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水資源管理考驗美國頁巖氣開發

  全球最大礦業公司必和必拓日前宣布以121億美元現金再次收購美國頁巖氣資產。同時,因美國頁巖氣產量猛增,美國能源部表示收到了多項國際出口申請計劃。《日經中文網》報道稱,美國最早將于2013年春季解除頁巖氣等新型天然氣的出口禁令。

  在需求形勢一片大好的背景下,國際管理咨詢公司埃森哲最新發布的報告《水資源和頁巖氣開發:利用美國全新頁巖氣開發經驗》顯示,全球頁巖氣資源的開發已步入了快速發展的軌道,然而,由此引發的環境問題依然令人堪憂,尤其是有關水資源利用問題更是如此。

  澳大利亞等國亦在效仿美式開發,如何正視頁巖氣開發中遇到的挑戰,已不僅是美國自己的問題。

從成分監管到運輸監管

  在全球能源格局中,能源消費重心在向亞洲東移,而與此同時,頁巖油氣、煤層氣和致密油氣等非常規油氣在美洲的大規模被開采,使得世界能源產供中心向美洲西移。

  頁巖氣是存在于有機質泥頁巖中以游離或吸附狀態存在的非常規天然氣。美國已成為世界頭號天然氣生產國,其與加拿大天然氣產量合計已超過全球總產量的25%。2006年,美國頁巖氣產量僅占天然氣總產量的1%,2010年則增加到20%以上,到2035年,這一比例將增加至49%。

  由于行業增長的速度如此之快,早期頁巖氣開發用水量過大、環境污染等問題并不鮮見。今年1月29日,埃森哲大中華區副總裁楊葳領銜發布的研究報告《水資源和頁巖氣開發:利用美國全新頁巖氣開發經驗》指出,相關部門和機構很難獲得有關頁巖氣開發潛在影響的嚴謹數據,這便阻礙了政府建立相關能力來對該行業進行充分評估和規范運作。

  頁巖氣的開發生命周期包括道路/現場準備、鉆探、完井壓裂、壓裂液返排和處理、氣體生產等五個環節,楊葳認為,各個環節都涉及水資源的監管、管理和運輸三個問題。

  目前,頁巖氣開發較為成熟的技術是水力壓裂技術,這一技術需要將攜有砂/陶粒以及少量化學物質的水(壓裂液)高壓注入井內壓裂頁巖層使其釋放頁巖氣。按照美國的開發經驗,鉆井和壓裂所需水量一般為500萬加侖(約合1892.7萬升)左右,相當于1000輛卡車的運水量,其中壓裂階段的用水量最大可達總用水量的90%。如此龐大的用水量對頁巖氣開發地的用水會形成不小的壓力。

  公開信息顯示,2005年美國《能源政策法案》將水力壓裂從《安全飲用水法》中免除,解除了環境保護局對這一過程的監管權力。目前,一般運營商會從地表、地下或市政供水系統中獲取用水,并被要求進行壓裂液成分披露,美國監管層也傾向于制定更嚴格的地下注入井使用限制。

  但與水資源運輸相關的挑戰依然首先來自于監管合規。例如,美國許多州都要求運營商報告所用水的來源、數量及所用地點。目前,這項任務通常由貨車司機和后臺工作人員人工記錄,端到端的過程數據常常不夠準確。

  水資源運輸可能占到總壓裂成本的40%和總完井成本的20%,因此,需要在商業可行的前提下做出安排,楊葳等人認為。此外,在美國的天然氣鉆井水體污染事件中,48%為地下水污染,33%為井場地表泄漏。壓裂液中的化學成分對地下水的潛在危害也不容忽視,因此需要在水資源循環利用和回收方面研究出可行性解決方案。

  在鉆井和水力壓裂階段,物流活動的急劇增加帶來了交通堵塞壓力、地方道路損壞以及噪音和空氣污染。因此,地方政府不得不通過限制頁巖作業車輛進入住宅區域來解決這些問題;同時對某些道路實施載重限制,并對公共道路上的載重車輛征收養路費。但這些措施可能降低運營靈活性并增加運輸成本。

  由于頁巖氣開發中涉及的監管格局更加錯綜復雜,美國紐約州、法國和保加利亞已頒布了暫停頁巖氣開發的禁令。然而不可否認,由于頁巖氣的大規模開采,美國天然氣價格目前約為歐洲的三分之一,亞洲的五分之一,且頁巖氣作為清潔能源的吸引力不言而喻。

取長避短

  國際能源署在1月公布的《世界能源展望》中預計,到2035年,包括頁巖氣和煤層氣等在內的非傳統天然氣將占全球新增天然氣產量的近一半,其中多數新增潛力來自中國、美國和澳大利亞。埃森哲報告也顯示,頁巖氣開發對阿爾及利亞、阿根廷、澳大利亞、巴西、加拿大、中國、利比亞、墨西哥、智利、法國、摩洛哥、波蘭、南非、土耳其以及烏克蘭等國最有吸引力。

  也就是說,水資源管理問題不只是在挑戰美國頁巖氣開發。只是與其他國家不同,中國資深油氣專家張抗對本報記者表示,在多層級政府監管之外,相關環保組織與第三方機構等發出的聲音為北美頁巖氣的健康可持續開采貢獻良多。在中國,此類聲音還不夠強大,或者說,多元監督的氛圍尚未形成;在澳大利亞,目前非常規能源的開發仍集中在煤層氣領域。

  目前,第三方機構的建議已取得了一定成效。據楊葳介紹,北美一些運營商已成功采用交通控制塔等方式來管理環境健康。同時據張抗介紹,美國等國也在努力降低開發技術帶來的環境成本。

  水平井壓裂是頁巖油氣、致密氣、煤層氣等開采過程中普遍用到的技術,需水量的確很大,張抗說,大型壓裂項目甚至要用到萬方水、千方沙。但美國頁巖氣開采的技術正在進步。以產量較大的福特沃斯盆地(美國德克薩斯州中北部盆地)的Barnett頁巖為例,其開采在1997年以前采用直井大型水力壓裂技術;1997年至2002年以直井大型清水壓裂為主;2002年至2007年水平井壓裂技術開始試驗;2007年至今已應用水平井套管完井及分段壓裂技術,在接近地表的地方水平井都用套管密封。

  張抗認為,在美國部分地區,水和壓裂液已能實現大部分重復使用;除水之外,壓裂液也可以用臨界二氧化碳壓裂、氮氣壓裂、二氧化碳泡沫壓裂,這些技術都已經過實驗并獲得了成功,雖然其經濟成本仍然較高。

  楊葳建議,來自美國之外國家的運營商也必須提升自身的數據管理能力,從供水到支持壓裂作業,再到廢水轉移報告,都要向規模要效益。

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