呢?技术和经济固然是影响其规模开发的重要因素,但是环境因素,特别是水资源问题也不容忽视,特别是在中国推进生态文明建设的背景下。水平井和水力压裂技术是页岩气得以规模开发的重要原因,而水力压裂技术能够实现大范围使用,在很大程度上归因于美国《能源政策法案》,因为该法案使得水力压裂技术免受许多联邦环境保护法的制约,如《安全饮用水法》。但这种通过修改法案来排除障碍或约束的做法并没有从根本上消除页岩气开发对水资源的影响,反而因页岩气规模开发使得其对水的影响清晰地显现出来。美国环境保护署认为,页岩气开发过程中与水相关的过程主要分为五个阶段,即水的采集、水与其他化学添加剂等的混合、混合液的高压注入、混合液的返排回流和生产水回流、回流到地表的废水处理。在这五个阶段中,第一个阶段会对水资源产生消耗;后四个阶段则会对水资源产生潜在污染,这种污染主要包括两种,一种是由于漏气、压裂液和/或地层水泄漏而造成的地下水污染,另一种是由于泄漏、渗漏和污水处理不当而造成的地表水污染。

  在水资源消耗方面,根据全球水力压裂领域领先的咨询机构FracKnowledge的数据库统计显示,美国单口页岩气井水资源消耗在1.14万至2.28万立方米,而如果考虑气井生命周期内可能进行的二次压裂,则用水量可能会高达3万立方米以上。在如此高的耗水当中,水力压裂阶段耗水是主要原因。据FracKnowledge统计,在不考虑重复压裂情况下,单口页岩气井的水力压裂耗水为0.7万至1.8万立方米。更为重要的是,对这些水的获取在时间和空间上就要高度集中,即存在短期瞬时高耗水的问题。这些大量的水通常从附近的地表水获得或从该市水源抽取,取水集中在某一区域,造成当地用水比例高。然而,中国并非是一个水资源丰富的国家。现有数据显示,中国人均可再生水资源为2100立方米,仅为美国的1/10、加拿大的1/42。而中国超过40%的页岩气远景区位于干旱或用水压力高至极高的地区,因此,中国更应该进行严格科学的水资源管理以降低对环境的消极影响。

  页岩气开发过程中对水质的污染风险同样值得重视。压裂液中含有多达750种的化学添加剂,用以减摩、除垢等,虽然其成分大多是公开的,但其中部分物质如果进入供水系统中可能会对居民健康带来威胁。尽管不同页岩气井的压裂混合液返排率有很大的差异,但是可以肯定的是,回流到地表的返排液(在水力压裂过程完成后返回到地表的流体)和产出水(在生产过程中伴随着天然气开采回流到地表的液体)均占有相当的比重,且在返排的过程中挟带了大量原始储层水,而原始储层水中含有盐、重金属、放射性物质等有害物质。这些带有污染物的混合液体回流到地面的过程中以及回流到地面的处理过程中,一旦出现泄漏或处理不当,都会对地下水层和地表水产生污染。加之以甲烷为主的烃类通过泄漏或运移进入地下水层,这些便构成了地下水和地表水污染的源头。

  总之,具有经济技术可行性的页岩气规模开发无疑对中国能源体系转换发挥重要的支撑作用,但是也要了解页岩气开发过程中存在瞬时耗水量大、对区域水资源存在潜在污染风险等问题,因为这些问题是其规模开发的前提条件。进一步,我们需要注意的是,应该通过相关的技术手段、管理实践来对这些问题加以控制,例如,压裂返排液的深井注入和重复利用。因此,在实践中,必须重视和做好水资源管理,为页岩气开发保驾护航。

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