页岩气开采过程风险因素分析及其安全对策

2017-01-23冯晨

中国资源综合利用 2017年12期

冯晨

（山西省地质矿产研究院，太原 030001）

页岩气是一种储存含量较高、分布广泛的非常规天然气，主要以游离或者吸附的状态存在于页岩中，是世界上公认的清洁能源和高效能源。近年来，我国对页岩气开发的重视程度不断提升，页岩气开发的计划也不断加速。在常规能源不断消耗的过程中，加强页岩气开发是缓解能源危机、克服天然气缺口压力的一个重要途径，可以有效地保障国家能源安全，改善能源供给结构。由于页岩气开发属于一个全新的领域，其在开发过程中对技术要求较高，出现的安全隐患较多[1]。当前，页岩气开发中的常见安全隐患有环境污染、地质灾害风险、甲烷泄露风险等。所以，人们必须积极加强对页岩气开发中的各种危险因素进行分析，并加强对页岩气开发技术的研究，不断提高页岩气开发水平。

1 我国页岩气开发现状

页岩气是一种十分清洁的能源，对环境污染很小，在能源危机越来越严重的时代，加强对页岩气的开发和利用具有十分重要的意义。页岩气在我国能源建设过程中具有十分重要的地位，为了进一步提高页岩气的利用水平，人们必须积极加强对页岩气开发关键技术的研究，针对页岩气开发过程中的环境问题进行分析，提高环境保护水平。我国的页岩气含量十分丰富，目前我国探测到的非常规天然气大约有190万亿m3，其中页岩气达100万亿m3，可以开采的页岩气含量大约有26万亿m3，是美国页岩气储量的1.6倍。重庆涪陵地区是页岩气开发的示范地区，对我国页岩气的规模化商业发展带来很大促进作用[2]。

2 页岩气开发过程中的风险因素

页岩气开采是我国能源建设的重点内容，在开采过程中，其主要存在三种风险，即环境灾害风险、地质灾害风险和钻井设备失效风险。

2.1 环境灾害风险

页岩气开发虽然可以缓解我国的能源危机，但是在开发过程中，开发技术不成熟、操作不规范会引发环境问题。环境保护是经济建设过程中的基本原则，我国经济建设不仅要注重经济指标，还要重视环境保护，将环境保护与经济建设目标结合起来。页岩气开发过程中的环境灾害风险主要表现在以下三个方面。

一是对水资源造成大量浪费。在页岩气开发过程中，最常用的技术是水力压裂技术，这种技术通过将水注入岩石中，让页岩气从岩层中逸散出来。该技术虽然可以实现页岩气的开发，但是其在水力压裂过程中会消耗大量水资源。我国页岩气主要分布在水资源比较匮乏的地区，注入地下以及岩层中的水资源并不能完全回收起来，对于水资源本来就比较匮乏的地区来讲，水资源浪费是一个十分严重的问题。二是对地下水资源造成污染。产生的很多有毒有害物质会污染地下水，导致地下水不能正常使用，带来水资源危机。三是对空气造成污染。在页岩气开发过程中，一些有害气体可能进入空气中，在空气中大量存在，会加重温室效应，带来全球气候问题[3]。

2.2 地质灾害风险

在页岩气开发过程中，最常见的地质灾害风险是地震和滑坡。由于页岩气的埋藏深度不同，其开采需要使用不同的技术，比如，钻竖直井、水平井水力压裂方法，都是页岩气开发的主要技术。开采必然会对页岩层中的应力状态造成破坏，使得页岩层受到的外部应力迅速释放出来，引起不同程度的微型地震，过度的开采开会加重地震灾害的程度。另外，开采也会破坏开采区域周围的植被，很多植被无法再生长，这也是泥石流、地质滑坡、地陷灾害等事故的诱因。

2.3 钻井设备失效风险

页岩气开采使用的设备主要是各种常规的气藏开采设备，在开采过程中，机械设备的安全性和稳定性是影响开采效率的主要因素。由于设备稳定性较低，所以在开采时，设备可能会出现失效的现象，这会给开采带来极大危害。套管和钻具失效是页岩气开采过程中最常见的问题，其主要原因是设备磨损、锈蚀等导致设备的力学性能减弱，出现疲劳断裂等现象。例如，钻具出现粘吸卡钻、键槽卡钻等事故，或者在开采过程中一些泥浆进入设备导致卡钻等，卡钻事故会带来严重的安全隐患，尤其是对于进行操作的技术人员来讲，卡钻很有可能引发其他更大的危害。

3 页岩气开发过程中的安全对策

针对当前页岩气开发现状以及页岩气开发过程中的危险因素，人们必须积极分析开发过程中的各种危险问题，并采取以下措施提高页岩气开发的安全性[4]。

3.1 对环境风险进行控制

页岩气开采过程中的环境问题不可避免，只能尽量减少其对环境带来的威胁。具体来讲，人们可以从以下几个方面着手。

3.1.1 要加强对页岩气开发技术的研究

为了减少页岩气开采过程中对水资源的浪费，人们要加强对页岩气开采技术的研究。例如，可以加强压裂返排液系统的循环利用技术研究，积极推广新技术，如低分子可回收压裂体系技术、常规瓜尔胶压裂返排液再利用体系等，可以增强水资源的重复利用，减少对水资源的浪费；还可以开发更多清洁的新技术，如低毒油基钻井液体系，它是一种更加清洁的开采体系，可以减少页岩气开采过程中化学添加剂的使用量，降低开采废水的循环处理难度。

3.1.2 控制和减少大气污染

在页岩气开采过程中，人们要注重对空气污染的控制，积极监测有害气体的含量。人们可以利用二氧化硫感应器、甲烷红外气体分析仪等设备对有害气体进行实时监控，当有害气体超过一定程度时仪器就会自动报警，相关技术人员要立即停止开采，对开发方案进行重新研究和设计，提高开发水平，减少环境污染。

3.1.3 定期检测相关设备

在输送过程中，页岩气可能会产生环境污染。因此，人们要提前对输送设备进行试压和严密性检测，确保各种设备的性能完好。此外，人们要定期对设备进行检查，及时检查设备的防腐涂层，防止输送设备出现问题而造成气体泄漏。

3.2 加强对地质灾害的防范

地质灾害是页岩气开采过程中的重要危害，严重时甚至会诱发地震。所以，在页岩气开采过程中，人们必须要积极加强对页岩气储层井壁稳定性、页岩气钻井储层伤害机理等方面的研究，在现有的石油地震地质学的基础上开发出更适合页岩气开发的钻井液体系，降低页岩气开采过程中各种技术对页岩层带来的伤害。另外，还要积极做好地质勘察，尤其是在页岩气开采之前，必须要对开采区域以及周边地区的地质环境进行检测，设计科学合理的页岩气开采方案，同时在开采过程中做好监管，减少页岩气开发对地质环境的影响。对于地质比较脆弱的地区，如容易爆发泥石流的地区，可以多种植植被，加强防护建设；对于山体滑坡比较严重的区域，则可以采用锚固、固结灌浆等技术进行加固，减少滑坡危害。

3.3 加强对设备风险的防范

设备使用过程中的失效问题是引起安全问题的重要因素，很多设备风险都是可以人为控制的，人们在页岩气开采过程中应该积极加强对设备风险的防范。第一，要加强对操作人员安全意识的培养，不断提高技术人员的安全意识，在开采之前必须对设备进行检查，一旦发现设备有任何风险，要及时进行处理。第二，要建立安全责任体系，在开采过程中要设置专门的安全监管岗位，对开采过程中可能存在的风险进行监控，使得技术人员按照操作规程进行操作，减少开采过程中的不规范行为带来的设备安全问题。第三，对卡钻事故进行控制，卡钻是最常见的事故，为了减少卡钻事故，人们必须改进钻井技术，保证钻井体系具有优良的井身结构和质量，并且要使用合适的钻井液，定期对井口工具进行检查，防止异物掉落其中而引发安全事故。