Marcellus頁(yè)巖氣開(kāi)采的水與環(huán)境影響

【鏡鑒】Marcellus頁(yè)巖氣開(kāi)采的水與環(huán)境影響文/引言2023年185.02萬(wàn)億m3〔3.6%，中國(guó)占1.3%〕，3.06m3〔19.3%，中國(guó)占2.5%〕，全球自然氣消耗量〔22%2.8%〕24.1%。該公司還〔頁(yè)巖氣、煤層氣、致密砂巖氣〕資源量將到達(dá)自然氣總量60%左右。隨著水平鉆探技術(shù)、水力壓裂技術(shù)的進(jìn)展以及自然氣價(jià)格的快速亮點(diǎn)。456.2m350%?！俄?yè)巖氣地質(zhì)與勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐叢書(shū)》編委會(huì)指出，2023年美國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量接近500億m3。美國(guó)清潔國(guó)土基金會(huì)〔ACSF〕Navigant詢問(wèn)公司〔NCI〕的統(tǒng)計(jì)分析說(shuō)明，2023年美國(guó)格外規(guī)自然氣產(chǎn)量達(dá)0.25萬(wàn)億m3〔約占美國(guó)自然46%〕，297.33m3〔占格外規(guī)自然氣產(chǎn)量的11.84%〕，202338%〔1，修改自美國(guó)能源部〕。美國(guó)能源信息治理局〔EIA〕的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，20239295m3〔572.57m3〕。28萬(wàn)億m3，2023年美國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量接近1000億m3，美國(guó)頁(yè)巖氣的快速勘探開(kāi)發(fā)使其自然氣儲(chǔ)量增加了40%202315%DOE2023Marcellus，Woodford，Barnett，Antrim和NewAlbany4個(gè)區(qū)的可開(kāi)采總量可達(dá)15.57萬(wàn)億m3，其中Marcellus頁(yè)巖氣田的分布面積、地質(zhì)儲(chǔ)量和可開(kāi)采Marcellus頁(yè)巖氣田的開(kāi)采屬于美國(guó)近兩年最的自然氣資源開(kāi)發(fā)方向，它的開(kāi)采引發(fā)了全美一系列環(huán)境問(wèn)題爭(zhēng)論。2023年底以來(lái)，中國(guó)也正在樂(lè)觀籌劃頁(yè)巖氣資源戰(zhàn)略調(diào)查和勘探開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略設(shè)想，Marcellus頁(yè)巖氣資源的開(kāi)發(fā)閱歷和相關(guān)資源環(huán)境影響進(jìn)中國(guó)水資源規(guī)劃和環(huán)境影響評(píng)估等領(lǐng)域的進(jìn)展供給思路。Marcellus頁(yè)巖氣資源概況美國(guó)Marcellus頁(yè)巖氣田是目前世界上最大的格外規(guī)自然氣田，位于東部Appalachian〔圖2〕Marcellus〔約350百萬(wàn)年前〕的一個(gè)淺內(nèi)陸海，其埋深在1200～2600m之間，平均厚度為15～年的評(píng)估顯示，Marcellus538億m3，2023年的評(píng)估8778m3NCI2023年的報(bào)告稱，Marcellus頁(yè)巖氣的地42.47萬(wàn)億m3Appalachian85%以上，其可開(kāi)采7.42萬(wàn)億mMarcellusm320多年的自然氣消費(fèi)。美國(guó)第一口頁(yè)巖氣生產(chǎn)井完成于1821年，它位于紐約Fredonia鎮(zhèn)四周的泥盆Marcellus頁(yè)巖氣田的第一口鉆井完成于1880Ontario郡的Naples。賓夕法尼亞州的第一口Marcellus頁(yè)巖氣鉆井位于華盛頓郡的早志RochesterRangeResources20232023年20233Marcellus頁(yè)巖501口。賓夕法尼亞州環(huán)境保護(hù)保部〔DEP〕油氣治理局網(wǎng)站的數(shù)據(jù)顯示2023年該州共完成Marcellus76820231712023年該州的Marcellus100015.57百萬(wàn)m3，20232800口，日產(chǎn)量高達(dá)113.27百萬(wàn)m3。依據(jù)西弗吉尼亞州的Marcellus頁(yè)巖氣井?dāng)?shù)目的統(tǒng)計(jì)和估量，美國(guó)能源部推想Marcellus頁(yè)巖氣2.83萬(wàn)億～4.25萬(wàn)億m3。美國(guó)Marcellus探。1950年月，美國(guó)德克薩斯州進(jìn)展了大尺度水力壓裂法，1986年首次應(yīng)用于Barnett〔如石英砂〕以及化學(xué)添加劑組成，水砂98%～99.5%0.5%～2%25014種添加劑，例如減阻劑〔frictionreducer〕用于降低高液與鉆井管道的摩擦，殺菌劑〔biocides〕用于抑制液體中微生物的生殖和裂縫中的生物沉積，除氧劑〔oxygenscavengers〕和碳化物穩(wěn)定劑〔stabilizers〕用于防止金屬管道的腐蝕，稀酸液〔dilutedacids〕用于移除鉆探泥漿對(duì)氣藏巖層的破壞。水資源挑戰(zhàn)和環(huán)境影響盡管Marcellus等引起的環(huán)境污染。水資源挑戰(zhàn)MarcellusAppalachianDelaware河、Susquehanna河、OhioSt.Lawrence河等在內(nèi)的幾個(gè)重要流域。1961—1990年，Appalachian76～3175px，高出美625px。Marcellus2725px，依據(jù)Marcellus頁(yè)巖的邊界面積〔14萬(wàn)～24.6km2〕，因降雨每年流入該頁(yè)巖區(qū)0.71萬(wàn)億～1.25gal〔1gal=3.785×10-3m3〕。一個(gè)典型的頁(yè)巖100萬(wàn)～400gal的水，而其中50%～70%的水在這些過(guò)程中會(huì)被消耗。依據(jù)美國(guó)能源部的統(tǒng)計(jì)，Marcellus頁(yè)巖氣3.88百萬(wàn)gal〔1.5m3〕，其中用于水力壓98%。Barnett1m3〔水力壓裂水占85%Fayetteville1.2萬(wàn)m〔95%Haynesville頁(yè)1.4m3〔水力壓裂水占73%〕Susquehanna每150gaMarcellus頁(yè)巖氣井鉆探的水量估量達(dá)8.4百萬(wàn)gal。該流域委員會(huì)初步估量最終在該流域〔賓夕法尼亞州和紐約州〕Marcellus5000口。依據(jù)前面統(tǒng)計(jì)的Marcellus2023年賓夕法尼亞州的頁(yè)巖1500萬(wàn)m3的水，西弗吉尼亞州則需消耗1017萬(wàn)m3的水。換句話說(shuō)，2023年僅賓夕法尼亞和西弗吉尼亞兩州的頁(yè)巖氣井需水量占Marcellus頁(yè)巖區(qū)總水量的0.52%～0.92%井的鉆探周期較短〔24h4～53～5d的水力壓裂處理〔Marcellus頁(yè)巖氣井3gal〕，很可能會(huì)影響當(dāng)?shù)厮锏纳?、捕魚(yú)業(yè)、城市和工業(yè)用水等。另外，頁(yè)巖氣開(kāi)采的水資源消耗問(wèn)題在Barnett頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中始終飽受爭(zhēng)議。針對(duì)Marcellus3個(gè)水資源問(wèn)題：①鉆探用水不能給當(dāng)?shù)氐乃Y源帶來(lái)沖擊；②應(yīng)避開(kāi)〔鄉(xiāng)村〕小流水。美國(guó)能源部的報(bào)告[2]強(qiáng)調(diào)，頁(yè)巖氣是否能夠成功開(kāi)發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵因素是，削減等。環(huán)境污染及事故災(zāi)難近年來(lái)，Marcellus頁(yè)巖氣資源開(kāi)發(fā)的蓬勃進(jìn)展不僅消耗了大量的水資源，也對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了的威逼。紐約環(huán)境保護(hù)署〔NYSDEC〕2023年9月起草的關(guān)Barnett頁(yè)P(yáng)arker郡由于BarnettMarcellus頁(yè)巖氣資源開(kāi)發(fā)中同樣存在Marcellus頁(yè)巖氣井產(chǎn)生的壓裂液〔hydraulicfracturingfluids〕和地層水〔naturalformationwater〕潛在的環(huán)境危害，這兩種水統(tǒng)稱回流水〔flowbackwater〕。30%30%～70%Marcellus頁(yè)巖氣50萬(wàn)～100gal之間。鉆探泥漿和回流水一般先存儲(chǔ)于〔TDS〕等，其中TDS組分包括鈣、鉀、鈉、氯化物和碳酸鹽以及來(lái)自氣藏巖釷及其衰變產(chǎn)物等。MarcellusTDS平均含量為90g/L20mg/L60g/L2023TDS負(fù)40lb/d〔1lb=0.4536kg〕，2023110lb/d；2023年硫化91lb/d左右，2023225lb/d；202330lb/d，202380lb/d〔TDS5～35g/L〕〔TDS35～50g/L〕〔TDS含量50～200g/L〕，有些TDS400g/L。Marcellus1mi〔1.6km〕以上，有爭(zhēng)論說(shuō)明它是一個(gè)高放射性〔highlyradioactive〕的頁(yè)巖。80%需要處理或處置的回流水，但估量202355gal，2023150gal/d低估。由此，2023Marcellus頁(yè)巖氣資源開(kāi)采的環(huán)境影響、回流水處理技術(shù)、立法政策和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)等方面已經(jīng)進(jìn)展了屢次研討。20233月的“Marcellus頁(yè)巖氣開(kāi)采的環(huán)境影響爭(zhēng)論：天普大學(xué)峰會(huì)”，就境保護(hù)的責(zé)任等進(jìn)展了溝通、研討。20234月的“天普大學(xué)其次個(gè)關(guān)于Marcellus頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的公開(kāi)爭(zhēng)論會(huì)”上有報(bào)告指出，頁(yè)巖氣開(kāi)采產(chǎn)生的廢氣中61%的成分是對(duì)安康有害的，該鎮(zhèn)開(kāi)采地四周的很多樹(shù)木因開(kāi)采產(chǎn)生的污水和廢氣已經(jīng)枯死或正面臨死亡。表水體或滲透到地下土壤和含水層，造成環(huán)境污染和安康危害。Damascus民間DEP稱頁(yè)巖氣開(kāi)采中的事故發(fā)生率可2%～5%，但該州DimockCabot11%。該報(bào)告還指責(zé)說(shuō)，盡管DEPCabot23.3km2的區(qū)域被污染，使得當(dāng)?shù)鼐用?00萬(wàn)～800gal100萬(wàn)gal水20t〔10大量回流水被倒入特拉華河流域，而該流域是賓夕法尼亞州、紐約州、特拉華州和澤西州很多地區(qū)的飲用水來(lái)源。中國(guó)頁(yè)巖氣資源開(kāi)發(fā)前景頁(yè)巖氣資源202312月公布了《全國(guó)礦產(chǎn)資源規(guī)劃〔2023—2023〕》〔2023—2023年1.5萬(wàn)億～1.8萬(wàn)億m3；2023—2023年增自然氣探明2.8萬(wàn)億～3.5萬(wàn)億m20231100億m320231600m330萬(wàn)億～100m3，超過(guò)其常規(guī)自然氣資源量，大致與美國(guó)頁(yè)巖氣資源量相當(dāng)[4]。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)〔北京〕專家比照中美頁(yè)巖氣成藏地質(zhì)條件和初步估算覺(jué)察[23-24]26萬(wàn)億m346.8%和43%，10%。對(duì)四川盆地的頁(yè)巖氣資源量的初步估算說(shuō)明7.14萬(wàn)億～14.6萬(wàn)億m3，志留系頁(yè)巖氣資源2萬(wàn)億～4萬(wàn)億m3。另外，四川盆地威遠(yuǎn)地區(qū)和滬州地區(qū)頁(yè)巖氣資源量高6.8萬(wàn)億8.4萬(wàn)億m〔7.2萬(wàn)億m潛力巨大。2023年與美國(guó)田石油公司簽署了《威遠(yuǎn)地區(qū)頁(yè)巖氣聯(lián)合爭(zhēng)論》，2023年又與殼牌公司在重慶富順—永川區(qū)塊啟動(dòng)合作勘探開(kāi)發(fā)工程。202311月，中國(guó)第一口頁(yè)巖氣戰(zhàn)略調(diào)2023且打算建立頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)。20231117-中國(guó)頁(yè)巖氣合作建議”〔U.S.-ChinaShaleGasResourceInitiative〕。而且，中國(guó)正在制定的《科學(xué)進(jìn)展的2030年國(guó)家能源戰(zhàn)略》將頁(yè)巖氣擺到了重要位置，進(jìn)展20239月?tīng)?zhēng)論制定的“關(guān)于鼓舞頁(yè)巖氣勘探20233月“兩會(huì)”上，中國(guó)202350～8020～301m3，2023年實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣年產(chǎn)能150億～300億m38%～12%。面臨的問(wèn)題中國(guó)國(guó)土資源部油氣資源戰(zhàn)略爭(zhēng)論中心和總結(jié)了美國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)采的成功鍵技術(shù)以及加強(qiáng)國(guó)際合作等[4,9]建議和措施都將留意力集中在了如何保障和促進(jìn)頁(yè)巖氣資源的勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)和〔、巖氣資源開(kāi)采的可行性。20235年來(lái)最嚴(yán)峻的干旱，局部地區(qū)因干旱導(dǎo)致飲水困難。華網(wǎng)[27]報(bào)道，北方由于連年干旱造成資源性缺水，南方雖然工程滯后緣由造成的工程型缺水在中部和西部地區(qū)尤其明顯。世界自然基金會(huì)〔WWF〕202331910條河流》3條河流〔長(zhǎng)江、怒江、湄公河〕名列其中，它們與入選的7條河流一樣，正面臨著最嚴(yán)峻的枯槁和污染危急。報(bào)告稱，長(zhǎng)江流嚴(yán)峻的河流之一?！颤S淮海平原〕、四川盆2547.58億m320232023年水資源量比多年平均值稍高外，2023年以來(lái)該省水資源量總體呈現(xiàn)削減趨勢(shì)，而用水量逐年遞增。其中，202326.76%，用水量比20233.5%。據(jù)中國(guó)國(guó)土資源部一輪全國(guó)地下水資源評(píng)價(jià)的成果，四川省地下淡水自然資源〔TDS<1g/L〕545.98m3，可開(kāi)采資源量每年為174.94億m3389.19億m3，可開(kāi)采資源量153.69億m31000m3，5114m31000口15m3的頁(yè)巖氣〔2023年頁(yè)巖氣年產(chǎn)能目標(biāo)的5%～10%〕，可知需要全部鉆井24h1500d〔4年〕，需用水1.71億m31.1%〔0.25%〕。另20234.08億m15.87m310.5%和2.7%。雖然該水量占水資源總量的比例很小，但該地區(qū)的區(qū)域性缺限。其次是根底設(shè)施。建國(guó)以來(lái)，中國(guó)興建了大量水庫(kù)調(diào)整水資源的時(shí)間不均勻性。Marcellus頁(yè)巖氣井的開(kāi)采本錢(qián)為80萬(wàn)～130300萬(wàn)～400萬(wàn)美元。因此，根底導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境退化。2023年國(guó)務(wù)院聞辦公室公布的《中國(guó)的環(huán)境保護(hù)〔19