摘 要：頁(yè)巖氣是賦存于頁(yè)巖中的一種重要的天然氣資源。近年來(lái)，美國(guó)和加拿大、中國(guó)等不少國(guó)家在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)上取得了較大突破，。我國(guó)在華南地區(qū)寒武系-志留系、四川盆地三疊系-侏羅系、鄂爾多斯盆地三疊系等層系均探測(cè)到頁(yè)巖氣藏的富集。雖然有著良好的發(fā)展前景，但頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題也日益嚴(yán)峻。目前在國(guó)際上技術(shù)最成熟，使用最廣泛的頁(yè)巖氣強(qiáng)化開(kāi)采方法是水力壓裂法，使用該方法進(jìn)行頁(yè)巖氣開(kāi)采已知將會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)中水力壓裂注井、完井后出現(xiàn)的各類(lèi)環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，并通過(guò)對(duì)比借鑒現(xiàn)有監(jiān)管法規(guī)政策，提出了我國(guó)頁(yè)巖氣環(huán)保監(jiān)管建議。

關(guān)鍵詞：頁(yè)巖氣；水力壓裂；環(huán)境污染

中圖分類(lèi)號(hào)：TE37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）15-0332-01

頁(yè)巖具有結(jié)構(gòu)致密、滲透率低的特點(diǎn)。雖然具有一定得天然裂縫，但實(shí)際生產(chǎn)中90%以上的頁(yè)巖氣井都需要通過(guò)壓裂手段輔助生產(chǎn)。水力壓裂就是利用地面高壓泵對(duì)壓裂液加壓，向儲(chǔ)層注入具有高密度的壓裂液來(lái)增加井底壓力來(lái)?yè)伍_(kāi)頁(yè)巖自然裂縫或刺激其產(chǎn)生新的裂縫。然后向儲(chǔ)層注入帶有支撐劑的攜砂液，使已經(jīng)撐開(kāi)的裂縫保持張開(kāi)狀態(tài)并使裂縫繼續(xù)向前延伸。至此油氣儲(chǔ)層層與井筒之間建立新的油氣通道。壓裂之后，油氣井的產(chǎn)量獲得大幅度增長(zhǎng)。目前，水平鉆井和水力壓裂技術(shù)因其使用成本低、開(kāi)發(fā)難度較小，成為頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)主要手段。本文根據(jù)美國(guó)等國(guó)家壓裂液泄露造成污染問(wèn)題的先例和我國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)地的特殊性，總結(jié)了一下幾大問(wèn)題：

1 頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)水力壓裂加劇貧水地區(qū)缺水問(wèn)題

以美國(guó)密歇根Antrim頁(yè)巖氣田為例，該地區(qū)一個(gè)傳統(tǒng)的井一次需要190m3的水。如果采用目前比較先進(jìn)的水平鉆井，一個(gè)水力壓裂井一次需要1.9×104m3水，大約是一個(gè)1×109W煤電站12h的用水量。頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中所需的用水量總體與頁(yè)巖埋深成正比的。我國(guó)頁(yè)巖氣埋藏深度普遍較深，在這些地區(qū)進(jìn)行水力壓裂開(kāi)采頁(yè)巖氣所需求的用水量比普通油氣井的開(kāi)采用水多50倍以上。水力壓裂作業(yè)所使用的壓裂液在回收后因?yàn)槌鄢杀具^(guò)高一般不會(huì)進(jìn)行再利用。而后期頁(yè)巖氣的存儲(chǔ)和運(yùn)輸過(guò)程都會(huì)對(duì)水資源進(jìn)行消耗，這將加劇生產(chǎn)地區(qū)貧水問(wèn)題。

2 水力壓裂存在污染地下水的風(fēng)險(xiǎn)

水資源污染是目前頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中后果最嚴(yán)重也最具爭(zhēng)議的問(wèn)題。首先，壓裂液在地層中撐開(kāi)儲(chǔ)層裂縫的過(guò)程中有進(jìn)入儲(chǔ)層附近地下水的風(fēng)險(xiǎn)。有研究指出，在美國(guó)已開(kāi)發(fā)運(yùn)營(yíng)部分的頁(yè)巖氣井周邊地下水中探測(cè)到壓裂液添加劑成分，雖然出現(xiàn)泄露的井眼只占很小的比率，但壓裂液中所用化學(xué)物質(zhì)成分十分復(fù)雜且大多對(duì)人體有害。因此，其風(fēng)險(xiǎn)不容小視。此外，水平井和豎井鉆進(jìn)所使用的套管和固井缺陷也會(huì)造成流體泄漏，導(dǎo)致地下水污染，其主要原因是套管損傷導(dǎo)致流體泄漏、固井不完善使套管和儲(chǔ)集層間存在流體流動(dòng)空間。Jackson等分析144口淺層飲用水井發(fā)現(xiàn)距離頁(yè)巖氣井1km范圍內(nèi)的飲用水井中的甲烷濃度是1km范圍外的6倍。地下水具有運(yùn)移速度快、流域分布廣的特點(diǎn)。一旦發(fā)生上述污染事件，后果不堪設(shè)想。

3 大型水力壓裂造成土地破壞與污染

大型水力壓裂施工在改造儲(chǔ)層同時(shí)會(huì)破壞原有土體結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)層新生的裂隙會(huì)影響該地層巖石強(qiáng)度，如果作用巖層足夠厚，很可能造成地層下陷問(wèn)題。壓裂井周?chē)寥乐械臓I(yíng)養(yǎng)元素隨壓裂液流失，這最終會(huì)導(dǎo)致地表植被被破壞形成“人工裸地”，同時(shí)會(huì)加劇西北地區(qū)水土流失的發(fā)生。因?yàn)樗毫炎鳂I(yè)的目的層井底具有較高壓力系數(shù)，如果井底流體壓力調(diào)整不當(dāng)將會(huì)造成壓裂液不受控地回流，最后發(fā)生井噴事故。2011年4月美國(guó)切薩皮克公司開(kāi)發(fā)的一口氣井發(fā)生井噴事故，數(shù)千加侖壓裂液噴出后灌入周?chē)恋兀斐蓢?yán)重的污染事故。水力壓裂作業(yè)中井底迅速升高的壓力所導(dǎo)致的地層應(yīng)力瞬間變化會(huì)誘發(fā)微震。壓裂作業(yè)前儲(chǔ)層描述存在很多不確定性，美國(guó)多處頁(yè)巖氣開(kāi)采點(diǎn)發(fā)生的一連串輕微地震也被學(xué)者們認(rèn)為與水力壓裂技術(shù)的使用有關(guān)。現(xiàn)有技術(shù)難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)壓裂裂縫發(fā)展，需要進(jìn)一步研究裂縫的擴(kuò)展的機(jī)理、對(duì)壓裂液運(yùn)移和井底流體溫、密度進(jìn)行建模。

4 其他環(huán)境問(wèn)題

大型水力壓裂運(yùn)轉(zhuǎn)所需的大量重型機(jī)械難免帶來(lái)較大噪音。由于頁(yè)巖氣開(kāi)采的特性，多臺(tái)壓裂設(shè)備同時(shí)工作會(huì)對(duì)周?chē)木用裨斐捎绊懀覈?guó)四川地區(qū)就出現(xiàn)過(guò)開(kāi)采點(diǎn)周邊居民抱怨開(kāi)采施工噪音過(guò)大不而讓工程設(shè)備進(jìn)村的事件。頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)結(jié)束后遺棄的廢棄泥漿包含各種無(wú)機(jī)鹽、烴類(lèi)及其聚合物、重金屬離子等危害人體健康的成分，這些污染物也需要在完井后統(tǒng)一妥善處理。

在資源開(kāi)發(fā)的同時(shí)減少對(duì)自然環(huán)境的影響已經(jīng)成為全球能源公司開(kāi)發(fā)作業(yè)的共識(shí)。為了盡量降低水力壓裂作業(yè)對(duì)環(huán)境的污染和破壞，提出以下環(huán)保建議：

①要建立完善的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)環(huán)境評(píng)價(jià)模型與開(kāi)采方法評(píng)價(jià)體系，因地制宜的選擇開(kāi)采方法，不能一味追求低成本而一律使用大型水力壓裂作為增產(chǎn)手段。②要積極探索頁(yè)巖氣增產(chǎn)的新技術(shù)，如各類(lèi)無(wú)水壓裂技術(shù)。以目前研究較多的超臨界CO2壓裂為例。因?yàn)槠渥鳛閴毫岩翰缓嗪凸滔啵虼藦母旧隙沤^了污染地下水的問(wèn)題。無(wú)水壓裂技術(shù)具有更環(huán)保、對(duì)儲(chǔ)層損傷較低等特點(diǎn)，應(yīng)該結(jié)合國(guó)情因地制宜使用新技術(shù)，減少在開(kāi)發(fā)過(guò)程中的污染問(wèn)題。③要完善井場(chǎng)突發(fā)事件應(yīng)急方案，氣體泄露、井噴、地下水污染等事件建立完善的預(yù)防和應(yīng)急處理方案，使施工單位能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并解決突發(fā)問(wèn)題。頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)是我國(guó)能源改革的新機(jī)遇，應(yīng)結(jié)合資源現(xiàn)狀完善開(kāi)采前監(jiān)督、開(kāi)采中控制和開(kāi)采善后工作，爭(zhēng)取新的突破。

參考文獻(xiàn)

[1]王彥昌，劉福云，谷風(fēng)樺，等.頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)水力壓裂水循環(huán)對(duì)水環(huán)境的潛在影響[J].油氣田環(huán)境保護(hù)，2017，27（2）：6～10.

[2]李穎虹，魏 鳳.歐美頁(yè)巖氣水力壓裂技術(shù)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及管理措施剖析[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2016，39（12）：194～199.

[3]譚 茜，宋福忠，張代鈞，等.頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)水力壓裂活動(dòng)的環(huán)境監(jiān)管對(duì)策[J].環(huán)境影響評(píng)價(jià)，2015，37（6）：68～73.

[4]張東曉，楊婷云.美國(guó)頁(yè)巖氣水力壓裂開(kāi)發(fā)對(duì)環(huán)境的影響[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，2015，42（6）：801～807.

[5]蔡仁平，敖麗英.環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)在頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的探究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2017（12）：33～34.

收稿日期：2018-4-24