天然氣開發(fā)過程的環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測與管理

劉大君 王志剛

摘要：天然氣能源因其清潔特性越來越受到人們重視，已經(jīng)普及運用到工業(yè)生產(chǎn)和日常生活，天然氣的需求量日益增長。而天然氣開發(fā)過程中，不可避免的會對環(huán)境造成一定影響。避免或減少對生態(tài)環(huán)境污染，加強天然氣開發(fā)過程的環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測與管理成為了各級政府及天然氣開發(fā)單位的重要任務(wù)。本文從天然氣開發(fā)過程主要的環(huán)境影響特征進(jìn)行介紹，并對油氣開采過程應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測技術(shù)以及環(huán)境管理策略進(jìn)行詳細(xì)探究。

關(guān)鍵詞：天然氣開發(fā);環(huán)境監(jiān)測;管理

天然氣作為清潔能源，已廣泛用于化工、輕工、發(fā)電、居民生活及采暖等方面，是正在惠及全球人類的朝陽產(chǎn)業(yè)。天然氣不僅在國家節(jié)能、環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)等方面有明顯的效益，而且在方便居民生活，減輕家務(wù)勞動，提高公共設(shè)施服務(wù)質(zhì)量等方面都有顯著的社會效益。據(jù)中國社科院報告預(yù)計，未來30年天然氣將是我國需求增長最快的能源產(chǎn)品，到2030年，我國天然氣需求將近5200億立方米，到2050年將超8000億立方米。天然氣大開發(fā)時代來臨，但在氣資源勘查、開采過程中，鉆井液、壓裂液的使用、地層水的采出以及天然氣的排放，會對大氣環(huán)境、水環(huán)境、土壤環(huán)境造成不良影響。情況嚴(yán)重的可對環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，危害人們的身體健康。因此，在天然氣開采過程中，必須提高對于環(huán)境監(jiān)測的重視度，加強技術(shù)創(chuàng)新，為環(huán)境監(jiān)測和管理奠定基礎(chǔ)，同時為環(huán)境治理提供可靠依據(jù)。

一、天然氣開發(fā)環(huán)境影響特征

天然氣的開發(fā)對環(huán)境影響最大的階段主要在鉆井、酸化及開采等階段，主要體現(xiàn)在作業(yè)過程中使用的鉆井液、酸化壓裂液及地層產(chǎn)出物與環(huán)境中的水、土壤和大氣接觸融合，對環(huán)境造成破壞。

（一）鉆井階段?，F(xiàn)代鉆井技術(shù)中，鉆井液的使用在井眼質(zhì)量控制、氣層保護(hù)等方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用。因此在鉆井設(shè)計過程中，會根據(jù)地層的復(fù)雜層度確定鉆井液的配方，目前最常見的鉆井液主要有水劑鉆井液和油基鉆井液。油基鉆井液基本組成是油、水、有機粘土和油溶性化學(xué)處理劑，油基泥漿中的基礎(chǔ)油——柴油，有的可能會含有Hg、Cd、Pb等重金屬。水基鉆井液是由膨潤土、水（或鹽水）、各種處理劑、加重材料等所組成，其氯化物和無機鹽的含量遠(yuǎn)高于土壤中植物的耐受程度，PH值遠(yuǎn)超過耐受范圍。

（二）酸化壓裂階段。酸化壓裂是油氣井的一種有效增產(chǎn)措施，在新井求產(chǎn)和老井挖潛改造中得到廣泛應(yīng)用。然而在作業(yè)完成后要排出大量的殘酸。目前，對殘酸大部分采用焚燒和儲存方式處置，即將殘酸先經(jīng)焚燒部分汽化，然后未汽化部分儲存在耐酸池中，為消除酸性，一般投加氫氧化鈣進(jìn)行中和，使之自然干化。雖然廢液已無酸性，但因氯離子含量太高，價值廢液中還有多種有機物添加劑，對環(huán)境仍會構(gòu)成潛在危險。

（三）天然氣開采階段。隨著天然氣的開采，氣藏壓力不斷下降，氣井開始產(chǎn)水，因氣田水礦化度高，含油、氯化物、硫化物，還有Cd、Pd、As等重金屬。氯化物能使土壤鹽堿化，石油流入地面水體，會消耗水中的溶解氧，使水環(huán)境惡化。氣田水通過土壤滲透或者注水井漏層進(jìn)入表層地下水，會嚴(yán)重污染水質(zhì)。Cd、Pd、As等重金屬通過食物鏈或者飲用水進(jìn)入人體，會嚴(yán)重危害人體健康[1]。

二、開發(fā)過程的環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測技術(shù)

各個階段都要有相應(yīng)的措施把過程物質(zhì)與地層水、土壤等相隔絕，對大氣排放也有相應(yīng)的控制措施，一旦現(xiàn)場違規(guī)作業(yè)或發(fā)生異常、應(yīng)急事件，將會導(dǎo)致環(huán)境保護(hù)措施失效，為防止環(huán)境事件發(fā)生或擴(kuò)大，必須采取有效的環(huán)境監(jiān)測手段幫助分析環(huán)境危害程度，輔助決策環(huán)境應(yīng)急措施。

1.水質(zhì)污染監(jiān)測。天然氣開發(fā)過程中，石油類、氨氮、氯化物、揮發(fā)酚、重金屬等污染物容易對地表水質(zhì)造成污染。水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)類型比較多，通過優(yōu)選，其主要適用于天然氣開發(fā)中水質(zhì)污染監(jiān)測的儀器分析方法主要有以下兩大類型。

（1）分光光度法。分光光度法是通過測定被測物質(zhì)在特定波長處或一定波長范圍內(nèi)光的吸收度，對該物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析的方法，具有靈敏度高、操作簡便、快速等優(yōu)點。它用于水和廢水中的石油類、總氮、硫化物、氨氮、六價鉻、總鉻等的測定。

（2）原子吸收光譜法。原子吸收光譜法是基于待測元素的基態(tài)原子蒸汽對其特征譜線的吸收，由特征譜線的特征性和譜線被減弱的程度對待測元素進(jìn)行定性定量分析的一種儀器分析的方法。是水質(zhì)污染測定中一種非常成熟的儀器分析方法，可分析元素周期表中多達(dá)70多種元素，是元素分析中最靈敏的分析方法之一，可不需分離地快速測定各類樣品。原子吸收光譜法的檢出限較低，精密度高，抗干擾能力強，能夠測定水質(zhì)分析項目中的汞、耗氧量、溶解氧、總硬度、鉀、鈉、鈣、鎂等指標(biāo)。

2.土壤污染監(jiān)測技術(shù)。鉆井液、壓裂液、地層水的違規(guī)處置容易造成土壤污染，主要污染物包括鎘、鉛、鉻、銅、鋅、汞、砷、鐵、錳、石油類等。土壤污染監(jiān)測技術(shù)類型較多，常規(guī)適用石油行業(yè)的土壤監(jiān)測方法主要包括以下三個種類。

（1）原子吸收光譜法。天然氣開發(fā)過程中可能造成土壤重金屬含量較多，原子吸收光譜法主要用于土壤中重金屬含量的測定。目前，原子吸收光譜檢測方法分為火焰原子吸收光譜法、石墨爐原子吸收光譜法和氫化物發(fā)生法?；鹧嬖游展庾V法是目前應(yīng)用最為廣泛的一種監(jiān)測方法，它主要適用于易原子化的元素，對大多數(shù)元素有較高的靈敏度和監(jiān)測極限。石墨爐原子吸收光譜法是用石墨材料做成原子化器，用電流加熱實現(xiàn)元素原子化的分析方法。其分析的靈敏度較火焰原子化技術(shù)高，原子化溫度可調(diào)節(jié)、操作試驗過程中安全系數(shù)高。氫化物發(fā)生法主要用于易形成氫化物的元素，如Bi、Hg、Pb、As、Sb等。三種原子吸收光譜法各有所長，可以準(zhǔn)確地測定土壤和沉積物中的銅、鉛、鋅、鎳、等重金屬元素[2]。

（2）紅外分光光度法。在土壤中石油類的測定中，使用紅外分光光度法，以四氯乙烯為萃取劑，提取液經(jīng)過硅酸鎂吸附，除去動植物油等極性物質(zhì)后，測定土壤中的石油類含量。

（3）電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法。本方法可實現(xiàn)土壤中多組分的同時消解及準(zhǔn)確測定，提高大批量樣品快速的分析的效率。建立了土壤樣品經(jīng)高壓密閉消解后，采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）可測定土壤中的K2O、Na2O、Mn、Cu、Zn等。利用快速自動進(jìn)樣器（FAST），用本方法可以達(dá)到每7秒分析一個樣品，每小時分析超過500個樣品，是應(yīng)急監(jiān)測中土壤分析的強有力手段。

3.大氣污染監(jiān)測技術(shù)。鉆井、開采環(huán)節(jié)容易發(fā)生天然泄漏、伴生氣體排放、輕烴揮發(fā)等。廢棄物類型比較多，包括一氧化碳、二氧化硫、硫化氫、煙塵等等。大氣污染監(jiān)測技術(shù)類型比較多，本文主要優(yōu)選以下幾種類型。

1）氣相色譜法。在氣體污染監(jiān)測中應(yīng)用氣相色譜法，可了解氣體污染物的色譜圖，通過與標(biāo)準(zhǔn)氣體色譜圖進(jìn)行對比分析，即可確定污染物類型。對此，可應(yīng)用氫火焰離子化鑒定器，氫火焰離子化鑒定器的應(yīng)用基礎(chǔ)為氣相色譜法，在大氣環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用氫火焰離子化鑒定器，即可對大氣環(huán)境中的一氧化碳以及各類有機污染物進(jìn)行監(jiān)測和分析。因此，在油氣開采大氣環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用氣相色譜法，可對大氣環(huán)境中的各類氣體污染物進(jìn)行準(zhǔn)確測量。

2）紅外吸收光譜法。在紅外吸收光譜法的實際應(yīng)用中，可利用紅外光束照射氣體分析，由于氣體分子可選擇性吸收頻率差異比較大的光子，通過對紅外吸收光譜進(jìn)行分析，即可對不同分子結(jié)構(gòu)以及氣體濃度進(jìn)行準(zhǔn)確測量。在油氣開采大氣環(huán)境監(jiān)測中，可利用該項技術(shù)研發(fā)紅外氣體檢測儀，即可對大氣環(huán)境中的甲烷濃度進(jìn)行準(zhǔn)確測量。通過對紅外氣體檢測儀的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分析，其主要是由兩個部分所組成的，包括光學(xué)系統(tǒng)以及單片機系統(tǒng)，在具體的檢測過程中，當(dāng)紅外光源進(jìn)入至氣室中后，即可獲得兩束單色光，通過應(yīng)用紅外探測器，可直接將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺缓筮€可輸出電壓信號，在對電壓信號進(jìn)行放大和濾波處理后，即可將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，并讀入至單片機中，通過應(yīng)用計算機專用程序，即可對大氣環(huán)境中污染氣體的濃度進(jìn)行檢測[3]。紅外吸收光譜法的應(yīng)用過程如下圖所示。

3）生物監(jiān)測技術(shù)。在大氣環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，生物監(jiān)測技術(shù)發(fā)展迅速，在生物監(jiān)測技術(shù)的實際應(yīng)用中，可充分利用植物、動物以及微生物進(jìn)行大氣環(huán)境監(jiān)測。比如，在油氣資源開采區(qū)域大氣環(huán)境監(jiān)測中，可利用苔蘚和地衣進(jìn)行檢測，通過對大氣污染物對于植物所造成的危害情況進(jìn)行分析，即可判斷大氣污染物類型。

三、環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測管理策略

（一）認(rèn)真執(zhí)行相關(guān)法律法規(guī)。在生態(tài)環(huán)境保護(hù)管理中，我國已制定一系列法律法規(guī)，包括《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》、《中華人民共和國大氣污染防治法》、《中華人民共和國水法》等等，對生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求達(dá)到前所未有的高度，在天然氣資源開發(fā)過程中，必須嚴(yán)格依據(jù)法律法規(guī)制定完善的環(huán)境監(jiān)測和管理目標(biāo)、方案等，建立健全完善的環(huán)境保護(hù)制度，將國家各項環(huán)保政策落實到實處，避免在開發(fā)過程中造成環(huán)境污染。

（三）提升環(huán)境保護(hù)意識和能力。開發(fā)單位以及各級政府有關(guān)部門需加強環(huán)境監(jiān)測和保護(hù)管理宣傳教育，提高對環(huán)境監(jiān)測管理的重視度。工作人員定期參與環(huán)保知識培訓(xùn)活動，確定現(xiàn)場操作規(guī)范，避免操作不當(dāng)而造成環(huán)境污染問題。另外，還應(yīng)積極引進(jìn)專業(yè)技術(shù)人員以及特殊才能人員，促進(jìn)資源開發(fā)團(tuán)隊專業(yè)素質(zhì)水平的提升，減少環(huán)境影響事件發(fā)生。

（四）實施環(huán)境友好型技術(shù)。強油氣資源開采技術(shù)以及環(huán)境監(jiān)測技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)油氣開采效率的提升，合理規(guī)避各類意外事件。比如，在鉆井過程中，對鉆井過程的雨污分流進(jìn)行有效控制，污染環(huán)節(jié)場所做好防滲處理，避免造成土壤環(huán)境污染。在油氣資源開采完成后，對于廢棄油池以及泥漿池，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用有效的綠化措施，避免對地下水環(huán)境造成污染。

（五）科學(xué)制訂突發(fā)環(huán)境應(yīng)急預(yù)案。通過制定環(huán)境應(yīng)急預(yù)案，在天然氣資源開發(fā)過程中，如果突發(fā)環(huán)境污染事件，則可及時啟動預(yù)案，對環(huán)境污染情況進(jìn)行監(jiān)測和及時控制。在預(yù)案編制過程中，應(yīng)對天然氣開發(fā)行業(yè)環(huán)境風(fēng)險評估進(jìn)行分析，通過對開發(fā)環(huán)境進(jìn)行風(fēng)險評估，了解環(huán)境風(fēng)險部位現(xiàn)狀、風(fēng)險物質(zhì)、數(shù)量、污染因子、污染類型等，為預(yù)案的制定奠定基礎(chǔ)。另外，在預(yù)案的制定過程中，應(yīng)保證應(yīng)急流程規(guī)范化，提高事件響應(yīng)速度，同時保證應(yīng)急監(jiān)測能夠順利開展。[3]。

（六）優(yōu)選環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測方法及設(shè)備。對天然氣開發(fā)行業(yè)常見環(huán)境因素以及主要污染物排放情況進(jìn)行分析，合理確定突發(fā)環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測項目，并確定優(yōu)選指標(biāo)，對油氣資源開采行業(yè)突發(fā)環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測方法進(jìn)行比選擇。堅持突發(fā)環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測方法選擇原則，根據(jù)優(yōu)選重要性權(quán)重，將環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備權(quán)重分為安全性、監(jiān)測速度、便攜性、準(zhǔn)確度、操作難度五種，并進(jìn)行綜合比較，選擇適宜的環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，有利于簡化環(huán)境監(jiān)測所需設(shè)備，降低儀器、藥品耗材，同時便于日常維護(hù)管理。

（七）建立天然氣突發(fā)環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測數(shù)字化系統(tǒng)。在應(yīng)急監(jiān)測數(shù)字化系統(tǒng)的創(chuàng)建過程中，需做好應(yīng)急監(jiān)測準(zhǔn)備工作，并組織成立應(yīng)急監(jiān)測組織機構(gòu)，選擇專業(yè)技術(shù)人才，選擇適宜的監(jiān)測方法、儀器、設(shè)備等。在天然氣開發(fā)環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測中，在獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)后，及時報送和審核，對環(huán)境監(jiān)測全過程進(jìn)行動態(tài)化管理，提高響應(yīng)速度以及應(yīng)對能力，同時保證環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測管理的規(guī)范化和透明化。

四、結(jié)束語

綜上所述，本文主要對天然氣資源開發(fā)過程中的應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測技術(shù)以及管理策略進(jìn)行了詳細(xì)探究。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對于天然氣資源的需求量不斷增加，而在天然氣開發(fā)過程中，地質(zhì)環(huán)境、水文環(huán)境等比較復(fù)雜，如果開發(fā)環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，則會對大氣環(huán)境、土壤環(huán)境、地下水環(huán)境造成污染，對此，應(yīng)提高對于天然氣開發(fā)環(huán)節(jié)環(huán)境監(jiān)測管理的重視度，聯(lián)合應(yīng)用水質(zhì)、土壤以及大氣污染監(jiān)測技術(shù)，在環(huán)境管理方面，認(rèn)真執(zhí)行相關(guān)法律法規(guī)，落實環(huán)境保護(hù)制度，加強環(huán)境保護(hù)宣傳和培訓(xùn)，實施環(huán)境友好型技術(shù)，促進(jìn)天然氣開采效率的提升，同時保障天然氣開采環(huán)境利益。

參考文獻(xiàn)：

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