我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)重點(diǎn)產(chǎn)建區(qū)地下水環(huán)境保護(hù)措施簡(jiǎn)介

譚 浩

（中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司，重慶 400016）

1 我國(guó)頁(yè)巖氣資源概況及重點(diǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)塊

隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，世界各國(guó)對(duì)于石油、天然氣等資源的需求日益增長(zhǎng)，2018年，中國(guó)超越日本成為全球最大天然氣進(jìn)口國(guó)，全年天然氣進(jìn)口量1254×108m3，對(duì)外依存度升至45.3%，并且這一趨勢(shì)還將繼續(xù)[1]。頁(yè)巖氣作為一種新興的非常規(guī)天然氣資源，對(duì)世界能源格局產(chǎn)生了重大影響，得益于頁(yè)巖氣的大規(guī)模商業(yè)化開(kāi)發(fā)，美國(guó)從天然氣進(jìn)口大國(guó)變成了天然氣凈出口國(guó)。我國(guó)頁(yè)巖氣資源潛力與美國(guó)相當(dāng)，頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)將極大地緩解我國(guó)天然氣需求壓力，優(yōu)化調(diào)整我國(guó)的能源格局，保障國(guó)家安全[2]。根據(jù)2015年國(guó)土資源部公布的中國(guó)頁(yè)巖氣資源調(diào)查報(bào)告，全國(guó)頁(yè)巖氣地質(zhì)資源量134 ×1012m3（不含青藏區(qū)），約是常規(guī)天然氣地質(zhì)資源量的2倍。

根據(jù)《頁(yè)巖氣發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》，“十二五”期間，全國(guó)共設(shè)置頁(yè)巖氣探礦權(quán)44個(gè)，面積14.4×104km2，相繼設(shè)立了長(zhǎng)寧-威遠(yuǎn)、昭通、涪陵等3個(gè)國(guó)家級(jí)海相頁(yè)巖氣示范區(qū)和延安陸相國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣示范區(qū)。根據(jù)該規(guī)劃，2020年力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣產(chǎn)量300×108m3，2030年實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣產(chǎn)量800～1000×108m3，規(guī)劃的重點(diǎn)產(chǎn)建區(qū)包括涪陵勘探開(kāi)發(fā)區(qū)、長(zhǎng)寧勘探開(kāi)發(fā)區(qū)、威遠(yuǎn)勘探開(kāi)發(fā)區(qū)、昭通勘探開(kāi)發(fā)區(qū)、富順-永川勘探開(kāi)發(fā)區(qū)等。涪陵勘探開(kāi)發(fā)區(qū)包括重慶市南川、武隆、涪陵、豐都、長(zhǎng)壽、墊江、忠縣、梁平、萬(wàn)州九區(qū)縣。長(zhǎng)寧勘探開(kāi)發(fā)區(qū)位于四川盆地與云貴高原結(jié)合部，威遠(yuǎn)勘探開(kāi)發(fā)區(qū)位于四川省和重慶市境內(nèi)，昭通勘探開(kāi)發(fā)區(qū)位于四川省和云南省交界地區(qū)，富順-永川勘探開(kāi)發(fā)區(qū)位于四川省和重慶市境內(nèi)。

在地理分布上，我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)“甜點(diǎn)”區(qū)主要集中于四川盆地周圍的四川、重慶、云南、貴州等地，該區(qū)域喀斯特地貌分布較廣，巖溶發(fā)育，地下水環(huán)境較敏感。以重慶市為例，重慶市巖溶區(qū)分布面積約3.0萬(wàn)km2，占全市總面積的36.49%[3]。其中，頁(yè)巖氣規(guī)劃開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)的碳酸鹽出露面積占總規(guī)劃區(qū)面積的36.60%[4]。若頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中地下水環(huán)境污染防治措施不到位，將會(huì)對(duì)區(qū)域地下水水質(zhì)造成污染，影響周邊居民飲用水安全。因此，頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中的地下水環(huán)境保護(hù)工作必須引起重視。

2 頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中主要的地下水污染途徑

頁(yè)巖氣井的鉆探作業(yè)從時(shí)間上可劃分為鉆前工程、鉆井工程、壓裂試氣工程和采氣工程共4個(gè)階段，各階段主要地下水污染途徑如下[5-17]。

2.1 鉆前工程

鉆前工程主要是為鉆井作業(yè)修建井場(chǎng)、進(jìn)場(chǎng)道路、廢水池等設(shè)施，施工期一般為1個(gè)月。施工期間，若井場(chǎng)內(nèi)暫存的物品防雨防滲措施不到位，將導(dǎo)致污染物透過(guò)包氣帶滲入地下，污染地下水。

2.2 鉆井工程

鉆井過(guò)程中，當(dāng)鉆遇地下溶洞、裂隙等不良地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，鉆井液漏失將導(dǎo)致地下水水質(zhì)受到污染。此外，鉆井工程期間，鉆井產(chǎn)生的鉆井巖屑、鉆井廢水等污染物在收集、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)運(yùn)和處置過(guò)程中，若污染防治措施不到位，也將導(dǎo)致地下水環(huán)境受到污染。

2.3 壓裂工程

由于頁(yè)巖氣的賦存特點(diǎn)，鉆井結(jié)束后需向目的地層注入大量的壓裂液，以壓碎巖層，釋放其中吸附態(tài)的頁(yè)巖氣。壓裂作業(yè)期間，若甲烷、天然存在的污染物和壓裂液通過(guò)深部巖石裂隙從目的層上移至淺部含水層，將污染地下水水質(zhì)，但此類污染事件發(fā)生概率很小[4]。壓裂返排液在暫存、轉(zhuǎn)運(yùn)、處置過(guò)程中，若污染防治措施不到位，也會(huì)污染地下水環(huán)境。

2.4 采氣工程

采氣期，集氣站氣液分離產(chǎn)生的采出水若處置不當(dāng)，對(duì)地下水環(huán)境也有污染風(fēng)險(xiǎn)。

3 主要地下水環(huán)境保護(hù)措施

目前，我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)重點(diǎn)產(chǎn)建區(qū)采取的主要地下水環(huán)境保護(hù)措施可大致劃分為源頭控制污染風(fēng)險(xiǎn)、過(guò)程嚴(yán)防污染物落地、長(zhǎng)期跟蹤環(huán)境影響等。

3.1 源頭控制污染風(fēng)險(xiǎn)

源頭控制污染風(fēng)險(xiǎn)主要指在頁(yè)巖氣井選址階段優(yōu)化井位、鉆井設(shè)計(jì)階段改進(jìn)鉆井液、壓裂液配方等。例如，涪陵勘探開(kāi)發(fā)區(qū)域巖溶發(fā)育，地下水環(huán)境較敏感和復(fù)雜，為從源頭上降低地下水污染風(fēng)險(xiǎn)，建設(shè)單位在選址時(shí)，采用高密度電法對(duì)平臺(tái)近地表進(jìn)行勘查，避開(kāi)了地下暗河、溶洞、巖溶大泉等地下水敏感區(qū)域，有效降低了鉆井液漏失污染地下水的風(fēng)險(xiǎn)[18]。

此外，鉆井過(guò)程中發(fā)生井漏后，堵漏比較困難[19]。為了減小鉆井液漏失對(duì)地下水環(huán)境的影響，涪陵頁(yè)巖氣田新創(chuàng)了“導(dǎo)管+三段”式鉆井工藝，從地面至地下1000 m左右的二開(kāi)直井段底部，鉆井液均采用清水，即使發(fā)生井漏，對(duì)具有供水意義的淺層地下水影響也相對(duì)較小。

3.2 嚴(yán)格防止污染物落地

頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，會(huì)采取嚴(yán)格的環(huán)保措施防止污染物進(jìn)入地下水環(huán)境。主要的污染防治措施如下[20-23]。

3.2.1 鉆前工程

鉆前工程一般會(huì)在井場(chǎng)設(shè)置專門(mén)的材料暫存區(qū)，強(qiáng)化暫存的防雨防滲措施。

3.2.2 鉆井工程

鉆井期間，一般會(huì)對(duì)井場(chǎng)進(jìn)行分區(qū)防滲。鉆井產(chǎn)生的鉆井廢水在廢水池內(nèi)暫存，處理后回用于壓裂工序；鉆井巖屑經(jīng)不落地系統(tǒng)收集后，定期外運(yùn)處置。鉆井廢棄物均妥善處置。

3.2.3 壓裂試氣工程

壓裂試氣期間，一般會(huì)對(duì)壓裂設(shè)備區(qū)鋪設(shè)防滲膜；酸罐區(qū)、油罐區(qū)等罐區(qū)基礎(chǔ)進(jìn)行硬化，并設(shè)防滲膜及圍堰。試氣產(chǎn)生的壓裂返排液在廢水池暫存，經(jīng)處理后回用于其他鉆井平臺(tái)壓裂工序，重復(fù)利用，做到廢水零排放。

3.2.4 采氣工程

為防止采氣期產(chǎn)生的采出水污染周邊地下水環(huán)境，采出水一般暫存于廢水池或鋼罐，經(jīng)處理后優(yōu)先回用于頁(yè)巖氣平臺(tái)的壓裂工序，當(dāng)沒(méi)有可回用的平臺(tái)時(shí)，經(jīng)采出水處理設(shè)施處理達(dá)標(biāo)后排放。

此外，涪陵頁(yè)巖氣田還在國(guó)內(nèi)首次引入了第三方環(huán)境監(jiān)理，確保了“三同時(shí)”制度和環(huán)保措施嚴(yán)格落實(shí)。

3.3 長(zhǎng)期跟蹤環(huán)境影響

為了解頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)區(qū)域環(huán)境的長(zhǎng)期性影響，建設(shè)單位一般會(huì)在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)區(qū)塊內(nèi)開(kāi)展跟蹤調(diào)查工作，跟蹤調(diào)查包括現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、跟蹤監(jiān)測(cè)等。其中，地下水環(huán)境影響跟蹤調(diào)查包括鉆井期間平臺(tái)周邊設(shè)置的地下水短期跟蹤監(jiān)測(cè)點(diǎn)、區(qū)塊內(nèi)水文地質(zhì)單元控制點(diǎn)設(shè)置的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)點(diǎn)。地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)可跟蹤監(jiān)測(cè)區(qū)域地下水水質(zhì)變化情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，縮短應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間，減小環(huán)境影響。

4 結(jié)論

我國(guó)頁(yè)巖氣重點(diǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)塊大多分布于四川盆地周邊，區(qū)域喀斯特地貌分布較廣，地下水環(huán)境較復(fù)雜，對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)存在一定的制約。目前，各頁(yè)巖氣重點(diǎn)產(chǎn)建區(qū)采取了一系列污染防治措施，有效減小了頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)對(duì)地下水環(huán)境的不利影響，但開(kāi)發(fā)過(guò)程中仍存在一定的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。因此，筆者建議，在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可進(jìn)一步優(yōu)化鉆井和壓裂工藝：減少壓裂液的注入量，減小污染風(fēng)險(xiǎn)；積極公開(kāi)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)區(qū)塊的環(huán)境監(jiān)測(cè)信息，消除公眾的疑慮和擔(dān)憂；從國(guó)家層面健全頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)行業(yè)環(huán)境保護(hù)的法律法規(guī)；統(tǒng)一行業(yè)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，推廣頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)示范區(qū)先進(jìn)環(huán)保的勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)。