4.5.1 天然气开采过程中的环境问题

如前所述，天然气包括油气田天然气、天然气水合物、煤层气和页岩气，无论何种天然气，其开采过程均会产生环境问题。油气田天然气和页岩气是当前利用最多的天然气，因此本节分别对油气田天然气和页岩气开采过程中的环境问题进行阐述。

4.5.1.1 油气田天然气开采过程中的环境问题

油气田天然气从开发建设到生产，污染物排放较为复杂，对环境影响也较大，每个阶段排放的污染物和产生的环境问题各不相同。

在开发建设期间，由于钻大量的生产井以及地面配套站场、管网、道路的建设，产生钻井泥浆、钻井污水、钻井烟气、岩屑以及噪声，从而产生水体废水、大气污染、土壤污染、噪声污染及地表植物破坏，进而影响野生动物的生存。油气田开发建设期对区域环境的影响比较显著，但持续时间较短。

生产运行期间，主要是采油、井下作用、油气集输、储运等工艺过程以及钻少量的加密井、生产调整井所产生的含油污水、井下作业废水、挥发性烃类气体、加热炉烟气及噪声、油气水三相分离过程中产生的含油污水、含油污泥等污染物，从而产生水体污染、大气污染、土壤污染和噪声污染等环境问题，会对周围环境产生一定的影响，这一阶段持续时间较长。

油气田天然气开发过程中环境问题的形成原因及危害如表4-2所示。

（1）大气污染

油气田天然气开采过程中造成大气污染的因素是排放的废气，废气中的污染物主要有二氧化硫、粉尘、烟尘、一氧化碳、氮氧化物和总烃等。二氧化硫、氮氧化物是形成酸雨的主要原因，总烃中的非甲烷烃与氮氧化物是形成光化学烟雾的必要条件。由于排放的有害气体不易扩散，会严重影响油气田区域的大气环境。这些污染物污染空气质量，直接危害人类及动物呼吸系统，并通过降雨等途径再次进入土壤，危害植物生长。

（2）水体污染

油气田天然气开采过程对水体的污染分为地表水和地下水的污染。钻井污水、采油污水、洗井污水、油区雨水、生活污水以及油气田开发和建设过程中出现的原油泄漏、污水乱排等现象对地表水水质造成严重污染。地表水作为农业生产的主要灌溉水源，一旦污染会直接造成农作物污染以及影响水体的自净作用，危害水生生物的生存，污染物被水生生物吸收后，能在水生生物中富集、残留，并通过食物链进入家畜及人体中，最终危及人体健康。另外，被污染的地表水还会由于渗流作用而导致土壤污染和地下水污染。

天然气开采过程中的钻井液对地下水体的侵入、试气过程中压井液对于含水地层的侵入、循环泥浆及反排污水处理不及时造成的泄漏，都会对地下水造成严重的污染，后期生产过程中地层返出水的处理等问题，无一不威胁着脆弱的生态环境。

（3）土壤污染

油气田天然气开采过程中的废水、废气和固体废弃物会直接或间接进入土壤，造成土壤生态环境的变化，主要是土壤物理、化学性质的改变，土壤肥力的降低以及酸碱化、沙漠化加重。因此，土壤资源作为当今世界人类最大的资源，应加强保护。

（4）噪声污染

油气田天然气开采过程中，钻井、开采机械在运转过程中会产生严重的噪声污染。噪声对人类生活的影响迅速、直接，最令人难以忍受。

（5）生态平衡破坏

油气田天然气开采对生态平衡的破坏表现在两个方面：

1）地表植被破坏

油气田本身的开发会占用大规模的地表空间，破坏相当数量的地表植被；油气田开采过程中产生的落地原油虽然大部分被回收，但仍有很大一部分不能被回收。滞留在土壤中的落地原油对自然植被毫无疑问会产生影响。

2）危害野生动物

油气田建设项目占地及人类活动增加，缩小了野生动物的栖息空间，并且由于工程占地导致荒漠植被的损失、污染破坏，进而造成动物的食物资源减少，对野生动物都有一定的影响。

4.5.1.2 页岩气开采过程中的环境问题

目前，美国与加拿大拥有世界上最先进的页岩气勘探开发技术，已经进入到页岩气开发高速发展阶段。页岩气的大量开采减少了美国对进口能源的依赖，加快了再工业化进程，但大量开采使得天然气在能源市场价格持续走低、环境问题日益严重，同时也限制了水资源的利用。中国页岩气资源丰富，总地质储量预计可达150×1012m3，开发勘探前景良好。目前，中国已成为继美国、加拿大之后的第三个商业性开发页岩气国家。近年来，由于能源需求增长、技术进步、相关政府政策的支持，页岩气发展迅猛，产量迅速上升，后续资源潜力巨大。

然而，开采工艺的特殊性使得页岩气开发比常规油气开发具有更大的潜在环境风险。随着页岩气规模化开发工作的推进，页岩气开采过程中产生的大气污染、水体污染、土壤污染、噪声污染、生态平衡破坏、水资源短缺等问题日渐突出，并严重威胁着人类的生存。

页岩气开发过程中环境问题的形成原因及危害如表4-3所示。

（1）大气污染

页岩气开采过程导致的大气污染主要表现为两个方面：一是温室效应，二是污染气体排放。

1）温室效应

页岩气的主要成分甲烷是温室气体。同等质量的甲烷与二氧化碳，前者导致的气温上升是后者的几十倍。目前，全球变暖的1/3原因是甲烷气体的产生。页岩气开采过程中会造成一定的甲烷泄漏，特别是在钻井、完井、修井和输气环节，由于故意排放、设备泄漏、操作不当等易导致释放和泄漏，从而加剧温室效应。

2）污染气体排放

页岩气开采所用的动力设备及运输设备如钻机、压缩机、卡车和其他机械设备运行过程中也会产生大量的氮氧化物及烃类化合物，加剧光化学烟雾。页岩气开采注水过程需要柴油机提供动力，在消耗柴油的过程中会溢出大量苯系物，且会产生氮氧化物、颗粒物粉尘等空气污染。

（2）水体污染

页岩气开采过程中造成的水体污染表现在两个方面：一是地表水污染，二是地下水污染。

1）地表水污染

页岩气开采过程中所采用的压裂液及返排液中夹杂着大量的泥沙、酸液及化学添加剂，如表面活性剂、润滑剂、阻垢剂、杀菌剂、支撑剂等，还有一些夹杂着天然气烃类物质及放射性物质，这些返排液和压裂液的不当处理会污染地表水；且返排液中含有天然有毒物质高矿化度地层水，对地表饮用水水源造成威胁。虽然有些废液在污水处理厂进行了处理，但有些并未达标就排入了河流，严重污染了地表水。

地表水作为农业生产的主要灌溉水源，一旦污染会直接造成农作物污染以及影响水体的自净作用，危害水生生物的生存，污染组分被水生生物吸收后，能在水生生物中富集、残留，并通过食物链进入家畜及人体中，最终危及人体健康。另外，被污染的地表水还会由于渗流作用而导致土壤污染和地下水污染。

2）地下水污染

如果管路密封不良，或者是遇到断层及裂缝区，压裂液及页岩气可能会窜入水层并对地下水造成影响；大型开采作业中，设备的震动会干扰地下水层，以致其浑浊；且一些固井、完井不合理或者井眼没有封存好的废弃井，也有可能污染地下水。

（3）土壤污染

页岩气开采过程中会产生大量钻井岩屑、油基泥浆和污泥，存放和处置不当可能会引起周边土壤污染。钻井所需的裂解液和化学药品在存放和使用过程中若有不慎也会污染土壤。页岩气开采钻探过程中各种钻井废液的溢出和泄漏也会导致钻井平台周边土壤的污染，改变原有土地利用方式，造成土壤扰动。

由于页岩气自身特点，页岩气的开发需要铺设管道，所需的管道多，施工过程中会对周边环境及其植被产生破坏性影响。页岩气井水力压裂过程中需要大量大型施工设备，所占用的土地面积比常规油气田的钻井区大得多，它会对地表植被造成破坏，引起土壤扰动，污染土壤表面或浅层地表。

（4）噪声污染

页岩气开采过程中，钻井和压裂机械在运转过程中会产生严重的噪声污染。噪声对人类生活的影响迅速、直接，最令人难以忍受。

（5）生态平衡破坏

页岩气开采过程对生态平衡的破坏表现在三个方向：一是对地表植物的破坏；二是对野生动物生存的影响；三是改变地质结构。

1）对地表植被的破坏

页岩气的开发会占用大规模的地表空间，破坏相当数量的地表植被；页岩气开发过程中溅落的裂解液和化学药品无法完全回收的部分滞留在土壤中，对自然植被产生影响。

2）对野生动物生存的影响

页岩气开采过程中对地表植物的破坏会破坏野生动物栖息地，减少野生动物的食物资源，同时开采过程中产生的噪声会使野生动物感到害怕，影响其生存与繁衍，最终威胁到物种生存和生物多样性。

3）改变地质结构

采用水力压裂大规模开采页岩气会导致断层的活化，地质结构的改变，会导致水土流失、地表沉陷，诱发滑坡和地震等地质灾害。2013年美国地震学家N.V.D. Elst、W.Ellsworth认为，页岩气开采水力压裂法是引起美国多场地震的诱因。

（6）水资源短缺

页岩气开采需要高压水力压裂，耗水量大、技术要求高。页岩气开发所采用的高压水力压裂技术，平均每口井耗水0.38×104～1.51×104m3，是常规水力压裂井的50～100倍。目前常使用水平井分级多段水力压裂技术，其耗水量更多，每口井耗水量高达几万立方米，远远高于常规压裂用水。大量水资源的消耗将导致当地水资源压力加剧，供需矛盾更加突出。对于缺水地区，发展页岩气对水资源供给提出了挑战。我国页岩气发育较好的盆地，水资源短缺问题严重，这对页岩气开发提出了挑战。