頁(yè)巖氣開(kāi)采中的安全技術(shù)和環(huán)境影響的規(guī)避方法探討

劉龍斌

（山西省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，太原 030001）

頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)是我國(guó)能源開(kāi)發(fā)的重要內(nèi)容，我國(guó)頁(yè)巖氣儲(chǔ)量豐富，但是由于開(kāi)發(fā)起步時(shí)間較晚，我國(guó)正處于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)階段，開(kāi)發(fā)技術(shù)還不夠成熟。當(dāng)前，在頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中，出現(xiàn)的地質(zhì)問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題也比較嚴(yán)重，尤其是環(huán)境污染問(wèn)題，如大氣污染、水資源污染和土壤污染等[1]。為了進(jìn)一步控制頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程，人們必須不斷改進(jìn)開(kāi)發(fā)技術(shù)，加強(qiáng)開(kāi)發(fā)過(guò)程管理，提高各種環(huán)境污染的控制水平，減少開(kāi)發(fā)帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題。

1 頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中的問(wèn)題

我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)采起步較晚，但頁(yè)巖氣儲(chǔ)量十分豐富，因此開(kāi)展頁(yè)巖氣開(kāi)采利用具有十分廣闊的前景。當(dāng)前，我國(guó)在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中主要遇到以下問(wèn)題。第一，開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)匱乏。頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)需要較高的技術(shù)，但是我國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)才剛剛起步，加上我國(guó)的常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)正處于蓬勃發(fā)展時(shí)期，所以人們無(wú)法用大量人力、財(cái)力、物力去研究頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的問(wèn)題。第二，頁(yè)巖氣開(kāi)采的綜合難度較大。頁(yè)巖氣儲(chǔ)集層是由巖化的黏土有機(jī)物質(zhì)和礦物質(zhì)混合而成的，雖然巖層中的有機(jī)質(zhì)可以產(chǎn)生豐富的頁(yè)巖氣，但是這些巖石的空隙很小，滲透率較低，開(kāi)采頁(yè)巖氣的天然阻力比常規(guī)天然氣要大很多，因此頁(yè)巖氣的開(kāi)采率較低。第三，地質(zhì)環(huán)境的影響。我國(guó)頁(yè)巖氣主要分布于四川盆地，由于地理環(huán)境限制，四川盆地的頁(yè)巖氣深度基本在2 000～35 000 m，而美國(guó)的頁(yè)巖氣深度一般為800～2 600 m[2]。所以，國(guó)外的開(kāi)采技術(shù)并不完全適用于我國(guó)的地質(zhì)環(huán)境，地質(zhì)環(huán)境的限制增加了頁(yè)巖氣的開(kāi)采難度。

2 頁(yè)巖氣開(kāi)采的安全技術(shù)

2.1 地震勘探技術(shù)

地震勘探技術(shù)主要包括三維地震技術(shù)和井中地震技術(shù)，前者有助于準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)到頁(yè)巖氣復(fù)雜的儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)以及巖層中的非均質(zhì)性和裂縫發(fā)育帶，從而提高頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中的探井成功率。由于泥頁(yè)巖地層和上下圍巖的地震傳播速度不同，因此人們?cè)陂_(kāi)采過(guò)程中可以結(jié)合錄井測(cè)井等資料，對(duì)泥頁(yè)巖構(gòu)造進(jìn)行描述，并且可以利用三維地震的反射特征差異來(lái)識(shí)別各種裂縫，從而減少開(kāi)采過(guò)程中的地質(zhì)裂縫災(zāi)害。另外，井中地震技術(shù)也是頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中的一種重要技術(shù)，這種技術(shù)是在地面地震技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)，具有較高的分辨率、信噪比、保真效果，可以將鉆井測(cè)井和地震技術(shù)結(jié)合起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)頁(yè)巖氣地層的綜合分析，減少頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中的壓裂效果。

2.2 水力壓裂法

水力壓裂法是頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中的一種常用技術(shù)，這種方法是指將水注入到油井中，使得油井的巖石層斷裂，然后將圈閉在巖層中的油和天然氣釋放出來(lái)，注入巖石中的水通常含有化學(xué)物質(zhì)，比如，混合了降阻劑、抗菌劑、鹽酸等物質(zhì)。水力壓裂法是當(dāng)前頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中比較常見(jiàn)的一種方法，在美國(guó)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中十分常用。

2.3 鉆井技術(shù)

鉆井技術(shù)是1821年美國(guó)最先開(kāi)發(fā)出來(lái)的石油氣體開(kāi)采技術(shù)，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，頁(yè)巖氣鉆井經(jīng)歷了直井單支水平井、多分支水平井、叢式水平井等發(fā)展過(guò)程。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中，使用叢式水平井可以有效地降低開(kāi)采成本，節(jié)約時(shí)間，因此叢式水平井在頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中的應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛[3]。另外，當(dāng)前國(guó)外的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)鉆完井中主要采用的相關(guān)技術(shù)有：旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)，這種技術(shù)可以用于地層引導(dǎo)和評(píng)價(jià)，確保鉆井目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)；控壓或欠平衡鉆井技術(shù)，用于提高防漏水平，提高鉆速和儲(chǔ)層保護(hù)，采用空氣作為循環(huán)介質(zhì)在頁(yè)巖中鉆進(jìn)；泡沫固井技術(shù)，其主要用于解決鉆井過(guò)程中出現(xiàn)的低壓易漏問(wèn)題，提高鉆井開(kāi)發(fā)的安全性。

2.4 儲(chǔ)層改造技術(shù)

儲(chǔ)層改造技術(shù)是頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中的安全技術(shù)，其包括水力壓裂和酸化兩種，改造之后的技術(shù)可以利用常規(guī)的油管或者連續(xù)的油管進(jìn)行施工。在國(guó)外開(kāi)發(fā)過(guò)程中，人們經(jīng)常在新井或者老井的開(kāi)發(fā)中使用連續(xù)油管作業(yè)，這樣可以降低開(kāi)采成本，達(dá)到增產(chǎn)的目的。壓裂改進(jìn)主要采用以下措施，如氮?dú)馀菽瓑毫涯z壓裂、多級(jí)壓裂、清水壓裂、同步壓裂、重復(fù)壓裂等。

2.4.1 多級(jí)壓裂技術(shù)

多級(jí)壓裂技術(shù)指的是利用封堵球或限流技術(shù)對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層的不同層位進(jìn)行分隔，然后進(jìn)行分段壓裂。分段壓裂技術(shù)有兩種，一種是滑套封隔器分段壓裂，另一種是可鉆式橋塞分段壓裂。

2.4.2 清水壓裂

清水壓裂技術(shù)指的是使用清水加上少量減阻劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑等添加物作為壓裂漿，達(dá)到壓裂目的，對(duì)頁(yè)巖氣進(jìn)行開(kāi)采，減少對(duì)環(huán)境的污染和危害。

2.4.3 同步壓裂技術(shù)

同步壓裂技術(shù)指的是同時(shí)對(duì)兩口或者更多的頁(yè)巖氣井進(jìn)行開(kāi)采的技術(shù)。最初，人們對(duì)兩口深度比較接近的水平井進(jìn)行同時(shí)壓裂，隨著技術(shù)不斷成熟，其逐漸發(fā)展成為對(duì)三口或者四口距離接近和深度相似的水平井進(jìn)行同時(shí)壓裂。同時(shí)，壓裂可以使壓裂液和支撐劑在高壓條件下從一口井向另一口井移動(dòng)，從而提高水力壓裂的裂縫網(wǎng)絡(luò)密度和表面積的利用水平，實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣短期內(nèi)的明顯增產(chǎn)，節(jié)省頁(yè)巖氣開(kāi)采的成本。

2.4.4 重復(fù)壓裂

重復(fù)壓裂指的是在頁(yè)巖氣初始?jí)毫烟幚頍o(wú)效或者原來(lái)的支撐劑損壞的情況下對(duì)氣井進(jìn)行重新壓裂增產(chǎn)的過(guò)程。在重復(fù)壓裂的過(guò)程中，人們只要按照以前的操作步驟進(jìn)行重復(fù)壓裂操作即可，重復(fù)壓裂可以將頁(yè)巖氣的采收率提高8%～10%，可以使頁(yè)巖氣的采儲(chǔ)量增加60%。

3 頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中的環(huán)境問(wèn)題控制

在頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中，環(huán)境問(wèn)題是一個(gè)十分顯著的問(wèn)題，加強(qiáng)環(huán)境問(wèn)題控制是頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中的重點(diǎn)內(nèi)容。當(dāng)前，頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中的環(huán)境問(wèn)題主要有水資源問(wèn)題，如水資源浪費(fèi)、水資源污染等。此外，還有大氣污染，其以甲烷泄露為主。頁(yè)巖氣的主要成分是甲烷，甲烷是一種對(duì)大氣污染十分嚴(yán)重的氣體，也是導(dǎo)致全球氣候變暖的主要溫室氣體之一[4]。甲烷在空氣中的停留時(shí)間是二氧化碳的十分之一，但是在相同質(zhì)量的情況下，甲烷產(chǎn)生的溫室效應(yīng)比二氧化碳要嚴(yán)重很多，其燃燒還會(huì)導(dǎo)致其他污染出現(xiàn)。另外，甲烷泄漏還會(huì)破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，改變當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件，破壞當(dāng)?shù)刂脖唬茐膭?dòng)物的棲息地，影響生態(tài)系統(tǒng)的平衡。因此，加強(qiáng)頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中的環(huán)境保護(hù)具有十分重要的意義，人們可以從以下幾個(gè)方面著手。

3.1 制定環(huán)境保護(hù)規(guī)范

在頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中，人們應(yīng)該重視環(huán)境保護(hù)工作，制定相關(guān)環(huán)境保護(hù)規(guī)范，控制相關(guān)環(huán)境問(wèn)題。國(guó)家相關(guān)部門(mén)應(yīng)制定措施，要求人們?cè)陧?yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中必須做好環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。一旦出現(xiàn)環(huán)境污染問(wèn)題，人們必須立即停止開(kāi)采。

3.2 加強(qiáng)對(duì)技術(shù)和開(kāi)采原料的研究

在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中，一般進(jìn)入大規(guī)模開(kāi)發(fā)階段后，人們就必須對(duì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的水資源工作進(jìn)行論證，防止水資源使用量過(guò)高，造成水資源短缺。另外，壓裂過(guò)程中使用的化學(xué)物質(zhì)對(duì)環(huán)境的污染比較嚴(yán)重，所以人們要加強(qiáng)對(duì)各種新型開(kāi)采原料的研究，用清潔、無(wú)毒的物質(zhì)替代有害的化學(xué)添加劑，使得整個(gè)開(kāi)采過(guò)程變得更加清潔。

4 結(jié)語(yǔ)

頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)是我國(guó)非常規(guī)能源開(kāi)發(fā)體系的重要部分，頁(yè)巖氣是一種清潔、無(wú)污染的新型非常規(guī)天然氣，可以有效緩解我國(guó)的能源危機(jī)，而我國(guó)頁(yè)巖氣資源十分豐富，所以人們必須積極開(kāi)展頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)研究。在頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我國(guó)可以借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)，并結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，綜合應(yīng)用各種新技術(shù)，提高頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)水平，保護(hù)好生態(tài)環(huán)境。

1 李 佳，王 馳，田慧穎.頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)中應(yīng)關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題[J].油氣田環(huán)境保護(hù)，2012，22（6）：42-43.

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