加拿大页岩气生产与环境问题概况(一)

本文前面的部分主要介绍了加拿大页岩气的勘探与生产情况。首先阐述了该国页岩气开发的历史背景及现状,然后着重介绍了主要页岩气靶区的地质背景概况,尤其是一些在采或尚未开发的较为著名的页岩单元的主要地质特征。随后简要概括了水力压裂改造活动的实际情况及页岩气工业的用水状况。最后对与环境和页岩地层本身地质特征相关的研究工作进展进行了梳理。在本刊第8期将继续介绍加拿大页岩气开发所引起的公众关注和建议以及与钻井及压裂相关的法规,并详细地论述尤蒂卡页岩(Utica)的相关历史背景、社会环境和勘查活动历史。

1 引言

在北美地区,水力压裂技术被用于常规油气储层生产井改造已经有超过60年的历史。环境问题主要来自7个方面,这7个方面本身与6类活动相关,如表1所示。

表1 与页岩气及致密气工业相关的受关注的问题与活动

2 总体背景

截至目前,加拿大油气井总数已超过50万口,其中37.5万口位于阿尔伯塔省。2010年,加拿大的一次能源产量已达16495兆焦耳。化石能源占据了最大的比重,大约95%的天然气为常规天然气,剩余5%来自煤层气及页岩气。

图1 加拿大含干气页岩气地层

加拿大第一次页岩气生产始于2005年的蒙特尼(Montney)远景带,以及2007年的霍恩河(Horn River)地区(图2和图3)。截至2012年底,用于页岩气勘探及生产或者用于天然气开发的钻井总数已超过1100口,其中大部分分布于不列颠哥伦比亚省和阿尔伯塔省。尽管如此,相对于美国,加拿大非常规天然气的发展仍然处在初期阶段。

图2 加拿大页岩及致密砂岩非常规烃类年度完工钻井数量,

图3 非常规天然气产量在不列颠哥伦比亚省天然气总产量中的占比

目前加拿大多数页岩气及富液态烃页岩气的钻探及生产活动都集中于不列颠哥伦比亚东北部地区(图1)。

3 加拿大主要页岩气靶区地质概况

加拿大显生宙层序包含数量众多的沉积盆地,其中发育厚薄不等的富含有机质的页岩互层。目前它们有些已经处于生产阶段,有些则处于从勘探到天然气储量估算的不同阶段。本节着重介绍一些最著名的在采或尚未开发的页岩单元的主要地质特征。魁北克上奥陶统尤蒂卡页岩在此不做讨论,相关论述可参见Lavoie等人的文章。表2为相关页岩地层或盆地的面积以及预计的资源量及可采储量。

表2 加拿大主要盆地和主要页岩气地层展布面积及储量

4 压裂概况

仅在阿尔伯塔一个省,曾经进行过水力压裂改造的钻井总数已超过17.5万口,相关事故很少见诸报道。在不列颠哥伦比亚地区,霍恩河盆地采用滑溜水压裂,而在Monteney地区对富液态烃页岩以及粉砂岩的压裂则主要采用泡沫压裂技术。尽管丙烷和化学添加剂在多数滑溜水中的含量低于2%~3%,但是水力压裂过程中所使用的化学添加剂是加拿大民众关注的焦点之一。目前加拿大禁止使用无水泥衬里的水池。阿尔伯塔省曾经发生了两起与水力压裂相关的事故。

5 水的使用

Johnson和Jonson(2012)利用来自5个不同盆地7组地层约500口井的数据进行估算显示,泡沫压裂与滑溜水压裂的用水量之间存在着数量级上的差异。在不列颠哥伦比亚地区,每个井场目前一般拥有6~8口井,但是其钻井数量可增加至21口。因此,水的问题主要与页岩气开发的强度相关。据报道,在不列颠哥伦比亚地区单口井在其压裂过程中用水量从2000立方米到10万立方米以上不等在不列颠哥伦比亚地区,水资源的获取问题是水力压裂的关键问题。遗憾的是,目前对加拿大的大部分地区淡水含水层的基底深度知之甚少。

6 研究进展

尽管页岩气的开发主要由各省管辖,但是加拿大地质调查局还是于2011年开始牵头,与各省以及高校合作开展了几个新的以页岩气勘探和开发不同方面为重点的研究项目。第二个主题为环境方向。
许多省份也开展了相关的研究工作,这些研究工作一般以学术界和政府合作的形式展开。
一些省份开展了区域水文地质特征的研究。

图4  加拿大区域含水层研究工作区分布图

萨斯喀彻温和不列颠哥伦比亚省也开展了不同层次的含水层表征工作,主要提供了含水层脆弱性指标以及含水层分类。图4所示为在研和结题的区域性含水层研究区的分布情况。

资料来源:C Rivard,D Lavoie,et al. An overview of Canadian shale gas production and environmental concerns. International Journal of Coal Geology, 2014,126:64–76.

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