美國水力壓裂

美國水力壓裂談論的是美國利用水力壓裂工藝開採油氣的歷史，以及當前實際情況。美國最早在1949年即開始使用這項工藝。根據美國能源部 (DOE) 的資料，迄2013年，美國已至少有200萬口油氣井進行過水力壓裂作業，而在新鑽探的油氣井中，有高達95%是採用水力壓裂的方式。這些井的產量佔美國石油的43%和天然氣的67%。與水力壓裂相關的環境安全和健康問題在1980年代出現，在州和聯邦層級為此的辯論仍在持續進行中。紐約州在2010年以行政命令禁止大規模水力壓裂，因此該州此類的天然氣都產自禁令發布前已完成的鑽井。佛蒙特州並無已知可供壓裂生產的天然氣儲量，但於2012年5月根據預防原則，禁止在當地使用水力壓裂。馬裡蘭州在2017年3月禁止使用水力壓裂，是美國第二個擁有已探明天然氣儲量，而受到禁止使用這種開採法的州。在華盛頓州，由於州參議會以29票對18票和眾議會以61票對37票透過，州長傑伊·英斯利在2019年5月8日簽署SB5145法案，讓該州成為美國第4個禁止水力壓裂的州。華盛頓州並未生產石油和天然氣，在法案透過時，當地並無水力壓裂作業存在。由於德克薩斯州利用水力壓裂生產的石油和天然氣供需不平衡，對當地工業產生越來越大的挑戰，對環境的影響也越來越劇烈。在2018年，石油生產時附帶產出的天然氣過多，以至銷售價格轉為負數，迫使業者利用燃燒的方式把多餘的天然氣燒掉，數量增加到創紀錄的每天4億立方英尺。 到2019年第三季度，僅該地區的多餘天然氣產量幾乎增加一倍，達到每天7.5億立方英尺，這一數量遠超過德州的全部住宅所需。歷史.非水力壓裂方式.利用壓裂手段作為一種刺激淺層硬質巖層中油井的方法可追溯到1860年代。賓夕法尼亞州把含油地層壓裂。相同方法後來被應用於水井和天然氣井。在1930年代引入酸性液體來替代爆炸方式，以刺激油井增產，酸蝕能讓裂縫維持開放狀態，提高生產率。注入水和具有相似的效果。採石.據服務於美國地質調查局採用水力壓裂方式把花崗巖塊從基岩剝離。油氣井.在前身的Stanolind Oil and Gas Corporation服務的Floyd Farris深的含氣石灰岩地層中。那次實驗，因為產量沒明顯變化，不算很成功。同樣在Stanolind Oil工作的J.B. Clark在1948年將這項實驗的報告以論文方式發表。這項工藝在1949年取得專利，由哈里伯頓油井固井公司獲得獨家授權。1949年3月17日，哈里伯頓率先在和阿徹郡 (德克薩斯州)進行兩次商業水力壓裂處理。從那時起，這種工藝被用在各種地質條件，以刺激油氣井生產。《新聞週刊》在1950年6月報導說，當時已有300口油井採用這種新技術。在1965年出版的刊物中談到水力壓裂時，寫道：“由於有壓裂技術，今天才會有許多油氣田存在，如果沒這項技術，在過去的15年中，許多會因產量貧瘠或是不具商業價值而被放棄。 “大規模水力壓裂.在1960年代，美國地質學家逐漸發現有大量滲透性過低做了這種爆炸試驗，但結果令人失望，測試因此停止。石油工業轉向利用新的大規模水力壓裂技術來採收緻密氣。大規模水力壓裂由於1968年首次在斯蒂芬斯郡 (奧克拉荷馬州)採用，一次注入500,00磅的支撐劑。所謂大規模水力壓裂有幾種不同的定義，但一般是指一次注入150短噸(或大約300,000磅砂質支撐劑之後，成功採收比以前更多的天然氣。阿莫科公司於1974年在瓦騰柏格氣田進行首次百萬磅支撐劑的壓裂作業。在1970年代後期，由於在科羅拉多州瓦騰柏格氣田的大規模水力壓裂取得成功，這項技術繼而用於科羅拉多州西部皮斯斯盆地的緻密砂岩中鑽探的氣井。從1970年代開始，美國有數千口氣井採用大規模水力壓裂方式開採。其他利用類似方式在緻密砂岩開採油氣的還包括在東部的。煤層氣井.首次於1980年代開始鑽探的煤層氣井，通常會採用水力壓裂法以增加井中氣體的流速。在一些煤層氣地區，如和，通常會採用水利壓裂法開採，但在其他地區，如，則視當地地質情況而定。壓裂液注入量往往比緻密氣井或頁巖氣井小得多；美國國家環境保護局。定向鑽孔.定向鑽孔水力壓裂處理，在鑽井和壓裂方面取得重大改進。頁巖.針對頁巖採用水力壓裂法至少在1965年就已發生，當時在肯塔基州東部和西維吉尼亞州南部的大珊蒂氣田的一些經營者開始對和進行相對較小規模的水力壓裂。壓裂作業通常會增加產量，尤其是對原本產量較低的氣井而言。從1976年到1992年，美國政府啟動東部頁巖氣專案，這個專案包括許多公私合營的水力壓裂示範專案。同一時期，非營利機構獲得的研究核准以及贊助1997年，在Mitchell Energy，用於北部的以開採天然氣。 在1998年，一座名為S.H. Griffin No. 3的氣井在頭90天的產量超過公司以前的任何一口井。這種新技術讓巴涅特頁巖的天然氣開採具有廣泛的經濟效益，後來被應用於其他頁巖之上，包括和。因在頁巖中應用這種技術而被稱為“水力壓裂之父”。巴涅特頁巖的第一口平行井於1991年鑽探，但要等當地的垂直鑽井證明利用水力壓裂法具有經濟價值之後，平行井才受到廣泛採用。從2005年到2010年間，美國的頁巖氣產業以每年45%的速率增長。在美國天然氣總產量中，頁巖氣從2005年的4%佔比， 增加到2012年的24%。根據油田服務公司哈里伯頓的資料，截至2013年，美國已經完成超過110萬次水力壓裂作業，近90%的陸上新油井及氣井均採用水力壓裂作業。典型開採過程.要進行開採頁巖油或天然氣，通常會經過幾個階段，包括一些法律準備程式。首先，業者必須與土地擁有者洽談礦權的事項。:44業者取得礦權的租賃後，還得申請鑽井許可。:44許可證由州政府頒發，每州的要求各不相同。取得鑽井許可後，業者清理出一塊4-5畝大的空地；還可能會建造道路、汙水處理場和臨時儲氣設施。接下來就是鑽井並加上套管。過程有如建造水井，鑽孔機往地下垂直鑽孔，並以反向伸縮的方式將兩個或多個鋼套管安放在井中。套管可提供結構支撐以維持井體暢通，並防止流體和氣體流入周圍土壤。一旦套管就位，即泵入水泥，水泥流到套管外部，這樣可把套管固定在地層中，並防止氣體和液體洩漏或流到套管之外。下一步就是壓裂作業 - 摻了化學新增劑的水透過高壓泵入井中，而在岩石中產生裂縫，然後注入沙子等以維持裂縫暢通。天然氣得以透過裂縫流人井中，然後流向地表。壓裂作業需要經過幾天的時間，利用壓裂以提高採收率，成功與否，取決於許多現場和操作的引數。在這些作業後，氣井可維持幾年的生產，天然氣被採收到地面，經處理後再被運走。氣井會因修井而間斷生產，修井期間會進行清潔和維護工作，以便增加產量。當氣源耗盡後，整口井會被封住。周圍區域會根據國家標準和當初礦權協議予以恢復。經濟效應.利用水力壓裂來開採緻密油和頁巖氣已把美國能源生產的地理分佈改變。在短短10年內，採用水力壓裂方式生產石油和天然氣的縣份數量增加超過一倍，當地交通、建築和製造業也出現。美國製造業受惠於較低的能源價格，而具有競爭優勢。平均而言，在擁有頁巖礦藏縣份的天然氣價格比美國別地區下降30%以上。一些研究強調壓裂井會對附近房產價格產生負面面影響。在賓州，如果物業靠近水力壓裂氣井，並且未裝置有連結城市供水系統的管線時，房價就會下降，顯示對地下水汙染的擔憂會反應在不動產的市場定價上。石油和天然氣供應.估計，水力壓裂最終會佔到北美天然氣開發近70%。NPC在2009年估計，如果不使用水力壓裂，美國將在5年內損失45%的天然氣產量和17%的石油產量。美國在2010年的天然氣產量中，有26%來自緻密砂岩儲層，23%來自頁巖，總計是49%。由於產量增加，進口需求因之減少：2012年，美國進口的天然氣比2007年減少32%。 EIA在2013年預計美國進口將繼續減少，而在2020年左右會成為天然氣淨出口國。美國自2005年以來石油進口量下降的主因是水力壓裂讓國內石油產量增加。 在2011年，美國進口的石油佔需求的52%，低於2005年的65%。由於在巴肯地層、鷹津頁巖和其他緻密油儲藏區採用水力壓裂，讓美國原油產量在2013年9月上升至1989年以來的最高峰。水力壓裂的支持者吹捧這種方式有可能讓美國成為世界上最大的石油生產國，一個能源領導者，美國在2012年11月已經超過俄羅斯，成為世界領先的天然氣生產國。支持者說，水力壓裂將讓美國取得。迄2012年，美國是僅次於沙烏地阿拉伯和俄羅斯的世界第三大石油生產國，國際能源署估計，由於美國頁巖油生產增長，到2020年將會成為世界最大的石油生產國。美國在2011年的天然氣產量已超過俄羅斯，成為世界天然氣生產的領導國。EIA在2013年10月預測，美國已超過俄羅斯和沙烏地阿拉伯，成為石油和天然氣合併，是世界第一的烴生產國。預計全球天然氣使用量與2010年的水準比較，將增加50%以上，並在2035年佔世界能源需求的25%以上。預期國外的需求和更高的價格促使非美國公司購買美國天然氣和石油公司的股票或是做直接投資，以挪威公司Equinor 為例，他們就併購一家擁有水力壓裂專業知識以及在美國生產頁巖油的公司。一些地質學家說，油氣井估計產能遭到誇大，並把一兩年後鑽井產能會下降的影響淡化。《紐約時報》在2011年6月報導，他們對業界電子郵件和內部檔案的調查發現，由於業者故意誇大其油井的產能和儲量規模，實際開採非常規頁巖氣的盈利能力可能低於之前的預期。同一篇文章說，“業內很多人仍然充滿信心。”美國大亨表示，他對於頁巖油公司不會擔心，他相信如果價格上漲，它們就會賺很多錢。皮肯斯還表示，技術進步，也讓生產成本降低。汽油價格.根據世界銀行的資料，截至2012年11月，由於美國的平行鑽井和水力壓裂方式，導致天然氣產量增加，讓美國天然氣價格降為歐洲天然氣價格的29%，日本價格的5分之1。由於較低的天然氣價格，美國發電廠由燃燒煤炭改而燃燒天然氣，但也因此阻礙轉向使用排放更少的可再生能源。 面對供應過剩和隨之而來2012年進一步價格下跌，一些大型天然氣生產商宣佈削減天然氣產量的計劃；但生產率已升至歷史最高水平，天然氣價格仍接近10年的低點。海外天然氣的高價為生產商提供出口天然氣的強大動力。出口.總部位於美國的煉油廠透過獲得相對便宜的頁巖油和加拿大原油，而取得競爭優勢。美國出口更多的精煉石油產品，以及更多的液化石油氣。液化石油氣是種，由含油氣頁巖經水力壓裂釋放而來。液化石油氣中的丙烷在美國的成本約為每噸620美元，而截至2014年初，中國每噸的成本超過1,000美元。而日本因為核電站閒置，必須進口額外的液化石油氣來燃燒發電。 是原油和精煉產品的世界第三大獨立貿易商，這家公司在2014年初表示，“美國頁巖油產量的增長已把油品分餾市場顛覆”。2012年，美國進口天然氣數量為31,350億立方英尺的形式出口。.美國有兩個LNG出口站：一個位於路易斯安那州的，由擁有，一個位於阿拉斯加州北庫克灣，由康菲公司擁有。打算出口LNG的公司必須透過要求的兩道監管程式。首先必須取得DOE有關符合公眾利益的認證，之後即可得到自動核准，把LNG出口到與美國簽訂自由貿易協定的二十個國家。至於有公司要出口LNG到並未與美國簽署自由貿易協定的國家，則需透過聯邦公報填寫申請書，並徵求公眾意見；但任何不符合公眾利益的舉證責任須由反對者提報，因此如塞拉俱樂部等團體曾提出反對，但迄今尚未阻撓過任何出口申請。此外，設立設施必須經由 (FERC)作環境審查後方得核准。截至2013年，只有一個設施 - 位於路易斯安那州卡梅倫堂區的薩賓帕斯碼頭獲得DOE和FERC的批准，並且正在建設中。另外三個 - 路易斯安那州查爾斯湖的LNG站；馬裡蘭州的；和德州的LNG站 - 已獲得DOE批准，並等待FERC批准中。錢尼爾能源在2014年1月30日簽署向韓國石油公社供應350萬噸LNG的協議。由三家公司組成的合作夥伴關係提議建造一條連線產區與在賓州和馬裡蘭州消費區的新管道。這條管道還可供應到馬裡蘭州的LNG站。批評者指責把利用水力壓裂生產的LNG出口，會威脅到國家能源安全。由於天然氣在整個生命週期有高強度的碳排放，根據國際能源機構的淨零排放技術路線，如果全世界確實執行《巴黎協定》的要求，LNG貿易將會迅速崩潰。對就業的影響.水力壓裂的經濟影響包括就業機會的增加以及業務機會的擴充套件。EPA表示，就地方層級而言，尚不清楚水力壓裂作業對於社群的經濟產生如何，以及持續多久的影響。據推測，由於水力壓裂作業具有專業性，可能不會為當地社群提供就業機會。此外，由於作業相關交通運輸的增加或發生事故，當地社群的資源因此會受到耗用。根據研究者Benson (2016年) 的報告，提起美國商會21世紀能源研究所完成的研究稱，如果美國禁止水力壓裂作業，在2022年會有1,480萬個工作職位被裁減。如果發生禁令，將導致家庭生活成本增加4,000美元，煤氣和電力價格將上漲400%，全國家庭收入將減少8,730億美元，國內生產總值將減少1.6兆美元。土地擁有者.在大多數國家，屬於政府，但在美國，預設所有權即為，表示土地所有者也擁有其地下和上方空間的權利。但1916年的《把不同的所有權分割，聯邦政府在西部各州的大部分地區均把礦產權保留住。權利所有者也可把權利分割。自從水力壓裂開採油氣的熱潮開始後，美國的房屋建築商和開發商，包括全美最大的房屋建築商、、和，在頁巖油存在或可能存在的州取得數以萬計房屋的地下權利。在大多數州，法律並未要求它們就此披露，許多購房者並不知道他們並未擁有礦產權。根據，擁有地上權者得同意礦權所有者做合理使用。各州對地上權所有者的保護各不相同；在一些州，兩者需要達成協議，對使用地上權者的土地做補償，並在開採完成後把土地回復原狀。:45由於地下是否有石油或天然氣並不確定，業者通常會簽署一份帶有簽約獎金和一定百分比的井口價值作為的租約。人們對能源公司與土地所有者簽署的租約條款和清晰度，以及業者在執行這些租約條款時使用的策略表示擔憂。一處土地上的鑽井有可能從鄰近的土地取得石油或天然氣，尤其是平行鑽井更有機會達到這種目的。在美國的某些地區，賦予土地所有者對他們從井中獲取任何資源的權利。:21其他州有根據地下資源的幾何形狀和地上財產線，對特許權使用費做分享的規則。石油和天然氣權利的租賃會讓土地貶值，並會讓土地上發生堆積有害物質的可能，與許多抵押協議條款發生牴觸。因此一旦有這樣的租約，有些機構會拒絕接受這類土地作抵押設定。保險集團認為水汙染等問題的風險讓財務風險過於龐大，因而提供的保險中並未涵蓋與水力壓裂相關的損害。但迄今為止，除對擁有或經營油氣井的公司之外，尚無針對其他公司的重大索賠發生。對環境與健康的影響.水力壓裂對環境的影響包括地下水汙染、空氣汙染、氣體和水力壓裂化學品滲漏到地表、廢棄物處理不當以及對健康的影響和相關的環境汙染。雖然天然氣鑽探公司不願透露壓裂液中所包含的物質，這類包括有煤油、苯、甲苯、二甲苯和甲醛。據預測，由於採用水力壓裂技術的氣井大量增加，人們暴露於這類新增劑的機會將會隨之增加。美國非營利組織“地下水保護委員會。賓州將其水力壓裂廢棄物送到紐澤西州的公司，這些公司願意處理這些汙水或是“迴流”。 克里斯蒂聲稱參議會法案會削弱該州正在進行的水力壓裂研究，並會歧視其他州，而違反憲法中的。北卡羅萊納州.2012年，該州估計天然氣液體儲量為8,300萬桶，據說相當於5年的供應量。2012年7月2日，根據Session Law 2012-143 (S. 820) ，水力壓裂和平行鑽井在該州成為合法。北卡羅來納州環境品質部 (NCDEQ) 要求公司在進行任何鑽探之前仍需取得許可證。2012年的合法化是該州在1945年起禁止平行鑽井後的首度核准，而這種工藝是水力壓裂中很重要的部分。隨後該州在2014年立法，成立石油和天然氣委員會以取代礦業和能源委員會。雖然水力壓裂已經核發，但截至2017年7月，尚未有鑽探，或是完井的作業出現。2017年底，開始動工。該管道計劃耗資60億美元，與北卡羅來納州的95號州際公路平行。2018年12月，由於對瀕危物種的影響以及穿越阿帕拉契小徑，在維吉尼亞州的工程被迫停止。北卡羅來納州的政客和州長之間就管道的資金問題一直爭論不休。管線工程在2020年被宣佈取消。但有在日後重啟建設的可能。俄亥俄州.據稱，自1951年以來，該州大約有80,000口油氣井經過水力壓裂處理。俄亥俄州不允許把壓裂迴流或生產的鹵水排放到地表溪流；有98%的採出水被注入II類處理井中，其餘2%依據當地法規，用於控制道路上的灰塵和冰等用途。2012年5月24日，俄亥俄州眾議會透過參議會用以規範石油和天然氣鑽探。公司還被要求對注入處理井的汙水予以追蹤。俄亥俄州天然資源部允許業者在鑽探後60天內在其網站上發布使用化學品的內容。反對者曾希望法案要求在鑽井前即披露，以便公民設立測試水井中汙染物的基線。俄亥俄州參議會還取消要求業者披露在地下水位以下但高於其最終深度所用的鑽井潤滑劑的要求。該法案沒賦予公眾對鑽探許可證提出上訴的權利，也無公告許可證的要求。該法案允許醫生僅出於治療目的向患者、家屬和其他醫生透露用藥配方，而不得在法律或其他程式中披露。2013年5月，揚斯敦市議會否決一項禁止在城市範圍內進行水力壓裂作業的提議。尼爾斯市議會於2013年8月透過水力壓裂禁令，但在工會代表作證後的次月，一致致透過將禁令解除。2017年2月14日，州眾議會透過一項法案，對OH SB50法案進行修正和修改。如果該法案獲得透過，多個定義會受到修改，例如：廢棄物、鑽井裝置、石油和天然氣等。賓夕法尼亞州.2011年，歐巴馬總統與馬裡蘭州和賓州州長分別成立委員會，就水力壓裂的各個方面提供建議。對瑪西勒斯頁巖氣地區諮詢委員會的組成進行的一項研究顯示，委員會中沒成員具有公共衛生的專業知識，而且在51名委員會成員中，沒有成員具有的專業知識，即使把專家的專長擴大“包括可假定具有與環境衛生相關的醫療和衛生背景，結果依然是缺乏這樣的專業”。鑽探許可.賓夕法尼亞州立大學的瑪西勒斯中心報告說，為開發油氣而頒發的許可證數量從2007年的122個增加到2011年的3,249個，並釋出這種擴散的動畫地圖。賓州水力壓裂所產生的大部分廢棄物在州內處置或者使用，但並非所有公司會提交有關生產或廢棄物的報告。2012年11月，賓夕法尼亞州環境保護部再度受控，理由為把居民在飲用水中發現有水力壓裂液化學物質的資訊隱瞞。這個部門以前犯過未通知居民相關汙染的事件。該州州長湯姆·科貝特曾有試圖把水力壓裂的負面訊息刪除的相關報導。截至2012年，科貝特已從石油和天然氣產業業收到超過100萬美元的競選捐款。瑪西勒斯頁巖法.瑪西勒斯頁巖法下令將法案中頗有爭議性第13點推遲120天實施。瑪西勒斯頁巖法包含一項條款，只允許醫生在緊急情況下獲取水力壓裂液中的化學物質清單，但禁止他們與患者討論這些資訊。這條款是在上次修訂該法案時所新增。2012年，EPA加強對賓州水力壓裂調查的監督，而調查由贊成鑽探的州長湯姆·科貝特負責。2011年，《紐約時報》報導說賓州的監管不嚴，監管機構從未做過突擊檢查。據說，石油和天然氣產業在發生事故時通常會自行監管，報告自身洩漏事件，自行制定補救計劃。德克薩斯州.德州登頓市於2014年11月4日就是否禁止水力壓裂而辦理全民投票。投票者中有59%支援禁止，這個城市成為德州首個禁止水力壓裂的城市。正反雙方之間的競爭很激烈：反禁止者籌到70萬美元的經費，大部分由業者捐贈，倡導禁止者籌到7.5萬美元，其中4萬由一倡導團體提供。2015年5月，德州立法機構透過HB40法案，由州長格雷格·阿博特簽署，把地方性的水力壓裂禁令定為非法。而登頓市議會於2015年6月把禁令廢除。懷俄明州.懷俄明州與美國其他任何一個州相比，有非常嚴格的法規，並且是最早制定反對水力壓裂法規的州之一。這主要歸功於前州長戴維·弗賴登塔爾。懷俄明州的現行法規允許水力壓裂以安全和環保的方式蓬勃發展，確保經濟利益不受幹擾。2010年6月8日，懷俄明州石油和天然氣保護委員會投票要求全面披露用於水力壓裂液中的新增劑。非營利組織和地方組織.由於政治、經濟和環境之間的鬥爭，規範水力壓裂的法規和法律比其他法律更難透過。而引發非營利組織和地方組織主動參與監管過程。盡責頁巖開發中心.盡責頁巖開發中心是個非營利組織，致力於彌合環境保護與頁巖開發作業之間的差距。他們為此建立一個認證流程，讓社群知道頁巖開發商會依照高環境標準之下運作。業者可透過這個組織獲得"空氣和氣候”、”廢棄物和水”，或是兩者均有的認證。這類由第三方審核的目的是幫助頁巖油氣業者贏得公眾的信任，並透過實現高水平的環境保護使自己脫穎而出。這種認證並非用於取代法規，而是要加強和補充現行的做法。同時相關成本由業者自行負擔，與執行州和聯邦的法規不相同。認證有效期為5年，期間會進行年度審查。該組織在國際和國內日漸受到歡迎，因為大型頁巖油氣公司取得認證後，可進一步提高他們在以往會抵制的社群中取得鑽探的機會。媒體與公關.由於許多當地鄉鎮反對水力壓裂活動，導致業者採取各種公共關係做法來消除當地人對水力壓裂的恐懼，業者承認曾使用“軍事戰術與反對鑽井者對抗”。在討論公共關係做法的會議上，賓州最重要的水力壓裂公司Range Resources的發言人Matt Pitzarella告訴其他與會者，該公司僱用熟悉心理戰的退伍軍方人員。根據Pitzarella的說法，這些人在中東學到的經驗對他們公司在賓州處理情緒激動的鄉鎮會議時很有價值。2012年參加共和黨總統候選人提名的候選人瑞克·桑託榮稱反對水力壓裂的人為份子。a. Also spelled "fraccing" or "fracing".