四川頁巖氣鉆井及壓裂作業邊界噪聲調查與分析

李 陽 陳立榮 張 暉 陳曉東 陳世榮

(中國石油川慶鉆探公司安全環保質量監督檢測研究院)

0 引 言

頁巖氣是一種重要的非常規油氣資源，我國頁巖氣分布十分廣泛，可采儲量達25萬億m3[1-3]，目前已成為我國油氣資源勘探開發的重點。《頁巖氣發展規劃(2016—2020年)》的出臺，大力推動了國內頁巖氣勘探開發，對改善我國能源結構、保障能源安全、帶動經濟發展具有重要意義。頁巖氣勘探開發產生的噪聲污染比常規鉆井嚴重，隨著公眾對環境質量的要求和關注度的提高，因噪聲污染引起的投訴及糾紛事件逐年增多[4]。作為頁巖氣主產區的川渝地區，地理環境和人口分布特殊，作業場所周圍大多分布有農戶，因鉆井施工噪聲引起的糾紛時有發生。特別是《中華人民共和國環境保護法》實施后，此類污染糾紛更為突出。同時長期在高強度噪聲環境中進行鉆井施工，可能引起作業員工聽力損害或誘發其他疾病，影響員工健康。此外，噪聲干擾員工語言交流、分散注意力、掩蔽安全信號，可能導致差錯上升，甚至引發安全事故。為進一步加強對頁巖氣鉆井和壓裂作業噪聲的治理和控制，減少或避免噪聲稅交納和污染糾紛事件，了解頁巖氣鉆井和壓裂作業噪聲實際排放情況十分必要。

1 頁巖氣勘探鉆井特點

1.1 頁巖氣概述

頁巖氣是從黑色泥頁巖或碳質泥巖地層中開采出來的一種高效清潔、發展潛力巨大的非常規天然氣，在非常規油氣資源中占據著十分重要的地位[5]。頁巖氣儲層致密，天然氣豐度及自然產能相對較低，加之其低孔隙度，特低滲透率，自生自儲的特點，使得頁巖氣具有繁雜的儲集方式和運移規律。頁巖儲層含氣巖石的物理和化學性質相對而言較為復雜，導致開采較為困難，目前多以壓裂開采為主。

1.2 四川頁巖氣勘探鉆井施工情況

頁巖氣勘探開發與常規天然氣鉆井開發一樣，需采用發電機提供電力，柴油機提供設備運行動力，加之其他大量發聲設備，如泥漿泵、振動篩等的使用，造成嚴重的噪聲污染。特別是四川長寧頁巖氣區域主要位于宜賓市長寧縣和珙縣境內，地理環境特殊，山區和丘陵多，平原少。為了確保和提高投資回報率，減少對當地寶貴土地資源的占用，加之頁巖氣單井產氣量有限，通常在一個井場(一個平臺)采用2臺，甚至3臺鉆機同時作業，造成聲疊加現象，噪聲影響比常規井鉆井更嚴重。

1.3 壓裂作業

頁巖氣開發與常規天然氣開發相比具有特殊性。由于頁巖儲層致密性強、基質滲透率低、出氣量小，在開發過程中壓裂技術及施工十分重要。單井壓裂一般為7～10 d，如果一個平臺有5口井，則壓裂周期為兩個月左右，壓裂周期長。同時高噪聲壓裂設備的使用，使得壓裂作業期間的噪聲污染比常規鉆井更嚴重。

2 頁巖氣鉆井作業邊界噪聲情況

2.1 監測調查基本情況

為了對比單平臺、雙平臺鉆井作業和壓裂作業噪聲的差異，分別選取單、雙平臺井各15口、壓裂作業井22口進行調查。雙平臺為同一井場內有兩個獨立的鉆井平臺，兩個平臺間距離較近。壓裂作業平臺主要由壓裂車、電動泵和混砂車組成，布置在鉆井作業平臺，即井場內。壓裂作業時，鉆機停止工作，但主要發聲設備發電機處于工作狀態。

監測點位根據標準設置在廠界外1 m、高1.5 m處，廠界每邊設置1～3個測點，各井場測點總數4～16個不等。

按照GB 12348—2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》、GB 12523—2011《建筑施工場界環境噪聲排放標準》規定的方法和標準，對鉆井及壓裂作業邊界噪聲進行監測評定；鉆井作業邊界為鉆井井場租征占用地的邊界，評價量為等效連續A聲級；晝間測試時段為6時—22時，夜間為22時—次日6時；評價標準執行GB 12348—2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》2級標準限值，即晝間60 dB(A)，夜間50 dB(A)。

2.2 監測調查結果

2.2.1 井場構造

四川油氣田近年鉆井主要采用機械鉆機，常用鉆機類型為40型、50型及70型。鉆機配動力柴油機的主要型號為G12V190PZLG-3，電力發電機主要使用CAT3406T和Z12V190BD-2。

不同類型鉆機的井場構建標準見表1，噪聲監測點位示意見圖1、圖2。

表1 不同類型鉆機的井場構建標準

圖1 單平臺鉆井平臺噪聲監測點位示意

圖2 壓裂作業平臺噪聲監測點位示意

2.2.2 聲源基本情況

鉆井作業噪聲包括鉆井動力柴油機、電力發電機、泥漿泵及其高壓液體管渠匯振動、泥漿振動篩的機械振動，鉆頭破碎地層造成的鉆桿振動，泥漿配制泵及攪拌器產生的噪聲等，但主要聲源為鉆井動力柴油機和電力發電機。壓裂作業主要聲源為壓裂車和電動泵。聲源噪聲調查情況見表2。

表2 聲源噪聲調查情況 dB(A)

2.2.3 單平臺鉆井作業邊界噪聲情況

單平臺鉆井平臺主要聲源與普通鉆井平臺大致相同，主要為柴油機、發電機、泥漿泵、振動篩和其他機械設備。單平臺鉆井作業邊界噪聲情況如表3所示，晝間噪聲測量值為56.7～105 dB(A)，夜間為55.1～104.7 dB(A)；晝間噪聲差值平均值為21.4 dB(A)，夜間為22.5 dB(A)。晝、夜噪聲差值平均值均高于20 dB(A)，說明廠界四周的噪聲相差較大，主要原因是發聲設備布局差異大，同時測點與主發聲設備距離不同。平臺晝間噪聲平均值為75.9 dB(A)，夜間為75.4 dB(A)，晝、夜噪聲平均值差值的平均值僅為1.3 dB(A)，說明鉆井作業噪聲受外界影響小，主要是自身發聲設備造成的。晝間噪聲超標率為96.8%，夜間為100%，超標情況非常嚴重。

表3 單平臺鉆井作業邊界噪聲情況

2.2.4 雙平臺鉆井作業邊界噪聲情況

雙平臺鉆井平臺可看作兩個非常接近的單平臺同時作業。雙平臺鉆井作業邊界噪聲情況如表4所示，晝間噪聲測量值為56.7～103.8 dB(A)，夜間為55.4～103.8 dB(A)；晝間噪聲差值平均值為30.6 dB(A)，夜間為30.5 dB(A)，晝、夜噪聲差值平均值均高于30 dB(A)。平臺晝間噪聲平均值為74.7 dB(A)，夜間為74.1 dB(A)；晝間噪聲超標率為97.0%，夜間為100%，超標情況非常嚴重。

表4 雙平臺鉆井作業邊界噪聲情況

續表4

2.2.5 壓裂作業邊界噪聲情況

壓裂作業主要聲源為壓裂車和電動泵，通常十余輛壓裂車同時作業，因此，將所有壓裂車作為一個整體噪聲源。壓裂作業邊界噪聲情況如表5所示，晝間噪聲測量值為61.8～109.3 dB(A)，晝間噪聲差值平均值為27.4 dB(A)，晝間噪聲平均值為85.7 dB(A)，晝間噪聲超標率為100%，超標情況非常嚴重。由于四川地區不允許在夜間進行壓裂作業，因此，沒有調查夜間壓裂作業邊界噪聲情況。

表5 壓裂作業邊界噪聲情況

2.3 監測調查結果對比分析

2.3.1 單平臺與雙平臺鉆井作業邊界噪聲對比

從表3、表4可看出，單、雙平臺噪聲平均值大致相同，但由于噪聲的疊加效應，雙平臺各平臺最高值的平均值晝間為95.9 dB(A)，夜間為95.3 dB(A)，高于單平臺的88.5 dB(A)和88.0 dB(A)；雙平臺晝、夜噪聲差值平均值均高于30 dB(A)，主要原因是雙平臺邊界周圍噪聲波動較大，且發聲設備多，造成聲疊加影響嚴重，高發聲設備在同一方位聲疊加更顯著。

2.3.2 鉆井作業與壓裂作業邊界噪聲對比

從表3～表5可看出，頁巖氣壓裂作業噪聲明顯高于鉆井作業噪聲，壓裂作業噪聲最大值與最小值差值的平均值高達27.4 dB(A)，遠高于單平臺鉆井作業的差值平均值，但又略低于雙平臺鉆井作業的差值平均值；壓裂作業噪聲平均值為85.7 dB(A)，最低值為61.8 dB(A)，最高值為109.3 dB(A)，均高于單平臺和雙平臺相應的噪聲值。噪聲平均值高出單平臺和雙平臺10 dB(A)左右，說明壓裂作業噪聲比鉆井作業噪聲對周邊環境的影響更大。

3 結論與建議

3.1 結 論

1)頁巖氣單平臺鉆井作業邊界晝間噪聲測量值為56.7～105 dB(A)，夜間為55.1～104.7 dB(A)；晝間噪聲平均值為75.9 dB(A)，夜間為75.4 dB(A)。雙平臺鉆井作業邊界晝間噪聲測量值為56.7～103.8 dB(A)，夜間為55.4～103.8 dB(A)；晝間噪聲平均值為74.7 dB(A)，夜間為74.1 dB(A)。壓裂作業邊界晝間噪聲測量值為61.8～109.3 dB(A)，晝間噪聲平均值為85.7 dB(A)。壓裂作業邊界晝間噪聲平均值高出單平臺和雙平臺鉆井作業平均值10 dB(A)左右，噪聲測量值的最低值和最高值相應高出4～6 dB(A)，說明壓裂作業噪聲對周邊的影響遠超過鉆井作業。

2)按照GB 12348—2008《工業企業廠界環境噪聲排放標準》2級標準限值，頁巖氣單平臺和雙平臺鉆井邊界晝間噪聲超標率達96%以上，夜間超標率為100%，壓裂作業晝間超標率為100%。

3)頁巖氣單平臺鉆井四周邊界噪聲最低值與最高值的差值為20 dB(A)左右，但雙平臺鉆井噪聲在平均值相差不大的情況下，四周噪聲最低值與最高值的差值高達30 dB(A)以上，說明雙平臺發聲設備多，造成聲疊加影響嚴重，高發聲設備在同一方位聲疊加更顯著。

3.2 建 議

1)頁巖氣鉆井作業主要聲源設備未采取降噪措施時，可參考常規鉆井作業實施電代油、氣代油，從而杜絕鉆井作業主要聲源動力柴油機和電力發電機的使用，可有效降低噪聲對周邊環境的影響。

2)推廣整體隔音棚、降噪發電房等措施降低施工作業對聲環境的影響和作業邊界噪聲；在聲敏感建筑方向設置隔音墻降低噪聲對周邊的影響。

3)實施雙平臺鉆井時，在地理環境允許的情況下，應盡可能將不同平臺的主要聲源設備動力柴油機和電力發電機擺放在不同的方位上，以有效降低聲疊加，降低邊界噪聲。

4)對壓裂作業主要高噪聲設備開展降噪措施研究與應用，降低頁巖氣開采噪聲污染的影響。

5)頁巖氣井位的確定應盡可能遠離村民及醫院、學校等聲敏感建筑，盡可能減少對周邊的影響。

6)壓裂作業時，應加強對現場操作人員的個人防護措施，一是配置防噪聲耳塞；二是可實施輪班交接制，盡可能縮短操作人員的工作時間。