頁巖氣開發(fā)地面工程環(huán)境影響及控制*

羅東坤1；2袁杰輝2接桂馨3

1重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院；2中國石油大學(xué)（北京）3中國石油集團長城鉆探工程有限公司

頁巖氣是清潔高效的能源資源，隨著頁巖氣逐漸實現(xiàn)規(guī)?；_發(fā)，頁巖氣開發(fā)中地面工程所引起的環(huán)境問題也日益凸顯。要解決這一關(guān)鍵問題，最好的方式是從源頭盡可能地預(yù)防或者減少負面環(huán)境影響的產(chǎn)生，摒棄以往“先污染后治理”做法，在開發(fā)頁巖氣資源的同時促進地面工程環(huán)境保護，將綠色環(huán)保理念融入到地面工程可行性研究、規(guī)劃設(shè)計和建設(shè)中，從而將所產(chǎn)生的潛在環(huán)境影響控制到最低，進而促進產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

頁巖氣開發(fā)；地面工程；環(huán)境影響；控制措施

1 地面工程構(gòu)成

頁巖氣是清潔高效的能源資源，其開發(fā)是經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護的現(xiàn)實需要。隨著頁巖氣逐漸實現(xiàn)規(guī)模化開發(fā)，頁巖氣開發(fā)中地面工程所引起的環(huán)境問題也日益凸顯。頁巖氣地面工程圍繞頁巖氣集輸與處理、壓裂返排水處理等展開。在頁巖氣開發(fā)新興地區(qū)，頁巖儲層致密低孔低滲和產(chǎn)量快速遞減使得頁巖氣開發(fā)需要開鉆更多的井，這就意味著需要更多的地面配套設(shè)施，頁巖氣地面工程所產(chǎn)生負面環(huán)境影響的累積效應(yīng)將更為顯著。因此，應(yīng)從地面工程可行性研究、規(guī)劃設(shè)計和建設(shè)階段著手采取有效措施，將這些環(huán)境影響加以預(yù)防和減輕，以可持續(xù)的方式開發(fā)頁巖氣資源。

2 地面工程潛在的環(huán)境影響

2.1 對生態(tài)的影響

頁巖氣地面工程對生態(tài)的影響主要體現(xiàn)在兩個方面：①土地占用，頁巖氣開發(fā)時建設(shè)大量的地面設(shè)施（包括井場、站場、集輸管線等），需要臨時或永久地占用大量土地；②地面工程建設(shè)對植被、土壤、野生動物及其棲息地等的負面影響。

2.2 對水體的影響

由于含氣頁巖儲層極為致密，氣藏開發(fā)需要水力壓裂增產(chǎn)。通常所用壓裂液的主要成分是水和砂（99.51%），其余成分為殺菌劑、分解劑、阻蝕劑等，其絕大部分是化學(xué)添加劑。壓裂完成后返排將產(chǎn)生大量的返排水，不僅含有種類眾多的化學(xué)添加劑，還含有一些溶解性固體、揮發(fā)性有機化合物（VOC）、甲烷（CH4），甚至還可能有重金屬、放射性物質(zhì)。這些廢水加上生活污水和固體廢物等如果不經(jīng)過妥善處理，不僅可能對地表水產(chǎn)生嚴重污染，也可能污染到地下水。

2.3 對大氣的影響

地面工程建設(shè)施工排放大量有害的空氣污染物，包括二氧化碳、二氧化硫和顆粒物等，加上施工時產(chǎn)生大量塵土和交通揚塵，更容易使空氣中顆粒物增加。頁巖氣采氣、集輸處理過程中會產(chǎn)生有機化合物、氮氧化物、二氧化碳等，還可能排放硫化氫、苯、甲苯等毒性物質(zhì)。而且，有機化合物和氮氧化物在陽光作用下易在地表形成臭氧，產(chǎn)生新的空氣污染物。放空或燃燒、管線與設(shè)備排放的甲烷將產(chǎn)生更為顯著的溫室效應(yīng)。

3 控制地面工程環(huán)境影響的措施

3.1 可行性研究階段

可行性研究階段需要進行地面工程環(huán)境影響評價，從源頭預(yù)防和減輕因地面工程建設(shè)實施后對環(huán)境造成不良影響。由于頁巖氣是新興能源，現(xiàn)階段地面工程環(huán)境影響評價存在諸多問題[1]，需要采取應(yīng)對措施加強環(huán)境影響評價。以重慶涪陵焦石壩某井場放噴池發(fā)生滲漏污染井水導(dǎo)致人畜飲水無法保障為例，應(yīng)該對水質(zhì)進行有效監(jiān)測，準確地評估所產(chǎn)生的不良環(huán)境影響并及時采取應(yīng)對措施?，F(xiàn)階段，為加強頁巖氣地面工程環(huán)境影響評價，可從環(huán)境影響評價內(nèi)容與深度、環(huán)境影響動態(tài)監(jiān)測等方面著手推進。

3.2 規(guī)劃設(shè)計階段

為盡可能地減少地面工程設(shè)施建設(shè)和充分利用已有設(shè)施，防止和減少資源浪費以及不利環(huán)境影響產(chǎn)生，在規(guī)劃設(shè)計時可通過以下3條途徑進行優(yōu)化：①采用模塊化設(shè)計思路[2]。標準化的和可重復(fù)利用的地面工程設(shè)施將是較為可行的方式。②盡量延后或者進行動態(tài)調(diào)整。頁巖氣資源雖然分布廣泛，但優(yōu)先開發(fā)的“甜點區(qū)”受局部地質(zhì)條件影響較大[3]。相比于常規(guī)天然氣，頁巖氣地面工程規(guī)劃設(shè)計應(yīng)盡量延后或者進行動態(tài)調(diào)整，使之與資源條件匹配。③預(yù)留空間。頁巖氣產(chǎn)量遞減迅速，在地面工程規(guī)劃設(shè)計時需要充分考慮到這一點，為之后產(chǎn)量遞補預(yù)留空間。

3.3 建設(shè)階段

3.3.1 工藝技術(shù)

（1）“井工廠”。當頁巖氣開發(fā)進入規(guī)模化階段時，“井工廠”理念是頁巖氣開發(fā)工藝技術(shù)的核心?！熬S”是開發(fā)非常規(guī)資源時采用的一種批量化、標準化、“工廠化”的高效開發(fā)模式。積極貫徹“井工廠”理念、實施“井工廠”模式開發(fā)頁巖氣資源，不僅能夠減少地面工程多項重復(fù)性投資，提高經(jīng)濟效益，還具有明顯的環(huán)保優(yōu)勢，能夠進一步降低環(huán)境污染。

（2）水處理。頁巖氣開發(fā)由于采用水力壓裂實施增產(chǎn)會產(chǎn)生大量返排水，再加上可能還有產(chǎn)出水，龐大數(shù)量的廢水需要進行處理，將產(chǎn)生嚴重的環(huán)境污染。典型的頁巖氣開發(fā)水處理方式有3種，即回注地下、初步處理后再利用、處理后排放或再利用。通常前2種方式成本相對更低，我國目前主要采用和正在嘗試的就是這2種方式。將廢水進行妥善處理，有利于實施以水資源保護為核心的綠色開發(fā)理念，這對頁巖氣開發(fā)尤為重要。

（3）減排。減少污染氣體排放最好的方式是從源頭盡可能地阻止氣體排放的發(fā)生。壓裂作業(yè)結(jié)束隨著返排液的產(chǎn)生，會伴隨一些CH4、CO2和VOC。相應(yīng)的措施是實施綠色完井，將烴類與返排液分離回收，也有利于返排液的收集與處理，如圖1所示。平均來說，綠色完井技術(shù)能回收約53%原本排放或燃燒的頁巖氣。頁巖氣采氣、集輸處理過程中也會產(chǎn)生CH4、CO2和其他污染性氣體，可從發(fā)動機、壓縮機、加熱爐等方面著手應(yīng)用減排技術(shù)將潛在環(huán)境影響控制到最低。

3.3.2 HSE管理

頁巖氣行業(yè)的技術(shù)和工藝特點決定了當處理地面工程HSE問題時將面臨更多挑戰(zhàn)，建立有效的HSE管理體系，以避免和減少地面工程事故發(fā)生和出現(xiàn)環(huán)境污染事件。一方面需要培養(yǎng)決策層、管理層的HSE理念和意識，使其引導(dǎo)整個企業(yè)全員參與，最大限度地降低潛在的環(huán)境影響；另一方面需要加強基層員工特別是現(xiàn)場作業(yè)人員的HSE培訓(xùn)，強化HSE理念和意識，并在現(xiàn)場付諸實施，從而有利于保障健康與安全、保護環(huán)境。

圖1 頁巖氣綠色完井設(shè)備布局示意圖

4 結(jié)論

頁巖氣具備資源和環(huán)境優(yōu)勢，其開發(fā)將為保障我國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型注入新的活力。同時，頁巖氣開發(fā)中地面工程活動也會產(chǎn)生生態(tài)污染、水體污染、大氣污染等潛在環(huán)境問題，這在一定程度上將阻礙頁巖氣產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。要解決困擾頁巖氣開發(fā)的這一關(guān)鍵問題，最好的方式是從源頭盡可能地預(yù)防或者減少負面環(huán)境影響，摒棄以往“先污染后治理”做法，在開發(fā)頁巖氣資源的同時促進地面工程環(huán)境保護，將綠色環(huán)保理念融入到地面工程可行性研究、規(guī)劃設(shè)計和建設(shè)中，從而將所產(chǎn)生的潛在環(huán)境影響控制到最低，進而促進產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

[1]梁睿，童莉，向啟貴，等．中國頁巖氣開發(fā)的環(huán)評管理及建議[J]．天然氣工業(yè)，2014，34（6）：135-140.

[2]GuarnoneM，RossiF，NegriE，etal．AnUnconventionalMindsetforShaleGasSurfaceFacilities[J]．JournalofNaturalGasScienceandEngineering，2012（6）：14-23.

[3]廖永遠，羅東坤．非常規(guī)天然氣資源開發(fā)的地面工程問題[J]．油氣田地面工程，2012，31（11）：1-3.

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.003

羅東坤：1998年獲石油大學(xué)（華東）煤田·油氣地質(zhì)與勘探專業(yè)油氣資源經(jīng)濟評價方向博士學(xué)位，二級崗教授、博士生導(dǎo)師，主要研究方向為油氣資源與項目經(jīng)濟評價、項目管理和能源戰(zhàn)略。

（欄目主持 李艷秋）

重慶課題“頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)經(jīng)濟評價方法及其應(yīng)用”和“頁巖氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)集成及低成本開發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃”，國家科技重大專項專題“頁巖氣開發(fā)經(jīng)濟評價研究”（2011ZX05018—005—01）。

（010）69740356、dkluo@hotmail.com