非傳統天然氣潛力巨大 頁岩氣開發引發的擔憂

2010年06月28日11:21  來源:人民網-環保頻道

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天然氣、石油、煤炭污染排放對比。(自國際能源署)
天然氣、石油、煤炭污染排放對比。(自國際能源署)
  雖然天然氣並非可再生能源,但就碳減排而言,它比煤炭更佳環保,比核電價格更為低廉,也不像可再生能源那樣缺乏穩定性。而如今隨著科學技術的發展,尤其是壓裂技藝的改善,人們獲得許多之前無法獲取的天然氣,即非傳統天然氣,從而大大延長了天然氣使用年限。

  許多歐洲人或許還對2006年初俄羅斯向烏克蘭停運天然氣的事件還心存余悸。但新的天然氣開採技術的使用,尤其是對於“非傳統性天然氣田”的開採,意味著即使按目前的消費速度,全球天然氣也可以供給美國和亞歐等國再用100余年。

  “非傳統性天然氣”主要蘊藏在地下硬岩或砂岩中以及煤層之間,而最令開發商覺得充滿希望的是頁岩中蘊藏的天然氣。

  全球每年消耗約3萬億立方米天然氣。歐盟數據顯示,傳統已探明天然氣將於2068年消耗殆盡。事實上,早在20世紀末,加拿大英屬哥倫比亞省維多利亞大學教授漢斯-霍爾格?羅格納(Hans-Holger Rogner)研究就發現,全球非傳統天然氣儲量高達900萬億立方米,其中一半是頁岩氣。而國際能源署估計,這些頁岩氣中有180萬億立方米天然氣可恢復重新利用。

  技術進步促進頁岩氣開採

  在美國,近幾十年來頁岩氣的利用隻限於小規模、小范圍。與傳統天然氣相比,頁岩氣開採難度很大。因為頁岩具有不透水性,要使氣體滲出進入氣井,必須先對岩層進行壓裂處理。過去十年中,水平鑽井和水力壓裂技藝取得大幅提升,頁岩氣開採也變得更佳容易。

  今年美國每天的頁岩氣產量預計可達2.95億立方米,而2000年時,這個數字僅為3100萬立方米。美國能源部估算,美國東部沿海馬塞盧斯頁岩(Marcellus shale)的可恢復頁岩氣儲藏量可達7萬億立方米。2008年,美國天然氣消耗量約為620億立方米。照此消耗速度計算,7萬億立方米的頁岩氣儲藏量可供全美消耗百余年。美國約60%的天然氣將來自非傳統天然氣。如果美國頁岩氣模式可以全球復制,那麼世界的能源前景將會大為改善。

  目前,許多國家的大型油氣公司都在全世界范圍內尋找頁岩氣,比如澳大利亞、中國、南非和歐洲。歐洲的開採尤為突出,殼牌在瑞典、埃克森美孚在德國以及其他公司在波蘭,都進行著頁岩氣的開採。

  德國地球科學研究中心的布賴恩?霍斯菲爾德(Brian Horsfield)教授表示:“過去,大的油氣公司放棄了在美國開採頁岩氣的機會,主要是沒有意識到壓裂技術已經發展到如此地步。而如今,這些公司不願在歐洲重復同樣的錯誤。”霍斯菲爾德教授帶領一個研究聯合體專門研究歐洲的頁岩氣田。

  歐洲頁岩氣儲藏量可達15萬億立方米,對其開發已經顯現出許多優勢。霍斯菲爾德表示,瑞典的明礬片岩、德國北部、荷蘭和英國南部的波西多尼亞片岩等,都與美國的頁岩類似。歐洲的頁岩主要呈黑色或深棕色,表示岩層在形成過程中,富含了泥土中生長的生物所具有的有機物質,而這些有機物質大部分都變成了現在的頁岩氣。

  如果頁岩儲藏能夠証實,那麼這將改變歐洲國家長期依賴俄羅斯天然氣的命運。目前,歐盟成員國天然氣供給的四分之一來自俄羅斯。華盛頓能源行業咨詢機構先進資源國際(ARI)主席維洛?庫斯科拉(Vello Kuuskraa)表示:“頁岩是世界上儲量最豐富的岩石。盡管全球許多地方缺乏傳統天然氣資源,但這些地方卻擁有豐富的頁岩資源。”

  頁岩氣開發引發的擔憂

  雖然頁岩氣是一種清潔能源,但人們擔心依靠壓裂技術開採頁岩氣的過程會危害環境。例如,由於水力壓裂過程中會使用化學用品,所以頁岩氣開採可能污染地下水。然而,2004年美國環保署進行的一項研究表明,沒有實際証據証明水力壓裂的化學用品會污染地下水。明年之前,環保署還將完成另一項關於水力壓裂開採頁岩氣對環境影響的研究。

  另一方面,人們還擔心水力壓裂過程中會消耗大量的水資源。霍斯菲爾德教授介紹,每口頁岩氣井,需耗費400萬加侖的水才能使頁岩斷裂。(1加侖約合3.78升)

  頁岩氣開發行業正試圖減少氣井鑽探以及水力壓裂帶來的環境足跡,如在每次壓裂完成之后,對水進行獲取和重新利用。美國許多頁岩氣鑽井就建在傳統天然氣生產場所附近,因而壓裂后的水能夠被捕獲、處理,並回收利用到下次水力壓裂中。據悉,美國頁岩氣鑽探中,70%的水來自水力壓裂回收的水。

  水力壓裂中使用的殺菌劑也是引發的擔憂之一。本來,在水中加入化學用品是為了使水具有凝膠特性,利於水力壓裂﹔而水中的細菌可能阻止化學反應,因此才需要向水中加入殺菌劑。但人們擔心類似化學用品會滲透到地下水位以下。目前,許多地方已經考慮採用高強度的超聲波、過濾器或其他環保化學用品殺死水中的細菌。

  水力壓裂技術的發展

  由於頁岩的不透水性,因此岩氣開採不能僅僅靠鑽探適用於傳統天然氣開採的垂直氣井。早在上世紀90年代,一些公司就開始試驗鑽水平氣井,從而可以深入氣田鑽得更多天然氣。但即便如此,頁岩氣開採也不足以獲得較大利潤。進而鑽探公司又開始研究如何對岩石實施人工分裂,即壓裂。

  美國伊利諾伊斯州天然氣技術研究所(Gas Technology Institute)的肯特?佩裡(Kent Perry)表示:“壓裂技術使得緊密的頁岩具有傳統天然氣田的可滲透性。”

  壓裂過程首先是要將數百萬升的水與砂子以及化學用品混合,然后在高壓下將混合液注入岩石,從而使岩石分裂。混合液進入岩石縫隙,而水則滲透回來,沙石則留在岩石縫隙中,進而保持岩石分裂、張開的狀態,頁岩中的天然氣可以漸漸滲透出來。

  目前,美國頁岩氣開發商正在綿延9公裡的頁岩氣田中鑽探的水平氣井裡,採用水力壓裂技術開採頁岩氣。據佩裡介紹,美國德克薩斯州休斯敦市的油氣服務公司正在研究如何在垂直氣井鑽探出如同樹根體系的多口水平鑽井。此法可以在地下接觸到更多的頁岩氣田。(張穎)

(責任編輯:蔣琪)
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