煤層氣鉆井工程對地下水環(huán)境影響與保護措施

朱明君

（河南省資源環(huán)境調(diào)查三院，河南鄭州 450000）

0.引言

煤層氣是一種在煤層中發(fā)現(xiàn)的天然氣，它的開采始于1950年代。20世紀80年代中期，當美國成功實現(xiàn)煤層氣開采時，世界上一些富碳國家，如加拿大、澳大利亞、中國等也開始進行這方面的研究。煤層氣作為一種高熱值、低污染、儲量豐富的清潔能源，對于彌補常規(guī)油氣資源稀缺、減少氣井瓦斯事故、減少大氣污染具有重要意義。因此，保障水資源安全是研究煤層氣開采對地下水環(huán)境影響的關(guān)鍵。作為陸地上重要的淡水資源，地下水是參與水循環(huán)的主要責任，它對我國社會和人口的生活和發(fā)展具有重要意義。全國地下水污染程度進一步加深，造成這種現(xiàn)象的主要原因是地下水資源沒有得到合理開發(fā)利用，各種污染物隨意排放，地下水污染使得地下水環(huán)境在短期內(nèi)難以控制，需要解決地下水污染的預(yù)警和預(yù)防問題。審視行業(yè)發(fā)展實際，圍繞地下水資源可持續(xù)發(fā)展，充分考慮地下水污染程度，特別是滿足基本保護和防治要求，制定完善的管理方案，有效控制地下水污染，降低對環(huán)境的影響，實現(xiàn)地下水循環(huán)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的目標，保護地下水資源的重要性是顯而易見的。

1.鉆井工程對地下水的環(huán)境影響

1.1 正常運行條件下地下水對環(huán)境的影響

為了研究地下水環(huán)境的結(jié)構(gòu)，在地表使用清水鉆井方法，只需添加少量膨潤土，既可以保證該地區(qū)正常供水，又可以保護含水層。白堊紀地下水循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用水基鉆井泥漿，主要由碳酸鈉水溶液組成，化學(xué)性質(zhì)呈堿性，有腐蝕性，鉆井泥漿無毒。通過協(xié)調(diào)保護地下水環(huán)境的基本要求，氣井設(shè)計和鉆井工藝選擇合理，鉆井液配置也符合標準規(guī)范。在鉆井作業(yè)過程中，需要對作業(yè)環(huán)境進行更詳細、具體地分析，明確相關(guān)環(huán)境管理要求。具體是在鉆井現(xiàn)場設(shè)置室內(nèi)泥漿池，鉆井廢水和可回用泥漿均勻排入泥漿池固化。如果測試表明巖屑是危險廢物，則必須將其送到相關(guān)的單位進行處置。當然，固井必須按照設(shè)計圖紙的要求進行，以保證設(shè)計質(zhì)量，防止因固井不合格導(dǎo)致油氣進入地層污染地下水源[1]。

1.2 異常工況對地下水環(huán)境的影響

建設(shè)氣井鉆井工程，建設(shè)單位應(yīng)當根據(jù)環(huán)境政策法規(guī)，結(jié)合有關(guān)法律法規(guī)，選擇適當?shù)姆椒?，有效保護地下水環(huán)境。在特殊情況下，建設(shè)單位無意中排放了生活廢水或氣井蓋檢查不規(guī)范，鉆井液滲入含水層，池內(nèi)泥漿徑流污染地下水環(huán)境，不利于環(huán)境保護目標。此外，從井中返回的鉆屑不隨鉆井液排放到處理廠集中清洗，而是自行排放。與鉆井項目有關(guān)的所有化學(xué)品和材料都沒有交給專門人員進行管理，如果鉆井液損壞或暴露在自然空氣中，如雨水，將被迫排放[2]。

1.3 破壞水資源

煤層氣開采會造成大面積的塌陷，造成土壤裂縫，破壞原有的砂巖含水層。隨著地下水位下降，礦井排水地表徑流增加，塌陷沉積物也會影響地下水系統(tǒng)徑流的調(diào)蓄。（1）影響地表水。當煤層氣開采造成大量滑坡和地表裂縫時，地表水滲入地下或礦井，導(dǎo)致地表徑流顯著減少，產(chǎn)生大量礦井水徑流。（2）破壞水平衡。由于水資源與煤層氣同屬一個地質(zhì)體，在自然環(huán)境中各有其獨特的變化規(guī)律。但長期開采破壞了地下水資源內(nèi)部生態(tài)平衡，加速地下水流動，逐漸降低水位。

1.4 污染水的質(zhì)量

礦山廢水的排放影響河水和淺層地下水的水質(zhì)。礦山廢水含有大量有毒有害物質(zhì)，被各種污染物污染，主要是酸性pH值升高、SO42-含量高、硬度高、鹽度高、酚類、汞等有毒成分。下游未經(jīng)處理的徑流不僅污染地表水，還污染淺岸河水。礦山將地表水轉(zhuǎn)化為地下水，倒入坑內(nèi)排放，再轉(zhuǎn)化為下游地表水，這種轉(zhuǎn)變破壞并影響了水資源的數(shù)量和質(zhì)量。在一些地區(qū)，農(nóng)作物只能用礦井污水灌溉，這對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量影響很大。煤層氣會與礦井中的地下水和地表水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生稀酸。這種稀酸將構(gòu)成無機酸的所有成分。礦井地下水沒有得到徹底地處理，含有稀酸的水釋放出大面積的農(nóng)作物，生產(chǎn)面積和應(yīng)對自然災(zāi)害的能力的下降嚴重破壞了周邊礦區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[3]。

2.鉆井過程中地下水污染防治建議

2.1 用清水泥漿鉆井

項目的施工采用清水泥漿鉆井法，同時，水泥充分硬化儲存，鉆井后期的鉆井泥漿不會污染地下水。井表層套管的各種類型和功能完成并固定，水泥將返回井口，必須重新填充以確保井的強度。當然，主要生產(chǎn)或工藝套管主體選擇一次上返模式。純度較高的水泥返回氣層上臨界層，而密度較低的水泥返回氣層約200m，可以有效地保護地下水不與其接觸。

2.2 設(shè)置防滲泥漿池

在整個鉆井工程中，井場會產(chǎn)生鉆井廢水、一定量的泥漿廢料和液體廢料，最終儲存在防滲泥漿池中。鉆井工程順利完成后，將移交給合格的專業(yè)機構(gòu)提供完全安全的固化處理。如果鉆屑不是危險廢物，它們也會被放置在井場的泥漿池中，等待無害的硬化處理。同時，您可以選擇充分利用它，更好地實現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)管理目標。

2.3 著力提高固井質(zhì)量

鉆井工程必須遵守正確的操作規(guī)程，嚴格按照規(guī)章制度的要求進行施工。鉆井項目的開發(fā)不能隨意規(guī)劃，采取有效措施，盡可能提高固井質(zhì)量，設(shè)定時間間隔，定期確定地點完成固井檢查，確保所有固井均達標，保固率達到100%。此外，由于固井質(zhì)量差，可能會出現(xiàn)泄露問題，直接影響是我國地下水受到污染，短期內(nèi)將產(chǎn)生重大負面影響，難以恢復(fù)。在固井前可以使用聲波振幅測井，一般情況下，純水泥井的現(xiàn)場值在15%～30%之間，是合格的。在人工井的底部，實際聲幅測量曲線可以從兩米到五米不等。此外，還需要保護套管并在其表面添加有機涂層，以更好地避免套管出現(xiàn)裂紋，達到有效延長其使用壽命的目的。

2.4 注意鉆井廢棄物的處理

每個鉆井項目的井位相對分散，除了鉆井技術(shù)產(chǎn)生的廢物外，還會有生活垃圾，包括生活污水。廢棄物總量雖小，但也會對地下水環(huán)境造成一定的污染。因此，鉆井工程施工人員日常工作中產(chǎn)生的污水應(yīng)均勻排放，不得隨意排放。發(fā)展生物處理方法，更好地防治地下水污染，控制地下水污染的進一步蔓延，改善地下水環(huán)境，明確規(guī)劃政策，妥善實施地下水污染防治。

2.5 可持續(xù)發(fā)展的措施

（1）堅持科學(xué)發(fā)展觀和可持續(xù)發(fā)展道路，正確解決煤層氣、水資源、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展問題。要堅持可持續(xù)發(fā)展原則，提高煤層氣開采技術(shù)水平，重點研究煤層氣開采與水資源的聯(lián)系，減少煤炭開采對水資源的破壞，加大水資源保護和投資力度。（2）堅決貫徹落實礦產(chǎn)資源法、水法、環(huán)境法等法律法規(guī)，落實煤炭資源開發(fā)和生態(tài)保護并重，特別是預(yù)防和協(xié)調(diào)的政策。（3）采用先進的采礦設(shè)備和技術(shù)，淘汰落后的采礦方法，避免坍塌。（4）促進礦井排水，提高礦井排水利用率。（5）綜合廢物回收。廢物直接加工回收或用作生產(chǎn)磚塊和水泥的原料。（6）加強水土保持、復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)。（7）充分利用礦井水是保護地下水資源的最有效途徑之一。在考慮礦井水的充分利用時，首先要確定礦井水在整個水系統(tǒng)中的重要地位，了解礦井水中各種元素的含量限值。

3.結(jié)語

地下水污染問題不僅破壞了生態(tài)環(huán)境，而且限制了我國的整體發(fā)展，需要盡快提出合理的解決方案。從目前的情況來看，鉆井工程的開發(fā)可能會對地下水環(huán)境產(chǎn)生負面影響。優(yōu)先防治地下水污染，加強治理，選擇適當有效的戰(zhàn)略措施，更好地促進生態(tài)環(huán)境發(fā)展。