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石頭變黃金

2014/07/05 經濟部能源局 點閱人次: 428

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撰文/張心紜 關鍵字/頁岩油氣、水平鑽井、水力裂解石頭變黃金

備受矚目的能源新星加上愈發成熟的開採技術,帶來了翻天覆地的影響,它所造成的巨變,超乎想像。

改變世界的石頭

一層層節理分明、像書頁般的岩石,上頭隱約可見古代生物的化石,若說這層層岩石蘊藏著足以改變世界的能量,你或許半信半疑,但改變,已然發生。

由古代沉積物經千百萬乃至數億年堆疊而成的頁岩地質層,在形成過程中受到擠壓而出現變形或移位時,便會產生縫隙,只要地理條件合適,這些細密的裂縫與孔隙中,即有可能積存天然氣或石油。

很早以前,科學家們就知道了頁岩構造中有油氣的存在。時間推回至1821 年,美國的第一口天然氣井,就打在紐約州佛瑞多尼亞(Fredonia)附近8 公尺深的頁岩層上,所產的氣體可供4 間店鋪與1 個磨坊使用。

然而,這種在地表淺層出現的頁岩十分罕見,一般來說,頁岩層通常在地底2、3 千公尺處才會現蹤,深度深,加上孔隙小使得氣體難以在其中流動,若以傳統鑽鑿垂直井的方式進行開採,很難將被困住的天然氣釋放出來,因此產量很低,不具經濟價值。1980 年代,美國人喬治米契(George P.Mitchell)開始於德州礦區進行頁岩氣開採技術的研究,經過近20 年的不懈努力,終於在1998 年取得重大突破─合併使用水平鑽井與「水力裂解」(hydraulic fracturing,又稱液裂)的新技術,頁岩氣這才從紙上談兵,落實為白花花的鈔票,而中西部在恐龍時代曾是一片淺海、擁有大量含油氣頁岩分布的美國,也搖身一變成為超級天然氣與原油生產國。

鑽頭轉彎,石縫擠藍金

水平鑽井加上水力裂解,讓頁岩氣的開採進入了商業化時代,到底這2 項技術是如何讓石頭生出天然氣的?「以往鑽油井都是垂直往下鑽,水平式鑽井是先垂直鑿井數千公尺至頁岩層後,鑽頭轉個彎,改往橫向鑽探。」中油公司探採事業部國外業務處副處長胡大任解釋。 目前水平鑽井的距離大約2 千公尺,一次垂直鑽井又可同時對不同方向做水平鑽井,於是,只要在地表上打一個洞,下面就會像八爪魚般的延伸,四面八方尋找氣田儲量豐富的位置。

鑽出深井後,接著就要把穿孔槍(perforatinggun)送進井底,利用微量炸藥在頁岩層中轟擊出如針織般密布的小孔,然後以高壓注入上萬公噸混有水、細砂與化學藥劑的液體擠裂地層,貫通其中無數比毛髮還細的裂縫,液體中的沙粒將撐住這些密密麻麻的裂隙通道,使其保持開啟,如同做心臟支架手術,讓阻塞的血管維持暢通一樣,地層中的油氣於是將通過裂縫流向井筒,再流至地表生產。

這種用水壓加特殊的液體爆破石頭,將深鎖在裡面的油氣逼出來的方法,就是「水力裂解」。

「擁有完整頁岩氣開採產業鏈、技術又較成熟的美國,目前最快10 多天可以打完一口井,若加上液裂,最快40 天油氣就可以跑出來。」胡大任說。

當鑽井與水力裂解完成後,井場便會被拆除,讓地表盡可能還原至未開挖前的樣貌,僅留下密封的井口和管路,由電腦遠端操作持續開採,單一口井可產氣數年至數10 年不等。

很多人說,頁岩氣是上帝送給美國的大禮,的確,在那裡,物豐價廉的頁岩氣已邁入了製造業的流程,它的乙烷、丙烷成分成為了塑膠、聚脂纖維等原料,不但可以做衣服、飲料瓶,還能加工做成電腦及汽車的外殼,根據美國能源資訊局(Energy Information Administration,簡稱EIA)的預測,因為頁岩氣,美國更將自2018 年起成為天然氣淨出口國。

然而,這個能源新寵,似乎是一個不完美的禮物。

風光背後的代價

「美加地區規定,油氣商買地後的2 到3 年內,1平方哩至少需鑽1 口井,才能保有生產礦權,藉以促進區域的油氣開發。」中油公司諮議委員呂明達表示。這項規定讓近年美國頁岩氣的產量激增,而隨著開採活動在各地如火如荼地展開,它對環境可能造成的影響也日益顯露。

2011 年11 月,奧克拉荷馬州發生芮氏規模5.6、近60 年來的最大地震,專家認為,地震的發生與開採頁岩氣有直接關係:當水力裂解使用過的廢水打入地下深井封存,進入岩層裂縫的水將對斷層線起到「潤滑」的作用,導致斷層滑動而引發地震。

美國地質調查局(United States Geological Survey,簡稱USGS)的數據顯示,2010 至2012年間,美國中部及東部地區發生了近300 起芮氏規模超過3 的地震,反觀1967 至2000 年間,年均地震次數僅為21 次。雖然讓地震發生率大幅上升的兇手究竟是誰,目前尚未有定論,但可以肯定的是,「開採頁岩氣」背負了重大的嫌疑。

此外,液裂法每次約需1.1 至1.9 萬公噸的水,如此可觀的水量是否會與其他的用水需求產生衝突;以及為使作業過程更具效率,用於液裂的液體通常會添加酸性物質和氯化物等化學製劑,雖然只占不到百分之1 的量,是否可能因為化學物質外洩而造成土壤與地下水源的污染,種種疑慮讓環保人士發出反對的聲浪,也讓部分地區至今仍持觀望的態度,擁有礦脈、存量亦不少的法國,甚至立法禁止開採頁岩氣。

儘管爭議不斷,一場以頁岩油氣為主角的能源革命戲碼還是持續上演,從亞洲到大洋洲,許多國家爭先恐後地搶著挖角,這場戲會帶來什麼樣的效應?我們除了掏錢看戲外,是不是還能做些什麼?


關鍵字:頁岩油氣,水平鑽井,水力裂解石頭變黃金

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