风险分析在页岩气开发地面工程中的应用

页岩气开发可能导致的环境风险有四类：大气和气候污染，地下水污染，地表水污染和局部地区的水资源短缺。

1）大气和气候污染

基于美国经验，页岩气开发以及管理不当而导致的与空气和水相关的主要环境风险如下。

（1）温室效应 页岩气最基本、最重要的成分是甲烷气体，在生产中由于各种原因可能导致甲烷释放和泄漏。虽然人们总认为二氧化碳含量上升是全球气候变暖的主要原因，但也应该认识到甲烷也是一种非常重要的导致全球气候变暖的温室气体之一。同样质量的甲烷导致的气温上升能力是二氧化碳的几十倍。目前全球气候变暖的三分之一原因是由于甲烷气体产生的。在美国，CATF（Clean Air Task Force）组织基于美国EPA（美国环境保护局）的估算，从石油和天然气生产过程中释放出的天然气是全球电厂释放出的二氧化碳导致全球变暖效应的35%。从全球角度来看，到2030年，油气生产所释放的甲烷气体将是人为产生甲烷气体的最大来源，如果考虑最近几年迅猛发展的页岩气开发，该比例还会提高。

（2）地面臭氧烟雾污染 主要由天然气燃烧释放入大气中的氮氧化物、碳氢化合物等在特殊的气象条件下（强烈日光、无风或微风、夏季至秋初等），经过一系列复杂的光化学反应生成的。由于臭氧是经过光化学反应生成的新的污染物（又称二次污染物），其危害比一次污染物更为严重。在美国的一些地区，由于页岩气的大规模开发导致的地面臭氧烟雾污染（比如氮氧化物和有机质组分），使得一些农村地区的臭氧烟雾达到了污染的临界值。

（3）有毒气体 放空天然气的燃烧以及使用柴油的钻井设备及卡车等都会产生大量的有毒气体和烟灰，天然气以及发动机燃烧也会产生有毒气体。

2）地下水污染(www.xing528.com)

非常规天然气开发过程中的来自地层的流体、压裂液及天然气（甲烷）可能窜入水层并且对水层带来不利的影响，尤其是在大规模的压裂和返排作业过程中，这种影响的可能性更大。污染地下水可能的来源主要有：① 固井和完井的不合理设计及管理；② 压裂、钻井设备及大型设备的地面震动以及扰动（目前在美国已经有证据显示这些震动导致了当地井水的混浊）；③ 一些老的或没有封堵好的废弃井眼；④ 地表存在的一些水文通道，比如断层和裂缝区等。

目前美国有关报道认为页岩气的大规模压裂开发会导致地下水的污染，但这仍旧是一个非常有争议的问题。不过可以想象，在没有严格的作业标准情况下，这类报道随着页岩气的开发将会越来越多。美国纽约州2014年12月颁布了禁止水力压裂法，受此影响，加利福尼亚州、宾夕法尼亚州、马里兰州等地的环保主义者也强烈呼吁政府颁布类似法律。

3）地表水污染

页岩气井的产出液、压裂液、常规钻井操作和意外的井喷等都会含有大量的污染物质，这些污染物包括压裂液中添加的各种化学药剂、天然气烃类物质、支撑剂、含有天然有毒物质的地层高矿化度水（比如放射性元素、有毒矿物质等）。如何处理这些含有污染物质的流体关系到地表水及地下水是否会受到污染。我国的下扬子地区页岩发育丰富，同时河流、湖泊密集分布，水网发达，在该地区进行页岩气开发，如何处理好与页岩气勘探开发相关的产出液、压裂液等含有污染物质的液体至关重要。稍有不慎，排入地表水的污染源就会随着发达的水网迅速扩散，给生态和社会生产带来不可预测的影响。

4）局部地区的水资源短缺

目前页岩气主要开发技术是长水平井多段水力压裂，通常而言，每口井目前的压裂用水将高达几万立方米，甚至更多，与常规压裂用水量相比剧增。仅美国2000年在Fort Worth盆地Barnett页岩中开采页岩气就用掉了8.63×105 m3的水资源。到2007年水资源用量激增10倍，其中60%～80%的水会返回地面，其中含有大量的化学剂及放射性元素。如何处理日益增多的废水和压裂液是必须面临的问题，处理不当会造成环境污染。因页岩气的产量和井数有着密切的关系，增加生产井数是增加页岩气产量最直接有效的手段。可以预测，随着开发井数激增，水资源用量也会激增。基于我国目前的统计工作，我国部分页岩气发育较好的盆地，水资源短缺问题很严重，如何有效、合理地利用好水资源是非常重要的，既要做到有效开发页岩气，也应做到不与自然界抢水，维持生态的协调可持续发展。我国《页岩气发展规划（2011—2015）》提出了2015年页岩气产量达到65亿立方米的目标，据此推算耗水量可达4.5～13.8亿立方米，占到全国工业总耗水量的1.3%～3.9%。