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北美“井噴”：中國頁巖氣開發面臨水資源挑戰
時間：2014-02-12 10:07:00 作者： 來源：中國礦業報
北美“井噴”的頁巖氣尚未進入國際市場，但“頁巖氣革命”的風暴已經席卷了多個國家。中國、波蘭、烏克蘭、阿根廷和英國都對頁巖氣開發表現出濃厚的興趣。究竟哪個國家能最先復制美國的“頁巖氣革命”？
中國可能是其中最熱門的“人選”。美國能源信息署（EIA）的研究報告指出，中國擁有36萬億立方米的頁巖氣，居世界首位。中國國土資源部經初步普查則認為，中國可采頁巖氣資源為25.08萬億立方米，與美國相當。
巨大的儲量催生了政府的雄心壯志和企業的躍躍欲試。中國在《頁巖氣發展規劃（2011-2015年）》中提出到2015年完成頁巖氣產量65億立方米、力爭2020年產量達到600億~1000億立方米的目標。前兩輪的頁巖氣勘探權招標引起了多家民企和國企的激烈角逐，而即將舉行第三輪招標區塊分布將更廣泛，礦藏質量也更好，預計將吸引更多的企業競標。
然而，僅憑美國的技術和國內豐富的頁巖氣資源并不能讓“頁巖氣革命”在中國生根發芽。中國還需要解決美國企業未曾遇見的本土性難題，如礦區水資源的獲取和利用。在美國和加拿大這樣的人均水資源十分豐富的國家，頁巖氣礦區的用水問題可能并不突出。但是在水資源緊缺且分布不均的中國，如果不能有效解決頁巖氣開發中的水資源管理問題，頁巖氣大規模開發很可能只是“鏡花水月”。
和其他石化能源的開發一樣，頁巖氣開采的各個環節都離不開水。在鉆井階段，水是鉆井液的主要成分；在壓裂階段，水占到了壓裂液的98%以上；而鉆井設備的清洗維護同樣離不開水。
當前頁巖氣生產的核心技術依然是水力壓裂法——從地面通過高壓泵向地下灌入摻有化學物質的水，讓水壓將頁巖層壓出裂縫，并且使裂縫不斷擴大；于此同時還要從地面向下灌入混有沙�；蛱樟５闹蝿�，以便支撐已經形成的裂縫，防止其閉合。壓裂之后頁巖氣的產量將會驟增，隨后快速衰減。為了充分提升氣井的產量，生產企業很可能會對同一口頁巖氣井進行多次壓裂。
在北美，由于個別礦井產區水資源匱乏，部分地方對水的使用也有不少限制，一些油氣企業運用二氧化碳進行壓裂作業已經很多年了。美國懷俄明州甚至修建了專門運輸二氧化碳的輸氣管道。不過，以液態二氧化碳和液化石油氣為代表的無水壓裂法大多處于試驗階段，運用范圍還比較小。在可以預見的將來，水力壓裂法依然是主流技術。中國將不得不面對頁巖氣開發中的水資源管理難題。
頁巖氣生產中水資源的使用特點是生產單位能源用水量不高，但是階段性用水強度高。美國第二大頁巖氣生產商Chesapeake公司將頁巖氣與其他能源生產中的用水量進行了對比。以生產單位能源的用水量計算，頁巖氣與常規天然氣的耗水量相當，遠低于常規原油生產的耗水量。
這一觀點在美國和加拿大官方及民間的統計數據中得到印證。即便是在主要產區，頁巖氣生產的耗水量也僅占當地總耗水量的很小比重，遠遠比不上居民生活用水。據測算，在加拿大魁北克省用不到一升水和大約5毫升的添加物制成的裂解液，就可以生產出可供當地一個家庭使用一天的頁巖氣。
從生產單位能源的角度來講，頁巖氣耗水量較低，但是頁巖氣生產用水呈現明顯的階段性波動。地質狀況的差異導致單口井用水量千差萬別，但是較為主流的觀點是在北美地區單口井的用水量可能達到19000立方米，其中18000立方米左右的用水都集中在關鍵的半個月至一個月的壓裂階段�？梢娫陧搸r氣生產的關鍵階段，礦井的用水強度非常大。如果礦區中礦井較多，或者物流能力跟不上，則可能出現短期的供水緊張，嚴重威脅頁巖氣的正常生產。
將“頁巖氣革命”移植到中國，首先要解決的問題就是獲取足夠的水。據國土資源部專家張大偉估計，中國要完成《巖氣發展規劃（2011-2015年）》中提出的600億~1000億立方米的產量，需要打2萬口生產井（不包括實驗井和未獲取工業氣流的礦井）。如果以單井用水量19000立方米計算，預計中國將需要3.8億立方米的水，相當于1266萬城市人口一年的用水量。
聯合國糧農組織的數據顯示，中國的人均可再生水資源為2060立方米，僅為美國的1/10，加拿大的1/42。中國大部分地區受季風氣候影響,年度降水不均，即便是在年均降水相對豐沛的重慶和四川等地，也會出現久旱不雨的情況。
然而問題就在于，中國的主要頁巖氣礦區多分布在人口相對密集的區域，如四川盆地或者是嚴重缺水的地區，如塔里木盆地。頁巖氣開采將會給礦區帶來一系列的問題，如搶占農業用水和居民生活用水，危及脆弱的生態環境。
另外中國的單井用水量很可能比美國和加拿大的單井用水量大。中國的頁巖礦的埋藏深度普遍要比美國的深，因此需要打更深的直井，也意味著更多的打井和壓裂用水。
物流是中國頁巖氣開發中的大問題，這不僅僅指運送鉆井設備，還包括了運送生產用水。美國的頁巖氣礦區多分布于中央大平原，礦區地勢平坦，運水方便。美國企業在生產中充分利用各種水資源包括：地表水資源，如河流湖泊；污水處理廠處理過的工業和生活用水；回收壓裂液；地下水；購買市政用水。在運輸方法上采用的是臨時輸水管道和卡車運輸。而中國的頁巖礦區地貌多為山區和交通不便的盆地，客觀上導致運水難度加大和成本上升。
頁巖氣生產用水量階段性波動很大的特點對物流團隊的靈活性提出了很高的要求——首先是如何在用水高峰，克服運輸困難將大量的水通過卡車運送到交通不便的礦區。如果要完成2萬口生產井的壓裂用水的運輸任務，中國需要大約2000萬車次的運輸能力；其次，如何在礦區用水淡季，在經濟欠發達的中西部地區消化運輸團隊過剩的運量。
防止頁巖氣生產過程中的水污染也是水資源管理中的重要議題。很多歐洲國家民眾抵制頁巖氣開發的重要原因就是出于對水污染的擔憂。目前中國尚無針對頁巖油氣生產的法律法規，環境保護法規也偏向于監督傳統的油氣生產，而僅有的政策文件無法對頁巖氣的生產進行有效監管。
美國方面的研究發現，雖然水力壓裂作業后留在頁巖層的壓裂液不會對地下水層造成污染，但是壓裂過程中的回流液可能會污染地表水。另外在鉆井施工中的不當操作也會造成地下水資源的污染。
美國賓夕法尼亞州一所大學的研究顯示，水力壓裂法產生的回流液中包含了高濃度的礦物鹽、重金屬、壓裂液中的添加藥劑和來自地層深處的放射性物質，如鋇和鐳。由于含鹽量過高，美國業界將其稱為“鹽水”。
目前美國使用的是州和聯邦的兩級管理體系。聯邦政府的法規覆蓋了整個生產過程，對空氣和水的質量，危險物的管理，公眾的知情權，污染物的管理都有明確的規定。州政府則根據本地的情況對頁巖氣的生產提出了更為具體的要求，如井管深度、壓裂液成分、蓄水、廢水和廢棄物管理、以及地震監測。正是這樣的兩級管理體制迫使美國企業將7%的生產成本運用到對污染風險的控制上。
即便如此，美國政府和獨立機構對頁巖氣水資源管理的研究并沒有止步。奧巴馬政府正在推動環保署制定管理水力壓裂活動的專項法規，試圖將聯邦領地上的水力壓裂活動徹底納入聯邦法規的管理體系中。
美國官方通過對頁巖氣生產過程的評估認為，只要按照標準進行操作，對壓裂液的使用和回收進行妥善的管理，水污染風險是完全可控的，但是相比于監管體系健全的美國，中國尚處無專門法規可依的狀態。
除去技術和資金，水資源管理可能是中國頁巖氣開發中最大的核心問題。有效地獲得足夠的水資源事關中國頁巖氣開發的大局。中美之間的頁巖氣開發交流不能僅限于開采技術層面，而應當進一步深入到管理領域。對于已經將頁巖氣開發提上日程的中國來說，充分吸收美國在頁巖氣開發方面的管理經驗，制定有針對性的法律和行業標準才是當務之急。
