新疆煤层气勘探开发的环境影响分析及应对措施

王月江王刚

(新疆煤田地质局煤层气研究开发中心，新疆830091)

新疆煤层气勘探开发的环境影响分析及应对措施

王月江王刚

(新疆煤田地质局煤层气研究开发中心，新疆830091)

本文从钻井、压裂、排采、集输处理等煤层气勘探开发全流程的各个环节入手，分析其噪音、废水、废气、固体废弃物、植被破坏等环境影响，提出合理的环保开发技术措施。依靠环保管理理念和新技术、新工艺推进煤层气田的环保、绿色开发。综合分析认为，煤层气开发对治理大气污染、降低温室气体排放、减少煤矿瓦斯事故有显著贡献，其环保风险整体可控，具有良好的环保“正效应”。

新疆地区 煤层气开发 环境影响 环保措施

1新疆煤层气勘探开发进展

新疆煤层气资源勘查开发起步较晚，勘查工作程度较低，但发展很快。2013年以前，主要开展了全疆煤层气资源评价，优选了准南、库拜、后峡等勘查开发有利区，并在准南煤田阜康、硫磺沟矿区及吐哈盆地沙尔湖煤田等地开展了煤层气排采试验，阜康矿区FS-1生产试验井于2008年末成功点火，成为新疆第一口获得工业气流的煤层气井，具有里程碑的意义;2013年以后，随着勘查开发资金投入大幅增加，准南煤田阜康、乌河东及库拜等煤田及矿区的煤层气勘查获得突破，阜康矿区施工的一口生产试验直井产气量超过17200m3/d，为目前国内煤层气直井产气量之最，此外，该区施工的新疆第一口煤层气多分支水平井产气量超过16000m3/d，库拜煤田单井最高产气量达到4700m3/d;煤层气开发在阜康矿区取得重大突破，阜康白杨河、三工河矿区已施工煤层气生产井100余口，基本建成1×108m3/a的产能开发规模。

2煤层气勘探开发环保标准

目前，全球74个含煤国家中，已有35个国家不同程度地开展了煤层气勘探和测试。煤层气地面开发最成功的是美国、加拿大和澳大利亚，全球煤层气年产量约650×108m3。中国在沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘的中、高煤阶煤层气开发获得突破，2015年产量达到44×108m3。

在国内外煤层气产业不断发展壮大的同时，其环保要求与标准也在不断完善，目前，适用于煤层气开发领域的环保标准主要包括:

(1)《煤层气(煤矿瓦斯)排放标准(暂行)》(GB 21522—2008)，由国家环境保护部与国家质量监督检验检疫总局联合发布，规定了煤层气地面开发系统项目的环境影响评价、设计、竣工验收及其建成后的瓦斯排放控制管理等内容;

(2)《矿山生态环境保护与恢复治理技术规范(试行)》(HJ651—2013)，由国家环境保护部发布，规定了煤矿、煤层气、油气、金属矿等资源勘查开发过程中，露天采场、矿区道路等矿区生态环境保护与恢复治理的指导性技术要求;

(3)《污水综合排放标准》(GB 8978—2002)，由国家环境保护部发布，按照污水排放去向，规定了69种水污染物最高允许排放浓度。

3煤层气勘探开发环境影响分析

煤层气勘探开发主要包括钻井、压裂、排采、综合处理及集输等环节，其环境影响主要体现在噪音、废气、废水、固体废弃物、地表植被破坏等方面。

3.1煤层气钻井环节

(1)噪声。钻井作业期间，施工车辆、钻井机械和人员活动产生的噪声对周围环境的影响是暂时的，施工结束后就会消失。

(2)钻井废液。钻井过程中，钻井液一般经沉淀后循环利用，钻井废液主要来自钻井过程及完井后替出的井内钻井液，单井排放量约20～30m3，储存于铺设有防渗层的泥浆池中，固化后可填埋处理。根据中国石油集团安全环保技术研究院2012年的研究表明，钻井过程对土壤盐渍化没有影响，但钻井废液长期存储在井场泥浆池中，有可能通过渗漏污染土壤和地下水，或者在暴雨时段溢出，影响周围土壤及地表水环境。

(3)固体废弃物。钻井过程中产生的固体废弃物主要为钻屑，成分主要为岩石碎屑，经测算，一般深度1000m、311.10mm(一开)+215.90mm (二开)的煤层气井钻屑量约70～90m3，经过集中填埋、覆土绿化等妥善处理，对环境的影响很小。

(4)地表植被。现场道路、场地平整、施工机械车辆、人员活动等会造成一定的土壤扰动和植被破坏，通过采取科学的生态恢复措施，对生态系统的稳定性和完整性影响较小。

根据国内外对于煤层气、页岩气钻井作业环保影响的研究，地下饮用水一般在地面以下30～300m，为了保护浅层地下水，需要在煤层气井内下入50～350m不等的钢制表层套管，并采用高强度固井水泥对地下水层进行封固，使钻井液与浅部含水层隔绝接触，但仍有因套管或固井缺陷造成的浅层地下水污染，比例约为1%～3%。

总体来说，钻井环节的环保风险程度总体可控，影响较小。

3.2煤层气井压裂环节

煤层气地面开发主要采用水力压裂增产改造措施，压裂环节对环境的影响主要是压裂液对地下水、地表水的污染风险，可能对地下水的赋存、流向及水质等产生一定影响。开发期间要加强监测、评价，采取有效措施减少或避免对地下水资源的破坏和污染。

根据北京大学页岩油气研究所2015年对水力压裂的环境影响分析表明，水力压裂诱发连通储集层和浅部含水层的裂缝而造成污染的可能性很低，且已知的浅层地下水污染案例可能与完井缺陷有关，保证固井质量是防止污染的关键;开发阶段返排水总量大，处理不当可能会造成污染，需要采用合理方式收集、处理返排水，同时监测和评估其污染风险。

目前，新疆煤层气开发目的层段一般在埋深800～1500m，远远深于地下30～300m的地下水层深度范围，同时，所使用的压裂液主要为化学添加剂较少、低污染的活性水压裂液，单层所用压裂液量一般为800～1100m3，压裂完成后，需立即返排压裂液，返排率可达到50%～80%，返排的压裂液经处理后可重复使用，因此，留存在目的煤层的压裂液量较少，且对浅层地下水的污染风险极小。

3.3煤层气井排采环节

煤层气井排采期间，对大气的影响主要来自于站场、清管作业及放空燃烧排放的少量烟气;水污染物主要来自煤层气井的排采水(即煤层水)，排采初期排放的水量较大，最高约20～40m3/d;排采中后期，排采水量较少，约1～5m3/d。煤层气井排采水的矿化度较高，含有少量粉煤灰，一般储存在标准化井场的曝晒蒸发池，经自然蒸发处理，基本不会对浅部含水层造成影响。若地层水矿化度较低，可在沉淀后，供井场的绿化用水。

根据2014年中国矿业大学等高校对沁水盆地煤层气井排采水的研究表明，排采水和蒸发池积水中除铬元素(地区性因素)以外的其他元素，均远低于《地表水环境质量标准》的I类、II类标准和《农田灌溉水质标准》的最高限值，基本满足排放标准，但地层水中的重金属会在蒸发池中累积，并在蒸发池底泥富集，因此需对底泥定期进行清理及无害化处理。此外，根据2013年山西省生态环境研究中心的研究显示，沁水盆地煤层气开发抽排煤层水的最大影响半径为110～130m的水平范围，抽排煤层水量仅占地下水资源总量的1.87%，对第四系含水层基本不会造成影响。

目前，新疆的煤层气排采井场均采用无人管理、远程控制的标准化井场，占地面积小、智能化程度高，且具有完善的围栏及智能化设备系统，后期还将进行绿化工作，对地貌及周围生态环境影响很小。

3.4集气处理站及输气管网的建设运行环节

煤层气集气处理站、输气管网施工期间，对环境的影响主要包括噪声、污水、固体废弃物等对施工区域的土壤、植被造成扰乱，但仅存在于施工期间，影响时间短。设备及管道运行期间，气体压缩机产生的噪音，以及集气处理站、集输管道的泄漏可能会对周边小范围地区产生一定环境影响。综合来看，煤层气集输及处理环节的环境污染风险很小。

4煤层气勘探开发环保措施

(1)建立健全并严格执行环境保护制度

煤层气勘探开发行为应在严格执行国家现有法规、标准的基础上，还应建立企业级别的环保管理制度，加强环保制度的宣传教育，监督环境保护措施的落实。对煤层气勘探开发项目依法开展环境影响评价，严格执行环保设施与主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用的“三同时”制度。

(2)合理选择井场、管线施工位置

在选择井场、集气处理站、管线等场地时，应首先考虑避开水源地、自然保护区、名胜古迹，远离居民区，尽量避绕农田、林地、水域，并尽量选择低能耗、绿色环保的低噪声、低耗能设备，必要时可进行基础减震、加装隔音屏障等降噪隔声措施。同时，提高施工工程质量，减少场站、管线泄漏等事故风险。

(3)提高煤层气环保开发技术水平

实行节约用地制度，推行丛式井工艺，相比直井工艺，可节约60%～80%的占地，不占或少占耕地。选用清洁钻井、压裂工艺，如空气钻井、N2泡沫压裂、CO2压裂等无水作业新工艺及清水钻井液、清水压裂液等环境友好型入井液体。采用脱稳混凝复合工艺，将钻井废液絮凝后固液分离，再将水相深度处理，满足相关排放标准。钻屑、絮凝废渣、生活垃圾等固体废弃物，经无害化处理后，满足相关排放标准。

［1］陈梅梅，田生，岳勇，等.煤层气开发环境污染特征及防治对策研究［J］．环境科学与技术，2012，35(12):139－141.

［2］张东晓，杨婷云.美国页岩气水力压裂开发对环境的影响［J］．石油勘探与开发，2015，42(6):801－807.

［3］姜伟，管保山，梁利，等.煤层气压裂用解吸附剂的研制与应用［J］．钻井液与完井液，2013，30 (6):61－63.

(责任编辑黄岚)

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，高级工程师，主要从事煤层气勘探及开发工作。