新疆煤層氣勘探開發(fā)的環(huán)境影響分析及應(yīng)對(duì)措施

王月江王剛

(新疆煤田地質(zhì)局煤層氣研究開發(fā)中心，新疆830091)

新疆煤層氣勘探開發(fā)的環(huán)境影響分析及應(yīng)對(duì)措施

王月江王剛

(新疆煤田地質(zhì)局煤層氣研究開發(fā)中心，新疆830091)

本文從鉆井、壓裂、排采、集輸處理等煤層氣勘探開發(fā)全流程的各個(gè)環(huán)節(jié)入手，分析其噪音、廢水、廢氣、固體廢棄物、植被破壞等環(huán)境影響，提出合理的環(huán)保開發(fā)技術(shù)措施。依靠環(huán)保管理理念和新技術(shù)、新工藝推進(jìn)煤層氣田的環(huán)保、綠色開發(fā)。綜合分析認(rèn)為，煤層氣開發(fā)對(duì)治理大氣污染、降低溫室氣體排放、減少煤礦瓦斯事故有顯著貢獻(xiàn)，其環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)整體可控，具有良好的環(huán)保“正效應(yīng)”。

新疆地區(qū) 煤層氣開發(fā) 環(huán)境影響 環(huán)保措施

1新疆煤層氣勘探開發(fā)進(jìn)展

新疆煤層氣資源勘查開發(fā)起步較晚，勘查工作程度較低，但發(fā)展很快。2013年以前，主要開展了全疆煤層氣資源評(píng)價(jià)，優(yōu)選了準(zhǔn)南、庫拜、后峽等勘查開發(fā)有利區(qū)，并在準(zhǔn)南煤田阜康、硫磺溝礦區(qū)及吐哈盆地沙爾湖煤田等地開展了煤層氣排采試驗(yàn)，阜康礦區(qū)FS-1生產(chǎn)試驗(yàn)井于2008年末成功點(diǎn)火，成為新疆第一口獲得工業(yè)氣流的煤層氣井，具有里程碑的意義;2013年以后，隨著勘查開發(fā)資金投入大幅增加，準(zhǔn)南煤田阜康、烏河?xùn)|及庫拜等煤田及礦區(qū)的煤層氣勘查獲得突破，阜康礦區(qū)施工的一口生產(chǎn)試驗(yàn)直井產(chǎn)氣量超過17200m3/d，為目前國內(nèi)煤層氣直井產(chǎn)氣量之最，此外，該區(qū)施工的新疆第一口煤層氣多分支水平井產(chǎn)氣量超過16000m3/d，庫拜煤田單井最高產(chǎn)氣量達(dá)到4700m3/d;煤層氣開發(fā)在阜康礦區(qū)取得重大突破，阜康白楊河、三工河礦區(qū)已施工煤層氣生產(chǎn)井100余口，基本建成1×108m3/a的產(chǎn)能開發(fā)規(guī)模。

2煤層氣勘探開發(fā)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)

目前，全球74個(gè)含煤國家中，已有35個(gè)國家不同程度地開展了煤層氣勘探和測(cè)試。煤層氣地面開發(fā)最成功的是美國、加拿大和澳大利亞，全球煤層氣年產(chǎn)量約650×108m3。中國在沁水盆地、鄂爾多斯盆地東緣的中、高煤階煤層氣開發(fā)獲得突破，2015年產(chǎn)量達(dá)到44×108m3。

在國內(nèi)外煤層氣產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展壯大的同時(shí)，其環(huán)保要求與標(biāo)準(zhǔn)也在不斷完善，目前，適用于煤層氣開發(fā)領(lǐng)域的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)主要包括:

(1)《煤層氣(煤礦瓦斯)排放標(biāo)準(zhǔn)(暫行)》(GB 21522—2008)，由國家環(huán)境保護(hù)部與國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布，規(guī)定了煤層氣地面開發(fā)系統(tǒng)項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)、竣工驗(yàn)收及其建成后的瓦斯排放控制管理等內(nèi)容;

(2)《礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ651—2013)，由國家環(huán)境保護(hù)部發(fā)布，規(guī)定了煤礦、煤層氣、油氣、金屬礦等資源勘查開發(fā)過程中，露天采場、礦區(qū)道路等礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理的指導(dǎo)性技術(shù)要求;

(3)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—2002)，由國家環(huán)境保護(hù)部發(fā)布，按照污水排放去向，規(guī)定了69種水污染物最高允許排放濃度。

3煤層氣勘探開發(fā)環(huán)境影響分析

煤層氣勘探開發(fā)主要包括鉆井、壓裂、排采、綜合處理及集輸?shù)拳h(huán)節(jié)，其環(huán)境影響主要體現(xiàn)在噪音、廢氣、廢水、固體廢棄物、地表植被破壞等方面。

3.1煤層氣鉆井環(huán)節(jié)

(1)噪聲。鉆井作業(yè)期間，施工車輛、鉆井機(jī)械和人員活動(dòng)產(chǎn)生的噪聲對(duì)周圍環(huán)境的影響是暫時(shí)的，施工結(jié)束后就會(huì)消失。

(2)鉆井廢液。鉆井過程中，鉆井液一般經(jīng)沉淀后循環(huán)利用，鉆井廢液主要來自鉆井過程及完井后替出的井內(nèi)鉆井液，單井排放量約20～30m3，儲(chǔ)存于鋪設(shè)有防滲層的泥漿池中，固化后可填埋處理。根據(jù)中國石油集團(tuán)安全環(huán)保技術(shù)研究院2012年的研究表明，鉆井過程對(duì)土壤鹽漬化沒有影響，但鉆井廢液長期存儲(chǔ)在井場泥漿池中，有可能通過滲漏污染土壤和地下水，或者在暴雨時(shí)段溢出，影響周圍土壤及地表水環(huán)境。

(3)固體廢棄物。鉆井過程中產(chǎn)生的固體廢棄物主要為鉆屑，成分主要為巖石碎屑，經(jīng)測(cè)算，一般深度1000m、311.10mm(一開)+215.90mm (二開)的煤層氣井鉆屑量約70～90m3，經(jīng)過集中填埋、覆土綠化等妥善處理，對(duì)環(huán)境的影響很小。

(4)地表植被。現(xiàn)場道路、場地平整、施工機(jī)械車輛、人員活動(dòng)等會(huì)造成一定的土壤擾動(dòng)和植被破壞，通過采取科學(xué)的生態(tài)恢復(fù)措施，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和完整性影響較小。

根據(jù)國內(nèi)外對(duì)于煤層氣、頁巖氣鉆井作業(yè)環(huán)保影響的研究，地下飲用水一般在地面以下30～300m，為了保護(hù)淺層地下水，需要在煤層氣井內(nèi)下入50～350m不等的鋼制表層套管，并采用高強(qiáng)度固井水泥對(duì)地下水層進(jìn)行封固，使鉆井液與淺部含水層隔絕接觸，但仍有因套管或固井缺陷造成的淺層地下水污染，比例約為1%～3%。

總體來說，鉆井環(huán)節(jié)的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)程度總體可控，影響較小。

3.2煤層氣井壓裂環(huán)節(jié)

煤層氣地面開發(fā)主要采用水力壓裂增產(chǎn)改造措施，壓裂環(huán)節(jié)對(duì)環(huán)境的影響主要是壓裂液對(duì)地下水、地表水的污染風(fēng)險(xiǎn)，可能對(duì)地下水的賦存、流向及水質(zhì)等產(chǎn)生一定影響。開發(fā)期間要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)，采取有效措施減少或避免對(duì)地下水資源的破壞和污染。

根據(jù)北京大學(xué)頁巖油氣研究所2015年對(duì)水力壓裂的環(huán)境影響分析表明，水力壓裂誘發(fā)連通儲(chǔ)集層和淺部含水層的裂縫而造成污染的可能性很低，且已知的淺層地下水污染案例可能與完井缺陷有關(guān)，保證固井質(zhì)量是防止污染的關(guān)鍵;開發(fā)階段返排水總量大，處理不當(dāng)可能會(huì)造成污染，需要采用合理方式收集、處理返排水，同時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)估其污染風(fēng)險(xiǎn)。

目前，新疆煤層氣開發(fā)目的層段一般在埋深800～1500m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)深于地下30～300m的地下水層深度范圍，同時(shí)，所使用的壓裂液主要為化學(xué)添加劑較少、低污染的活性水壓裂液，單層所用壓裂液量一般為800～1100m3，壓裂完成后，需立即返排壓裂液，返排率可達(dá)到50%～80%，返排的壓裂液經(jīng)處理后可重復(fù)使用，因此，留存在目的煤層的壓裂液量較少，且對(duì)淺層地下水的污染風(fēng)險(xiǎn)極小。

3.3煤層氣井排采環(huán)節(jié)

煤層氣井排采期間，對(duì)大氣的影響主要來自于站場、清管作業(yè)及放空燃燒排放的少量煙氣;水污染物主要來自煤層氣井的排采水(即煤層水)，排采初期排放的水量較大，最高約20～40m3/d;排采中后期，排采水量較少，約1～5m3/d。煤層氣井排采水的礦化度較高，含有少量粉煤灰，一般儲(chǔ)存在標(biāo)準(zhǔn)化井場的曝曬蒸發(fā)池，經(jīng)自然蒸發(fā)處理，基本不會(huì)對(duì)淺部含水層造成影響。若地層水礦化度較低，可在沉淀后，供井場的綠化用水。

根據(jù)2014年中國礦業(yè)大學(xué)等高校對(duì)沁水盆地煤層氣井排采水的研究表明，排采水和蒸發(fā)池積水中除鉻元素(地區(qū)性因素)以外的其他元素，均遠(yuǎn)低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的I類、II類標(biāo)準(zhǔn)和《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的最高限值，基本滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，但地層水中的重金屬會(huì)在蒸發(fā)池中累積，并在蒸發(fā)池底泥富集，因此需對(duì)底泥定期進(jìn)行清理及無害化處理。此外，根據(jù)2013年山西省生態(tài)環(huán)境研究中心的研究顯示，沁水盆地煤層氣開發(fā)抽排煤層水的最大影響半徑為110～130m的水平范圍，抽排煤層水量僅占地下水資源總量的1.87%，對(duì)第四系含水層基本不會(huì)造成影響。

目前，新疆的煤層氣排采井場均采用無人管理、遠(yuǎn)程控制的標(biāo)準(zhǔn)化井場，占地面積小、智能化程度高，且具有完善的圍欄及智能化設(shè)備系統(tǒng)，后期還將進(jìn)行綠化工作，對(duì)地貌及周圍生態(tài)環(huán)境影響很小。

3.4集氣處理站及輸氣管網(wǎng)的建設(shè)運(yùn)行環(huán)節(jié)

煤層氣集氣處理站、輸氣管網(wǎng)施工期間，對(duì)環(huán)境的影響主要包括噪聲、污水、固體廢棄物等對(duì)施工區(qū)域的土壤、植被造成擾亂，但僅存在于施工期間，影響時(shí)間短。設(shè)備及管道運(yùn)行期間，氣體壓縮機(jī)產(chǎn)生的噪音，以及集氣處理站、集輸管道的泄漏可能會(huì)對(duì)周邊小范圍地區(qū)產(chǎn)生一定環(huán)境影響。綜合來看，煤層氣集輸及處理環(huán)節(jié)的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)很小。

4煤層氣勘探開發(fā)環(huán)保措施

(1)建立健全并嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)境保護(hù)制度

煤層氣勘探開發(fā)行為應(yīng)在嚴(yán)格執(zhí)行國家現(xiàn)有法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)建立企業(yè)級(jí)別的環(huán)保管理制度，加強(qiáng)環(huán)保制度的宣傳教育，監(jiān)督環(huán)境保護(hù)措施的落實(shí)。對(duì)煤層氣勘探開發(fā)項(xiàng)目依法開展環(huán)境影響評(píng)價(jià)，嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)保設(shè)施與主體工程同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)投入使用的“三同時(shí)”制度。

(2)合理選擇井場、管線施工位置

在選擇井場、集氣處理站、管線等場地時(shí)，應(yīng)首先考慮避開水源地、自然保護(hù)區(qū)、名勝古跡，遠(yuǎn)離居民區(qū)，盡量避繞農(nóng)田、林地、水域，并盡量選擇低能耗、綠色環(huán)保的低噪聲、低耗能設(shè)備，必要時(shí)可進(jìn)行基礎(chǔ)減震、加裝隔音屏障等降噪隔聲措施。同時(shí)，提高施工工程質(zhì)量，減少場站、管線泄漏等事故風(fēng)險(xiǎn)。

(3)提高煤層氣環(huán)保開發(fā)技術(shù)水平

實(shí)行節(jié)約用地制度，推行叢式井工藝，相比直井工藝，可節(jié)約60%～80%的占地，不占或少占耕地。選用清潔鉆井、壓裂工藝，如空氣鉆井、N2泡沫壓裂、CO2壓裂等無水作業(yè)新工藝及清水鉆井液、清水壓裂液等環(huán)境友好型入井液體。采用脫穩(wěn)混凝復(fù)合工藝，將鉆井廢液絮凝后固液分離，再將水相深度處理，滿足相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。鉆屑、絮凝廢渣、生活垃圾等固體廢棄物，經(jīng)無害化處理后，滿足相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。

［1］陳梅梅，田生，岳勇，等.煤層氣開發(fā)環(huán)境污染特征及防治對(duì)策研究［J］．環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2012，35(12):139－141.

［2］張東曉，楊婷云.美國頁巖氣水力壓裂開發(fā)對(duì)環(huán)境的影響［J］．石油勘探與開發(fā)，2015，42(6):801－807.

［3］姜偉，管保山，梁利，等.煤層氣壓裂用解吸附劑的研制與應(yīng)用［J］．鉆井液與完井液，2013，30 (6):61－63.

(責(zé)任編輯黃嵐)

Environmental Impact Analysis and Control Measures of Coalbed Methane Exploration and Development in Xinjiang Region

WANG Yuejiang，WANG Gang
(CBM Research＆Development Center of Xinjiang Coalfield Geology Bureau，Xinjiang 830091)

The whole process of coalbedmethane exploration and development includes drilling，hydraulic fracturing，draining and collection gas，gathering and transportation.The paper presents reasonable environmental protection measures of coalbed methane development，and analyzes the environmental impact about noise，wastewater，waste gas，solid waste，vegetation destruction in thewhole process.It also proposes thatwith themanagement of environmental protection，new technology and process，the green development of coalbed methane could be promoted.The comprehensive analysis shows that the risk of coalbed methane exploration and development could be contained and has a significant contribution to control air pollution，reduce greenhouse gas emission and gas accidents in coalmines，etc.

Xinjiang region;coalbed methane development;environmental implication;environmental protection measures

王月江，男，高級(jí)工程師，主要從事煤層氣勘探及開發(fā)工作。