中国开发页岩气存水危机 单井废水数百万升

在页岩气革命引发的诸多环境问题当中，水资源管理是最受关注的争议话题。

页岩气开采的核心技术主要是水平钻井法和水力压裂法，而在美国超过一半的天然气都是通过水力压裂法获得的。这种方法促进了页岩气的快速发展，但也引来了接连不断的争议。

水力压裂法，简单说即借助高压将大量水、沙子以及化学物质的混合物通过钻孔打入地下，压裂页岩层，使其出现更大更多裂缝，从而将其中的石油或天然气储备释放出来的开采方法。

这种方式引发争议的一个主要原因在于，在生产过程中需要消耗大量水资源。在美国，根据页岩构造的地质特性，一次水力压裂作业就需一千多万升的水耗，同时开采所产生的大量废水会威胁到地表及地下水体水质。

根据美国麻省理工学院的2011年天然气报告，回顾了有关天然气井钻探事件公开报道的三项研究，发现在2000-2010年十年间，对有关天然气井钻探进行“广泛报道”的水体污染事件有43起。在此期间，大约钻探了2万口页岩气井，几乎所有气井均采用水力压裂技术。在所有地下水污染事件中，48%与天然气或钻井液有关;33%涉及井场表面泄漏，10%涉及取水和空气质量以及井喷问题;剩下9%涉及井场外的处置不当问题。

因此，在中国复制美国页岩气的革命经验过程中，其水资源管理的经验尤其值得注意和借鉴。

一口井耗水量约1000辆卡车运水量

淡水供应不足成为制约行业发展的严峻问题。

水力压裂需要大量的水，这成为页岩气生产中水资源管理的首要问题。

根据埃森哲最近出版的《水资源和页岩气开发》(以下简称《水资源》)报告显示，在页岩气生产过程中，各井的需水量迥异。

一般而言，一口页岩气水平井钻井和压裂所需水量达到约500万加仑，相当于1000辆卡车的运水量。其中，用水量最大的是压裂过程，最大时用水量可达总用水量的90%;用水量较多的是钻井作业，淡水是钻井液的主要成分;在压裂后的设备冲洗和清洁环节，用水很少。

因此，淡水供应不足成为制约行业发展的严峻问题。《水资源》报告分析，在面临水资源日益枯竭的干旱地区，或是水流和供应受季节变化影响的地区，运营商的水资源获取可能受到更加严重的制约。

例如在宾夕法尼亚州，夏季需要保持最小水流量，因此获得许可可能是一个艰巨挑战。2012年7月，由于萨斯奎汉纳盆地的水流减少，萨斯奎汉纳河流域委员会(SRBC)暂停了取水许可，这一政策涉及大多数页岩运营商，其中包括切萨皮克能源公司和塔利斯曼能源公司。在德克萨斯州的干旱地区，页岩气生产用水需求被认为与灌溉用水和家庭用水相竞争。

根据埃森哲大中华区副总裁杨葳介绍，在开发初级阶段，美国也在对无水压裂液(包括液态丙烷、液态二氧化碳、氮气泡沫和凝胶)进行研究。然而，目前这些液体也面临自身挑战。例如，在使用液态丙烷时，因涉及在地下使用爆炸性气体，因此具有一定的安全风险。

地表水体污染风险

单井的生产废水总量可达数百万升。

在水质之外，页岩气对水的影响更多地体现在水质方面，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水体水质。

根据美国自然资源保护委员会完成的报告《借鉴国际经验：中国页岩气资源环境友好开发之路》(以下简称《友好之路》)介绍，在注入水力压裂液体并且释放压力后，10%-70%的原注液体量，或大约1万-6万桶(160-960万升)液体会返回地表，俗称“返排废水”。有些气井也会产生“生产废水”(指在地下地层自然存在，与油和天然气共同开采出来的水)，从长期来看，每百万立方英尺的燃气产量通常会伴随200-1000加仑的生产废水(每百万立方米的燃气产量会伴随3-13万升的生产废水)。因为每个页岩构造不同，一口页岩气气井的生命周期最长可以达到40年，这个单井的生产废水总量可以达到数百万升。

这两种类型的废水包涵了用于减小摩擦的有毒化学润滑剂，用于抗腐蚀和防细菌滋生的添加剂，以及自然生成的污染物，如碳氢化合物、重金属、盐分以及自然生成的放射性物质(NORM)。其中不少都是有毒有害的化学物质。

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。

为了减少上述风险，美国在页岩气开发中已经积累了一套相对成熟的方法。根据美国自然资源保护委员会的报告《水力压裂开采来势汹汹：需要制定新规定来保护我们的健康和环境免受废水污染的侵害》(以下简称《来势汹汹》)介绍，对于在页岩构造中开展天然气生产所产生的废水，通常有五种基本的管理方法：最大程度地减少生产废水量;在天然气钻井作业中进行循环回收和再利用;储水池或储水罐以及生产场地内的处理;处置以及作业外的有益再利用。

其中，“反排废水”的处理通常采用前三种方法，而“生产废水”的处理往往采用后两种方法。

根据杨葳介绍，在“生产废水”的处置中，地下注入的方法是传统石油天然气生产的普遍做法。运营商可以采用将废水注入到地下注水井或II类井，或聘请第三方商业处理公司，将废水注入到处理井等方法进行处理。在美国，如采用这种方法，任何类型的井必须按照地下注入控制(UIC)计划由州级机构或州环保署批准。根据要求，被注入的地下多孔岩层大多位于地下数千英尺。

然而，这种方法却存在导致地震的风险，因此监管机构增加了限制在注入井中进行废水处理的压力。2011年，自盖伊镇附近发生地震后，阿肯色州石油和天然气委员会(AOGC)关闭了费耶特维尔页岩区块的四口处理井。在没有地下注入井的情况下，马塞勒斯的运营商纷纷不再采用地下注入的方法，而是开始采用水资源再利用的方法。

在地下注入之外，另外一个常用的方法即水处理技术。根据《来势汹汹》介绍，水处理是最为复杂的废水管理方式。既可以在生产现场内或外处理，也可以与循环回收/再利用、排放和处置等一起进行。特别值得注意的是，废水处理重点是去除造成井内污染的有机污染物和无机成分。