非常規油氣資源開發下的水土保持功能研究

王甲山，全凌艷， 鄒 倩

(東北石油大學 經濟管理學院，黑龍江 大慶 163318)

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非常規油氣資源開發下的水土保持功能研究

王甲山，全凌艷， 鄒 倩

(東北石油大學 經濟管理學院，黑龍江 大慶 163318)

在加大對非常規油氣資源的開發的同時，水土保持等生態環境問題也日益突出，其開發的地質復雜、技術需求高、綜合利用低等特點要求建立與非常規油氣資源開發配套的水土保持機制。非常規資源開發下通過土地、土壤、植被、水等因素對水土保持功能產生巨大的影響，要求采取制定保持水土功能計劃、加大政府支持力度、開發核心技術等措施保持水土，以促進環境與經濟協調發展。

非常規油氣資源；水土保持功能；水土流失

隨著常規油氣資源的迅速消耗，全球油氣資源的開發已經發展為由傳統為主向常規與非常規并重的局面，非常規油氣資源的大量開發將致使大面積占用土地、破壞地表植被、污染土壤及地下水、降低涵養水源能力、加重水土流失等問題，甚至出現地質結構變化而引發地質災害。非常規油氣資源開發的特殊性決定其對環境的影響較常規油氣更深遠，其中對水土保持功能的影響也較為突出。因此，有必要深入研究非常規油氣資源開發對水土保持功能影響。

一、非常規油氣資源界定及其開發特點

非常規油氣資源在油氣藏特征或成藏機理方面區別于常規油氣資源，是采用傳統開采技術通常不能獲得的經濟產量的油氣藏，但兩者之間的界限可隨技術水平和價格的變化而變化，不同國家對其極限的設定也不盡相同，例如我國大部分致密砂巖中的石油、天然氣可被開發，便不再強調其非常規性，本文主要以我國普遍對頁巖油、頁巖氣、煤層氣等非常規油氣資源開發狀況為例進行分析。

我國油頁巖資源約7199.37*108t，居世界第四位，僅次于美國、巴西和愛沙尼亞，我國埋深1500 m以內的煤層氣可采資源量約 10.9 ×1012 m3[1]，2 000 m 以內的煤層氣地質資源量約36.8 ×1012 m3，居世界第二位，資源儲量豐富，但油氣資源開采狀況卻呈倒三角式分布，如圖1所示，頂部為常規油氣資源儲層，質量和資源品質好且易于開發，但儲量少。隨著儲量的增大，儲層質量和資源品質下降；非常規油氣資源處于三角底部，一般呈大面積分布，儲量豐富，開發具有以下特點：

圖1 油氣資源三角分布圖

(一)開采連續且不集中

非常規油氣資源空隙小、喉道小，沒有統一的汽油水分離狀態，呈現大面積連續分布但不集中。

(二)地質開采復雜

其一，非常規油氣成藏條件復雜，儲層物性差，開采難度大；其二，主要在沉積盆地內的斜坡與向斜區大面積連續分布，以盆地丘林為主，地質條件復雜。

(三)技術需求高

地質構造復雜要求技術的先進性，而不同類型的非常規油氣資源需要不同的技術支持，要求技術的針對性，這就大大提高對技術的需求。

(四)綜合利用低

特殊的地質條件和我國現有技術限制，開采的難度大，且資源品相低，開采過程中伴有浪費現象，導致綜合利用率低。如煤層氣的開發通常使用“先抽后采”的方法，過程中抽出率不高和采煤中氣體流失使得抽采率低，而濃度過低則使煤層氣利用難度大，綜合利用差。

二、非常規油氣資源開發對水土保持功能的影響分析

(一)非常規油氣資源的開發對水土保持功能的影響機理

水土保持功能是指水土保持設施、地貌植被所發揮或蘊藏的有利于保護水土資源、防災減災、改善生態、促進社會進步等方面的作用[2]。主要包括以下幾個方面：保護水土資源功能，即預防和減少水土流失，提高土壤水源涵養能力、質量及其生產力等；改善生態功能，即確保常水流量和水質，增加植被覆蓋率、改善生物多樣性等；防災減災功能，即減輕風沙、滑坡泥石流、塌方甚至地震等災害；促進社會進步功能，即優化土地利用結構和農村生產結構，促進農村經濟發展，改善城鄉生活環境，保障經濟社會可持續發展等，其中，水、土壤、植被等因素是影響水土保持功能的決定性因素。

非常規油氣開發對水土保持功能的影響體現在破壞水土資源、影響生態環境、引發自然災害、影響生產生活四個方面，主要通過作用于土壤、植被、水等因素對其水土保持功能產生影響，具體如圖2所示。

圖2 非常規油氣開采對環境影響圖

非常規油氣資源的開發需要大量占用和開發土地，破壞地表植被，土壤功能下降，涵養水源能力減弱，直接造成水土資源的流失，降低土地生產力，水土資源功能受損；污水的排放污染地表水和地下水，并反作用于土壤和植被，造成水質下降，植被生長環境改變，森林覆蓋率降低，破壞生態平衡；開發過程改變原有土地的利用方式，導致農業生產結構發生變化，甚至改變地質結構，引發地質災害，影響周邊人類生產生活和經濟的發展。非常規油氣的開采過程極易通過破壞和污染造成水土流失，破壞生態和社會平衡，最終反作用于人類，形成惡性循環。

(二)土地利用的影響

1.土地占用的影響

(1)占用地形特殊。非常規油氣有別于常規油氣，主要在沉積盆地內的斜坡與向斜區大面積連續分布[3]，以盆地、丘陵山地為主。我國頁巖氣主要分布在位于或接近于盆地的沉降沉積中心，如鄂爾多斯、渤海灣、松遼、塔里木、四川、準噶爾等油氣盆地，南方多位于像長寧、威遠這樣的丘陵低山地，耕地肥沃但面積不多，交通和水源受限，且人口相對稠密，造成井場選擇受限，鉆前工程量大、成本高，而且受到環境因素制約多。在開發非常規資源的過程中首先進行配套常規設施的建設，如頁巖氣開發需要建設水力壓裂設施，并建立相應的勘探區和開采區，必將占用土地改變原有土地利用類型。煤層氣多分布在具有生氣能力的煤巖內部，大都集中在華北和西北干旱地區，相對水源缺乏，其開發所建鉆井、完井、壓裂、排采等設施更是改變土地利用類型，容易使風力侵蝕造成土壤剝蝕和搬運，影響防風固沙等水土保持循環。

(2)占用面積較大。頁巖氣沉積一般是大面積且連片的，頁巖氣井水力壓裂過程中還需要大量大型施工設備，需要挖掘配套的壓裂液儲蓄池，對壓裂設備進行布置等，與常規油氣相比，鉆井面積更大，占用土地面積也就相對更大。美國曾有研究，把道路、平臺及管道建設等用地因素包括在內，一口頁巖氣井平均使用約16.2公頃的土地，而我國頁巖油氣、低滲透天然氣等非常油氣資源開發在鄂爾多斯大牛油田、勝利油田、蘇里格南等區域實現“井工廠”標準化作業，但絕大部分仍然處于分散化作業，標準化井廠設施和地面工程的生活設施、井場道路與井不能有效的占地，合理利用土地，從而使土地占用面積增大。

(3)占用時間長。頁巖氣開發周期一般30—50年，且因其儲物性差、孔隙度和滲透率低開采所需技術要求高，因此在資源勘探開發施工建設過程中簡歷的井場、計量站、集氣站、抽水站、集中處理站等建設占地以及輔助工程設施占地，在時間和技術難度的影響下，屬于長久性占地，各種設施占用的土地長時間的對土地的占用會影響人們生產生活。

2.地表植被及土壤的影響

(1)破壞地表植被，影響生態平衡。頁巖氣的勘探、開發和生產過程需要建設井場建設、道路建設、開采平臺和鋪設管道等基礎設施，地面的開挖和回填等地面工程會對土壤原有層次進行破壞，使不同層次的土體混和從而影響原有耕層土壤的肥力；煤層氣原巖的煤巖形成于適應植物生長的沼澤環境，在對其開發過程需要將植被鏟除，植被的破壞降低沼澤的涵養水分保持水土的能力，降低土壤肥力。無論是大面積長時間的占用土地還是施工過程中機器的碾壓和施工作業隊土壤的擾動都會對地表植被產生破壞，影響土壤的緊實度，造成土壤擾動，改變土地利用類型，導致水土流失、地表沉降和自然災害等環境問題，從而影響動植物生存環境，破壞生物多樣性，倘若處在農墾區，還會占用大量的耕地資源，加劇土地矛盾，影響生產生活，破壞生態平衡。

(2)污染土壤，影響植被生長環境。油頁巖可通過地下或者露天進行開采，采取任意一種開采方式，生產過程中都會使用或產出的各種污染物質(油污、壓裂液、返排水等)，這些污染物會隨地下水運動到地表，不僅會污染地表土壤，還會使地下水水位下降，擾亂地下水平衡系統，影響植被生長的水土環境，還有可能導致周圍地面、湖泊中硫酸鹽含量超標。另外，油頁巖干餾煉油和燃燒發電也可能引發煉油污水排放，嚴重污染土壤，影響植被生長的環境。如在頁巖油的開采過程中，稠油黏性大，而地質復雜加上降水稀少，落地原油一般僅在灑落范圍內對表層土壤造成嚴重污染。

(三)水循環系統的影響

油氣田開發過程中石油開采工程正常運行情況下，短期內一般不會對地下水產生影響，但長期技術性開采作用于特殊的地表結構，很可能影響地表結構，造成地表下陷，污染地表水和地下水，影響水系統循環開采過程通過兩種途徑對地下水產生影響，一是泄漏于地表，一是反排地下。

1.泄漏于地表

頁巖氣的開發目前已應用大規模水力壓裂技術，需要用地面高壓泵把水和沙制成壓裂液，其中包含大量化學物質，并將其注入巖石深處進行壓裂，水作為主要因素耗費量巨大，一次便高達數百萬噸，而非常規油氣所處地質的復雜性及脆弱性決定在開發過程會造成地質結構的改變，頁巖油多數位于西北及東北干旱缺水地帶，巖石的壓裂形成地下水降落漏斗區，地表下陷加之土壤空隙大，污染物會隨地表徑流流經大量區域，并殘留在地表土壤，嚴重影響植物的供水環境，威脅其生存，加速荒漠化進程。

2.反排于地下

頁巖氣采用水力壓裂法，部分污染物會從地表并深入土壤、進入地層，返排于地下，污染地下水。在壓裂完成后會有10%～80%注入液經流地下水返回地表，其中包含壓裂液中的大量化學物質與地下一定量的重金屬、烴類化合物等有毒物質，還可能含有笨、鈾、K鹽等放射性物質，地表下陷加速了地表水和地下水的循環的速度，為有毒物質進入地下水并通過地下水再度污染地表水提供條件。這些有毒物質不僅危害土壤和水質的安全，還有可能對周邊的動植物甚至人類的生存環境產生威脅，加速水土流失，導致生態環境惡化。

(四)地質結構的影響

非常規油氣資源分布面積廣且不集中，大規模分散化的開采受地質條件的限制，易在開采過程中引發斷層活化、地表活躍，極易改變地質結構，引發地表下陷和塌方，嚴重時可能誘發地震和滑坡等地質災害的風險。

1.引起下陷和塌方

頁巖地層巖性硬脆、層理發育，且存在一定垮塌周期，因此在鉆井過程中極易出現垮塌[4]，且頁巖對流體敏感性強，水基鉆井液長時間浸泡易導致頁巖膨脹，出現坍塌。如我國四川盆地威遠、長寧龍潭鋁土質泥巖極易水化膨脹，引起垮塌。威201-H1井盡管采取相應的防踏體系來預防塌方等地質災害的出現，但受地質條件的限制，仍舊在開采過程中出現井壁垮塌事故。南方人口稠密，塌方的出現影響地質環境問題，降低水土保持能力，迫使當地居民搬遷，破壞當地穩定生態環境，影響群眾生產生活。

2.引發地震和滑坡

出于地震在全球開發的時間頻率考慮和頁巖氣開采深度與誘發地震震源深度有較大差度的考慮，我國乃至國際對此結果有很大爭議。美國頁巖氣開采歷史長規模大，美國地質調查局對擁有的3.5萬口頁巖氣井所在地區進行了監測，并在2013年4月16日的美國地質學年會上發布一份報告認為由于人為活動美國中西部地區近十年來的地震現象頻發。調查顯示，以2000年為限，前三十年該地區平均每年地震次數為21，自開發頁巖氣資源以來直到2011年，地震次數每年呈遞增趨勢，2011年高達134，且高震級的地震次數也有所提高，而美國其他開發非常規油氣資源的地區也相繼出現微震，如美國阿肯色州、賓夕法尼亞州，這不僅引起美國重視，也需要引發我們的思考。我國頁巖氣開發尚在起步發展階段，須借鑒發達國家先進的研究成果，且我國大部分頁巖氣資源位于四川盆地等西南地區，本是地震頻發，若加注非常規資源開發很有可能引發地震等大災害，引發山體滑坡、造成地表開裂，毀壞農田房屋以及建筑設施，增大水土流失面積。

三、預防對策

為保持水土，保護生態環境、促進人與自然和諧發展，必須科學綜合運用宏觀調控政策，調整生態環境保護和非常規油氣開發之間利益關系的環境經濟政策，完善水土保持機制，協調開發與保持水土之間的關系。

(一)制定保持水土功能計劃

1.合理占地，統籌安排

對永久性占地進行合理的規劃，在過程中應盡量避開植被生長狀況好的地區和水土流失嚴重地帶，如果無法避免應該在建設過程中盡可能將建設面積控制，外部集輸管線和現有管線合并，找到非常規油氣資源的密集地，統一開發，統籌安排。如在一個盆地同時有煤層氣和頁巖氣，開發同一口井同時進行開采，從而節省土地，保持水土，發展標準化作業，多口井公用生活設施和地面工程，建設井場面積，合理保證土地資源。

2.合理處理污染物

建立嚴格的監控程序，開發非常規油氣資源產生的廢水進行處理，不達標絕不排放，對不能處理的污染物進行集中治理；加大對井場衛生的整飭力度，堅持“誰污染，誰治理”的原則，減少生活垃圾的污染；道路兩邊、井場周圍努力植樹造林，為涵養水源保持水土提供條件，保持土壤肥力。

3.加強對地質災害預防和處理

在非常規油氣資源開采前，對地質條件進行分析，對地質薄弱地區建設保護設施減少開發對地質條件的影響。當采用先進的開采技術后仍產生地質災害時，進行災后水土保持設施重建，并根據受災區地質條件區別治理。在平原地區恢復草木種植，發展畜牧業，在缺水山區地區，可以種植當地林木，植樹造林，發展林業[5]，在多水丘陵區，可以修建蓄水池發展灌溉業，修建魚塘發展漁業，因地制宜，提高森林覆蓋率，涵養水源保持水土，改善生態環境。

(二)加大政府政策支持力度

1.加強稅種改革

非氣資源開發面臨成本高、開發難度大等問題，國家稅收政策不完善會導致在成本負擔過重的情況下企業忽視開采帶來的水土問題。改革資源稅，將涉及植被、土壤等資源納入征稅范圍，并對煤層氣之外的其他非常規油氣資源開采據開采難度實行減征，必要時免除；開征環境稅，“改費為稅”取締排污費，制定“環境保護稅法”，開征獨立的環境稅[6]，完善環境治理的稅收政策。這樣既增加企業環境污染破壞的代價，保持水土，又相對減少非常規油氣企業開采成本，為企業負擔水土保持責任提供前提。

2.完善稅費優惠政策

2014年國務院提出加大政府對非常規油氣資源勘探開發的支持力度，并出臺《水土保持補償費征收使用管理辦法》，提出對容易發生水土流失等生產建設項目和活動征收水土保持補償費，但仍存在局限性。需要建立統一名稱和征收標準的補償制度[7]，按油氣開發階段差異化計征，并根據非常規油氣品相、所處地質條件給予優惠政策和對其開發過程中水土保持恢復活動的補貼。從前期的勘探、開發、開采及環境的治理都需要政府的支持，不斷將國際開采非常規油氣資源的先進技術與我國獨特的資源分布和復雜地勢相結合，促進非常規油氣的綠色開發。

(三)結合油藏特點形成核心開采技術

引進先進的開采技術如鉆井技術、儲層改造技術、排采技術、儲層壓裂及重復壓裂技術等，形成中國核心技術。美國頁巖氣分布德克薩斯州、賓夕法尼亞州等平原地區，而我國非常規油氣資源北方多集中在盆地，南方多集中在山地丘林，儲量雖大，但因地質環境復雜開采難度大，美國鉆井設備簡化與規模化開采模式難以照搬，這就受到本土成藏特點和開采技術的限制。吸收美國“井工廠”技術在開發致密砂巖氣、頁巖氣中運用的經驗，依據我國巖脆性較高、脆性指數大等限制條件，建立評價技術，采用地質、測井等方法評價源巖的性能、含氣量、分布范圍和豐度等參數，以確定儲層性能和開采的有利區域；深入學習分段壓裂技術、水平井鉆井技術和物探技術，在分析我國成藏機理的基礎上把我國特殊的地質環境和先進技術結合起來，開展個性化設施和配套技術的研發，實現“井工廠”鉆井技術有效化運作，減少井場面積，最大程度在保持水土的基礎上實現資源開發。

(四)正確處理開采過程中的經驗教訓

在頁巖氣、煤層氣、頁巖油等非常規資源的開發過程中出現許多經驗教訓，通過對其的學習深入了解，對以后開發過程將出現的問題有效的預防。威201-H1井是國內第一口頁巖氣水平井，因為對其頁巖力學特性認識不足，頁巖巖石應力、垮塌機理缺乏認識導致大斜度段頁巖嚴重垮塌，通過對頁巖巖石特性和垮塌機理等研究對頁巖油和頁巖氣開發提供依據，預防和避免以后坍塌甚至地震等事故的發生，無形中減少水土流失的可能。

非常規油氣資源作為以后油氣資源的重要接替對象，開發前景可觀，但其開發的特殊性又決定了在開發過程中帶來的環境隱患較常規油氣資源更大，資源開發過程仍存在土地不合理利用、植被破壞、土壤及水循環系統污染、災害頻發等現象，導致水土流失問題嚴重，生態危機加劇。為實現綠色發展，需要堅持“計劃為主、政策為輔、防治結合”的原則，依據非常規油氣資源開發的特點，運用行政手段加以調節，制定計劃、加大政策、依靠技術，以期實現在保持水土的生態平衡下滿足經濟需求。

[1] 黃鑫,董秀成,肖春躍,鐘水清,李克智. 非常規油氣勘探開發現狀及發展前景[J]. 天然氣與石油,2012(6).

[2] 王冬.水土保持補償費計列方法探討[J]. 亞熱帶水土保持,2013(3).

[3] 賈承造,鄭民,張永峰. 中國非常規油氣資源與勘探開發前景[J]. 石油勘探與開發,2012(2).

[4] 楊火海. 頁巖氣藏井壁穩定性研究[D].成都：西南石油大學,2012.

[5] 水利部人事司.〈中華人民共和國水土保持法〉釋義(三)[J]. 中國水利,2011(8).

[6] 李紹萍,郝建芳,李悅.資源環境約束下的中國稅制低碳化改革研究[J]. 環境保護,2015(17).

[7] 王甲山.油氣生產建設視域下的水土保持補償費制度研究[J].生態經濟，2014(1).

(責任編輯：李瀟雨)

Research on the Conservation of Water and Soil Under the Development of Unconventional Oil and Gas Resource

WANG Jia-shan,QUAN Ling-yan, ZOU Qian

(School of Economics and Business, Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China)

Eco-environmental issues are increasingly severe with the development of unconventional oil and gas resource. Accordingly a system of water and soil conservation is needed due to the complexity of geology, high requirements for technology and lower efficiency for integrated utilization. Unconventional oil and gas resource development has a significant influence on water and soil conservation through the soil, vegetation and water. For a coordinate development in both environment and economy, a project for water and soil conservation, strong support from the government and core technology are definitely necessary.

unconventional oil and gas resource；water and soil conservation；water and soil erosion

2016-10-06

2014年國家社會科學基金項目“我國油氣資源開發的水土保持補償制度研究”(項目編號：14BJY028)；2014年中國石油天然氣集團公司軟科學項目“油氣資源開采生態環境稅費相關法律問題研究”(項目編號：中油研20140208)。

王甲山，男，東北石油大學經濟管理學院教授，博士。

F124.5

A

1008-2603(2016)06-0008-05