張健強，李 平，張 義，陸朝暉，蒙 春

（1.重慶地質礦產研究院頁巖氣勘探開發(fā)國家地方聯合工程研究中心，重慶401120；2.重慶地質礦產研究院，國土資源部頁巖氣資源勘查重點實驗室，重慶401120；3.國投重慶頁巖氣開發(fā)利用有限公司，重慶404100）

油氣田地質災害是地質災害的一種特殊類型。有關學者將油氣田地質災害定義為：在特定的地質背景下,由于人們對油氣儲集層的地質規(guī)律認識不清或在油氣田開發(fā)過程中采取的工程措施不當，而誘發(fā)形成的災害性地質事件[1]。油氣開發(fā)地質災害并不普遍，但一旦發(fā)生，可能對人民生命財產造成嚴重威脅：2003年12月發(fā)生的重慶開縣高含硫氣井井噴事故的影響至今仍讓石油行業(yè)從業(yè)者心有余悸，并成為石油行業(yè)井控課程必修案例。由于油氣田開發(fā)過程中的地質災害既有常規(guī)地質災害的突發(fā)性、難以預測性，又有其獨特的誘發(fā)性、多樣性的特點[2]，因而其預防和監(jiān)管應建立針對性的政策措施。

我國西南地區(qū)石油資源貧乏，但卻是中國天然氣儲量最豐富的地區(qū)之一,僅重慶地區(qū)探明天然氣儲量就占全國儲量的15%左右[3]。西南地區(qū)氣藏類型復雜，淺層氣、深層氣，低壓氣藏、異常高壓氣藏，高含硫氣藏，頁巖氣等分布類型復雜，開采技術難度大；同時地質環(huán)境復雜，地表起伏大、斷裂帶多[4]；加之開發(fā)區(qū)人口稠密，環(huán)境復雜，為油氣田開發(fā)過程地質災害預防和監(jiān)管帶來很大難度。

1 油氣開發(fā)主要地質災害類型

1.1 油氣田建設引起的滑坡

油氣開發(fā)過程中的滑坡災害主要由人為因素影響產生：如井場及油田道路修建過程中，施工開挖導致自然斜坡的穩(wěn)定狀態(tài)破壞（圖1）；棄土堆積、物探爆破導致坡體失穩(wěn)等。例如，延長西區(qū)采油廠4206#井場滑坡（圖2）、頁巖氣JY87 平臺的滑坡。油氣田開發(fā)引發(fā)的滑坡公開報道不多，但在地表條件復雜的山區(qū)，油田公路、井場、管道建設過程中，不可避免的涉及山體開挖，引發(fā)地質不穩(wěn)定。

西南多屬山地丘陵地區(qū)，年均降雨量大，地層以砂、泥巖為主，是我國崩塌、滑坡等地質災害最嚴重的地區(qū)[5]。油氣田企業(yè)建設及政府監(jiān)管過程中，都應將滑坡、崩塌等災害納入重點防控范圍。

圖1 地表易坍塌層

1.2 誘發(fā)微地震

圖2 4206#井場滑坡（取自網絡）

研究表明，采礦、水庫加卸載、注水等人類活動可能誘發(fā)地震。在油氣田開發(fā)過程中，廢水回注、壓裂等過程中，當流體被高壓注入地下儲層時，可能引起地下流體壓力增加、地下應力分布發(fā)生改變，導致地質力學變化、斷層再活化，出現微地震甚至破壞性地震[6]。如2011 年的美國俄克拉荷馬州Mw5.7 地震被認為是油氣田注水誘發(fā)的[7]。美國中部和加拿大西部油氣開發(fā)區(qū)、我國的華北油田和重慶榮昌地區(qū)都有注水誘發(fā)地震的有關研究。

一般來講,油氣田開發(fā)引發(fā)的地震規(guī)模不會太大,通常為3級以內的無感地震。從地震學而言，目前對壓裂是否能引起中等強度以上地震仍存在很大爭議[8]。我國四川盆地西南部的長寧背斜既是天然地震多發(fā)區(qū)，也是頁巖氣開發(fā)區(qū)，近年來發(fā)生多起中等強度的地震（圖3），2019年2月，榮縣境內同一區(qū)域接連發(fā)生3次4 級以上地震，榮縣暫停頁巖氣開采作業(yè)，該區(qū)地震的成因爭議很大。

圖3 川南地區(qū)2011年1月～2019年5月地震分布（何登發(fā)，2019年）

西南川渝地區(qū)是我國頁巖氣開發(fā)的主戰(zhàn)場，而且屬于地震多發(fā)區(qū)。目前，川渝地區(qū)頁巖氣開發(fā)正在向深層（大于3500m垂深）、更大壓裂規(guī)模方向發(fā)展，由此可能帶來的地質環(huán)境問題應當引起關注。

1.3 地下水環(huán)境影響

油氣田開發(fā)，特別是頁巖氣開發(fā)可能引起地下水環(huán)境污染問題一直存在眾多爭議[9]?！叭珖叵滤廴痉乐我?guī)劃(2011-2020 年)”將石油化行業(yè)勘探、開采及生產等活功列為顯著影響地下水水質，威脅地下水環(huán)境安全的重點行業(yè)之一，而目前油氣田開發(fā)過程中，“重開發(fā)、輕管理”現象仍普遍存在[10]，對油氣開發(fā)區(qū)地下水環(huán)境的監(jiān)測監(jiān)控少，管理難度大。美國等頁巖氣開發(fā)過程中曾出現水污染事故，引發(fā)民眾的擔憂。美國杜克大學的研究人員分析了馬塞勒斯產氣區(qū)的141口私人飲用水井，發(fā)現約82%水井的水樣中含有甲烷。氣井周圍半徑1km內飲用水的甲烷濃度是正常水平的6倍，乙烷濃度是正常水平的23倍（Robert B.Jacksona，2013年）。

水平井鉆井和體積壓裂是頁巖氣勘探開發(fā)關鍵技術，具有總液量大[（3.0～6.0）×104m3]、液體成分復雜、污染風險環(huán)節(jié)多、周期長等特點（張健強等，2019 年）。在西南地區(qū)地質條件復雜，巖溶地貌分布廣泛，淺層地表溶洞多、暗河多、裂縫多的條件下，增加了地下水環(huán)境風險。

1.4 其他地質災害

井噴及地下氣體溢出是油氣田開發(fā)過程中的另一類地質災害。井噴是石油天然氣行業(yè)最大的威脅，可能導致巨大的經濟損失、人員傷亡以及環(huán)境污染等問題（圖4）。中石油重慶開縣“12.23”特大井噴事故、英國石油公司“深水地平線”鉆井平臺井噴爆炸事故都導致重大人身傷亡、財產損失或生態(tài)災難。

圖4 井噴失控著火（取自網絡）

地下氣體（流體）在鉆遇裂縫、套管不完善、封井不完整等條件下可能溢出地表，導致失火、中毒等風險。天然氣溢出導致的“地火”現象（圖5），威脅油氣開發(fā)區(qū)生命和財產安全。

另外，油氣田經歷長時間開發(fā)還會產生其他地質問題，如油氣田開發(fā)引起的地表沉陷或抬升（大慶油田因長期進行油氣開發(fā)造成大面積地表變形）、地表出水(油)等。

圖5 天然氣溢出（土庫曼斯坦）

2 油氣田開發(fā)地質災害的成因分析

油氣田地質災害的形成機制復雜多樣，在不同地區(qū)或同一地區(qū)的不同時期是不斷變化的，研究揭示油氣田地質災害的形成機制就能達到識別、預防和治理地質災害的目的。

2.1 地質因素

油氣田地質特征，包括地表地質、深部構造等是地質災害的內在成因，本質上控制了災害的形成與發(fā)展。西南地區(qū)巖性多變、構造復雜，在此類地表和地質環(huán)境中易產生油氣田地質災害。如在地層高陡、巖性復雜、雨量充沛的地區(qū)容易產生滑坡、崩塌災害；高壓、高含硫、地應力復雜地區(qū)鉆井易出現事故，發(fā)生井噴失控風險等。

2.2 工程因素

工程因素是油氣田地質災害的誘發(fā)條件，油氣田開發(fā)的方式、工程強度、工程措施類型等都可能成為致災因素?，F有油氣田開發(fā)引發(fā)地質災害的案例證明,地質災害，如微小型地震、地面出水、天然氣溢出等均是在地下注入流體強度較大，輔以活動斷層、裂縫發(fā)育等條件下發(fā)生的。榮昌（雷興林等，2011年）、華北油田（張德元等，1985年）等注水誘發(fā)微地震的研究均表明，注水與地震時空關系一致性較好。

3 油氣田開發(fā)安全監(jiān)管建議

2018 年，我國石油和天然氣對外依存度分別達到69.8%和45.3%，國家能源安全形勢嚴峻。為了獲得更多更好的油氣資源，油氣勘探開發(fā)的程度將越來越深，油氣田地質災害的發(fā)生也會日益增多。因此，油氣田企業(yè)及政府監(jiān)管部門必須加強研究地質災害的致災因素，建立有效的監(jiān)測防控制度，逐步實現油氣田開發(fā)地質環(huán)境的有效監(jiān)測、預警和防范，保障油氣資源開發(fā)的可持續(xù)發(fā)展。

3.1 加強地質災害基礎研究

地質因素是油氣田開發(fā)地質災害的內因，必須加強地質災害誘發(fā)的基礎研究。油氣田開發(fā)企業(yè)在制定開發(fā)方案，特別是目前非常規(guī)油氣開發(fā)方案時，建議加強油氣開發(fā)全過程誘發(fā)地質災害風險的研究，實現地質災害的先期預防；政府監(jiān)管部門應當從開發(fā)活動監(jiān)管、安全監(jiān)管、環(huán)境監(jiān)管等角度，結合區(qū)域地質背景加強地質災害誘發(fā)機制、災害規(guī)律等方面的研究，為企業(yè)的開發(fā)活動提供指導和幫助，為區(qū)域公眾安全保駕護航。

3.2 制定有效預防監(jiān)管措施

油氣田地質災害的本質是人類活動，因而多具有可預防性。油氣田開發(fā)企業(yè)在制定開發(fā)計劃時，應做好地質災害的風險評價工作，對油氣井場修建、公路鋪設、鉆井、壓裂、廢水回注、輸油氣管道鋪設等全過程中，做好地質災害預防，并制定有效的應急措施，實現油氣勘探開發(fā)與災害防治并重；政府監(jiān)管部門應做好油氣田開發(fā)過程的監(jiān)管，制定監(jiān)管辦法，涵蓋油氣開發(fā)事前、事中、事后全過程管理，保障在油氣田勘探開發(fā)方案審查審批、重點工程實施、重要設施建設、重點熱點問題處置等過程中，監(jiān)管到位、政策有力。

3.3 保障監(jiān)測監(jiān)控到位

資源開發(fā)過程中的安全與環(huán)境是政府監(jiān)管的重中之重，雖然我國針對石油天然氣開發(fā)地質災害的預防擁有眾多法律法規(guī)、行業(yè)標準等規(guī)范，但受油氣田開發(fā)企業(yè)體制機制影響，地方政府在監(jiān)管方面手段仍然不多。比如，頁巖氣開發(fā)過程是否誘發(fā)地震？油氣田開發(fā)對地下水的影響如何？相關的研究及資料都較少。鑒于此，建議政府監(jiān)管部門針對重點災害風險、重點公眾關注問題，如水環(huán)境、誘發(fā)地質災害、場地污染、溫室氣體排放等進行長期、科學的監(jiān)測監(jiān)控，或與油氣田開發(fā)企業(yè)協作，建立油氣田開發(fā)的全方位立體監(jiān)測，掌握油氣開發(fā)動態(tài)，變被動應急為主動監(jiān)管和預防，更好的履行監(jiān)管職責，逐步完善油氣監(jiān)管政策。

3.4 逐步實現油氣開發(fā)地質災害的預測預警

油氣田地質災害長期、科學監(jiān)測與地質災害形成機制、時空規(guī)律、演化模擬等研究的深入結合，就可以實現油氣地質災害的預測和預警。北美的石油公司與壓裂服務公司制定的“紅綠燈系統(tǒng)”是地質災害預測預警的有益嘗試，它根據壓裂或注水過程中地震監(jiān)測的強度對油氣田生產活動進行調整（仍屬于企業(yè)自律）。由于油氣田開發(fā)地質災害的偶發(fā)性、突發(fā)性等特點，油氣田地質災害預測預警方法仍需要開發(fā)企業(yè)和監(jiān)管部門共同加強研究。