受美國“頁巖革命”成功的影響，頁巖氣開發(fā)正在世界范圍內蓬勃展開。作為世界第一大頁巖氣資源國，我國也在積極推進國內頁巖氣資源的開發(fā)工作。近兩年的國際油價波動雖然在一定程度上減緩了國內頁巖氣開發(fā)的步伐，但我國開發(fā)頁巖氣的戰(zhàn)略方向并沒有發(fā)生根本變化。然而，國內仍存在一些對頁巖開發(fā)環(huán)境影響的擔心，一些學者和環(huán)保主義者認為頁巖氣開發(fā)所依賴的兩項技術——水平鉆井和水力壓裂技術在應用過程中會對區(qū)域環(huán)境產生顯著的影響，主要包括水資源消耗與污染、溫室氣體排放、誘發(fā)局部微地震等。
實際上，國內對于頁巖氣開發(fā)環(huán)境問題的探討都是基于美國學者針對美國本土頁巖氣開發(fā)的研究成果，目前國內并沒有學者對我國的頁巖氣開發(fā)做過定量化的研究。然而，不同的地質條件對于研究結果的影響是非常顯著的。因此，基于美國經驗來指導我國的頁巖氣開發(fā)實踐及相關環(huán)境政策的制定，是欠缺堅實依據的。針對我國目前頁巖氣開發(fā)環(huán)境研究領域的這一現狀，筆者自去年開始對我國的頁巖氣開發(fā)進行了實踐調研和數據搜集，在此基礎上，對我國四川盆地的頁巖氣開發(fā)中的水資源消耗和溫室氣體排放等方面進行了定量化研究。
頁巖氣對水資源的消耗主要來自兩個活動，一是鉆井活動中鉆井液配置中的水消耗，另一個是壓裂過程中壓裂液配中的水消耗。由于目前頁巖氣開發(fā)均采取了井工廠的作業(yè)方式，這使得上述兩個活動中使用的水資源可以被重復利用，大大降低了平均到單井上面的水資源消耗；進一步來說，注入的壓裂液也會在完井測試和生產階段部分返排到地面，并且被部分重復利用，也能夠在一定程度上降低實際的水資源消耗。根據筆者的分析，在考慮了上述回收及重復利用后，四川盆地單口井水資源消耗量在1.4萬到3.4萬立方米之間，平均為2.4萬立方米。其中，超過90%的頁巖氣耗水發(fā)生在壓裂階段。
為了比較中國頁巖氣單井水消耗，筆者也專門搜集了有關美國頁巖氣開發(fā)水消耗的量化研究。根據美國學者的研究，美國Haynesville頁巖區(qū)的水資源消耗相對來說最高，其平均的單井耗水為2萬至2.3萬立方米左右，美國其他頁巖氣區(qū)塊，如Barnett、Marcellus和Eagle Ford的頁巖氣單井水消耗則相對較低，單井平均耗水約在1.1萬至1.6萬立方米之間。從這一結果來看，我國頁巖氣單井耗水略高于Haynesville頁巖區(qū)，但顯著高于其他幾個地區(qū)。在這一單井水資源假設下，筆者依據未來四川地區(qū)的鉆井計劃估算了每年的總耗水量，得出高出時期年耗水量約在1440萬至3410萬立方米之間，平均為24.2萬立方米，而根據四川省和重慶市2014年的水資源公報，全年可供給水資源量超過300億立方米，因此，四川盆地頁巖氣開發(fā)對于區(qū)域水資源的影響并沒有想象中那樣明顯。但仍然需要關注的是，四川相對而言是水資源較為豐富的地區(qū)，在其他地區(qū)則需要根據實際情況來分析。此外，由于頁巖氣開發(fā)耗水是對水資源的增量需求，這種增量需求勢必會與其他已經存在的水資源需求產生競爭關系，這一點應納入政策制定者的考慮范疇之內。
頁巖氣開發(fā)的溫室氣體排放主要來自于兩方面，一是在頁巖氣開發(fā)過程中驅動各類設備運轉的燃料在燃燒過程中釋放的二氧化碳，另一個是在頁巖氣井完井測試放噴活動中釋放的甲烷(天然氣的主要成分)。根據國外學者的研究，頁巖氣在完井階段存在顯著的甲烷排放，且排放的甲烷在沒有經過燃燒處理或僅僅經過部分燃燒處理后就直接排入大氣。由于甲烷是一種比二氧化碳更為厲害的溫室氣體，其增溫程度是二氧化碳的25倍甚至更多，因此，大量的甲烷進入大氣必然會對氣候造成顯著的影響。正是基于這一判斷，很多國外學者指出，頁巖氣的全生命周期溫室氣體排放甚至高于煤炭。然而，根據筆者的調研，在我國四川盆地的頁巖氣資源開發(fā)實踐中，對于完井階段釋放的甲烷氣體都經過了燃燒，使其轉換成二氧化碳后再進入大氣，這就極大地降低了總的溫室氣體排放量。據此，筆者計算得出我國四川頁巖氣開發(fā)的單井直接溫室氣體排放約為1000噸至3900噸二氧化碳當量，平均約為2300噸二氧化碳當量，而來自完井階段的平均只有960噸二氧化碳當量，甚至低于鉆井階段的排放，顯著低于美國頁巖氣完井階段的溫室氣體排放。也正是由于采取了這些措施，使得頁巖氣在我國仍然是相對于煤炭而言清潔的一種能源資源。此外，在我們的調研過程中，部分井場已經使用電力作為驅動井場設備運轉的動力，如果這一實踐大規(guī)模應用的話，也將在很大程度上降低直接溫室氣體排放。
上述討論圍繞的都是直接排放，這類排放由于直接于頁巖氣開發(fā)現場產生，因此是政府監(jiān)管部門和頁巖氣生產商所關注的重點。然而，在學者層面所討論的溫室氣體排放還包括了隱含在頁巖氣開發(fā)投入的各類原材料產業(yè)鏈條內的能源使用所造成的溫室氣體排放。例如，頁巖氣鉆井過程中使用的水泥和套管本身并沒有溫室氣體排放，但是這兩種材料的生產加工過程中會存在能源消耗，從而造成溫室氣體排放。這種排放就是通常所說的間接排放或隱含排放。根據筆者的計算，我國頁巖氣單井開發(fā)階段的間接溫室氣體排放約在4300噸至9600噸二氧化碳當量之間，平均約為7200噸二氧化碳當量，顯著高于直接排放。由于高的間接排放存在，使得我國頁巖氣排放總量仍略高于美國平均水平。但間接排放的減少不僅依賴于頁巖氣鉆井開發(fā)技術的優(yōu)化，更重要的依賴于整個國家產業(yè)鏈條各階段能源效率改善與技術的革新，這依然超越了頁巖氣工業(yè)本身所能掌控的范疇。
綜合以上可以看出，我國四川頁巖氣開發(fā)在單井水資源消耗總量和溫室氣體排放總量(含間接排放)高于美國，但從水資源供給總量和直接排放的角度來看，這些環(huán)境影響并不能顯著地制約頁巖資源的開發(fā)。當是正如文中提到的，完全消除頁巖氣開發(fā)的環(huán)境影響則還需要考慮其他諸多因素，這些都需要政策制定者在頁巖氣開發(fā)規(guī)劃中予以適當考慮。
