頁巖氣是一種資源潛力極為巨大的非常規(guī)油氣資源，長期以來，受技術、經(jīng)濟等多種因素的影響，其開發(fā)一直比較緩慢。進入本世紀以后，美國“頁巖氣革命”成功讓全球能源界充分認識到了頁巖資源的巨大潛力，至此，頁巖氣正式進入廣大公眾的視野，并且成為近年來能源界探討的最熱議題之一。中國作為頁巖氣資源最為豐富的國家之一，開發(fā)頁巖氣資源也被認為是增強中國天然氣供應能力、實現(xiàn)“減煤増氣”國家能源戰(zhàn)略的重要途徑。然而，實現(xiàn)這一目標實非易事，上游開發(fā)過程中的環(huán)境問題將成為制約頁巖氣大規(guī)模、可持續(xù)發(fā)展的關鍵因素。

傳統(tǒng)認為美國“頁巖氣革命”成功來源于技術突破，但事實上，美國“頁巖氣革命”成功所依賴的兩項技術：水平鉆井和水力壓裂技術在上個世紀就已經(jīng)產(chǎn)生并發(fā)展成熟，真正使得頁巖氣于本世紀在美國大規(guī)模開發(fā)的原因主要是經(jīng)濟條件的改善和環(huán)境法案的修改，后者即是所謂的“哈里伯頓漏洞”。2005年，美國為推動水力壓裂技術的快速應用，通過《能源政策法案》，將水力壓裂從許多聯(lián)邦環(huán)境保護法中去除，如《安全飲用水法》等，這項免除條款被稱為“哈里伯頓漏洞”。正如同美國所預期的那樣，該項法案的推行使得頁巖氣的水力壓裂技術得到了大規(guī)模應用?？梢姡h(huán)境因素在美國“頁巖氣革命”開始之初，就是影響其大規(guī)模開發(fā)的主要因素之一。

“哈里伯頓漏洞”雖然在法律上為頁巖氣開發(fā)消除了環(huán)境約束，但本質(zhì)上并沒有解決這些環(huán)境問題。隨著美國頁巖氣開發(fā)規(guī)模的不斷擴大，美國社會各界對其環(huán)境影響的擔憂也開始出現(xiàn)。2008年就有研究指出頁巖氣開發(fā)所依賴的兩項技術在實踐中可能需要消耗大量的水資源，對壓裂返排液的處理則可能對區(qū)域淡水資源產(chǎn)生污染。同年，英國標準協(xié)會首次指出，頁巖氣開發(fā)由于存在大量的甲烷泄漏，其生命周期溫室氣體排放可能很高。2011年，美國康奈爾大學研究人員在世界頂級期刊《自然》發(fā)表文章指出，頁巖氣開發(fā)過程中存在的甲烷泄漏，使得頁巖氣的生命周期溫室氣體排放甚至超過石油，并與煤炭相當，從而引發(fā)學術界、產(chǎn)業(yè)界和媒體對頁巖氣環(huán)境問題的關注。

目前，國內(nèi)外機構和研究人員對頁巖氣開發(fā)環(huán)境影響的研究絕大多數(shù)集中在水資源消耗、水質(zhì)污染和甲烷等溫室氣體排放三個方面。在水資源消耗方面，一口頁巖氣水平井的耗水量最低為6700立方米，最高則可達3.3萬立方米。頁巖氣上游開發(fā)所用水基本上是清潔水，這些水主要來自地表水或地下水，大量的水消耗必然會對區(qū)域環(huán)境產(chǎn)生影響。美國得克薩斯州大學的研究指出，2000年至2011年，美國巴內(nèi)特頁巖區(qū)累計耗水量達到1.45億立方米，年耗水量已經(jīng)占到該地區(qū)達拉斯市總耗水量的9%，且這一比例將在未來隨著頁巖氣的持續(xù)大規(guī)模開發(fā)而增加，屆時必然與區(qū)域內(nèi)其他水資源需求形成競爭關系。

在水質(zhì)影響方面，頁巖氣開采過程中甲烷等游離氣泄漏和富含有危害化學物質(zhì)的返排液的不當處理都可能對頁巖氣開發(fā)區(qū)域的水質(zhì)產(chǎn)生影響。例如，美國杜克大學的研究人員通過系統(tǒng)分析美國馬塞勒斯和尤蒂卡兩個頁巖區(qū)塊頁巖氣開發(fā)，發(fā)現(xiàn)在毗鄰頁巖氣開發(fā)1公里以內(nèi)的開發(fā)活躍區(qū)，飲用水井中的甲烷濃度顯著高于1公里以外區(qū)域飲用水井中的甲烷濃度，前者大約是后者的數(shù)10倍。美國得克薩斯州大學研究人員則在毗鄰頁巖氣井3公里以內(nèi)區(qū)域的飲用水井中檢測出多種有危害的化學物質(zhì)，這些化學物質(zhì)的濃度顯著超過美國環(huán)境保護署的標準。

對于甲烷等溫室氣體泄漏，目前的研究結論存在較大差異。如以美國康奈爾大學為代表的研究認為，頁巖氣上游開發(fā)會泄漏大量的甲烷，而甲烷是一種比二氧化碳更厲害的溫室氣體，這意味著即使少量的甲烷排放，其對全球氣候變化的影響也可能是巨大的。該研究團隊指出，由于開采過程中存在大量的甲烷泄漏，使得頁巖氣的碳排放甚至高于石油和煤炭。盡管也有研究提出異議，認為雖然頁巖氣比常規(guī)氣具有更高的碳排放，但是仍然低于煤炭，因此不能否認頁巖氣作為清潔能源的特性。然而，綜合分析來看，頁巖氣上游開發(fā)過程的甲烷泄漏不容忽視。美國作為當前頁巖氣開發(fā)最為成熟和規(guī)模最大的國家，為了減少上游開發(fā)過程中的甲烷排放，美國環(huán)境保護署專門在其天然氣之星計劃中推出甲烷減排技術實踐，鼓勵企業(yè)采取綠色完井技術等來控制甲烷泄漏，并且已于2011年8月提議針對非常規(guī)油氣開采的特定過程或設備建立新排放源性能標準和國家有害空氣污染物排放標準等。

對于我國而言，雖然擁有數(shù)量巨大的頁巖氣資源，但是我國的頁巖氣賦存條件相對于美國而言較差，且相當一部分資源集中在水資源缺乏的西部地區(qū)，這意味著我國的頁巖氣開發(fā)面臨的環(huán)境問題比美國更為嚴峻。如果不能提前研究，事先采取相應的監(jiān)管和技術，那么，推進大規(guī)模頁巖氣開發(fā)必然受到極大的環(huán)境制約。 （作者為中國石油大學（北京）博士）