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中国页岩气开发面临的水资源挑战有多大?

2014-01-29 09:10
Hsiao Chen
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  目前北美“井喷”的页岩气尚未进入国际市场,但“页岩气革命”的风暴已经席卷了多个国家。中国、波兰、乌克兰、阿根廷和英国都对页岩气开发表现出浓厚的兴趣。究竟哪个国家能凭借美国的先进技术最先复制美国的“页岩气革命”?

  中国可能是其中最热门的“人选”。美国能源信息署(EIA)的研究报告指出,中国拥有36万亿立方米的页岩气,居世界首位。中国国土资源部经初步普查则认为,中国可采页岩气资源为25.08万亿立方米,与美国相当。

  巨大的储量催生了政府的雄心壮志和企业的跃跃欲试。中国在《页岩气发展规划(2011-2015年)》中提出到2015年完成页岩气产量65亿立方米、力争2020年产量达到600-1000亿立方米的目标。前两轮的页岩气勘探权招标吸引了多家民企和国企的激烈角逐,而即将举行第三轮招标区块分布将更广泛,矿藏质量也更好,预计将吸引更多的企业竞标。

  然而仅凭美国的技术和国内丰富的页岩气资源并不能让“页岩气革命”在中国生根发芽。中国还需要解决美国企业未曾遇见的本土性难题,如矿区水资源的获取和利用。在美国和加拿大这样的人均水资源十分丰富的国家,页岩气矿区的用水问题可能并不突出。但是在水资源紧缺且分布不均的中国,如果不能有效解决页岩气开发中的水资源管理问题,页岩气大规模开发很可能只是镜花水月。

  水,贯穿始终

  和其他石化能源的开发一样,页岩气开采的各个环节都离不开水。在钻井阶段,水是钻井液的主要成分;在压裂阶段,水占到了压裂液的98%以上;而钻井设备的清洗维护同样离不开水。

  当前页岩气生产的核心技术依然是水力压裂法——从地面通过高压泵向地下灌入掺有化学物质的水,让水压将页岩层压出裂缝,并且使裂缝不断扩大。于此同时还要从地面向下灌入混有沙粒或陶粒的支撑剂,以便支撑已经形成的裂缝,使其不至于闭合。压裂之后页岩气的产量将会骤增,随后快速衰减。为了充分提升气井的产量,生产企业很可能会对同一口页岩气井进行多次压裂。

  由于个别矿井产区水资源匮乏,部分地方对水的使用也有不少限制,北美一些油气企业运用二氧化碳进行压裂作业已经很多年了。美国怀俄明州甚至修建了专门运输二氧化碳的输气管道。不过以液态二氧化碳和液化石油气为代表的无水压裂法大多处于试验状态,运用范围还比较小。在可以预见的将来,水力压裂法依然是主流技术。中国将不得不面对页岩气开发中的水资源管理难题。

  效率高,强度大

  页岩气生产中水资源的使用特点是生产单位能源用水量不高,但是阶段性用水强度高。美国第二大页岩气生产商Chesapeake公司将页岩气与其他能源生产中的用水量进行了对比(如图所示)。以生产单位能源的用水量计算,页岩气与常规天然气的耗水量相当,远低于常规原油生产的耗水量。

  Chesapeake公司的观点在美国和加拿大官方及民间的统计数据中得到印证。即便是在主要产区,页岩气生产的耗水量也仅占当地总耗水量很小比重,远远比不上居民生活用水。据测算,在加拿大魁北克省用不到一升水和大约5毫升的添加物制成的裂解液,就可以生产出可供当地一个家庭使用一天的页岩气。

  从生产单位能源的角度来讲,页岩气耗水量较低,但是页岩气生产用水呈现明显的阶段性波动。地质状况的差异导致单口井用水量千差万别,但是较为主流的观点是在北美地区单口井的用水量可能达到19000立方米,其中18000立方米左右的用水都集中在关键的半个月至一个月的压裂阶段。可见在页岩气生产的关键阶段,矿井的用水强度非常大。如果矿区中矿井较多,或者物流能力跟不上,则可能出现短期的供水紧张,严重威胁页岩气的正常生产。

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