marcellus頁巖氣開采的水與環(huán)境影響

1、【鏡鑒】【鏡鑒】Marcellus頁巖氣開采的水與環(huán)境影響頁巖氣開采的水與環(huán)境影響文夏玉強(qiáng)中國地質(zhì)大學(xué)環(huán)境學(xué)院引言英國石油公司（BP）2009年發(fā)布的《世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒2009》顯示，2008年底全球已探明天然氣儲(chǔ)量達(dá)185.02萬億m3（美國占3.6%，中國占1.3%），全球天然氣產(chǎn)量為3.06萬億m3（美國占19.3%，中國占2.5%），全球天然氣消耗量（美國占22%，中國占2.8%）占世界能源消耗總量的24.1%。該公司還預(yù)測，非

2、常規(guī)天然氣（頁巖氣、煤層氣、致密砂巖氣）資源量將達(dá)到天然氣總量的60%左右。隨著水平鉆探技術(shù)、水力壓裂技術(shù)的發(fā)展以及天然氣價(jià)格的快速上升，頁巖氣作為一種重要的非常規(guī)天然氣資源，已成為全球油氣資源開發(fā)的新亮點(diǎn)。目前，全球頁巖氣資源量為456.2萬億m3，約占非常規(guī)天然氣資源量的50%?！俄搸r氣地質(zhì)與勘探開發(fā)實(shí)踐叢書》編委會(huì)指出，2007年美國頁巖氣產(chǎn)量接近500億m3。美國清潔國土基金會(huì)（ACSF）和Navigant咨詢公司（NCI）的統(tǒng)

3、計(jì)分析表明，2007年美國非常規(guī)天然氣產(chǎn)量達(dá)0.25萬億m3（約占美國天然氣總產(chǎn)量的46%），其中頁巖氣產(chǎn)量為297.33億m3（占非常規(guī)天然氣產(chǎn)量的11.84%），并預(yù)測2018年美國頁巖氣的產(chǎn)量將占其非常規(guī)天然氣產(chǎn)量的38%（圖1，修改自美國能源部）。美國能源信息管理局（EIA）的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2008年全美已探明的頁巖氣儲(chǔ)量高達(dá)9295億m3（產(chǎn)量約572.57億m3）。中國國土資源部的報(bào)道指出，美國頁巖氣資源量超過28萬億m3，

4、2009年美國頁巖氣產(chǎn)量接近1000億m3，美國頁巖氣的快速勘探開發(fā)使其天然氣儲(chǔ)量增加了40%，預(yù)計(jì)2010年頁巖氣產(chǎn)量將占全美天然氣產(chǎn)量的15%以上。美國能源部（DOE）2009年的報(bào)告顯示，目前主要的頁巖氣田有Fayetteville，Haynesville，Marcellus，Woodfd，Bart，Antrim和NewAlbany，前4個(gè)區(qū)的可開采總量可達(dá)15.57萬億m3，其中Marcellus頁巖氣田的分布面積、地質(zhì)儲(chǔ)量和可

5、開采量是美國目前最大的。Marcellus頁巖氣田的開采屬于美國近兩年最新的天然氣資源開發(fā)方向，它的開采引發(fā)了全美一系列環(huán)境問題討論。2009年底以來，中國也正在積極籌劃頁巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查和勘探開發(fā)戰(zhàn)略構(gòu)想，然而，目前中國各方面都將注意力集中在如何保障和促進(jìn)頁巖氣資源的勘探開發(fā)技術(shù)和政策上，忽略了頁巖氣資源開發(fā)可能帶來的水資源挑戰(zhàn)、環(huán)境影1986年首次應(yīng)用于Bart頁巖氣開采。水力壓裂技術(shù)的目的是增加井孔與氣藏巖層的接觸，為油氣提供一個(gè)

6、向井孔流動(dòng)的高滲透通道。其基本流程是在完成鉆井的鉆探和安裝后，將高壓液體混合物注入鉆井，使氣藏巖層裂開，而高壓液體中的支撐劑進(jìn)入裂縫后使其保持開放狀況，從而使得這種水力裂縫成為將油氣導(dǎo)向鉆井的高速通道。高壓液體由水和固體支撐劑（如石英砂）以及化學(xué)添加劑組成，水砂含量一般為98%～99.5%，添加劑含量0.5%～2%。用于高壓液中的化學(xué)添加劑有250余種，美國能源部總結(jié)了常用的14種添加劑，例如減阻劑（frictionreducer）用于

7、降低高液與鉆井管道的摩擦，殺菌劑（biocides）用于抑制液體中微生物的繁殖和裂縫中的生物沉積，除氧劑（oxygenscavengers）和碳化物穩(wěn)定劑（stabilizers）用于防止金屬管道的腐蝕，稀酸液（dilutedacids）用于移除鉆探泥漿對氣藏巖層的破壞。2水資源挑戰(zhàn)和環(huán)境影響盡管Marcellus頁巖氣的開采給美國和當(dāng)?shù)卣畮砹司薮蟮慕?jīng)濟(jì)效應(yīng)，但其潛在的環(huán)境影響更讓美國生態(tài)環(huán)境和水資源等領(lǐng)域的專家及當(dāng)?shù)孛癖姄?dān)憂：一方

8、面是頁巖氣的開采需要消耗大量的淡水資源，可能威脅到當(dāng)?shù)睾蛥^(qū)域的水資源可持續(xù)利用；另一方面是頁巖氣開采過程中產(chǎn)生噪聲、廢水、廢氣及其開采事故災(zāi)害等引起的環(huán)境污染。2.1水資源挑戰(zhàn)美國Marcellus頁巖氣田位于Appalachian盆地的上部，穿越了包括Delaware河、Susquehanna河、Ohio河和五大湖的St.Lawrence河等在內(nèi)的幾個(gè)重要流域。1961—1990年，Appalachian盆地的年降雨量為76～3175

9、px，高出美國大陸平均值約625px。Marcellus頁巖區(qū)的平均年降雨量約為2725px，按照Marcellus頁巖的邊界面積（14萬～24.6萬km2），因降雨每年流入該頁巖區(qū)的水量為0.71萬億～1.25萬億gal（1gal=3.785103m3）。一個(gè)典型的頁巖氣水平鉆井在鉆探和水力壓裂過程中需使用100萬～400萬gal的水，而其中50%～70%的水在這些過程中會(huì)被消耗。根據(jù)美國能源部的統(tǒng)計(jì)，Marcellus頁巖氣田的每一