水力壓裂是目前國(guó)內(nèi)風(fēng)頁(yè)巖氣開(kāi)采的主要技術(shù)手段，從一開(kāi)始就因?yàn)樾枰跋摹贝罅康乃Y源，以及添加過(guò)多化學(xué)藥劑而被環(huán)境保護(hù)組織詬病，全球眾多環(huán)保團(tuán)體就是水力壓裂法最堅(jiān)定的反對(duì)者。他們擔(dān)憂水力壓裂法爭(zhēng)奪水源、指責(zé)水力壓裂法污染地下水，甚至還有人認(rèn)為，打破地下巖層開(kāi)采油氣是十分可怕的舉動(dòng)，有可能導(dǎo)致地震的發(fā)生。不過(guò)對(duì)于聚丙烯酰胺生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，這可能是個(gè)新興的應(yīng)用市場(chǎng)，目前聚丙烯酰胺乳液作為壓裂用減阻劑用途十分常見(jiàn)。前幾年國(guó)內(nèi)國(guó)土資源部在官方網(wǎng)站發(fā)布公告，面向社會(huì)各類投資主體公開(kāi)招標(biāo)出讓頁(yè)巖氣探礦權(quán)時(shí)，就有網(wǎng)友在網(wǎng)上發(fā)文抱怨稱“因?yàn)轫?yè)巖氣開(kāi)采，會(huì)使用大量的水，裂解巖石，開(kāi)采氣體。裂解巖石，會(huì)添加大量有害化學(xué)物，對(duì)地層，巖層，破壞巨大，對(duì)水體污染巨大，嚴(yán)重影響環(huán)境！”，那么事實(shí)情況又是如何呢？今天我們拋開(kāi)什么頁(yè)巖氣開(kāi)采的戰(zhàn)略意義不談，來(lái)聊聊頁(yè)巖氣水力壓裂法的“那點(diǎn)破事”。

頁(yè)巖氣：是保留在生油巖層中的天然氣，是“非常規(guī)天然氣”的一種。頁(yè)巖氣被束縛在致密的、幾乎沒(méi)有孔隙和裂縫的頁(yè)巖(烴源巖)里，必須通過(guò)大規(guī)模地層壓裂，在頁(yè)巖里人工制造大量的長(zhǎng)裂縫，并能把裂縫支撐住，形成氣體的通道，讓氣體保持壓力并源源不斷地流入井筒，進(jìn)入采集系統(tǒng)，最后進(jìn)入集輸管道，方能夠成為商品。這其間的技術(shù)難度，讓頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)利用一直可望而不可即。

頁(yè)巖氣大行其道的主要原因就是水力壓裂法的應(yīng)用。頁(yè)巖具有低滲透性，要使氣體滲出進(jìn)入氣井，必須先對(duì)巖層進(jìn)行壓裂處理。目前開(kāi)發(fā)主要采用的壓裂法，每次液壓破碎需要數(shù)百萬(wàn)噸水，水中常常添加化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)可能會(huì)對(duì)地下水產(chǎn)生污染。不公開(kāi)化學(xué)物質(zhì)成分的做法在能源業(yè)界已經(jīng)成為通行的規(guī)則，頁(yè)巖氣開(kāi)采商們的擋箭牌就是“使用哪些化學(xué)產(chǎn)品是商業(yè)機(jī)密”。

美國(guó)國(guó)會(huì)曾就是否公布化學(xué)制劑的草案進(jìn)行過(guò)辯論，但由于能源企業(yè)投巨資游說(shuō)，結(jié)果自然是不了了之。2010年2月，曾給14家油氣服務(wù)公司發(fā)出通知，要它們提供添加的化學(xué)物質(zhì)清單，還有回收水處理過(guò)程。但是，這些公司閃爍其辭，甚至推卸責(zé)任。它們的理由往往是：油氣服務(wù)公司不確定開(kāi)采地點(diǎn)是否為飲用水源；或者石油和天然氣井的經(jīng)營(yíng)者不愿透露添加物成分。

水力壓裂并不是什么新生的事物，水力壓裂法是指使用摻入了化學(xué)物質(zhì)的高壓水流對(duì)頁(yè)巖層進(jìn)行壓裂，人為造成很多縫隙，將石油或天然氣從巖石縫隙中釋放出來(lái)，并順著井筒流到地表的油氣開(kāi)采方法。

何為“水力壓裂法”？

所謂水力壓裂法(hydraulic fracturing)，就是開(kāi)采頁(yè)巖油氣時(shí)所使用的一種鉆井技術(shù)，主要目標(biāo)是令油氣井增產(chǎn)。原理就是利用地面高壓泵，將大量化學(xué)物質(zhì)摻雜水、沙子、石子制成壓裂液，再灌進(jìn)巖石深處并壓裂巖石，最終釋放出石油或天然氣。當(dāng)前，這項(xiàng)技術(shù)對(duì)天然氣井增產(chǎn)效果更為明顯。這項(xiàng)技術(shù)在美國(guó)最早于1946年被堪薩斯州所采用。關(guān)于水務(wù)壓裂法的更多內(nèi)容，還可以參見(jiàn)聚丙烯酰胺網(wǎng)之間發(fā)布過(guò)的“頁(yè)巖氣革命之頁(yè)巖氣水力壓裂技術(shù)”一文，里面有圖文并茂的詳細(xì)介紹。

上圖是采用水力壓裂法的鉆井設(shè)備

由于非常規(guī)油氣當(dāng)?shù)朗墙鼛啄甑氖?，因此許多人以為水力壓裂法也是一項(xiàng)新生技術(shù)，其實(shí)不然。

雖然水力壓裂法的大量應(yīng)用的確是在近些年，但是早在1947年，美國(guó)的堪薩斯州就進(jìn)行了水力壓裂的試驗(yàn)。該項(xiàng)技術(shù)于1949年獲得專利權(quán)，當(dāng)年晚些時(shí)候，哈里伯頓石油固井公司（Halliburton Oil Well Cementing Company）將其投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。有數(shù)據(jù)稱，從那時(shí)起至今，大約90%的美國(guó)油氣井都采用了水力壓裂技術(shù)，非常規(guī)油氣在該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域還要算是“后起之秀”。

上圖是傳統(tǒng)鉆井技術(shù)中使用的游梁式抽油機(jī)

提及用水力壓裂法開(kāi)采非常規(guī)油氣，就不能不提“頁(yè)巖氣之父”喬治·費(fèi)迪亞斯·米切爾（George Phydias Mitchell）。正是由于他的大力推動(dòng)，水力壓裂法才在頁(yè)巖油氣開(kāi)發(fā)中大放異彩。米切爾幾十年如一日地研究頁(yè)巖勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)，他一手成立的米切爾能源公司，更是總計(jì)發(fā)現(xiàn)了200個(gè)油田和350個(gè)天然氣田。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間2015年6月23日，英國(guó)普雷斯頓，當(dāng)?shù)孛癖娕e行游行，抗議水力壓裂法開(kāi)采頁(yè)巖氣。

化學(xué)制劑用量有限：水力壓裂法最遭人詬病的非污染環(huán)境莫屬了。環(huán)保人士認(rèn)為，用于壓裂巖石的高壓水流中含有大量化學(xué)物質(zhì)，是污染的最主要來(lái)源。事實(shí)上，采用水力壓裂法注入地下的液體，其最主要成分是水和砂，化學(xué)物質(zhì)的含量非常少。當(dāng)然，這并不意味著對(duì)環(huán)境毫無(wú)影響，但影響程度絕沒(méi)有想象中那么大。

作為壓裂用液體中最重要成分之一的壓裂砂，主要在水力壓裂過(guò)程做支撐劑。隨著頁(yè)巖開(kāi)發(fā)的繁榮，壓裂砂的需求也隨之增大。根據(jù)能源和資源領(lǐng)域的咨詢公司PacWest公布的數(shù)據(jù)，僅2011年一年，整個(gè)美國(guó)因水力壓裂就用掉了2879萬(wàn)噸壓裂砂。從2011年至今，美國(guó)消耗掉的壓裂砂量增長(zhǎng)了25%，而PacWest公司預(yù)測(cè)，未來(lái)兩年內(nèi)，用砂量還將進(jìn)一步增加20%。這甚至催生了整個(gè)壓裂砂開(kāi)采業(yè)的繁榮，一眾采砂公司都因此賺得盆滿缽滿。

搶占食品添加劑：盡管水力壓裂法中用到的壓裂液中化學(xué)制劑的含量很低，對(duì)環(huán)境的污染程度沒(méi)有想象中高，但它卻實(shí)實(shí)在在地?fù)屃巳藗內(nèi)粘Ｊ称返奶砑觿?/p>

據(jù)油價(jià)網(wǎng)撰文稱，壓裂液中有一種含量很小的化學(xué)制劑瓜爾膠，是瓜爾豆植物種子的天然產(chǎn)物，可以用來(lái)改善冰淇淋等一些日常食品的口感。頁(yè)巖油氣的繁榮使得瓜爾膠的用量大增，隨之而來(lái)的就是瓜爾豆植物價(jià)格的上漲。于是，人們喜聞樂(lè)見(jiàn)的冰淇淋等一系列需要用到此種添加劑的食物，生產(chǎn)成本都明顯上升，價(jià)格也自然水漲船高了。

消耗淡水過(guò)多：環(huán)保人士對(duì)于壓裂液中所含化學(xué)物質(zhì)的擔(dān)憂，可能略有些夸張。其實(shí)，從環(huán)保的角度而言，消耗了大量淡水才應(yīng)該是水力壓裂法最受關(guān)注的問(wèn)題。

根據(jù)美國(guó)環(huán)保署公布的數(shù)據(jù)，依照當(dāng)前的鉆探速度，美國(guó)平均每年大約鉆探3.5萬(wàn)口頁(yè)巖井，每口井需要消耗200萬(wàn)到500萬(wàn)加侖（1加侖約等于3.78升——編者注）的淡水。以此計(jì)算，每年美國(guó)需要消耗掉700億到1400億加侖的水用于開(kāi)采頁(yè)巖油氣。這對(duì)于日趨缺乏淡水的世界來(lái)說(shuō)，可是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。

不過(guò)，事情總有兩面性。開(kāi)采頁(yè)巖油氣過(guò)程中使用的水，約有20%還會(huì)重新返回地面。雖然這種返回地面的廢水混有化學(xué)液體、重金屬、鹽等，對(duì)植物和水生物都有劇毒，但卻為水處理行業(yè)提供了商機(jī)。越來(lái)越多的油服公司和水處理公司加入了回收處理和再利用壓裂用水的行列。

根據(jù)歐洲著名的水專業(yè)雜志全球水資訊（GWI）的數(shù)據(jù)，2010年，北美油氣行業(yè)水處理市場(chǎng)總價(jià)值已經(jīng)達(dá)到25億美元。

油氣開(kāi)發(fā)之外有舞臺(tái)：其實(shí)，在開(kāi)采頁(yè)巖油氣之外，水力壓裂法也還有其他用途。比如，它還可以用于增加普通水井的出水量。而在美國(guó)備受環(huán)境保護(hù)署推崇的清潔能源項(xiàng)目——地?zé)崮馨l(fā)電，也可以利用水力壓裂法增加地?zé)崮艿漠a(chǎn)量。它具有超越石油和天然氣的用途。

當(dāng)然，關(guān)于水力壓裂法的爭(zhēng)論在全球范圍內(nèi)迄今都沒(méi)有停止過(guò)。但是，爭(zhēng)論并不一定是壞事，爭(zhēng)論也許能讓行業(yè)更加仔細(xì)地審視水力壓裂法、調(diào)整這項(xiàng)技術(shù)，從而在前進(jìn)的路上越走越好。

網(wǎng)傳的關(guān)于頁(yè)巖氣開(kāi)采對(duì)環(huán)境與健康的影響

頁(yè)巖氣水力壓裂法環(huán)境方面的擔(dān)憂
1、用水——水力壓裂井比傳統(tǒng)的井需要更多的水。在密歇根的Antrim頁(yè)巖氣田，一個(gè)傳統(tǒng)的井一次需要5萬(wàn)加侖水。然而據(jù)估計(jì)如果是水平鉆井，一個(gè)水力壓裂井一次需要500萬(wàn)加侖水，大約是一個(gè)1000兆瓦煤電站12小時(shí)的水用量。
污水管理—循環(huán)后的水典型地含有用于水力壓裂處理的小的化學(xué)濃聚物和自然產(chǎn)生的濃鹽水，有時(shí)候有少量的放射物質(zhì)比如鐳。循環(huán)后的水必須要妥善處理才能避免對(duì)危害公共健康和環(huán)境的擔(dān)憂
2、地表溢出——化學(xué)物質(zhì)和開(kāi)采使用水的溢出給公眾健康和環(huán)境造成負(fù)面影響
3、化學(xué)添加劑認(rèn)同——越來(lái)越多的擔(dān)憂是公眾不知道在水力壓裂中使用了何種化學(xué)物質(zhì)，有關(guān)公司則把這看成是專利。
4、地震——水力壓裂可能在一些地方引發(fā)了地震的擔(dān)憂也在增多。2008年11月到12月達(dá)拉斯發(fā)生了11次小地震。南方衛(wèi)理公會(huì)大學(xué)地震學(xué)家Brian Slump分析了這11次地震的數(shù)據(jù)，結(jié)論是源頭是地下1.5萬(wàn)英尺的地質(zhì)缺陷。自從2002年，有12次水力壓裂操作在附近進(jìn)行。Slump評(píng)論說(shuō)可能是加載在老的缺陷上的壓力引發(fā)了地震。密歇根大學(xué)的Shaopeng Huang提醒說(shuō)“地震和鑿洞的因果關(guān)系是存在爭(zhēng)議的?！彼毫褜?dǎo)致小地震也同樣是有爭(zhēng)議的。

相關(guān)新聞：

開(kāi)采天然氣讓地下水致癌、引發(fā)地震
2012年2月1日，一次國(guó)會(huì)聽(tīng)證會(huì)上，美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（EPA）公布了620多份調(diào)查文件，揭示水力壓裂法如何污染懷俄明州的一個(gè)小鎮(zhèn)的飲用水。這項(xiàng)調(diào)查是第一次將水力壓裂法與地下水污染關(guān)聯(lián)起來(lái)的調(diào)查。這個(gè)鎮(zhèn)子共有123口天然氣井。

調(diào)查稱，由于懷俄明州一直在進(jìn)行水力壓裂提取天然氣，該州的地下水層已經(jīng)受到化學(xué)致癌物質(zhì)的污染。調(diào)查人員在地下水中發(fā)現(xiàn)了酚、萘、乙二醇單丁醚、柴油及汽油的有機(jī)混合物等，并最終確定水力壓裂法是導(dǎo)致該州地下水污染的唯一源頭。

但休斯頓大學(xué)生物技術(shù)和環(huán)境納米技術(shù)研究中心主任柯?tīng)栁姆Q，因?yàn)榧夹g(shù)手段和信息缺乏，環(huán)保組織、行業(yè)協(xié)會(huì)和專家們就水力壓裂法會(huì)污染天然氣井周邊水和空氣的觀點(diǎn)存在爭(zhēng)議。得克薩斯州大學(xué)一項(xiàng)研究認(rèn)為，天然氣井建造質(zhì)量問(wèn)題，是對(duì)環(huán)境最大威脅。杜克大學(xué)去年一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，天然氣井周邊1000米左右區(qū)域的水井可能被污染。

相關(guān)圖片新聞：

美國(guó)北達(dá)科他州男子雅各布發(fā)現(xiàn)自家水龍頭中流出的水可以燃燒！而他數(shù)年來(lái)一直在用這水刷牙和洗澡。北達(dá)科他州目前是美國(guó)產(chǎn)油的第二大州。專家解釋說(shuō)，這種現(xiàn)象是由水力壓裂現(xiàn)象導(dǎo)致的。水力壓裂是用大量摻入化學(xué)物質(zhì)的水灌入頁(yè)巖層進(jìn)行液壓碎裂以釋放天然氣。

美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)今年六月份發(fā)布報(bào)告稱，水力壓裂法可能不會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重地震，但是會(huì)威脅天然氣井周邊地區(qū)，促發(fā)小型地震。

擰開(kāi)水龍頭，流出的自來(lái)水“砰”地熊熊燃燒起來(lái)——這是一部電影的開(kāi)片鏡頭。

它不是一部科幻片或者恐怖片，自來(lái)水燃燒也不是魔術(shù)師在演出——這是一部美國(guó)紀(jì)錄片，叫《天然氣的國(guó)度》。自來(lái)水因含有大量天然氣變得可燃、易燃。

這部紀(jì)錄片在2010年獲得奧斯卡獎(jiǎng)提名，也因其反映問(wèn)題的嚴(yán)重性引發(fā)了強(qiáng)大的社會(huì)效應(yīng)。環(huán)保人士和普通民眾更多地參加到抗議美國(guó)天然氣開(kāi)采的運(yùn)動(dòng)中。這場(chǎng)爭(zhēng)議的焦點(diǎn)，是一種名為“水力壓裂法”的采集天然氣技術(shù)。

1947年，美國(guó)進(jìn)行了首次水力壓裂增產(chǎn)作業(yè)，由于增產(chǎn)效果十分顯著，壓裂工藝技術(shù)的研究和應(yīng)用受到廣泛重視。

上世紀(jì)五十年代起，我國(guó)已開(kāi)始進(jìn)行水力壓裂技術(shù)的研究，迄今為止已取得了很好的技術(shù)成就與較高的經(jīng)濟(jì)效益。

1973年，大慶油田開(kāi)始采用水力壓裂作為油田增產(chǎn)增注的一項(xiàng)重要技術(shù)措施，至今已有近40年的歷史。

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