煤層氣開發(fā)對環(huán)境的影響及防控措施

張 磊，趙 辛，曾偉凌，王 冰

（成都理工大學(xué) 能源學(xué)院，四川 成都 610059）

煤層氣開發(fā)對環(huán)境的影響及防控措施

張 磊，趙 辛，曾偉凌，王 冰

（成都理工大學(xué) 能源學(xué)院，四川 成都 610059）

煤層氣的生產(chǎn)開發(fā)對人們賴以生存的環(huán)境有著眾多不利的影響，主要表現(xiàn)在噪音污染、大氣污染、水污染等方面。通過對其影響因素的分析，在煤層氣開采過程中可以從控制鉆井液、壓裂液等有害物質(zhì)的泄露與排放，提高操作人員的操作水平和環(huán)保意識，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)處理廢液，建立針對煤層氣開發(fā)帶來污染的法律法規(guī)等方面，對煤層氣開采可能帶來的環(huán)境破壞進行防控，確保我國煤層氣產(chǎn)業(yè)與環(huán)境保護協(xié)調(diào)發(fā)展。

煤層氣；水污染；大氣污染；影響因素；協(xié)調(diào)發(fā)展

隨著經(jīng)濟的快速增長和科技的突飛猛進，全世界對能源的需求與日俱增，煤層氣作為21世紀(jì)最有潛力的新型能源之一[1]，具有很大的勘探開發(fā)前景和市場潛力。

目前，我國煤層氣處于初級開采階段，煤層氣在勘探開發(fā)和利用過程中，如果處理不當(dāng)，必然會對環(huán)境帶來不利的影響，如施工過程中造成的噪聲污染，鉆完井技術(shù)不達標(biāo)、監(jiān)管不力等使有害氣體逸散并污染大氣，礦井廢水隨意排放污染地表等[2-3]。因此，應(yīng)提前做好預(yù)防工作，杜絕和盡量減少煤層氣在勘探開發(fā)過程中對環(huán)境產(chǎn)生的不良影響。

1 煤層氣開發(fā)中的環(huán)境問題

1.1 噪音污染

煤層氣開采過程中的噪音污染，主要來自施工期和運行期[4-5]。施工期的噪音污染主要由鉆井平臺設(shè)備、施工的器械以及運輸?shù)钠嚠a(chǎn)生。在鉆機平臺1 m范圍內(nèi)，噪聲值高達93 dB（A），噪音的影響隨施工的結(jié)束而終止。運行期的噪音主要由集氣站和中央處理站的壓縮機產(chǎn)生。這些壓縮機產(chǎn)生的噪音值高達90 dB（A），這些噪音對周邊的環(huán)境產(chǎn)生的影響是長期的。

1.2 溫室效應(yīng)和臭氧層破壞

當(dāng)今世界，影響大氣質(zhì)量的兩大因素?zé)o疑是溫室效應(yīng)和臭氧層減薄[6]。煤層氣和二氧化碳氣體一樣均能對溫室效應(yīng)有明顯的影響作用，相同質(zhì)量的甲烷產(chǎn)生的溫室效應(yīng)約為CO2的21倍，其對大氣的破壞可想而知。當(dāng)大量的煤層氣排放到大氣中時，會阻擋地球表面的余熱通過大氣層向宇宙散發(fā)，溫室效應(yīng)增強，導(dǎo)致地球變暖，嚴(yán)重破壞生態(tài)平衡。

眾所周知，臭氧層被譽為地球生命的保護傘，煤層氣中的甲烷與氟利昂具有相同的危害，對臭氧層有較大的破壞作用。臭氧層一旦遭到破壞，其吸收紫外線的能力大大降低。一方面，過量的紫外線輻射會破壞人的免疫系統(tǒng)，使人的自身免疫系統(tǒng)出現(xiàn)障礙，患呼吸道系統(tǒng)傳染性疾病和皮膚癌等的人數(shù)大量增加。另一方面，臭氧層被破壞，陸地和海洋生物的生長以及人們賴以生存的生態(tài)環(huán)境等都將受到嚴(yán)重的破壞。

1.3 對水環(huán)境的影響

煤層氣開采對水環(huán)境的污染主要來自鉆井液的漏失、壓裂作業(yè)時對煤層含水隔水結(jié)構(gòu)的破壞。鉆井過程中，鉆井液不可避免地會出現(xiàn)漏失，若漏失地層處斷裂帶和裂縫較為發(fā)育，漏失的鉆井液可能會沿著裂隙進入含水層，將會對地下水資源造成嚴(yán)重的污染。同時壓裂施工時，在強大的壓力作用下，地層中的節(jié)理裂隙會擴展、張開，其內(nèi)部空間被壓裂液所攜帶的支撐劑填充，施工完成后，被填充的節(jié)理裂隙難以閉合，這都會對煤層的含水隔水結(jié)構(gòu)造成不可逆的破壞。

1.4 對空氣的污染

煤層氣中的成分除了CH4外，還有少量的SO2、NOx、H2S、CO等。據(jù)調(diào)查顯示，僅煤炭行業(yè)，我國每年向大氣中排放的煤層氣就達到上百億立方米，雖然這些成分與CH4相比含量很低，但其對環(huán)境帶來的破壞和污染不可小覷。SO2和NOx是形成酸雨的主要前提物質(zhì)，形成的酸雨會侵蝕土壤，破壞建筑、古跡等。當(dāng)SO2與多種大氣污染物共存時，其對空氣的副作用急劇升高。此外，NO和NO2能發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，形成污染物——光化學(xué)煙霧；CO容易和血紅蛋白結(jié)合生成碳氧血紅蛋白，影響人類血液供氧；H2S具有很強的毒性，空氣中含有少量H2S時就會引起人的頭痛[7-8]。

1.5 其他影響

首先，煤層氣的開采造成地表的塌陷。調(diào)查顯示，我國煤層氣的開發(fā)引發(fā)的地面塌陷等事故逐年遞增，地表凹陷次數(shù)高達三四十次，且塌陷區(qū)的面積一般比煤層氣開發(fā)的面積大，由此造成的損失也非常巨大[9-10]。特別是在西部省份，地表凹陷之后大面積的水土鹽堿化，嚴(yán)重破壞了山地、丘陵地帶，造成沙漠化等。其次，煤層氣開發(fā)過程中排放大量的廢水，一旦流入河流、湖泊等，會對所波及的區(qū)域水質(zhì)造成嚴(yán)重的污染，浪費大量水資源，甚至可能污染地表環(huán)境。

2 煤層氣開發(fā)污染的防控措施

煤層氣開采過程對環(huán)境造成的污染很多，主要包括噪音污染、水環(huán)境污染、空氣污染、生態(tài)破壞等方面，其防控措施主要包含以下幾個方面[8-12]：

2.1 噪音污染的防控

煤層氣開采過程中由鉆井平臺設(shè)備等帶來的噪音，給環(huán)境尤其是給周圍生活的居民帶來了嚴(yán)重的干擾。針對噪音污染，可從以下幾點來降低影響：

2.1.1 合理選址

為減輕噪聲帶來的影響，在可調(diào)控的情況下，可將鉆井區(qū)域選在人員居住不密集，植被相對茂盛的地方，通過植被有效地阻止噪音傳播，達到降低噪音影響的目的。

2．1.2 更新設(shè)備

噪音的來源主要來自于開采過程中的機動設(shè)備，為減輕噪音的危害，可采用先進的設(shè)備從源頭上進行防控，達到消音、隔音、防振等效果。

2.1.3 控制操作時間

為減少噪音對附近居民生活的影響，在居民休息的時間段，應(yīng)停止施工。

2.2 控制有害物質(zhì)的排放

煤層氣開采過程中產(chǎn)生的大量CO2、SO2、CH4以及壓裂施工過程中的壓裂液等有害物質(zhì)，如果不加以重視和采取有效的措施加以防控，一旦進入地層或排放到地表，將會帶來不可挽回的傷害，為此控制有害物質(zhì)的排放勢在必行，其防控措施主要有以下幾點：

（1）使用質(zhì)量合格甚至高質(zhì)量的固井完井設(shè)備，同時加強對井下套管破損監(jiān)察力度，一旦發(fā)現(xiàn)套管破損等情況，應(yīng)采取緊急措施，防止有害氣體的泄露。

（2）在使用達標(biāo)儀器的同時，提高工作人員的整體操作水平和環(huán)保意識。

（3）煤層氣開發(fā)過程中的壓裂液如果處理不當(dāng)，一旦排放，將會對環(huán)境帶來嚴(yán)重的影響，因此，要嚴(yán)格地按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對廢壓裂液進行凈化處理、循環(huán)使用，減少排放污染程度高的廢壓裂液。

2.3 地表水污染的防控

地表水的污染主要源自鉆井、壓裂等施工過程，地表水的防護措施可從以下幾個方面進行考慮：

（1）首先鉆井的位置要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃在河道范圍以外，且其位置不應(yīng)低于歷史最高洪位線。

（2）在泥漿周圍需要筑起40～50 cm高的土壩，同時根據(jù)現(xiàn)場地勢做好水流通道疏通工作，防止雨水進入泥漿池內(nèi)，為防止地表水受污染，需要在施工結(jié)束之后及時處理泥漿池以及鉆井廢液。

（3）在廢壓裂液排放之前，要根據(jù)行業(yè)要求對廢壓裂液里面的物質(zhì)及含量進行嚴(yán)格的檢測，可能嚴(yán)重污染地表水的有毒物質(zhì)，必須達到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)才能夠排放。

（4）煤層氣開采過程中還涉及大量廢水排放的問題，如果隨意排放，可能導(dǎo)致排放波及區(qū)域土壤的鹽分增加，對植被的生長造成嚴(yán)重的影響，為此廢水需要大幅度降低水體中的鹽類后再排放。

2.4 地下水污染的防控

當(dāng)前，國內(nèi)使用的鉆井液和壓裂液、都含有大量化學(xué)添加劑，這些物質(zhì)的注入一旦發(fā)生泄漏，運移到地下水系，都會對地下水造成嚴(yán)重的污染與破壞。做好地下水資源污染的防控可從以下幾個方面進行：首先，根據(jù)我國煤層低孔低滲等特點，優(yōu)選適合我國煤層開發(fā)的鉆井液，例如，根據(jù)沁水盆地鄭莊區(qū)塊的地質(zhì)特點，在鉆遇目的層之前使用膨潤土鉆井液，當(dāng)鉆遇目的煤層時改用清水鉆進，根據(jù)不同層段不同的地質(zhì)特點，優(yōu)選合適的鉆井液，在一定程度上可減輕鉆井液對地下水的污染[8]。其次，采用先進的完井方式，通過對傳統(tǒng)的射孔、壓裂、下套管等含多個步驟的完井方式的優(yōu)化，一方面能減少套管、鉆具起下的次數(shù)，提高工作效率，另一方面可降低因傳統(tǒng)方式下多次起下鉆具等引起井管破裂發(fā)生的概率，避免鉆井液通過井管的破裂處遺留在儲層當(dāng)中，進而對地下水造成污染。

2.5 其他方面的防控

（1）煤層氣開發(fā)過程中，所屬企業(yè)應(yīng)設(shè)立相關(guān)部門，專門負責(zé)監(jiān)測環(huán)保指標(biāo)以及確保環(huán)境保護措施的落實，同時，也要提高全體職工的環(huán)保意識，規(guī)范職工行為。

（2）政府等相關(guān)部門應(yīng)出臺相應(yīng)的政策文件，鼓勵研發(fā)無有害化學(xué)添加劑的鉆井液、壓裂液，同時將鉆井液、壓裂液中檢測到的成分信息向社會公開披露，讓全社會共同監(jiān)督。

（3）在選場選站選線過程中，必須避開生活飲用水水源地、自然保護區(qū)、名勝古跡、林區(qū)、經(jīng)濟作物種植區(qū)等。施工后，盡快進行平整，恢復(fù)地貌。同時對于站場產(chǎn)生的生產(chǎn)、生活污水要經(jīng)過污水處理系統(tǒng)處理。

（4）目前我國煤層氣開發(fā)對環(huán)境的影響方面相關(guān)的法律法規(guī)還相對缺乏，相關(guān)部門可通過調(diào)研等途徑，針對煤層氣的開發(fā)帶來的環(huán)境問題，建立相應(yīng)的法律法規(guī)來防控煤層氣的開發(fā)對環(huán)境的影響。

3 煤層氣開采建議[5-13]

（1）我國人口眾多，人均水資源量較少，煤層氣開發(fā)過程中，對于已用于生產(chǎn)開發(fā)的水資源，要嚴(yán)格按照處理程序、相關(guān)文件規(guī)定的要求，通過處理使其達標(biāo)后循環(huán)使用，提高水資源的利用率。

（2）對將要投入生產(chǎn)開發(fā)的項目，依法開展環(huán)境影響評價，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

（3）為減少泄漏事故的發(fā)生，引進高水平鉆完井技術(shù)和提高管道的焊接質(zhì)量，對清管作業(yè)及站場異常排放的煤層氣，應(yīng)將其燃燒后排放。

（4）加大與國外合作的力度，在引進國外先進技術(shù)的同時，也要結(jié)合我國地質(zhì)特點，開拓創(chuàng)新，自主研發(fā)，爭取在技術(shù)上有重大突破，形成與我國煤層氣儲層特點相適應(yīng)的開發(fā)技術(shù)，降低煤層氣開發(fā)過程中對環(huán)境的不利影響。

（5）煤層氣開發(fā)企業(yè)及國家環(huán)境保護科研機構(gòu)，應(yīng)加大對煤層氣開發(fā)過程中鉆井液、壓裂液、廢水處理技術(shù)研究，為系統(tǒng)解決煤層氣開發(fā)廢液處理問題提供有效的技術(shù)保障。

（6）政府應(yīng)出臺優(yōu)惠政策以及相關(guān)法律法規(guī)，支持、鼓勵引導(dǎo)煤層氣產(chǎn)業(yè)良好發(fā)展的同時，也要對煤層氣開發(fā)過程中可能帶來的環(huán)境污染等方面進行制約。杜絕和遏制因煤層氣開采給社會帶來的負面影響。

（7）國家對煤層氣的開發(fā)應(yīng)進行統(tǒng)一規(guī)劃和管理，制定完整、科學(xué)的煤層氣開發(fā)規(guī)劃戰(zhàn)略，確保我國煤層氣產(chǎn)業(yè)與環(huán)境保護協(xié)調(diào)發(fā)展。

4 結(jié)論

我國煤層氣資源儲量豐富，是我國能源的重要組成部分，對我國經(jīng)濟的發(fā)展功不可沒。由于我國煤層氣開采技術(shù)以及對污染源的處理技術(shù)等都還不夠成熟，煤層氣開發(fā)過程中諸如噪音污染、溫室效應(yīng)、大氣污染、水污染等都給環(huán)境帶來很多不利的影響。為此，針對煤層氣開采過程中帶來的環(huán)境問題，在控制鉆井壓裂施工過程中鉆井液、壓裂液等有害物質(zhì)的泄露以及嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)處理返排液使其達標(biāo)后排放的同時，也要建立起專門治理煤層氣污染的法律法規(guī)等措施，對煤層氣開采所帶來的環(huán)境問題進行有效防控。

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（編輯：程 ?。?/p>

The Influence of Coal Bed Methane(CBM)Development on Environment and Control Measures

Zhang Lei,Zhao Xin,Zeng Weiling,Wang Bing
（College of Resources,Chengdu University of Technology,Chengdu Sichuan 610059,China）

The development of CBM has many adverse effects on the environment which we depend on for existence,including noise pollution,air pollution,water pollution and so on.By analyzing its influential factors,in the process of the CBM exploitation,many measures were taken to control the pollution brought from the development of CBM,for example controlling the leakage and the discharge of harmful substances such as drilling fluid,fracturing fluid and so on, improving the operation level and environmental awareness of the operators,strictly treated waste liquid according to the standard,establishing laws and regulations to control the environmental damage caused by CBM exploitation,so as to ensure the coordinated development of CBM industry and environmental protection in China.

CBM，water pollution，air pollution，influential factors，coordinated development

X820.3

A

1008-813X（2015）06-0038-03

10.13358 /j.issn.1008-813x.2015.06.09

2015-06-01

張磊（1989-），男，山東威海人，成都理工大學(xué)能源學(xué)院石油與天然氣工程專業(yè)碩士在讀，研究方向為油氣儲層綜合評價與油氣藏描述。