2011年8月，壳牌公司位于加拿大俾诗省东北部的非常规天然气开采基地“桦树场”。 财新记者 于达维/摄

　　【财新网】（记者 于达维）最近一段时间，从美国刮起的页岩气开采热潮涌入了中国。对一向缺气、到处找气的中国来说，这无疑是件好事，因为中国的页岩气资源量丰富，据称与美国大体相当。但是，特殊的资源需要特殊的技术，同时会带来特殊的问题。

　　所谓页岩气，是指蕴藏在致密岩层中的非常规天然气。开采页岩气需要采用水力压裂技术，这不仅消耗大量的水，废水的处理也颇为棘手。

　　目前，美国国会已着手从立法上防止页岩气开采可能带来的环境危害。法国走得更远。2011年6月底，法国议会通过了禁止应用水力压裂技术的法案。由于目前并无其他成熟技术可用于页岩气开采，法国事实上成为第一个对页岩气开采明确说“不”的国家。

　　一个月前，即2011年8月底9月初，财新记者和几位中国同行走访了壳牌公司位于加拿大的非常规天然气开采基地。在每个钻井场地上，都矗立着十几个硕大的储水罐，开采工作对水的饥渴需求是不争的事实，对地下水的威胁也未完全消除。

　　不过，通过在环境上不惜成本的投入，非常规天然气开采与自然环境的和谐相处是有可能的。这也为即将大规模开采页岩气、环境问题又比北美更严重的中国提供了一个答案。

双刃剑

　　常规天然气一般储藏在多孔或具有天然裂缝的岩层中，容易开采。而页岩气赋存于泥页岩中，主要以吸附及游离状态存在，开采成本相对较高，开发利用缓慢。

　　水力压裂技术的应用，则使得页岩气开采成为可能。向钻井注入高压液体后，岩层裂开，高压液体中的支撑剂可以将裂缝保持住，成为油气导向钻井的高速通道。

　　在加拿大俾诗省东北部，壳牌有一个“桦树场”项目。2008年，壳牌以62亿美元代价，收购了Duvernay公司的这片页岩气田。

　　桦树场的一个开采平台上，有5个气井已经在生产，钻井队还在开掘更多的气井。为减少对地面的占用，这里采用了丛式井技术，每个井丛有4组各6口井，或两组各13口井。这些井像章鱼的触角一样，深入3000米地下的储气岩层。

　　现场负责人罗伯特·杜邦（Robert Dupont）说，压裂时需要将生产井关闭，每天可以进行四次压裂，需要两天时间才能完成一口井的压裂工作。

　　一般来说，水平井分为8-10个分段进行压裂，每个分段有200米左右。承担这一任务的Calfrac油井服务公司用电驱动的射孔弹在水平井上下打出40厘米深的射孔，然后将高压水打入射孔，在岩层中打出树枝状的裂缝。天然气就可以从裂缝中溢出，进入气井。

　　桦树场项目钻井经理麦克·贝里（Michael Berry）说，每口井压裂需要5000-8000立方米的水，桦树场目前的水源主要来自当地的皮斯河、水井，以及回收自桦树场已经完成生产的井。大约200辆卡车才可以把一口井中用完的废水运走，这些水可以灌满一个3.2米深、50乘50米的游泳池。

　　完成压裂后，水会自动出来，一开始比较多，后面越来越少，大约要3年时间才能完全排空。废水回收后，大部分可以再利用，多余的部分需要注入地下空井。

双保险

　　水力压裂的负面效应不可忽视，却并非没有对策。在美国一些开采页岩气的州，地下水中发现了甲烷。但专家推测，一方面可能是那里的水井本身就穿过煤层，因此有甲烷进入；另一方面可能是气井的隔离手段做得不足。

　　麦克·贝里说，在桦树场项目中，目前并未发现污染地下水的情况，一方面压裂的位置要比地下水低150米左右，另一方面气井管道也与岩层有钢管和水泥层的双重隔离。

　　桦树场做隔离时，首先打一个600米深、30厘米宽的竖井，这个竖井的深度超过地下水层150米以上。而后，插入一根22厘米宽的钢管，在钢管中注入水泥，用水将水泥推入钢管壁和气井壁之间。完成这一竖井的加固后，再在钢管中继续向下打井，直径20厘米，深度则达到2300-3000米。

　　竖井完成后，需要在水平钻井的启动点更换为可以调节方向的MWD钻头。钻头上的伽马射线、超声波和密度波监测设备，可以给操作人员实时反映钻头的部位和方向。

　　水平段的钻井长度在1800米左右，整个气井长度一般在4300-5000米，钻井时间需要10-20天。钻井完成后，要在井中加入一根11.4厘米宽的钢管，然后同样在钢管和井壁之间注入水泥加固。

　　壳牌的每个气井完成后，都要经过气密性检验，检验通不过的话不会生产。钻井开始前，壳牌还会检测作业点周边的水井，以确保水质万一发生变化时能够探知。

　　水力压裂液中的复杂成分，也是引起环境争议的问题之一。压裂液的成分中99%是水和砂子，1%是添加剂，包括润滑剂、杀菌剂和防腐剂。

　　通常，一个水平井需要进行8-9次压裂。每次压裂后回收的水，都在静置沉淀后重新进入储水罐，添加杀菌剂后进行下一步的压裂。这一场地的压裂工作完全结束后，回收的压裂液经过管道送到几公里外的一个蓄水池。

　　在标号为“15-8”的场地上，有两个2万立方米容量的蓄水池，一个用来储存废水，一个用来储存来自当地的皮斯河和水井的新鲜水。每天，当地政府只允许从自然水源抽取几百吨新鲜水，而进行一口井的压裂需要6000-8000吨水。这意味着，大部分的压裂液只能使用回收的废水。

　　由于废水中含有盐分和凝析油，需要在废水池下面垫上防渗膜，并在废水池上面覆盖铁丝网，以防鸟类来喝水。据介绍，单单是修建这个网就花了35万美元，两个池子的总花费近200万美元。

　　2010年，壳牌中标桦树场附近的道森克里克市的一个污水处理项目。壳牌提出的方案是利用处理过的城市废水作为桦树场页岩气开采的水源，桦树场的废水也可以送来处理。这个项目包括一条49公里长的输水管道，借此可以避免卡车运水导致的噪音和扬尘问题。

　　这个再生水设施预计2012年初投入运营。壳牌出资975万加元，每天可产出再生水4000立方米。再生水可通过管道输送至气田备用，将主要用于压裂。桦树场项目开发经理曼努埃尔·威廉姆斯（Manuel Willemse）说，一年后，就不用从河里、井里取水了。

　　实际上，壳牌页岩气田的作业场地，就在牧场中间。这里的300多居民，被壳牌称为“第一民族”，做任何作业的时候，都需要给居民解释是否有危害，每年还要和他们开一次茶话会，听取他们的意见和要求。

　　与污水处理厂建立合作关系，对壳牌来说也是一笔合算的买卖。如果从自然水源取水，加上运输费用，每吨需要20美元，不仅污染环境，而且价格昂贵。曼努埃尔·威廉姆斯说，通过与道森克里克市合作的方式，可以实现环境、社区和长期经济效益的三赢。

　　桦树场的经验可供借鉴。对中国来说，当务之急是认清页岩气的巨大利益和潜在风险，开发时量水量力而行。■