21世紀以來，非常規能源的開發一路突飛猛進，取得一系列重大突破。頁巖氣成為全球非常規天然氣開發的熱點，頁密油、致密氣、煤層氣、重油、瀝青砂等也成為全球非常規油氣勘探開發的重點領域。已成功進行非常規能源大規模商業開發的國家有：美國、加拿大、澳大利亞等開發煤層氣資源;愛沙尼亞等國家開發油頁巖資源;加拿大開發油砂資源;美國、加拿大開發頁巖氣資源，美國首先突破了頁巖氣開采技術，使世界頁巖氣進入大規模商業開發階段。全球非常規油氣產量快速增長，在全球能源供應中的地位日益凸顯。近年來，隨著開發技術的日趨進步，其市場角色和地位日益突出，成為世界勘探開發的新寵。

雖然原油價格在2014年下半年和2015年大幅下跌，但價格暴跌的陰影下也會透出一縷曙光。從歷史數據看，原油價格一直起伏不定，時而上升，時而猛降，而全球油氣的消耗量卻是逐年上升。國際能源署2014年報告稱，世界石油需求量正快速增長，因此提高了長期需求增長的估算量。并且，以往油氣行業在面臨價格低廉的挑戰時，均能采取措施提高油氣資源開發的效率走出低谷。產業低迷期正是我們抽出時間退一步通觀全局、審視過去、總結經驗、思考未來革新之路的時機。而環境問題正是我們站在“十三五”的歷史節點上，為保護綠水青山需要努力的方向之一。

非常規能源開發的相關環境問題

非常規能源開發過程中存在許多重要的環境挑戰，國內外相關文獻記載的環境影響類型有水資源利用和水質問題、溫室氣體排放和氣候變化、空氣質量、誘發地震、土地利用和棲息地破壞等潛在風險。比如，頁巖氣的開發可能會導致空氣中揮發性有機化合物、氮氧化合物和溫室氣體(如甲烷)濃度的升高，也對土壤和沉積物具有潛在的污染，鉆井廢物的泄漏可能會造成高度的鹽化和酸化。當土壤化學污染物受到流水的侵蝕或者徑流的沖刷時，可能會對周圍的環境造成污染。

(一)水資源利用及水質問題

與常規油氣開采和非常規油氣開采相關的其他水質問題的關注包括：地表溢出、礦坑泄漏、鉆孔和襯墊施工中淤積的液體對地下和地表水產生污染的風險。由于在開采頁巖氣和致密油時，短時間內需要大量的水來實施水力壓裂，所以也就出現水的消耗問題。用水問題包括獲取大量水可能對地表水資源、水流和水生生物(尤其是枯水期)的影響，以及其他競爭性用水的影響(例如市政或農業用水)。這些影響可能是區域性的或者局部的，可以隨季節或者較長期的降水變化而變化。

一般非常規能源的開采活動可以大致分為7個不同的階段：①打鉆孔;②混合壓裂液;③水力壓裂;④回收返排水或采出水;⑤廢水處理;⑥利用運輸工具和機械裝備;⑦封堵棄井。在水力壓裂過程中，使用的指定壓裂液包含水、支撐劑和化學添加劑。壓裂液的用量取決于頁巖地層的地質組成、所用的水力壓裂技術和鉆井過程的持續時間。壓裂液約92%~94%由水組成，其中6%~7%是溶解的壓裂支撐劑。每口井每次水力壓裂過程中的用水量在8000~19000立方米之間。余下的1%~2%的液體由不同的化學添加劑組成。這些添加劑由不同的化學物質組成，每一種都具有特定的功能。包括凝膠和交聯劑、減摩劑、腐蝕劑、PH調節劑、酸、緩蝕劑、防垢劑、鐵控制劑、粘土穩定劑、殺菌劑和表面活性劑。大量的返排液可能會對環境和人類健康造成影響。大約有10%~40%的注入壓裂液在水力壓裂過程中返回到地表。采出水不僅包含在水力壓裂前添加的化學物質，而且可能包含頁巖氣地層吸附的各種物質。返排水可能含有鹵化物(如氯化物、溴化物、氟化物)、鍶、鋇和通常自然產生的放射性物質(NORMs)，以及不同的有機或無機物質。除了水力壓裂，其他開發活動也會對環境造成危害。鉆井過程中所使用的管道結構和機械是水力壓裂液中化學物質泄漏到環境中的潛在途徑。鉆井生產能力不足后，連接到地層中的鉆孔將會被廢棄。按照規定用水泥漿和機械插塞對廢棄的井進行封堵。如果廢棄井處理得當，對淡水含水層的污染風險可以降低甚至沒有風險。

(二)空氣質量

與非常規油氣生產相關的氣體釋放也是一個重要的挑戰。在油氣生產的各個不同階段都能夠釋放大氣污染物。污染源包括襯墊、道路和管道的建設、鉆井和完井以及返排、天然氣處理、存儲和運輸設備。主要污染物包括甲烷(天然氣的主要成分以及一種強效的溫室氣體)、揮發性有機化合物(VOCs)、氧化氮、二氧化硫、顆粒物質以及各種有害的大氣污染物。根據環境保護署的報道，油氣工業是甲烷和揮發性有機化合物排放的一個重要源頭，揮發性有機化合物與氧化氮再反應形成臭氧(污霧)。

(三)誘發地震

大部分非常規油氣資源的開發都需要依靠向地下巖層注入大量液體，這種行為可能會激活附近斷層的滑坡而誘發地震。據統計，油田中不斷增加的液體灌注行為導致北美部分地區的地震發生頻率大幅增長。在美國中部，大部分誘發地震都與油氣開發活動中采出水的深部排放有關。相比之下，近幾年加拿大西部的許多誘發地震都與水力壓裂活動開展的時間和空間存在高度相關性。

在各種潛在的環境影響中，許多可能會隨著適當的安全措施、現有技術和最優方法而得到緩解。

國外相關管理經驗借鑒

(一)立法先行，加強監管。

美國一直在不斷完善對非常規油氣開發中有關環境問題的法律法規。2013年，美國頒布《能源開發法案》，該決議修改了《安全飲用水法案》(該法案最初于1974年由美國國會通過，并于1986年和1996年進行修改，主要宗旨是保護飲用水及其水源——河流、湖泊、水庫、泉水和地下水水源等)，禁止水力壓裂，除非個人提出進行水力壓裂作業時同意對地下飲用水源進行測試和報告要求。該立法要求在水力壓裂作業之前、之中和之后都需要測試。美國2015年的《壓裂化學用品責任和意識法》授權環境保護署根據《安全飲用水法案》來監管壓裂過程，對《安全飲用水法案》進行修訂：①要求公開壓裂過程中使用的化學用品;②廢除2005年已制定的《能源政策法》中水力壓裂免稅政策，將術語“地下注入”修改為包括水力壓裂作業中的液體注入，因此授權環境保護署根據《安全飲用水法案》來監管壓裂過程。2012年，根據《清潔空氣法》權限，環境保護署出臺了規定，需要在油氣生產中減少排放量，包括天然氣井水力壓裂所產生的揮發性有機化合物的排放量。《減少能源在空氣中傳播的有毒污染物對健康的影響法案》授權環境保護署統計油氣井、管道和相關部位釋放的氣體總量，以便控制有毒空氣污染物。2013年的《氣候保護法案》(Climate Protection Act)，S.332議案第301條中包含化學用品公開的規定。第302條要求環境保護署向國會報告天然氣基礎設施中揮發性甲烷的釋放量。此外，美國一直積極致力于：建立控制頁巖氣開采中排往公共污水處理廠的廢水的預處理標準;修訂水量標準使水生生物免受油氣開采過程中排放到地表水中的鹵水影響;要求提供水力壓裂化學品有害物質報告，以便規范或管理與非常規油氣生產有關的活動。

在加拿大，各省負責管理并通常擁有本省陸地自然資源，其中包括：石油和天然氣，同時也是地表水和地下水資源的監管者。一些省份規定開展地球物理以及鉆井活動需要辦理許可證，而在另外一些省份，鉆井施工、完井、水力壓裂、鉆井的改造及廢棄都需要辦理專門的許可證。土地使用需要租賃合同，用水則需要辦理取水許可證。同時還有規定要求及時提交鉆井報告(套管和固井報告)、鉆孔地球物理編錄資料(巖性評價)以及測井數據(儲層評價)，并且要立即或者在結束短暫的保密期(根據鉆井類型以及各省規定的不同一般為3個月至3年)后向外界公布。各類生產活動都被納入在強大的省級或者聯邦政府法規的監管之下，以保護環境不會遭受破壞，包括空氣質量、農業及林業用地、國家公園、野生動物棲息地、可飲用的地表或地下水。在加拿大東部，勘查和鉆探活動(如地球物理、鉆探及完井工作)的相關法規在各省由不同部門分別監督執行，環境問題(如水資源提取、水及空氣質量、天然氣燃燒以及壓裂操作的監管和許可)相關法規通過環境部監督執行。在西部省份(不列顛哥倫比亞、阿爾伯塔省)，油氣工業大部分活動的監管通過不列顛哥倫比亞油氣委員會和阿爾伯塔能源監管局執行。

法律促進技術發展，但不會對相關技術對社會和環境保護造成的不確定性后果和潛在威脅予以過度妥協。應將預防和防治原則作為規范開采活動的兩個主要工具，在非常規能源開采的技術發展的促進和抑制之間達成平衡。

(二)重視研究，加強合作。

油氣公司和監管機構需采取進一步的措施來保護水質、管理水資源的使用及廢水的處理，公開報道整個壓裂和凈化過程中用水的成分和流程，公開壓裂液成分并對井開發和建設(尤其是下套管、固井和壓力管理)采取最佳操作，也需要通過減少有毒氣體、臭氧前體物、甲烷和其他污染物的排放來保護空氣質量。

2012年4月，由美國能源部牽頭，與環境保護署和內政部(DOI/美國地質調查局)共同簽署了制定多家機構的研究計劃的協議備忘錄，以解決安全和慎重地開發非常規頁巖氣和致密油相關的最優先研究的問題，并于2014年7月共同發布了一項非常規油氣研究和發展的戰略。通過跨部門工作組來協調機構的活動并從事長期規劃，確保研究、資源評價和基礎設施建設的協調。

(三)改良技術，降低風險。

對非常規油氣開發的可能風險進行評估，并采取措施將其降到最低。通過改良技術、預測風險等措施積極引導開發活動不斷朝著綠色環保的方向發展(如采用“綠色”添加劑、地下水監控、返排水和采出水的回收利用、壓裂液添加劑的公布等等)，在一些情況下，需要設立相關法規提出硬性要求。

在美國，由于更加嚴格的環境規章的發布和實施，水力壓裂廢水管理趨勢已經隨著時間逐漸轉變，從最初的廢水處理設施中處置到重新利用和深井注入。目前，在后續水力壓裂作業中重新利用返排液和采出水是普遍趨勢。內部重新利用使廢水的環境影響和處理成本最小化，同時降低了淡水作為壓裂液的需求量。當然，為了使這些壓裂液達到重新利用的要求，還需要更多“高級”處理技術，如蒸發和結晶技術、反向滲透、膜蒸餾、正向滲透、生物技術等。