辜凌云，鄭 穎，陳可欣，胡穎銘，吳 怡，史鴻樂

(四川省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，成都 610041)

引 言

頁巖氣是位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中以吸附或游離狀態(tài)為主要存在方式的天然氣聚集，是非常規(guī)天然氣的一種[1]。作為一種富含甲烷的新型能源資源，頁巖氣可廣泛應(yīng)用于燃?xì)狻⒐╇?、化工等領(lǐng)域[2]。美國等歐美國家較早探索了頁巖氣的利用，并成功實現(xiàn)頁巖氣的商業(yè)化開采和規(guī)模化應(yīng)用，在水平鉆井、水力壓裂等技術(shù)方面也具有較多優(yōu)勢[3-4]。我國是繼美國和加拿大之后第三個成功實現(xiàn)商業(yè)化開發(fā)頁巖氣的國家，已形成涪陵頁巖氣田、川南頁巖氣田、威遠(yuǎn)頁巖氣田和長寧頁巖氣示范區(qū)四大主要產(chǎn)區(qū)[4]。目前，川南已成為我國最大的頁巖氣生產(chǎn)基地，并建成長寧、威遠(yuǎn)等國家級頁巖氣示范區(qū)。

隨著全球頁巖氣開采技術(shù)的不斷發(fā)展，專家們針對頁巖氣開發(fā)的利弊持不同觀點。有研究認(rèn)為，由頁巖氣開發(fā)利用帶來的的溫室氣體排放量比煤炭低30%～50%，采用頁巖氣替代傳統(tǒng)化石能源可有效減少碳排放和空氣污染；同時，頁巖氣的大量開采可促進(jìn)天然氣價格的回落，進(jìn)而促進(jìn)工業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展[5]。然而，隨著水力壓裂技術(shù)的應(yīng)用，頁巖氣開發(fā)需采用高壓泵將大量水、化學(xué)添加劑和支撐劑等注入地層，可能會引發(fā)諸多的環(huán)境問題，如水土資源大量消耗、地表或地下水污染、大氣污染等，以至于產(chǎn)生比收益更多的凈經(jīng)濟(jì)成本[3，6-7]；此外，廉價的頁巖氣與風(fēng)能、太陽能和核能等綠色能源競爭市場，可能阻礙可再生能源的發(fā)展，導(dǎo)致能源消耗和碳排放增加[8]。

目前，國內(nèi)關(guān)于頁巖氣開發(fā)的環(huán)境影響研究尚不全面和深入，同時針對頁巖氣開采引發(fā)的環(huán)境影響防治措施和對策也泛善可陳。因此，本文將全面介紹頁巖氣開發(fā)的特征及利用現(xiàn)狀，并重點關(guān)注頁巖氣開采中全方位存在的環(huán)境影響及治理措施，同時針對我國頁巖氣的高效開發(fā)利用提出綠色發(fā)展建議。

1 頁巖氣的開發(fā)利用

1.1 頁巖氣的儲量及特點

頁巖是由粘土礦物和石英的微小顆粒組成的一類呈片狀堆疊的沉積巖，具有可裂性[9]。由于構(gòu)成頁巖的顆粒及顆粒間孔隙空間非常小、滲透率極低，產(chǎn)生的任何油氣都難以在其孔隙中流動[1]。表1列舉了頁巖氣與常規(guī)天然氣的主要特點比較[10～13]，頁巖氣與其他類型天然氣礦床的地質(zhì)示意圖見圖1[14-15]。

圖1 頁巖氣與其他類型天然氣礦床的地質(zhì)示意圖Fig.1 Schematic geology of shale gas compared to other types of gas deposits

表1 頁巖氣與常規(guī)天然氣的主要特點比較Tab.1 Comparison of the major characteristics of shale gas and conventional natural gas

根據(jù)美國能源信息署(EIA)最新統(tǒng)計，全球頁巖氣儲量約為456萬億m3，其中技術(shù)可采資源量約207萬億m3[16]。我國頁巖氣地質(zhì)資源量在80.45～144.5萬億m3左右，技術(shù)可采儲量居世界第一位，占全球頁巖氣技術(shù)可采儲量的15%，主要分布在四川盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、松遼盆地、吐哈盆地、塔里木盆地等[17]。尤其在四川盆地，全省頁巖氣資源量超40萬億m3，技術(shù)可采資源量約9萬億m3，經(jīng)濟(jì)可采資源量約5萬億m3，是全國首個超萬億立方米頁巖氣探明儲量大省。

1.2 頁巖氣開采技術(shù)

水平鉆井和水力壓裂兩項技術(shù)的進(jìn)步是頁巖氣高效經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的關(guān)鍵，二者的聯(lián)合應(yīng)用極大地提高了從滲透率低的地質(zhì)區(qū)塊開采頁巖氣資源的經(jīng)濟(jì)性。

1.2.1 水平鉆井

水平鉆井技術(shù)是利用特殊的井底動力工具在垂直深入頁巖層后變向往水平方向鉆井的技術(shù)[18]。這個橫向的空洞是開采頁巖氣的核心。與豎直井相比，水平井能夠擴(kuò)大井筒與儲層的接觸面積，增加儲層泄流面積，能有效克服頁巖滲透率低、氣體運移困難等問題。有研究表明，雖然水平井成本是豎直井的2～3倍，其產(chǎn)量卻能達(dá)到豎直井的15～20倍[19]。目前常用的水平鉆井技術(shù)主要包括欠平衡鉆井技術(shù)、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)、控制壓力鉆井技術(shù)以及隨鉆測井技術(shù)等[18]。

1.2.2 水力壓裂技術(shù)

水力壓裂法是目前廣泛應(yīng)用于頁巖氣開發(fā)的壓裂技術(shù)。如圖2所示，首先利用地面高壓泵組將水、支撐劑及化學(xué)添加劑混合而成的大量壓裂液通過鉆孔打入地下，進(jìn)入水平井沖擊頁巖并產(chǎn)生細(xì)小的裂縫[20]。壓裂液主要成分如表2所示，其中凝膠劑和支撐物會進(jìn)入裂縫，防止這些細(xì)微裂縫被周圍壓力壓垮[15，21-22]。隨后凝膠自然溶解形成頁巖氣通道，留下支撐劑繼續(xù)支撐裂縫[22]。目前，水力壓裂常用技術(shù)包括多級壓裂、清水壓裂、同步壓裂、水力噴射壓裂和重復(fù)壓裂等[23]。由于水力壓裂存在耗水量大、產(chǎn)生難處理廢水等問題，近年來基于液化石油氣、氮氣和二氧化碳等無水壓裂流體的研究頻現(xiàn)，具有環(huán)保、儲層損害小、無水鎖效應(yīng)、增產(chǎn)效果好等優(yōu)點，未來發(fā)展前景良好[24]。

圖2 頁巖氣開發(fā)的水力壓裂過程示意圖[25]Fig.2 Visualization of the hydraulic fracturing process during shale gas development

表2 壓裂液主要成分及用途Tab.2 Major components and roles of fracturing fluid

1.3 頁巖氣勘探開發(fā)流程

頁巖氣的勘探開發(fā)具有投資大、風(fēng)險高、回報期長等特點，遵循頁巖氣勘探開發(fā)特征與程序是實現(xiàn)降本增效、保證穩(wěn)產(chǎn)開發(fā)的關(guān)鍵。目前，頁巖氣勘探開采流程已趨于成熟，完整的頁巖氣勘探開發(fā)流程主要包括選區(qū)評價、勘探評價、先導(dǎo)試驗和開發(fā)生產(chǎn)四個階段，各階段的主要目標(biāo)任務(wù)如圖3所示[26]。

圖3 頁巖氣勘探開發(fā)流程圖Fig.3 Shale gas exploration and development flowsheet

1.4 我國頁巖氣開發(fā)現(xiàn)狀

自2004年以來，我國致力于頁巖氣勘探開發(fā)研究和商業(yè)化開采，并逐年取得了突破性進(jìn)展(表3)。根據(jù)《中國天然氣發(fā)展報告》，截至2021年底，四川盆地深層頁巖氣最短鉆井周期已低于30d，最深完鉆井深已達(dá)7000m以上，最長水平段達(dá)3601m；2022年，頁巖氣在四川盆地寒武系新地層勘探取得重大突破，開辟了規(guī)模增儲新陣地，威榮等深層頁巖氣田開發(fā)全面鋪開；同年，“一鍵式”人機(jī)交互7000m自動化鉆機(jī)已在四川長寧—威遠(yuǎn)頁巖氣國家級示范區(qū)成功應(yīng)用，中國油氣鉆井正式步入“一鍵式”操作時代。隨著頁巖氣開發(fā)技術(shù)突破性發(fā)展，我國頁巖氣探明地質(zhì)儲量和產(chǎn)量逐年不斷上升(圖4)，截至2022年底，全國累計生產(chǎn)頁巖氣1159.18億m3。

圖4 2014～2022年度我國頁巖氣年產(chǎn)量及新增探明地質(zhì)儲量情況Fig.4 China domestic shale gas production and newly added proved geological reserves between 2014 and 2022

表3 我國頁巖氣開發(fā)歷程Tab.3 The development process of shale gas in China

2 頁巖氣開發(fā)利用引發(fā)的環(huán)境影響

頁巖氣作為清潔能源，其高效開發(fā)利用將節(jié)約和替代大量煤炭和石油資源，但開發(fā)過程也會對環(huán)境產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，包括水和土地資源消耗、大氣、水、固廢、噪聲環(huán)境污染等。

2.1 資源消耗及生態(tài)影響

2.1.1 水資源消耗

與傳統(tǒng)天然氣開采相比，頁巖氣開發(fā)會占用更多的水資源，主要歸因于水力壓裂過程耗水量極大。頁巖氣生產(chǎn)中每口井耗水量約為0.76～1.89萬t，其中水力壓裂過程耗水量約占鉆井階段總用水量的80%以上(表4)[27-28]。據(jù)國際能源署(IEA)估計，生產(chǎn)每單位頁巖氣所需水量至少是傳統(tǒng)天然氣的200倍[29]。影響單井開采用水量的主要因素包括單次水力壓裂作業(yè)需水量、壓裂次數(shù)、井產(chǎn)率、井段數(shù)、地質(zhì)構(gòu)造以及回收的回流水量等[30]。

表4 不同頁巖區(qū)塊單井壓裂需水量及總用水量[14，27，34-35]Tab.4 Water consumption for horizontal fracturing and total water consumption of different shale field

頁巖氣開發(fā)用水主要為取自地表或地下的淡水(85%)，少部分為咸水(15%)[27]?？?cè)芙夤腆w含量小于1000 mg/L的淡水也可用于水力壓裂過程[31]。研究表明，大量抽取地下水進(jìn)行頁巖氣的開采可能導(dǎo)致地下水水位降低[31]。根據(jù)Gallegos等人[32]的報道，從地表水或地下水中抽提大量淡水用于水力壓裂會占用公共水資源，同時改變河流的水文條件，影響生物棲息的生態(tài)環(huán)境。此外，從供水角度出發(fā)，由于生產(chǎn)活動和壓裂取水通常集中于某一區(qū)域，且開發(fā)作業(yè)尤其是壓裂期間在短期內(nèi)需占用大量水資源，因此在缺水地區(qū)或者干旱季節(jié)可能會存在供水壓力，影響該地區(qū)其他工業(yè)或農(nóng)業(yè)用水[33]。

2.1.2 土地資源占用

頁巖氣開發(fā)需進(jìn)行大規(guī)模鉆探，開發(fā)全過程涉及土地資源占用問題。頁巖氣開采前期相關(guān)勘探井及施工階段物資運輸通道等的建設(shè)，屬短期可逆的臨時性占地，隨工程結(jié)束可逐漸恢復(fù)原有土地利用類型和面積，且不會對土地資源和利用現(xiàn)狀產(chǎn)生影響。然而，運營期間頁巖氣田、油氣輸送管線等的建設(shè)將導(dǎo)致永久性占地。根據(jù)Baranzelli等人[28]的報道，每個井場的建設(shè)占地約3.55～9.93萬m2，作業(yè)占地約1.06～3.75萬m2，井場間最小距離達(dá)600～3200m。

2.1.3 生態(tài)系統(tǒng)破壞

頁巖氣開發(fā)在導(dǎo)致土地資源占用的同時還伴隨著土地利用性質(zhì)的改變。耕地資源稀缺地區(qū)，頁巖氣開發(fā)將影響農(nóng)產(chǎn)品種植；生態(tài)敏感區(qū)的頁巖氣開發(fā)還會導(dǎo)致野生動物棲息地喪失和森林碎片化[36-37]。Appiah等人[38]的研究發(fā)現(xiàn)，1975～2017年期間，由于頁巖油氣井場、輸送管線等的建設(shè)，加拿大不列顛哥倫比亞省Cordova、Horn、Liard和Montney頁巖氣開發(fā)區(qū)的森林覆蓋率分別下降了0.30%、0.25%、0.14%和0.36%。此外，根據(jù)Farwell等人[39]報道，頁巖氣開發(fā)導(dǎo)致內(nèi)陸森林棲息地大量減少，森林內(nèi)鳥類數(shù)量也大幅降低。有調(diào)研顯示，核心林破壞受油氣輸送管線建設(shè)影響最大。

2.2 環(huán)境污染風(fēng)險

2.2.1 水污染

頁巖氣的大規(guī)模開發(fā)增加了地表水和地下水污染的潛在風(fēng)險。水力壓裂返排廢水具有化學(xué)需氧量高、鹽度高(可高達(dá)38150 mg/L)、總懸浮固體含量高(>2000 mg/L)、返排量大、返排時間長等特點[40-41]。廢水中含有高水平的總?cè)芙夤腆w含量(70000～250000 mg/L)，主要包括表面活性劑、揮發(fā)和半揮發(fā)性物質(zhì)、多環(huán)芳烴、芳香族化合物、低分子量的烷烴、重金屬等污染物[40，42-43]，此外還可能存在一些天然放射性物質(zhì)(詳見2.2.4)。據(jù)報道，因單井水力壓裂消耗的0.38～1.89萬t的壓裂液中，約有25%～100%的水將作為回流水返回地面[14]。壓裂反排液廢水量巨大，一旦在運輸過程中通過油井套管泄漏、斷裂的頁巖層泄漏、或者鉆井現(xiàn)場廢水未經(jīng)處理排放等方式進(jìn)入地表水環(huán)境，可能引發(fā)地表水體富營養(yǎng)化、影響飲用水水質(zhì)以及影響農(nóng)業(yè)灌溉等危害。

頁巖氣開采過程中，需重點關(guān)注在水力壓裂過程中注入的壓裂液是否會直接污染地下水。由于一般頁巖氣壓裂作業(yè)的深度都在1000 m以上，而地下水深度一般不超過300 m，水力壓裂不會產(chǎn)生連通地表的裂縫是目前較為普遍的認(rèn)識[6]。長寧—威遠(yuǎn)頁巖氣開發(fā)示范區(qū)對某平臺地下水水質(zhì)進(jìn)行了實時監(jiān)測與評價(圖5)，結(jié)果表明頁巖氣開發(fā)尚未對地下水水質(zhì)造成影響[44]。Osborn等人[45]在頁巖氣井附近的水體中監(jiān)測到高甲烷濃度，但并未監(jiān)測到壓裂液的成分，側(cè)面反映壓裂返排液不會通過水力壓裂產(chǎn)生的裂縫向上運動污染地下水。然而，水力壓裂產(chǎn)生的裂縫若不慎與老舊油井或氣井相連，導(dǎo)致地表突然失壓，甲烷和壓裂液則會通過老舊油氣井涌向地面，在上升過程中污染地下水含水層[46]。

圖5 川南長寧某平臺地下水中Cl-實時監(jiān)測圖[44]Fig.5 Real-time monitoring map of Cl- in groundwater on a platform in Changning，South Sichuan

2.2.2 大氣污染

頁巖氣開發(fā)造成的大氣污染問題主要來源于污染物排放引發(fā)的空氣污染，以及甲烷泄漏引發(fā)的溫室效應(yīng)。一方面，在整個頁巖氣開采活動中，涉及排放的有害大氣污染物包括但不限于揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)、多環(huán)芳烴、NOX、SOX、硫化氫、脂肪族碳?xì)浠衔锏萚47]。如表5所示，Litovitz等人[48]研究了頁巖氣開發(fā)施工期和運營期單井產(chǎn)生的大氣污染物的排放量，對頁巖氣開發(fā)活動頻繁地區(qū)的大氣污染潛在風(fēng)險表示擔(dān)憂。另一方面，水力壓裂的鉆探過程以及壓裂液反排過程中部分氣體的逸出是導(dǎo)致甲烷泄漏并引發(fā)溫室效應(yīng)的主要原因[49]。有學(xué)者認(rèn)為，頁巖氣是比煤炭、石油等更為綠色清潔的能源。Burnham等人[50]通過研究估算出頁巖氣的開發(fā)從建設(shè)期到終端生命全周期，其溫室氣體排放量比常規(guī)天然氣低6%，比石油低23%，比煤炭低33%。然而，頁巖氣井的壓裂液返排比例、單井預(yù)期采收率變動很大，據(jù)此估算出的甲烷排放量存在極大不確定性。根據(jù)表6估算匯總的美國多個頁巖氣開發(fā)區(qū)甲烷泄漏占比數(shù)據(jù)顯示，半數(shù)以上開發(fā)區(qū)的甲烷泄漏量估計超過2%，這些區(qū)域開發(fā)利用頁巖氣可能會對氣候產(chǎn)生比煤炭更多的負(fù)面影響[14，51]。因此，頁巖氣對空氣污染及氣候變化的影響與整個區(qū)域的頁巖氣開采規(guī)模、工程設(shè)施設(shè)備的防散逸性等都具有關(guān)聯(lián)性，需結(jié)合地區(qū)實際情況綜合分析。

表5 單井施工期和運營期大氣污染物總排放量[48]Tab.5 Total air pollutant emissions during the construction period and operation period per well (kg)

表6 美國頁巖氣上游(井場)和中游(天然氣處理廠)的甲烷泄漏量估算[14]Tab.6 Estimates of methane emissions from upstream (at the well site)plus midstream (at gas processing plants)of shale gas

2.2.3 固體廢棄物污染

頁巖氣開采過程中會產(chǎn)生難以自然降解的廢鉆屑，未經(jīng)處理填埋不僅會占用大量土地資源，還會導(dǎo)致土壤鹽堿化，造成植被破壞等危害[40]。頁巖氣開發(fā)過程中產(chǎn)生的廢鉆屑可分為水基鉆屑和油基鉆屑兩種。水基鉆屑中重金屬的浸出毒性會對生態(tài)環(huán)境構(gòu)成威脅；而油基鉆屑含油率高達(dá)10%～20%，此外還含有化學(xué)藥劑(乳化劑、潤濕劑等表面活性劑)、鹽(無機(jī)鹽、礦物鹽等)和重金屬離子(Hg、Cd、As、Pb和Cr)等污染物[56]。2016年，我國已將油基鉆屑列入《國家危險廢物名錄》。

2.2.4 放射性污染

頁巖氣開發(fā)過程中存在天然放射性核素釋放引發(fā)的放射性污染。多項研究記錄了頁巖盆地或頁巖氣生產(chǎn)廢水中高水平的氡、鈾、鍶和鐳等放射性物質(zhì)[57，11]。有研究在活躍頁巖氣區(qū)塊地下水中發(fā)現(xiàn)了高濃度的鍶(66.20～18195 μg/L)和氡(775.10 pCi/L)，遠(yuǎn)超水安全限值(4000 μg/L和15 pCi/L)[58]。此外，某些頁巖氣可能含有少量氡氣，可通過管道輸送至用戶處，氡氣作為一種急性致癌物會對人體肺部組織造成損害，最終引發(fā)肺癌[11]。

2.2.5 噪聲污染

頁巖氣的勘探和開發(fā)會帶來短期或長期的噪聲污染。施工期涉及氣體鉆井、常規(guī)鉆井、壓裂作業(yè)、測試噴放、管道施工等工程，產(chǎn)生的機(jī)械施工噪聲對井場周邊農(nóng)戶或居民造成的影響屬于有限時間的噪聲干擾，根據(jù)鉆井?dāng)?shù)量的不同一般持續(xù)幾個月到幾年的時間；頁巖氣開采期間，管道沿線的壓縮機(jī)站持續(xù)工作以維持管道中氣體流動，是噪聲持續(xù)干擾的長期來源[33]。Dayal等人[59]在研究中發(fā)現(xiàn)頁巖開發(fā)過程中采出水注入設(shè)施產(chǎn)生音量可達(dá)70 dBA，鉆井噪聲達(dá)83 dBA，氣體壓縮機(jī)產(chǎn)生音量甚至可達(dá)90 dBA。噪聲超過70 dBA會干擾正常交談；長期生活在85 dBA的噪聲中將對聽力造成嚴(yán)重?fù)p害[60]。此外，暴露在噪聲污染中還可能導(dǎo)致野生動物繁殖行為減少、配對成功率下降等，對生物群落多樣性造成不利影響[61]。

3 頁巖氣開發(fā)環(huán)境影響防治措施

頁巖氣藏的開發(fā)因其復(fù)雜的地質(zhì)條件和工程因素比常規(guī)油氣資源更為苛刻，開發(fā)難度更大[62]。我國當(dāng)前正處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展時期，能源需求量極大。作為頁巖氣儲量大國，頁巖氣資源的勘探和利用是調(diào)整我國能源結(jié)構(gòu)、緩解我國能源緊張局勢的重要出路[63]。頁巖氣的開發(fā)利用應(yīng)遵循清潔生產(chǎn)的全過程控制理念與實踐，結(jié)合法律法規(guī)體系監(jiān)管體系的進(jìn)一步完善，采取源頭預(yù)防、過程控制和末端治理相結(jié)合的污染治理措施，從根本上解決頁巖氣開發(fā)過程中對生態(tài)環(huán)境造成的不利影響。

3.1 完善法律法規(guī)，加強(qiáng)監(jiān)督管理體系建設(shè)

目前，針對頁巖氣開發(fā)利用還未建立具體的法律法規(guī)，在遇到實際問題時主要按照其他相關(guān)的、非針對性的法律法規(guī)進(jìn)行制約，如：礦產(chǎn)資源相關(guān)法、環(huán)境保護(hù)相關(guān)的立法以及各類污染防治單行法等[63]。但由于頁巖氣開發(fā)的特殊性及復(fù)雜性，一些法律法規(guī)與之不匹配，還需進(jìn)行不斷完善和加強(qiáng)。此外，由于相關(guān)的法律法規(guī)不夠健全，在環(huán)境保護(hù)要求及監(jiān)管機(jī)制建設(shè)方面仍需完善。因此，應(yīng)針對頁巖氣開發(fā)利用過程中環(huán)境準(zhǔn)入、資源利用、環(huán)境污染防治、環(huán)境監(jiān)理等方面建立完善的法律法規(guī)制度。

3.2 優(yōu)化勘探方案，提升開發(fā)利用技術(shù)水平

地質(zhì)調(diào)查和資源評價是頁巖氣勘探開發(fā)的基礎(chǔ)和前提，是確定頁巖氣開發(fā)目標(biāo)區(qū)域、規(guī)劃開發(fā)方案、評估開發(fā)效益的重要依據(jù)。我國對頁巖氣資源調(diào)查和區(qū)塊的勘探方案還不夠系統(tǒng)和全面，應(yīng)結(jié)合區(qū)域資源稟賦和環(huán)境承載力分析等進(jìn)一步優(yōu)化勘探方案，此外，針對頁巖氣勘探開發(fā)完井技術(shù)水平、壓裂效果等方面，加大對頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)的研究和資金投入，引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，提高完井質(zhì)量和效率，提升開發(fā)利用水平。

3.3 全過程管控，落實污染治理措施

3.3.1 源頭預(yù)防

首先應(yīng)妥善選址，合理避開居民密集區(qū)。同時，采取土地資源集約化利用措施，最大限度地合理利用土地。在施工作業(yè)區(qū)域內(nèi)，除永久占地、臨時占地要進(jìn)行開挖或侵占之外，不應(yīng)有其他破壞植被的施工活動；針對臨時用地需及時復(fù)墾；針對永久性占地，應(yīng)在施工期及運營期做好植被恢復(fù)等水土保持措施，防止造成土壤侵蝕等生態(tài)環(huán)境問題，使野生動植物棲息地得以盡快恢復(fù)[64]。

其次，應(yīng)制定區(qū)域綜合水資源規(guī)劃，統(tǒng)籌考慮區(qū)域水資源分布、人口密度、頁巖氣開發(fā)用水?dāng)?shù)據(jù)和鉆采計劃等關(guān)鍵因素，并制定綜合用水方案。同時，取水可采取壓裂液回收利用、使用城市再生水等措施，以減少對水資源的大量占用[40]。

3.3.2 過程控制

頁巖氣開發(fā)過程中，應(yīng)加強(qiáng)對污廢水、固廢、廢氣及噪聲等污染的管控。首先，應(yīng)建立雨污分流系統(tǒng)，避免污水溢流。嚴(yán)格采取分區(qū)防滲控制措施，在井場集液池、儲存池、放噴池等重點區(qū)域按照相關(guān)要求進(jìn)行防滲處理。

同時，檢查并封堵頁巖氣開采地區(qū)周圍存在的廢棄老井，防止甲烷和壓裂液通過老井上涌污染地下水[46]。加強(qiáng)各類廢水收集、暫存、運輸和處理過程中的環(huán)境管理，選取環(huán)保友好型泥漿體系，統(tǒng)籌安排區(qū)域內(nèi)鉆井廢水和壓裂返排液回用方案，減少水資源的使用量。開展甲烷泄露監(jiān)測，同時采用密封集輸?shù)姆绞竭M(jìn)行氣-液分離回流，可有效避免甲烷泄漏排入大氣，提高甲烷的利用率[40]。此外，針對施工期和運營期可能產(chǎn)生的其他大氣污染物排放，應(yīng)嚴(yán)格采取遮蔽運輸、定期灑水降塵等措施，施工機(jī)械采用優(yōu)質(zhì)燃料并定期維護(hù)；運營期使用凈化頁巖氣作為燃料，并采取尾氣引高排放等措施。

此外，施工及運營期應(yīng)采取相應(yīng)噪聲防治措施，使井場、集氣站等廠界噪聲滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求?？刹捎秒妱鱼@機(jī)、建立隔聲屏障等有效手段以減弱噪聲的影響。

3.3.3 末端治理

末端治理是指在頁巖氣開發(fā)的末端，采取有效技術(shù)針對已產(chǎn)生的污染進(jìn)行無害化處理和資源化利用的過程。如鉆井過程中應(yīng)采用低污染性鉆井液和壓裂液，鉆井廢水經(jīng)混凝沉淀處理后加強(qiáng)循環(huán)利用，未能利用的再通過罐車?yán)\至回注井回注，在提高鉆井及壓裂效果的同時降低對生態(tài)環(huán)境的污染及鉆井成本[65～67]。此外，頁巖氣開采過程中產(chǎn)生的大量難以自然降解的廢鉆屑，直接填埋會占用大量土地資源。針對油基巖屑，可采用熱分解方法回收基礎(chǔ)油和鉆井液添加劑，采油率可達(dá)95%以上；針對水基鉆屑，脫水后可作為消防砂或井場鋪路材料，與膠結(jié)材料混合的水基路塹可用作路基墊層和混凝土，還可用于制備燒結(jié)磚[64，68]。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

經(jīng)過多年發(fā)展，我國已建立起頁巖氣開發(fā)的相關(guān)技術(shù)體系，但與國外成熟技術(shù)相比仍存在一定差距。目前我國頁巖氣開發(fā)總體處于規(guī)模建產(chǎn)階段，應(yīng)重點關(guān)注開發(fā)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)的把控。

此外，本文分析了頁巖氣開發(fā)利用過程中可能帶來的資源消耗、環(huán)境污染等各類環(huán)境影響問題。結(jié)果表明，頁巖氣開發(fā)中帶來的土地侵占、水資源消耗、固廢廢棄物污染等問題都不可忽視，應(yīng)重點加強(qiáng)各污染防治領(lǐng)域的研究和技術(shù)開發(fā)。

4.2 展望

為推動我國頁巖氣高效穩(wěn)定、綠色發(fā)展，未來應(yīng)加強(qiáng)以下幾方面的研究：(1)針對我國頁巖復(fù)雜地質(zhì)條件和構(gòu)型的勘察技術(shù)和鉆井技術(shù)研究；(2)研發(fā)基于其他介質(zhì)的壓裂技術(shù)以有效減少對水資源的需求量；(3)研發(fā)無毒無害的環(huán)保鉆井液和壓裂液可極大降低環(huán)境水污染風(fēng)險；(4)探索生產(chǎn)過程中產(chǎn)生固廢等的資源化、無害化利用技術(shù)，致力于頁巖氣開發(fā)過程中零污染排放研究。