Gasland观后感——能源与环境如何两全

引子 “天然气之地（Gasland）”作为一部小成本纪录片出人意料地获得奥斯卡最佳长纪录片奖，展现了一个不为人知的环保危机：数百万美国人在自家后院采集天然气，而天然气比宣传中所说的要有污染性得多。这部纪录片的拍摄者是一个普通的美国年轻人——导演福克斯，他拍摄该片的起因是由于一家天然气公司试图在他家的土地上钻取天然气。他通过镜头讲述了美国页岩气开发给环境带来的诸多负面影响，尤其是页岩气开采所采用的水力压裂技术可能导致开采地域的饮用水源受到污染。在片中，一些从居民家水龙头里流出的水可以被直接点燃，饮用水也变得浑浊不清，流经开采地块的河流里鱼虾绝迹……许多画面触目惊心。

整个电影的故事具体是这样的：约翰·芬顿，一个来自美国怀俄明州的农夫和牧场主，在他出现在Gasland电影中后已成为国际公认的抗水力压裂活动家。 福克斯讲述了他20xx年5月收到的的一封信中，天然气公司愿意提供提供$ 100,000租赁他家的土地——Milanville，宾夕法尼亚州来钻探天然气。然后福克斯出发，想去看看在天然气钻探热潮已经进行了十年的西部，整个社区受到了什么样的影响。他花时间到当地市民家中以及他们的土地上，听着他们转述在科罗拉多州，怀俄明州，犹他州和德克萨斯州等等天然气钻井时他们发生的故事。他和那些经历了由地表水，水井以及空气污染引起的各种慢性健康问题的居民进行了交流。在某些情况下，居民报告说，他们得到了法院的禁令或由燃气公司提供的安顿费以及更换受影响水的可饮用水或水纯化试剂盒。

整个纪录片过程中，福克斯联系接触了科学家，政治家和天然气行业的高管，并最终作为委员会委员在国会大厅讨论化学方法压裂的责任和意识：“修订安全饮用水法案并废除一定水力压裂的草案。“水力压裂在20xx年能源政策法案中从安全饮用水法案中豁免。

大众对该影片的反应分为正反两派。

积极的一方的观点：罗伯特·克勒称其为“近年来最有效，最传神的环境电影之一..... Gasland可能成为天然气钻探的终结者，就像当年‘寂静的春天’对DDT的影响一样”；IndieWire的埃里克·科恩写道，“Gasland是第一部维权电影的典范......在其个人作品中展现巨大的环境问题，福克斯将Gasland变为国家要务中一份十分紧迫的日记”；赫芬顿邮报的斯图尔特写道“Gasland ......也许会将你的愤怒转化为实际的行动”。

基于37条点评，Gasland目前烂番茄电影网站上持有97％的投票率。 BBC电台5频道的马克·克默德给予其积极评价，批评与其相似的近期其他的石油纪录片，但大赞其“非同一般的视觉冲击”。他说：“诗意而抒情的视觉效果使之有趣的故事更加分。”，并认为它的主题和理念是相关联的并且被很好地展示了出来。

在丹顿记录纪事报说，“福克斯称在宾夕法尼亚州他自己的后院不是他的独家财产...班卓琴音乐和巧妙的镜头，使Gasland既可悲又可怕......如果你的灵魂没有被这部纪录片感动，你的心一定是石头做的。”

在澳大利亚，影评人茱莉里格斯称该纪录片为“恐怖电影，并且向人们敲响了警钟。”

沃斯堡商业新闻作家约翰·洛朗Tronche谈到了越来越多的纪录片“旨在揭示他们所谓的肮脏的，破坏性的实践：页岩气勘探。尽管石油和天然气的支持者给电影都贴上了激进的宣传的标签，但当地的钻探人员称，他们是对不断增长的行业宏观辩证看法的一部分。”

负面意见：能源深度（EID），由美国独立石油协会发起，创建了一个网页，上面记录了纪录片中事实不准确的名单，并制作相关的电影名为TruthLand。在回应EID的批判时，Gasland的导演发出了反驳。

在一篇福布斯杂志的文章中，迈克尔·伊科诺米季斯博士，休斯顿大学工程教授以及能源公司雪佛龙公司，壳牌，和巴西国家石油公司的前顾问，评论了“一个人点着了他水龙头水流出的水，就荒谬地的声明天然气钻探该为此事件负责。这个片段，虽然很引人注目，但却是极不准确的，不负责任的。首先，饮用水含水层和天然气目标水储层之间的垂直深度有几千英尺，中间是不透水的岩石。两者之间的任何汇流，如果有可能，早就是已在地质时间就发生的事情，距今千万年前，而不是在近期才测得的。”

页岩气概况

页岩气是在页岩孔隙和天然裂缝中以游离方式存在、在干酪根和黏土颗粒表面上以吸附状态存在，甚至在干酪根和沥青质中还可能以溶解状态存在的非常规天然气，成分以甲烷为主，是一种清洁、高效的能源资源和化工原料，主要用于居民燃气、城市供热、发电、汽车燃料和化工生产等，用途广泛。页岩气生产过程中一般无需排水，生产周期长，一般为30年～50年，勘探开发成功率高，具有较高的工业经济价值。我国页岩气资源潜力大，

页岩气分布北美克拉通盆地、前陆盆地侏罗系、泥盆系，密西西比系富集多种成因、多种成熟度页岩气资源。

据估计，全球页岩气资源约为456万亿立方米，主要分布在北美、中亚、中国、拉美、中东、北非和前苏联，其中北美最多。但其丰度低，技术可采量占资源总量的比例较低，同时页岩气的储层具有低孔隙率和低渗透率的特点，开采难度大，需要高水平的钻井和完井技术。在21世纪刚开始开采页岩气时，多采用水平钻井技术和水基液压裂技术提高采收率。

20xx年前后，已实现对页岩气商业开发的国家有美国和加拿大，其中美国已实现大规模商业化生产。我国页岩气资源也很丰富，但开发还处于起始阶段。国家正在积极推进页岩气的开发利用工作。

美国进行页岩气开采大约有80多年历史。在加拿大，作为商业开采还处于起步阶段。因为能补偿常规天然气开采量下降的问题，这些很难开采的气体在加拿大天然气开采中的作用越来越重要。数据显示，加拿大西部地区大约有550万至860万亿立方英尺页岩气储量。

美国和加拿大已经开始了对页岩气的勘探开发，特别是美国，已对密西根、印第安纳等5个盆地的页岩气进行商业性开采，20xx年页岩气产量达到198亿立方米，成为一种重要的天然气资源。

世界页岩气资源量为457万亿立方米，同常规天然气资源量相当，其中页岩气技术可采资源量为187 万亿立方米。全球页岩气技术可采资源量排名前5 位国家依次为：中国（36 万亿立方米，约占20%）、美国（24 万亿立方米，约占13%）、阿根廷、墨西哥和南非。中国页岩气资源丰富，技术可采资源量为36 万亿立方米，是常规天然气的1.6 倍。在开采技术成熟、经济性适当时，将会产生巨大的商业价值。

2011 年中国能源消费结构中，煤炭消费占比70%，石油消费占比18%，天然气占比仅为5%。随着煤炭资源的消耗以及对清洁能源的日益重视，中国必然会加大天然气等清洁能源的开采和利用。到20xx年，中国页岩气开发处于气藏勘探和初步开采试点阶段。截至2012 年4 月，中国共确定33 个页岩气有利区，页岩气完井58 口，其中水平井15 口。随着页岩气勘探权逐步向民间开放，未来十年页岩气开发将有望迎来快速发展的“黄金十年”。到2015 年末，仅页岩气开采阶段设备需求超过150亿元，至2020 年末相关设备需求则超过1000 亿元。

20xx年，国务院批准页岩气为新的独立矿种，为我国第172种矿产。按国务院指示精神，考虑页岩气自身特点和我国页岩气勘查开采进展以及国外经验，国土资源部将页岩气按独立矿种进行管理。

20xx年11月中国发布了支持页岩气开发利用的补贴政策，规定今后三年中央财政对页岩气开采企业给予补贴，补贴标准为0.4元/立方米。补贴标准的出台将刺激页岩气消费需求，有助于行业开发进度加快。

传统水力压裂详述及弊端

所谓的水力压裂就是通过将压裂液压入油井中，将岩层压裂，产生高导流能力的裂缝通道，再注入支撑剂（主要是石英砂）撑住裂缝，进而提高油气采收率的一种石油开采工艺。实际上，这并不是一种新鲜的技术，水力压裂在石油工业界的应用可以追述到19世纪60年代，那时人们已经通过甘油三硝酸酯压裂浅层坚硬的岩石，来提高石油产量。

在页岩气开采所使用的压裂液中，98%都是水，剩下2%的成分是化学添加剂。在压裂结束后，约有30%~70%的压裂液会被抽回地面，称之为“返排水”。这些返排水通常会有四种处理方式：循环利用、处理后排放到河流中、注入地下水以及储存在露天的蓄水池中。

型

酸 盐酸 有助于溶解矿物和造缝

抗菌剂 戊二醛 清除生成腐蚀性产物的细菌

破乳剂 过硫酸铵 使凝胶剂延迟破裂

缓蚀剂 甲酰胺 防止套管腐蚀

交联剂

减阻剂

凝胶

金属控制

剂

防塌剂

pH调整剂

防垢剂

表面活性

剂

支撑剂 硼酸盐 原油馏出物 瓜胶或羟乙基纤维素 柠檬酸 氯化钾 当温度升高时保持压裂液的黏度 减小压裂液与套管的摩擦力，减小压力损失 增加清水的浓度以便携砂 防止金属氧化物沉淀 使携砂液卤化以防止流体与地层黏土反应 碳酸钠或碳酸钾 保持其他成分的有效性，如交联剂 乙二醇 防止管道内结垢 异丙醇 减小压裂液的表面张力并提高其返液率 石英砂、二氧化硅 支撑裂缝

尽管有批评说这部纪录片只关注了那些极端的案例，大多数页岩气的开采是安全的。但是这部纪录片的确反映出了美国公众对页岩气开发导致环境问题的担忧，并引起了广泛的争论。一些环境保护主义者认为水力压裂会造成压裂液中的化学物质和页岩气（主要是甲烷）混入地下水中，返排液处置不当也会污染地表水。而页岩气开采公司则认为正确的布井以及压裂作业的深度——绝大多数页岩层都位于含水层下方数千米——足以保证饮用水的安全。

20xx年美国环境保护署（EPA）开展了针对水力压裂对水环境影响调查，其中包括取水、压

裂液溢出、对饮用水的影响、返排液的影响、废水处理五个方面。

不过，在20xx年12月EPA已经公布的一份关于怀俄明州佩福林镇地下水研究的初步报告中，EPA指出在佩福林镇的含水层中发现了“类似水力压裂作业中使用的至少10种化学物质”，而化学物质的含量“总体上低于当前所规定的健康和安全标准”。虽然天然气工业界强调该报告并没有给出一个明确的结论，同时认为这些化学物质有可能是通过其他途径进入到测试样本里面，比如生活污水、附近的垃圾填埋厂都有可能对地下水污染有“贡献”，而且孤立的事件并不能科学地证明这种技术存在着系统性风险。但这些解释显然无法让反对水力压裂的人满意。

公众对水力压裂的担忧依然在不断发酵。20xx年5月份，纽约州政府要求美国联邦政府对特拉华河盆地的水力压裂作业施加禁令，以确保纽约州的饮用水供应安全。自20xx年以来，纽约州已经有两家地方初审法院判决禁止水力压裂，一些社会团体也不断呼吁纽约州议会出台相关法案，以禁止水力压裂在这个富含页岩气资源州进行作业。在另一些地方对水力压裂的反对态度则更为坚决。比如今年5月16日，美国佛蒙特州正式立法禁止水力压裂在该州作业。

LPG压裂方法的出现——解决环境问题新希望

随着人们对水资源和环境问题的重视，一些公司也加大了水力压裂替代技术的投入。20xx年11月第一届世界页岩气大会将创新奖颁给了加拿大

Gas Frac公司，以奖励他们在无水压裂技术上的突破性贡献——LPG（液化石油气）压裂。LPG作为一种特殊压裂介质，与常规油基压裂液不同，LPG 压裂液

所用的液化天然气为纯度达到90%的经过分馏的HD-5丙烷和丁烷，还有少量的乙烷、丙烯和添加剂成分。添加剂成分主要是由磷酸盐酸脂与硫酸铝反应生成的稠化剂，由于该稠化剂的碳链长度与储层流体相近，通过调节稠化剂的浓度可以获得理想的压裂液黏度，从而获得较好的携砂效果。与常规水力压裂技术相比，LPG压裂技术的压裂液返排率高、有效裂缝长度长，且压裂液可以和储层流体混相，提高原油的最终采收率。

LPG压裂在地下的表现完全与水力压裂不同。LPG在压裂过程中会因为压力和高温而气化，因此会与天然气一起被重新抽回地面，进行分离并最终做到重复利用。这种压裂手段相比于传统的水力压裂技术来说基本不需要水，极大地缓解了对水资源的压力，且与水基压裂液相关的水敏、盐敏、润湿性反转等储层伤害也可以完全消除。同时，LPG压裂还避免了施工结束后返排水基压裂液的处理工作，消除了压裂液对于环境的影响，具有较好的环境效益。

但这项技术的推广现在还存在难度，首先是LPG比水的成本要高，而且美国工业界已经建立了较为完善的水力压裂作业体系，生产商缺乏技术替换的动力。特里?恩格尔德，宾夕法尼亚州立大学的地质学家，因其准确计算出马塞勒斯页岩的潜在页岩气产能，而被称为马塞勒斯页岩的“教父”。他认为，“水是能够机械地破开岩石的最有效的流体”。

其次是该技术尚不成熟，其安全性还有待检验。由于LPG常温常压下属于易燃易爆气体，因此施工过程中的压裂液储罐、管线、阀门、泵等都需要适应LPG 的特性而特殊设计。整个压裂过程是一个闭环系统，在施工过程的各个阶段，储罐与管线中都有很高的压力，施工的各个流程都需要严谨的防火防爆安全设计。20xx年1月，在加拿大阿尔伯塔省一个采用LPG压裂技术的开采现场发生了一起火灾，三名工人被烧伤。Gas Frac公司表示未被检测到的LPG泄漏是该起事故的罪魁祸首。现在，Gas Frac公司正不断改进技术并完善安全标准，同时也希望到那些对环境和水资源要求高的页岩气产地进行作业。

因此，综上所述：

(1) LPG 压裂液具有黏度低、表面张力低，与储层流体完全兼容的特点。有效地克服了常规水基压裂液储层污染严重、返排率低等缺点。

(2) 与常规水力压裂技术相比，LPG压裂技术的压裂液返排率高、有效裂缝长度长，且压裂液可以和储层流体混相，提高原油的最终采收率。

(3) 数值模拟结果和现场生产数据都表明，LPG压裂技术的增产效果明显优于同等规模水力压裂施工的增产效果。

(4) LPG压裂液对于水源相对匮乏地区的储层、水敏性较强的储层以及低压、低渗储层都显示出较好的应用潜力。建议在页岩气、致密气、煤层气等非常规超低渗储层的开采中，可以尝试有针对性的开发利用此项技术。

中国页岩气开发利用情况

国内方面，前文提到20xx年经国务院批准，页岩气作为一种非常规能源成为我国第172个独立矿种。在我国，页岩气的开发处于起步阶段，目前主要是利用水力压裂技术进行页岩气的开发。在看到页岩气开发带来的巨大油气资源前景和商业利润的同时，我们必须要考虑页岩气开发所带来的环境问题，如所采用的水力压裂技术不仅要消耗大量水资源，大规模地开发页岩气会加剧水资源不足的矛盾，而且由于向地下注入裂解液可能导致地下水污染，同时还会带来大量可挥发性有机化合物及其他有害空气污染物的排放，从而对环境造成危害。工厂化作

业除了对地表植被产生破坏，压裂液对地下水、土壤和地表水的污染外，开采过程对空气质量也会造成不良影响。据报道美国怀俄明州天然气开采造成臭氧超标十数倍。杜克大学对新泽西的页岩气开采的空气质量变化指出，页岩气的开采对场区大气中的PM2.5、PM10、氮氧化物和臭氧均有影响。页岩气勘探开发中造成的大气污染问题包括常规空气质量指标的污染和非常规空气指标的污染。我国《环境空气质量标准》中提及的空气污染物基本项目有硫氧化物、氮氧化物、臭氧、一氧化碳和颗粒物（包括PM2.5和PM10）。除了上述常规空气质量指标外，页岩气勘探开发中，会有甲烷、丙烷、丁烷和苯等挥发性有机污染物的释放。甲烷作为一种温室气体，其温室气体效应强度至少是二氧化碳的20倍。一直以来，学者认为页岩气的碳排放是煤的一半，属于“环境友好燃料”，但Howarth等人的研究指出，学者们都低估了页岩气开采中的甲烷排放量及其长期的生态效应。Clathr ate Gun等认为, 近地史时期气候变化和甲烷的排放过程是一致的, 即甲烷在气候变化中扮演了重要角色。页岩气的勘探开采时排放的包括甲烷在内的上述挥发性有机污染物会对人类健康造成有害影响。

考虑到我国是个缺水严重、水污染严重的国家，尤其是中国页岩气勘探的有利区域恰恰基本处于华北平原（黄淮海平原）、四川盆地、辽宁、山西、天山及河西走廊等重点缺水地区，这就决定了除页岩气勘探开发技术外，我国页岩气资源开发的同时还需解决地理环境局限、潜在环境影响等问题。尽管美国已经着手对页岩气开发使用的水力压裂液对环境影响的调查评估，但不同的地质环境、地质构造以及页岩类型将导致中国页岩气开发所引起的环境问题具有中国自身的特点，在页岩气勘探开发过程的环境问题也不能照搬国外已有的数据。最重要的是，我国页岩气开发造成的环境污染方面尚没有数据支撑。因此，在我国页岩气大规模开采前，开展页岩气开采压裂液循环使用及排放对区域环境影响的评价工作对保护我国页岩气开发区域的环境资源安全具有重要的战略意义。

美国页岩气开发实践中所出现的问题，也为中国这样的页岩气后发国家提供了可借鉴之处。根据“十二五”规划，天然气在我国能源消费中所占比重将由目前的4%提高到8%。如果开发顺利，预计20xx年页岩气产量将达到800亿立方米年，接近我国目前常规天然气生产水平。但考虑到中国同时还是个缺水严重、水污染严重的国家——尤其是中国页岩气勘探的有利区域恰恰基本处于华北平原（黄淮海平原）、四川盆地、辽宁、山西、天山及河西走廊等重点缺水地区——这就决定了除勘探开发技术和政策以外，中国页岩气资源开发还需解决地理环境局限、潜在环境影响等问题。

目前，中国石油大学沈忠厚院士正率领着一个课题组，试图采用另一种无水压裂技术——超临界CO2压裂法来突破这个困境。石油工业界早已采用CO2气体驱油技术来提高采收率。而将CO2加温加压至临界点以上时，称其为超临界CO2流体。超临界CO2流体既不同于气体，也不同于液体，但有着比水力压裂更高的效率。比如在储层原有的微裂缝中，高黏压裂液无法进入，超临界CO2流体却可以随意流动，使得储层产生更多的微裂缝，由于裂缝的多少直接决定了产量的大小，所以超临界CO2压裂技术的应用可以提高单井产量和采收率。更为重要的是，超临界CO2压裂是一种清洁的压裂技术，其在压裂过程中不需要水的介入，也无需添加其他化学物质，对储层没有污染，也无需处理返排液，压裂完毕后可直接投产。

现在，纯液态CO2压裂已经在长庆油田有了成功的案例，超临界CO2压裂正是在这个基础上所做的创新。但根据课题组成员王海柱博士介绍，超临界CO2

压裂技术目前还在实验室阶段，也有一些技术难点有待克服，这种技术进入现场应用尚需一定时间。

对于页岩气的开发，我们需怀有的审慎态度或许应当是：不能因为“Gasland”式的末日图景而因噎废食——由于潜在的环境风险而放弃一种高效能源；同时，也万不能重蹈以往为了眼前利益而忽视长远环境影响之覆辙。依靠严格环保标准，利用充分的市场竞争催生出新技术，进而破解我国页岩气发展的水资源约束，或许才是中国页岩气大规模开发的必由之路。

结语——其他能源与环境问题

当近年来全球气候发生预期变化的警钟开始敲响时，人们才开始广泛讨论各种能源的环境代价问题。这种代价已在较短的时间内逐步升级，以局部性的烟污染和水电大坝造成的土地被淹，到地区性的湖泊酸化和森林枯萎，乃至全球性的温室效应。

当然，同开始重视能源的环境效应一样重要，我们不能完全不顾和忽视其他的因素，如经济成本、可靠性和对能源自给自足的要求。世界上机动车辆的数量增加很快，它们不能用煤和核能，目前也不可能用电和氢能，在今后的一段时间内只能继续烧油。只有增加使用电力驱动的火车、有轨电车和无轨电车才能够稍微缓和一下对更多用油车辆的压力。我们还必须清楚地看到，太阳能和风能在今后10年或几十年内还不能廉价地得到。除水力以外的再生能源占世界能源消耗量（商业能源）的比例目前极少，我们可以投入更多的力量去开发它们，但在考虑21世纪初的能源问题时，它们是无足轻重的。

再例如核电，核电站不排放SO2、CO2、NOx和重金属，这是一个很大的优点。核电站并不排放SO2、NOx和CO2，但它产生危险的放射性物质。而公众对待辐射的态度似乎是矛盾的：一方面害怕任何辐射用于食品保藏，甚至害怕低放射性的废物处理装置；另一方面却又接受日益增加的放射性同位素及辐射在农业、工业和医学上的应用。目前公众接受的由全世界所有正常运行的核电站及整个燃料循环产生的年平均剂量小于公众所接受的天然本底辐射年剂量（2.4毫斯韦特）的万分之一（0.0002毫斯韦特）。

然而防止地球因人类发射温室气体导致危险的变暖，需要我们在今后40年内、在预计全球能源需求加倍或三倍的同时，消减我们80％的碳发射量。这么做，就要求我们生产大量的零碳发射的能源。现在，我们知道这么做的唯一办法就是利用核电。大力发展核电，不仅可以减少二氧化碳排放，还能大大降低发电成本，降低电价。全世界的核电成本都比煤电低：法国核电成本只是煤电的2／3；美国核电成本只有2美分，约合0.13元／度。如果能把全国电价降下来，对经济发展，降低生产成本将贡献巨大。

如今能源问题总是会与环境问题相提并论，两者相辅相成却也很矛盾，如何解决，指代整个世界人类的智慧迸发出希望的奇迹吧。