煤层气开发对环境的影响及防控措施

张 磊，赵 辛，曾伟凌，王 冰

（成都理工大学 能源学院，四川 成都 610059）

煤层气开发对环境的影响及防控措施

张 磊，赵 辛，曾伟凌，王 冰

（成都理工大学 能源学院，四川 成都 610059）

煤层气的生产开发对人们赖以生存的环境有着众多不利的影响，主要表现在噪音污染、大气污染、水污染等方面。通过对其影响因素的分析，在煤层气开采过程中可以从控制钻井液、压裂液等有害物质的泄露与排放，提高操作人员的操作水平和环保意识，严格按照标准处理废液，建立针对煤层气开发带来污染的法律法规等方面，对煤层气开采可能带来的环境破坏进行防控，确保我国煤层气产业与环境保护协调发展。

煤层气；水污染；大气污染；影响因素；协调发展

随着经济的快速增长和科技的突飞猛进，全世界对能源的需求与日俱增，煤层气作为21世纪最有潜力的新型能源之一[1]，具有很大的勘探开发前景和市场潜力。

目前，我国煤层气处于初级开采阶段，煤层气在勘探开发和利用过程中，如果处理不当，必然会对环境带来不利的影响，如施工过程中造成的噪声污染，钻完井技术不达标、监管不力等使有害气体逸散并污染大气，矿井废水随意排放污染地表等[2-3]。因此，应提前做好预防工作，杜绝和尽量减少煤层气在勘探开发过程中对环境产生的不良影响。

1 煤层气开发中的环境问题

1.1 噪音污染

煤层气开采过程中的噪音污染，主要来自施工期和运行期[4-5]。施工期的噪音污染主要由钻井平台设备、施工的器械以及运输的汽车产生。在钻机平台1 m范围内，噪声值高达93 dB（A），噪音的影响随施工的结束而终止。运行期的噪音主要由集气站和中央处理站的压缩机产生。这些压缩机产生的噪音值高达90 dB（A），这些噪音对周边的环境产生的影响是长期的。

1.2 温室效应和臭氧层破坏

当今世界，影响大气质量的两大因素无疑是温室效应和臭氧层减薄[6]。煤层气和二氧化碳气体一样均能对温室效应有明显的影响作用，相同质量的甲烷产生的温室效应约为CO2的21倍，其对大气的破坏可想而知。当大量的煤层气排放到大气中时，会阻挡地球表面的余热通过大气层向宇宙散发，温室效应增强，导致地球变暖，严重破坏生态平衡。

众所周知，臭氧层被誉为地球生命的保护伞，煤层气中的甲烷与氟利昂具有相同的危害，对臭氧层有较大的破坏作用。臭氧层一旦遭到破坏，其吸收紫外线的能力大大降低。一方面，过量的紫外线辐射会破坏人的免疫系统，使人的自身免疫系统出现障碍，患呼吸道系统传染性疾病和皮肤癌等的人数大量增加。另一方面，臭氧层被破坏，陆地和海洋生物的生长以及人们赖以生存的生态环境等都将受到严重的破坏。

1.3 对水环境的影响

煤层气开采对水环境的污染主要来自钻井液的漏失、压裂作业时对煤层含水隔水结构的破坏。钻井过程中，钻井液不可避免地会出现漏失，若漏失地层处断裂带和裂缝较为发育，漏失的钻井液可能会沿着裂隙进入含水层，将会对地下水资源造成严重的污染。同时压裂施工时，在强大的压力作用下，地层中的节理裂隙会扩展、张开，其内部空间被压裂液所携带的支撑剂填充，施工完成后，被填充的节理裂隙难以闭合，这都会对煤层的含水隔水结构造成不可逆的破坏。

1.4 对空气的污染

煤层气中的成分除了CH4外，还有少量的SO2、NOx、H2S、CO等。据调查显示，仅煤炭行业，我国每年向大气中排放的煤层气就达到上百亿立方米，虽然这些成分与CH4相比含量很低，但其对环境带来的破坏和污染不可小觑。SO2和NOx是形成酸雨的主要前提物质，形成的酸雨会侵蚀土壤，破坏建筑、古迹等。当SO2与多种大气污染物共存时，其对空气的副作用急剧升高。此外，NO和NO2能发生光化学反应，形成污染物——光化学烟雾；CO容易和血红蛋白结合生成碳氧血红蛋白，影响人类血液供氧；H2S具有很强的毒性，空气中含有少量H2S时就会引起人的头痛[7-8]。

1.5 其他影响

首先，煤层气的开采造成地表的塌陷。调查显示，我国煤层气的开发引发的地面塌陷等事故逐年递增，地表凹陷次数高达三四十次，且塌陷区的面积一般比煤层气开发的面积大，由此造成的损失也非常巨大[9-10]。特别是在西部省份，地表凹陷之后大面积的水土盐碱化，严重破坏了山地、丘陵地带，造成沙漠化等。其次，煤层气开发过程中排放大量的废水，一旦流入河流、湖泊等，会对所波及的区域水质造成严重的污染，浪费大量水资源，甚至可能污染地表环境。

2 煤层气开发污染的防控措施

煤层气开采过程对环境造成的污染很多，主要包括噪音污染、水环境污染、空气污染、生态破坏等方面，其防控措施主要包含以下几个方面[8-12]：

2.1 噪音污染的防控

煤层气开采过程中由钻井平台设备等带来的噪音，给环境尤其是给周围生活的居民带来了严重的干扰。针对噪音污染，可从以下几点来降低影响：

2.1.1 合理选址

为减轻噪声带来的影响，在可调控的情况下，可将钻井区域选在人员居住不密集，植被相对茂盛的地方，通过植被有效地阻止噪音传播，达到降低噪音影响的目的。

2．1.2 更新设备

噪音的来源主要来自于开采过程中的机动设备，为减轻噪音的危害，可采用先进的设备从源头上进行防控，达到消音、隔音、防振等效果。

2.1.3 控制操作时间

为减少噪音对附近居民生活的影响，在居民休息的时间段，应停止施工。

2.2 控制有害物质的排放

煤层气开采过程中产生的大量CO2、SO2、CH4以及压裂施工过程中的压裂液等有害物质，如果不加以重视和采取有效的措施加以防控，一旦进入地层或排放到地表，将会带来不可挽回的伤害，为此控制有害物质的排放势在必行，其防控措施主要有以下几点：

（1）使用质量合格甚至高质量的固井完井设备，同时加强对井下套管破损监察力度，一旦发现套管破损等情况，应采取紧急措施，防止有害气体的泄露。

（2）在使用达标仪器的同时，提高工作人员的整体操作水平和环保意识。

（3）煤层气开发过程中的压裂液如果处理不当，一旦排放，将会对环境带来严重的影响，因此，要严格地按照行业标准，对废压裂液进行净化处理、循环使用，减少排放污染程度高的废压裂液。

2.3 地表水污染的防控

地表水的污染主要源自钻井、压裂等施工过程，地表水的防护措施可从以下几个方面进行考虑：

（1）首先钻井的位置要严格按照标准规划在河道范围以外，且其位置不应低于历史最高洪位线。

（2）在泥浆周围需要筑起40～50 cm高的土坝，同时根据现场地势做好水流通道疏通工作，防止雨水进入泥浆池内，为防止地表水受污染，需要在施工结束之后及时处理泥浆池以及钻井废液。

（3）在废压裂液排放之前，要根据行业要求对废压裂液里面的物质及含量进行严格的检测，可能严重污染地表水的有毒物质，必须达到国家规定的排放标准才能够排放。

（4）煤层气开采过程中还涉及大量废水排放的问题，如果随意排放，可能导致排放波及区域土壤的盐分增加，对植被的生长造成严重的影响，为此废水需要大幅度降低水体中的盐类后再排放。

2.4 地下水污染的防控

当前，国内使用的钻井液和压裂液、都含有大量化学添加剂，这些物质的注入一旦发生泄漏，运移到地下水系，都会对地下水造成严重的污染与破坏。做好地下水资源污染的防控可从以下几个方面进行：首先，根据我国煤层低孔低渗等特点，优选适合我国煤层开发的钻井液，例如，根据沁水盆地郑庄区块的地质特点，在钻遇目的层之前使用膨润土钻井液，当钻遇目的煤层时改用清水钻进，根据不同层段不同的地质特点，优选合适的钻井液，在一定程度上可减轻钻井液对地下水的污染[8]。其次，采用先进的完井方式，通过对传统的射孔、压裂、下套管等含多个步骤的完井方式的优化，一方面能减少套管、钻具起下的次数，提高工作效率，另一方面可降低因传统方式下多次起下钻具等引起井管破裂发生的概率，避免钻井液通过井管的破裂处遗留在储层当中，进而对地下水造成污染。

2.5 其他方面的防控

（1）煤层气开发过程中，所属企业应设立相关部门，专门负责监测环保指标以及确保环境保护措施的落实，同时，也要提高全体职工的环保意识，规范职工行为。

（2）政府等相关部门应出台相应的政策文件，鼓励研发无有害化学添加剂的钻井液、压裂液，同时将钻井液、压裂液中检测到的成分信息向社会公开披露，让全社会共同监督。

（3）在选场选站选线过程中，必须避开生活饮用水水源地、自然保护区、名胜古迹、林区、经济作物种植区等。施工后，尽快进行平整，恢复地貌。同时对于站场产生的生产、生活污水要经过污水处理系统处理。

（4）目前我国煤层气开发对环境的影响方面相关的法律法规还相对缺乏，相关部门可通过调研等途径，针对煤层气的开发带来的环境问题，建立相应的法律法规来防控煤层气的开发对环境的影响。

3 煤层气开采建议[5-13]

（1）我国人口众多，人均水资源量较少，煤层气开发过程中，对于已用于生产开发的水资源，要严格按照处理程序、相关文件规定的要求，通过处理使其达标后循环使用，提高水资源的利用率。

（2）对将要投入生产开发的项目，依法开展环境影响评价，严格按照相关标准执行。

（3）为减少泄漏事故的发生，引进高水平钻完井技术和提高管道的焊接质量，对清管作业及站场异常排放的煤层气，应将其燃烧后排放。

（4）加大与国外合作的力度，在引进国外先进技术的同时，也要结合我国地质特点，开拓创新，自主研发，争取在技术上有重大突破，形成与我国煤层气储层特点相适应的开发技术，降低煤层气开发过程中对环境的不利影响。

（5）煤层气开发企业及国家环境保护科研机构，应加大对煤层气开发过程中钻井液、压裂液、废水处理技术研究，为系统解决煤层气开发废液处理问题提供有效的技术保障。

（6）政府应出台优惠政策以及相关法律法规，支持、鼓励引导煤层气产业良好发展的同时，也要对煤层气开发过程中可能带来的环境污染等方面进行制约。杜绝和遏制因煤层气开采给社会带来的负面影响。

（7）国家对煤层气的开发应进行统一规划和管理，制定完整、科学的煤层气开发规划战略，确保我国煤层气产业与环境保护协调发展。

4 结论

我国煤层气资源储量丰富，是我国能源的重要组成部分，对我国经济的发展功不可没。由于我国煤层气开采技术以及对污染源的处理技术等都还不够成熟，煤层气开发过程中诸如噪音污染、温室效应、大气污染、水污染等都给环境带来很多不利的影响。为此，针对煤层气开采过程中带来的环境问题，在控制钻井压裂施工过程中钻井液、压裂液等有害物质的泄露以及严格按照标准处理返排液使其达标后排放的同时，也要建立起专门治理煤层气污染的法律法规等措施，对煤层气开采所带来的环境问题进行有效防控。

[1]刘娜娜，姜在炳，张培河.煤层气开发利用的环境效益评估方法[J].中国煤炭地质，2012，24（11）：52-55.

[2]邓晴阳，罗元，郭宇，等.简析页岩气开发对水资源的破坏[J].中国环境管理干部学院学报，2015，25（2）：11-12，55.

[3]汪永才.浅谈煤层气地面开发对环境的影响与防护措施[J].化工管理，2014（9）：152-153.

[4]曾铮，许晔，吴小华，等.煤层气开发环境影响浅析[J].油气田环境保护，2009，19（3）：17-18.

[5]卜小平.中国煤层气产业发展途径与前景分析[D].北京：中国地质大学，2011.

[6]郝宁，康静文，张凌云.沁水盆地郑庄区块煤层气开发对地下水环境的影响分析[J].太原理工大学学报，2013，44（4）：427-430.

[7]TIM A.MOORE.Coalbed methane：A review[J].International Journal of Coal Geology，2012（101）：36-81.

[8]白浩.煤层气开发环境污染特点及其防治措施[J].资源节约与环保，2013（7）：273.

[9]WEN GUOJUN，LIU WEI，XU CHAO.Automated hydraulic correction tech-nology for CBM horizontal wellbore[J].International Journal of Coal Geology，2011（85）：191-201.

[10]闾振华，王继斌，霍保全.煤化工煤焦油逸出废气回收利用技术研究[J].中国环境管理干部学院学报，2013，23（6）：48-50.

[11]胡连伍，陈海霞，杨卫国.煤层气区域开发环境和管理研究[J].环境保护科学，2009，35（6）：51-53.

[12]申宝宏，刘见中，赵路正.煤矿区煤层气产业化发展现状与前景[J].煤炭科学技术，2011，39（1）：6-10，56.

[13]李朋，肖亚昆，莫勇，等.页岩气开采对环境的影响及规避方法探讨[J].中国环境管理干部学院学报，2015，25（3）：70-73.

（编辑：程 俊）

The Influence of Coal Bed Methane(CBM)Development on Environment and Control Measures

Zhang Lei,Zhao Xin,Zeng Weiling,Wang Bing
（College of Resources,Chengdu University of Technology,Chengdu Sichuan 610059,China）

The development of CBM has many adverse effects on the environment which we depend on for existence,including noise pollution,air pollution,water pollution and so on.By analyzing its influential factors,in the process of the CBM exploitation,many measures were taken to control the pollution brought from the development of CBM,for example controlling the leakage and the discharge of harmful substances such as drilling fluid,fracturing fluid and so on, improving the operation level and environmental awareness of the operators,strictly treated waste liquid according to the standard,establishing laws and regulations to control the environmental damage caused by CBM exploitation,so as to ensure the coordinated development of CBM industry and environmental protection in China.

CBM，water pollution，air pollution，influential factors，coordinated development

X820.3

A

1008-813X（2015）06-0038-03

10.13358 /j.issn.1008-813x.2015.06.09

2015-06-01

张磊（1989-），男，山东威海人，成都理工大学能源学院石油与天然气工程专业硕士在读，研究方向为油气储层综合评价与油气藏描述。