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专家:重视页岩气开发可能导致严重环境影响

来源:    发布时间:2013-12-15 20:29:16 

中国页岩气区块最新一轮的招标吸引了83家投标企业,其中很多是民营企业。中国正寻求提振在非传统能源领域的投资,以期复制美国页岩气“革命”的经验。但需要极度重视页岩气开发可能导致严重的环境影响,包括大量消耗水资源以及空气、水源和土壤污染。

  中国可能是全世界页岩气资源潜力最高的国家,据估测,总可开采储量高达25万亿~36万亿立方米。2012年3月,中国能源局推出了雄心勃勃的计划,提出页岩气产量在2015年将达到65亿立方米,到2020年的产量高达600亿~1000亿立方米。

  在宣布这些计划的几个月前,中国国务院批准了国土资源部的申请,决定将页岩气与常规油气开发区别对待,这意味着未来中国的页岩气资源勘探权不再只是被几家大型国有油气企业所垄断。随着《页岩气开发“十二五”规划》的出台,各方对页岩气行业的期望值亦水涨船高。

  在未来几年中,中国计划继续探索页岩气开发领域的新技术,也有可能出现美国所经历的页岩气产量激增的情况。在页岩气投入商业化量产之前,中国需要加强管理,以减轻页岩气开发所带来的负面的环境影响。

  页岩气商业开采提速

  中国天然气消费在过去十年中不断飙升,主要原因是清洁燃料需求的增长以及天然气供应能力的增加。根据国际能源署的预测,中国在2015年前将取代日本成为亚太地区最大的天然气消费国。

  中国政府和产业界正在对国内尚未开发的大规模天然气储量进行评估,因为这些储量有望在中长期内平抑天然气价格。例如,将液化天然气从澳大利亚船运到上海的成本可能是本土天然气资源开发利用成本的两倍。与此同时,对于提高能源安全的意识也在不断提高,中国能源供应在较长的时间里仍然会持续上升,国内供需的缺口预计也会进一步拉大。

  美国从20世纪中叶就开始进行页岩气开采活动,但直到最近十年,页岩气生产才随着技术进步而开始具备商业可行性。页岩气在美国被普遍称为“胜负手”,目前它也是发展最快的一种能源类型。随着页岩气产量的提高,美国在2009年和2010年的天然气产量超过俄罗斯,一举成为世界最大的天然气生产国。

  根据中国政府制定的《页岩气发展规划(2011~2015年)》,中国国土资源部所估测的中国页岩气储量为25万亿立方米。2011年,美国能源情报署所估测的中国页岩气储量为36万亿立方米,比中国国土资源部的估测量高出约50%。这两种估测量都包括了很多限定条件和假设条件。专家们也认为,目前页岩气储量评估并没有一种普遍接受的方法。然而,两种方法估测后均一致认定,中国的页岩气资源储量很有可能是世界最高的。

  中国的大型页岩气勘探活动几乎全在四川盆地展开,因为四川盆地拥有中国最密集的管网系统,以及四川盆地能提供水力压裂作业所需的水源供应。其他的页岩气储藏主要位于塔里木盆地(中国西北部)、鄂尔多斯盆地(华北)和松辽盆地(中国东北部)。尽管塔里木盆地和鄂尔多斯盆地富含页岩气资源,但却都受制于中国西气东输管道运能的不足。从2011年到2015年,这两个盆地内的作业活动将主要为地质研究,但是中国预测这两个盆地的页岩气产量在“十三五”计划期间(2015~2020年)会大幅增加。

  美国的经验

  在美国,超过一半的天然气都是通过压裂法开采获得的。这些活动可能会对环境和人类健康产生负面影响,其中包括水体污染、空气污染和土地破坏等。在页岩气开发的每个阶段——勘探、生产、加工和配送都必须采用适当的技术和保障措施以保护珍贵的水和空气资源,并且确保居民的健康。由于这些不确定因素,美国叫停了纽约州和特拉华盆地区的水力压裂项目。

  对土地覆盖的影响。中国的页岩气开发规划将土地使用列为首要关注的环境问题。除了气井施工需要用地外,页岩气开发还需要使用更多土地来修建道路、水槽以及输气设施。例如,宾夕法尼亚州林区的钻井活动就引发了对土地破碎和生物多样性减少的忧虑。就中国而言,可能进行大规模钻井活动的四川盆地是人口稠密地区,页岩气开发地将需要与农业、工业和居民用地展开竞争。

  对水资源的影响。在美国,根据页岩构造的地质特性,一次水力压裂作业可能耗水1000多万升。如果管理不当,水力压裂开采所产生的大量废水会威胁到地表及地下水体水质。从长期来看,每百万立方米的燃气产量会伴随3~13万升的生产废水。尽管每个页岩构造不同,一口页岩气气井的生命周期最长可以达到40年,此单井的生产废水总量可以达到数百万升。如果废水排放前的处理工作不到位,地表与地下水就会受到污染;化学物质会渗透到浅层土壤,然后进入含水层;水力压裂液体和废水在储存和往返于钻井现场的运输过程中会出现意外的地表溢漏。

  对空气质量和气候变化的影响。天然气行业是甲烷排放、挥发性有机化合物(VOCs)以及有害空气污染物排放的主要来源。天然气生产过程的不同阶段——井口、储罐以及其他生产设备都会释放挥发性有机化合物并导致地面臭氧的产生。长期接触挥发性有机化合物会导致皮肤不适、头痛以及生殖系统紊乱。

  中国的页岩构造还含有达到有害浓度水平(1%或更多)的硫化氢。硫化氢是一种可燃的毒性气体。四川盆地的威远页岩气区块所含硫化氢浓度在0.8% 到1.4%之间,而川东北区块所含硫化氢浓度高达15%。此外,硫化氢的职业性接触,以及居住在钻井现场附近的学生和居民对硫化氢的接触也引发了广泛关注。

  非常规天然气生产与传统天然气生产相比,可能因更大量地甲烷泄漏的隐患而广受关注。对此尝试进行量化的各种研究受制于有效数据的匮乏。尽管有些排放值高低的不确定性,根据已有信息,美国环保署在2011年修正了对2009年非常规气井完井工作所产生的甲烷排放估测值,在原来数字基础上提高了两倍以上。

  中国页岩气的国际合作

   中国还处在开发页岩气资源的萌芽阶段。在目睹美国页岩气行业的高速发展以后,中国政府和企业正积极寻求开展国际合作,以便获得发展国内页岩气行业所需的技术和知识。2009年11月,中国能源局和美国能源情报署共同推出了旨在推动中国页岩开发的“美中页岩气资源计划”,其重点放在资源评估和技术交流上。

  2007年10月,中石油与位于休斯敦的新田勘探公司开展了一项联合研究,对四川盆地威远区块的开发潜力进行了分析,这是中美在页岩气领域的第一次合作。过了不到4年的时间,中石油于2011年4月成功地在威远区块钻了第一口页岩气水平气井。

  此后,中石油与多家国际油气企业开展了合作。2009年11月,中石油与荷兰皇家壳牌公司签署协议,共同对四川盆地富顺—永川区块页岩气储量进行评估。到2011年年初,壳牌已经开始在该区域打勘探井,并于2012年3月20日宣布与中石油公司签署页岩气生产分成合同,这也是中国签署的首份此类合同。

  除了在四川盆地开展活动外,中石油近期还批准了其子公司——吐哈油田公司与壳牌、赫斯公司在新疆联合开发区块的申请。根据该协议,外国企业将承担勘探期间的全部成本和风险,而所有参与方将根据投资比例进行投资并分享产量。除了在中国开展合作外,中石油还于2012年2月购买了壳牌公司加拿大不列颠哥伦比亚省Groundbirch项目20%的股份。建立这些合作伙伴关系的主要目的就是引进先进技术,加强项目管理。

  此外,中石化一直在北美地区大刀阔斧地进行非常规能源的海外收购,目标包括页岩气、页岩油和致密油项目。2011年10月,中石化斥资21亿美元收购了加拿大日光能源公司。三个月后,中石化宣布支付给戴文能源公司25亿美元,以购买戴文公司在路易斯安娜、俄亥俄、密歇根、俄克拉荷马以及怀俄明州五个页岩区块的三分之一股份。

  中海油在安徽省获得了其首个国内勘探权,并于2011年年底开始地震探测。尽管其在国内的作业进度远落后于两个竞争对手,中海油却是首家通过海外并购获得相关技术的中国企业。迄今为止,它已经与切萨皮克能源公司完成了两笔交易,斥资23亿美元获得了该公司在德克萨斯、怀俄明以及科罗拉多州页岩油气区块的少数股权。

  其他国有能源和电力企业也积极投入到中国页岩气开发大潮。2012年2月,中国最大的煤炭生产商神华集团的全资子公司——神华地质勘探公司与挪威国家石油公司签署了一份关于页岩气勘探合作的意向书。自2011年12月以来,包括中国华能集团和中国华电集团公司在内的电力企业与湖南省政府和重庆市政府等地方政府签署了战略合作协议。中国核工业集团公司也在和湖南省能源局洽谈合作事宜。

  中国的页岩气开发浪潮也吸引了一些来自石油服务行业的国际企业。斯伦贝谢公司于2012年1月与中国华电公司签署了一份关于页岩气开发的战略合作协议。

  降低环境影响的实践

  中国页岩气“十二五”发展规划将大幅度提升页岩气勘探的投资额规定,从而保持市场准入的高门槛。企业被要求每年每平方米至少投资3万元,这是原油勘探最低投资额要求的三倍。此外,2012年5月17日推出的第二次页岩气招标要求投标企业拥有3亿元以上的注册资本。这将使中国的市场动态与美国大相径庭,因为美国长期以来中小企业是页岩气勘探和开发的主要投资者。较高的市场准入门槛可能会影响到中国实现吸引多元化投资以及引入竞争的目标,但这种做法有可能降低环境风险。在中国的很多行业中,中小企业更难以监管,而且采纳最佳实践做法的财力和技术能力较低。

  利用循环回收的矿排废水。鉴于四川的居民和工业用水需求较高,而新疆水资源匮乏,中国的水力压裂作业非常有必要利用循环回收水。利用循环回收的矿排水可能是一个潜在的选择方案。四川、陕西和新疆都是中国的产煤大省,对采矿排水的循环利用有助于将工业生态实践做法纳入水力压裂作业之中,并且推动建立能源生产的闭环体系。

  如果采纳这种做法,就应该建立一套严格的监控系统,以确保返排废水能得到必要的处置。创建矿山作业废水市场可以激励企业在生产现场收集和处理这种矿排废水(中和,去除重金属),有助于降低水污染。然而,只有地下水管理条例得到加强,且中国积累足够的水力压裂作业减污的丰富经验,从而确保处理这些工业废水所产生的重金属废物得到适当的处置之后,这种做法才应该被采纳。

  废水的处理和循环回收。美国页岩气革命引发了水处理和循环利用产业的不断创新,尤其是将“返排废水”和生产废水进行处理后将其再利用于水力压裂作业的技术。废水还可以在经过处理后出售用于其他用途,例如未铺砌道路的灰尘控制。

  加强地下废水灌注规章监管。美国地下灌注控制项目对进行液体地下储存或处置的灌注井施工、运营和关闭进行监管。《安全饮用水法》包含了适用于美国地下灌注控制项目的相关条文规定,根据地下井的功能和运营特点进行相关管理。尽管中国从20世纪70年代就开始进行灌注井实验,目前却仍未建立确保将废水灌注到地下井而不会威胁到地下水的监管框架。

  建立甲烷排放测量和报告体系。通过这样的体系,环保官员能够更好地在页岩气生产流程各个阶段监控排放情况。该体系能够帮助各省跟踪年度总排放量以及确定生产链上主要污染源。地方法规可以具体地设定允许排放的最高限值,以促进该监控报告流程的顺利运行。

  钻井前收集基线数据。这将帮助监管者更好地计量天然气开采对水质的任何影响,并且,如在后续数据收集中发现污染将由企业承担相应责任。中国的“十二五”计划强调需要加强数据评估,这可以理解为钻井开始后要进行有效的环境恢复。企业也应该检测与天然气生产相关的甲烷和诸如挥发性有机化合物等污染物。

  向主管机构披露水力压裂液体成分。在美国,很多州都没有要求公开水力压裂液体的化学成分,这使得管理风险以及采取所需措施来确保公共健康免受页岩气开发所导致的污染事故影响变得比较困难。应该要求全面披露水力压裂液体的化学成分,以便负责监管地下水和地表水源质量的政府机构,例如环保部、水资源部以及国土资源部,可以开展适当的风险管理。

  粗放的页岩气开发也可能导致严重的环境影响,包括大量消耗水资源以及空气、水源和土壤污染。美国在经历了十多年的页岩气快速开发后,遇到上述很多问题,由于产业标准差强人意,参差不齐,各州和联邦政府都在制定管理条例,力图减轻页岩气开发所产生的环境影响。中国应该关注引进和开发环保型技术,采纳最佳实践做法,并确立积极监管的框架,以确保其页岩气资源得到安全的利用。

  (美)Merisha Enoe 贺燕 (美)Erica Pohnan (美)Michael Davidson

  (作者Merisha Enoe、Yan He、Erica Pohnan 系耶鲁大学林业与环境研究学院研究员,Michael Davidson系美国自然资源保护委员会华盛顿办事处的中美气候政策协调员)


 

 


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