持續(xù)加重的環(huán)境負(fù)擔(dān)或許逼迫政府出臺(tái)相關(guān)限制性法規(guī)
由于前幾年美國(guó)頁(yè)巖油氣產(chǎn)量的快速增長(zhǎng)，影響了世界的能源格局，被稱為美國(guó)的“能源革命”。在這種背景下，許多國(guó)家都表現(xiàn)出對(duì)頁(yè)巖油氣的高度興趣。但與此同時(shí)，在大規(guī)模開發(fā)頁(yè)巖油氣的過(guò)程中也出現(xiàn)了許多問(wèn)題，如大量消耗水資源、溫室氣體排放、對(duì)飲用水影響以及區(qū)域空氣質(zhì)量問(wèn)題等，這些環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)引起了各國(guó)政府的重視，一些國(guó)家專門針對(duì)頁(yè)巖油氣勘查開發(fā)制定了相關(guān)的環(huán)保政策。
A 主要產(chǎn)區(qū)
與傳統(tǒng)石油不同，頁(yè)巖油來(lái)自頁(yè)巖。頁(yè)巖成分較復(fù)雜，主要由黏土及其他礦物經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的壓力沉積所形成。其顏色多為深褐色，具有薄片層狀的外觀。通常所提及的頁(yè)巖油其實(shí)有兩種：一種是存在于頁(yè)巖層中的原油(亦稱致密油tight oil)，另一種是油頁(yè)巖通過(guò)低溫干餾處理所提取到的油物。本文所提到的頁(yè)巖油指的是第一種。
美國(guó)的頁(yè)巖田主要分布在美國(guó)東南部以及中部偏北地區(qū)。這些頁(yè)巖田當(dāng)中，油氣的產(chǎn)量以及頁(yè)巖田的年齡均有所不同，如中東部的Marcellus是美國(guó)頁(yè)巖氣產(chǎn)量最大的產(chǎn)區(qū)，該產(chǎn)區(qū)地跨賓夕法尼亞、西弗吉尼亞、俄亥俄及紐約四個(gè)州，其中幾乎覆蓋整個(gè)西弗吉尼亞州。頁(yè)巖氣儲(chǔ)藏深度從2000到9000英尺不等，少量頁(yè)巖氣儲(chǔ)藏在深于9000英尺的頁(yè)巖層內(nèi)。儲(chǔ)深分布自西北向東南由淺變深，伊利湖沿岸地區(qū)較淺，深度為2000到3000英尺，產(chǎn)區(qū)東南邊緣的賓夕法尼亞州中部地區(qū)儲(chǔ)深最大，達(dá)8000英尺以上。
除Marcellus之外，鄰近的Utica、南部的Haynesville、Eagle Ford、Permian盆地都有較大的頁(yè)巖氣產(chǎn)出。除Utica外，以上的頁(yè)巖氣產(chǎn)區(qū)都有共同的特征——在2009年前后開始實(shí)現(xiàn)產(chǎn)出。Utica的開發(fā)時(shí)間相對(duì)較晚，在2013年開始實(shí)現(xiàn)產(chǎn)出。
需要注意的是，頁(yè)巖氣產(chǎn)量大的地區(qū)不一定意味著其同樣具備豐富的頁(yè)巖油儲(chǔ)量。以最大的頁(yè)巖氣產(chǎn)區(qū)Marcellus為例，截至2017年上半年，其頁(yè)巖氣生產(chǎn)占比38%，但同期的頁(yè)巖油產(chǎn)出占比僅不到1%。反觀位于美國(guó)南部的Permian盆地，其頁(yè)巖油產(chǎn)量占全國(guó)總量近50%，是目前最活躍的頁(yè)巖油產(chǎn)區(qū)。
B 產(chǎn)量激增
由于開采技術(shù)的突破，美國(guó)頁(yè)巖油產(chǎn)量從2010年開始，發(fā)生了指數(shù)級(jí)別的上升。2015年更是升至了歷史高位，當(dāng)年頁(yè)巖油生產(chǎn)占比已經(jīng)超過(guò)傳統(tǒng)方式開采的石油。
2015年12月18日，長(zhǎng)達(dá)40年的石油出口禁令正式解除，意味著美國(guó)境內(nèi)的石油生產(chǎn)商可以吸納來(lái)自國(guó)外的石油需求，進(jìn)一步加快生產(chǎn)步伐。不斷擴(kuò)大的頁(yè)巖油產(chǎn)能也對(duì)國(guó)際油價(jià)造成了巨大沖擊，油價(jià)2016年一度跌至33美元/桶。
其實(shí)頁(yè)巖油早在19世紀(jì)早期已被發(fā)現(xiàn)，并且開始了初步的開采活動(dòng)。但由于開掘成本較高，加上中東石油對(duì)石油市場(chǎng)造成的沖擊，石油生產(chǎn)商一直對(duì)美國(guó)頁(yè)巖油望而卻步。因此，從2010年開始，頁(yè)巖油產(chǎn)量的激增并不是由于新資源的發(fā)現(xiàn)，而是在于新技術(shù)的突破。
C 技術(shù)革新
產(chǎn)量激增的背后，主要的推動(dòng)力量來(lái)自于開采技術(shù)的革新。此前由于頁(yè)巖油開采成本過(guò)于高昂，無(wú)法與傳統(tǒng)的石油生產(chǎn)商競(jìng)爭(zhēng)，潛在的頁(yè)巖油生產(chǎn)商都望而卻步。但新技術(shù)的突破有效削減了生產(chǎn)成本，致使頁(yè)巖油開采具備了產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的能力，以及在成本足夠低的前提下足以讓其與傳統(tǒng)石油生產(chǎn)相競(jìng)爭(zhēng)。而這技術(shù)的革新，指的就是水力壓裂(Hydraulic Fracturing).
與傳統(tǒng)石油開掘不同，水力壓裂是把通過(guò)高度加壓的含水壓裂液(frack fluid)注入頁(yè)巖層，從而抽取出頁(yè)巖層內(nèi)的油氣。用以穿裂巖層的壓裂液主要成分是水，同時(shí)也含有一定量的的沙粒及支撐劑。支撐劑是人造的的高強(qiáng)度陶瓷顆粒，有較高的支撐性與導(dǎo)流性能。壓裂液中之所以需要加入支撐劑，是為了防止在高壓壓裂液被抽取后壓裂縫被其他內(nèi)部物質(zhì)重新填補(bǔ)的現(xiàn)象，從而保持頁(yè)巖油氣順暢溢出。
當(dāng)水力壓裂與水平鉆井技術(shù)相結(jié)合時(shí)，能夠進(jìn)一步減少開掘成本。傳統(tǒng)的石油開采需要定點(diǎn)垂直打井，此種石油開掘方式對(duì)勘探技術(shù)的要求較高，同時(shí)對(duì)地面的占用率也比較大。水平鉆井與水力壓裂相結(jié)合，能夠使油井盡可能大面積地接觸頁(yè)巖油資源，并且可以把井區(qū)的占地面積最小化，從而提高開采效率。
技術(shù)的革新造就了美國(guó)頁(yè)巖油開采的經(jīng)濟(jì)可行性，推動(dòng)了美國(guó)頁(yè)巖油產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，目前美國(guó)石油對(duì)外依存度已較之前大幅降低。美國(guó)現(xiàn)行的石油產(chǎn)出當(dāng)中，逾50%來(lái)自使用水力壓裂技術(shù)的油井。
然而，水力壓裂在大幅削減石油開發(fā)成本的同時(shí)，也帶來(lái)了一些潛在的環(huán)境問(wèn)題。隨著頁(yè)巖油產(chǎn)量的增加，其對(duì)環(huán)境的影響日益顯著。
D 潛在的環(huán)境問(wèn)題
水力壓裂需要耗費(fèi)大量的水，這些水在與沙粒及一系列化合物混合之后被制成壓裂液，用于穿透頁(yè)巖層。在穿透頁(yè)巖層的同時(shí)，頁(yè)巖層內(nèi)天然含有的一些重金屬及輻射物會(huì)進(jìn)一步污染壓裂液。完成鉆探后，大部分壓裂液會(huì)回流至地面，這些受污染的水或會(huì)在回流的過(guò)程中對(duì)地下水資源造成污染。壓裂液完成回流后，其后續(xù)處理也存在污染環(huán)境的可能性。因此，使用水力壓裂的鉆井活動(dòng)會(huì)在幾個(gè)方面對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響。
水資源的耗用
使用水力壓裂技術(shù)的頁(yè)巖油井開發(fā)對(duì)水資源的消耗巨大，例如在Marcellus產(chǎn)區(qū)，每個(gè)油井進(jìn)行一次水力壓裂需要耗費(fèi)200萬(wàn)到1000萬(wàn)加侖的水資源，約等于757萬(wàn)到3785萬(wàn)升水。由于油井可以進(jìn)行多次水力壓裂，對(duì)水資源的耗用或遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于估算值。地形與技術(shù)的差異也會(huì)導(dǎo)致用水量的變化，儲(chǔ)深較大的井區(qū)普遍會(huì)耗費(fèi)更多的水資源。在德克薩斯州及科羅拉多州，每次水力壓裂需要使用超過(guò)360萬(wàn)加侖的水。美國(guó)環(huán)境保護(hù)組織(EPA)通過(guò)測(cè)算得出，2010年美國(guó)的3.5萬(wàn)座油氣井消耗了1050億加侖的水，已經(jīng)超過(guò)同期丹佛的總用水量。除此之外，美國(guó)的頁(yè)巖油井每年都在增加，意味著對(duì)水資源的消耗將不斷增加。
美國(guó)部分地區(qū)的水資源本來(lái)已非常稀缺，在這些地區(qū)使用水力壓裂進(jìn)行頁(yè)巖油的開采更大大增加了不可見的隱性成本。目前，美國(guó)頁(yè)巖油開采最活躍的Permian盆地，覆蓋了一些水資源比較稀缺的地區(qū)，例如德克薩斯州西部。該地區(qū)的居民用水量一直遭到限制，然而頁(yè)巖油的開采依舊使用水力壓裂方式進(jìn)行。因此，頁(yè)巖油的開采活動(dòng)也對(duì)居民生活造成了影響?？紤]到水資源的運(yùn)輸問(wèn)題，開發(fā)商取水一般依照就近原則，因此當(dāng)?shù)厮Y源的緊張很難通過(guò)跨地區(qū)輸水解決。
作為頁(yè)巖油開發(fā)商，使用水力壓裂進(jìn)行石油開發(fā)固然能大幅降低成本，但是負(fù)面的外部效應(yīng)或許會(huì)增加開發(fā)的隱性成本，因此從運(yùn)營(yíng)的角度來(lái)看這一因素也應(yīng)當(dāng)被納入考慮范圍。
儲(chǔ)水的影響
由于消耗量巨大，頁(yè)巖油開發(fā)商一般需要在井區(qū)附近修建水池，用以儲(chǔ)存將要使用的或者回流的壓裂液。用于存儲(chǔ)將要使用的壓裂液的水池尺寸普遍更大，壓裂液中的有害物質(zhì)更有可能泄漏到土層，污染環(huán)境。而回流的壓裂液含有較復(fù)雜的物質(zhì)，其中包括VOC(易揮發(fā)有機(jī)混合物)，此種物質(zhì)在大氣中極易揮發(fā)，對(duì)空氣污染巨大。
水力壓裂潛在的泄漏可能
水力壓裂理論上有多重潛在渠道可以污染地下水，其中包括但不限于：儲(chǔ)存狀態(tài)下的滲漏、注入井泄漏、壓裂過(guò)程中泄漏等。
頁(yè)巖油井在鉆探的同時(shí)會(huì)在井管外部環(huán)繞一層水泥保護(hù)層，以防止鉆井在通過(guò)地下飲水層時(shí)管道內(nèi)的污染物侵襲地下水源。但在水力壓裂的過(guò)程中，水泥保護(hù)層有可能在高壓狀態(tài)下破裂，導(dǎo)致管道內(nèi)的壓裂液以及頁(yè)巖層內(nèi)的物質(zhì)外泄。幾乎所有的頁(yè)巖田都含有頁(yè)巖氣及頁(yè)巖油，因此當(dāng)油氣泄漏過(guò)量時(shí)，對(duì)地下飲用水將造成嚴(yán)重污染。
此外，水力壓裂的過(guò)程當(dāng)中存在一種叫氣侵(gas migration)的現(xiàn)象。氣侵指的是在頁(yè)巖油氣開發(fā)過(guò)程當(dāng)中氣體從頁(yè)巖層內(nèi)向外遷移，遷移的氣體中多屬碳?xì)浠衔?，因此亦稱碳?xì)浠衔镞w移(hydrocarbon migration)。由于氣侵現(xiàn)象的存在，盡管在水泥保護(hù)層完好的情況下，頁(yè)巖層內(nèi)的氣體仍然有可能滲漏到地下水層及地面土層中。
污水處理
壓裂液在使用前和使用后都含有大量對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)，因此在水力壓裂結(jié)束后，壓裂廢水的后續(xù)處理成為了關(guān)鍵問(wèn)題。
目前美國(guó)政府仍未出臺(tái)相關(guān)法規(guī)要求頁(yè)巖油氣開發(fā)公司披露水力壓裂相關(guān)使用的化學(xué)物清單。部分地方政府要求地方企業(yè)公開化學(xué)物使用狀況，但由于存在法律漏洞，這些企業(yè)可以以保護(hù)商業(yè)機(jī)密為由拒絕公開部分化學(xué)物的使用狀況。一直以來(lái)，許多頁(yè)巖油氣生產(chǎn)商不斷對(duì)外宣稱壓裂液只含有不到2%的化學(xué)添加劑，對(duì)環(huán)境無(wú)害。但就算只有2%的占比，在數(shù)十億噸的壓裂液使用下，化學(xué)添加劑的使用總量仍然是巨大的。在2011年，一份國(guó)會(huì)報(bào)告中指出，前14家使用水力壓裂的企業(yè)使用了約7.8億加侖的化學(xué)添加物，其中含有超過(guò)750個(gè)不同的種類。
溴化物、放射性核素、溶解性總固體(TSD)都是一些普遍能在壓裂廢水當(dāng)中檢驗(yàn)到的有害污染物。這些污染物的處理，對(duì)河流、湖泊以及地下飲用水都會(huì)造成潛在威脅。雪上加霜的是，美國(guó)境內(nèi)大部分傳統(tǒng)的污水處理廠都不具備處理TSD的能力。美國(guó)EPA的報(bào)告中曾指出，只有少量的公共污水處理廠具備處理壓裂廢水污染物的設(shè)備與技術(shù)。
E 反思
以目前美國(guó)的產(chǎn)業(yè)動(dòng)向來(lái)看，特朗普政府似乎鼓勵(lì)頁(yè)巖油氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而頁(yè)巖油氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將意味著產(chǎn)生更多的環(huán)境污染物以及耗用更多的水資源。
在這個(gè)現(xiàn)象持續(xù)的大背景下，持續(xù)加重的環(huán)境負(fù)擔(dān)或許逼迫政府出臺(tái)相關(guān)限制性法規(guī)，而在遵守這些法規(guī)的原則下，頁(yè)巖油氣生產(chǎn)企業(yè)或許面臨著更高的生產(chǎn)成本，對(duì)于產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及油價(jià)的長(zhǎng)期走勢(shì)都將會(huì)產(chǎn)生一定的影響。