页岩气开采中的安全技术和环境影响的规避方法探讨

刘龙斌

（山西省地质矿产研究院，太原 030001）

页岩气开发是我国能源开发的重要内容，我国页岩气储量丰富，但是由于开发起步时间较晚，我国正处于页岩气开发的试验阶段，开发技术还不够成熟。当前，在页岩气开采过程中，出现的地质问题、环境问题也比较严重，尤其是环境污染问题，如大气污染、水资源污染和土壤污染等[1]。为了进一步控制页岩气开发过程，人们必须不断改进开发技术，加强开发过程管理，提高各种环境污染的控制水平，减少开发带来的环境问题。

1 页岩气开采过程中的问题

我国页岩气开采起步较晚，但页岩气储量十分丰富，因此开展页岩气开采利用具有十分广阔的前景。当前，我国在页岩气开发过程中主要遇到以下问题。第一，开发经验匮乏。页岩气开发需要较高的技术，但是我国页岩气开发才刚刚起步，加上我国的常规天然气开发正处于蓬勃发展时期，所以人们无法用大量人力、财力、物力去研究页岩气开发的问题。第二，页岩气开采的综合难度较大。页岩气储集层是由岩化的黏土有机物质和矿物质混合而成的，虽然岩层中的有机质可以产生丰富的页岩气，但是这些岩石的空隙很小，渗透率较低，开采页岩气的天然阻力比常规天然气要大很多，因此页岩气的开采率较低。第三，地质环境的影响。我国页岩气主要分布于四川盆地，由于地理环境限制，四川盆地的页岩气深度基本在2 000～35 000 m，而美国的页岩气深度一般为800～2 600 m[2]。所以，国外的开采技术并不完全适用于我国的地质环境，地质环境的限制增加了页岩气的开采难度。

2 页岩气开采的安全技术

2.1 地震勘探技术

地震勘探技术主要包括三维地震技术和井中地震技术，前者有助于准确地认识到页岩气复杂的储层结构以及岩层中的非均质性和裂缝发育带，从而提高页岩气开采过程中的探井成功率。由于泥页岩地层和上下围岩的地震传播速度不同，因此人们在开采过程中可以结合录井测井等资料，对泥页岩构造进行描述，并且可以利用三维地震的反射特征差异来识别各种裂缝，从而减少开采过程中的地质裂缝灾害。另外，井中地震技术也是页岩气开采过程中的一种重要技术，这种技术是在地面地震技术基础上发展起来的一种新技术，具有较高的分辨率、信噪比、保真效果，可以将钻井测井和地震技术结合起来，从而实现对页岩气地层的综合分析，减少页岩气开采过程中的压裂效果。

2.2 水力压裂法

水力压裂法是页岩气开采过程中的一种常用技术，这种方法是指将水注入到油井中，使得油井的岩石层断裂，然后将圈闭在岩层中的油和天然气释放出来，注入岩石中的水通常含有化学物质，比如，混合了降阻剂、抗菌剂、盐酸等物质。水力压裂法是当前页岩气开发过程中比较常见的一种方法，在美国页岩气开发过程中十分常用。

2.3 钻井技术

钻井技术是1821年美国最先开发出来的石油气体开采技术，经过多年发展，页岩气钻井经历了直井单支水平井、多分支水平井、丛式水平井等发展过程。实践发现，在页岩气开采过程中，使用丛式水平井可以有效地降低开采成本，节约时间，因此丛式水平井在页岩气开采过程中的应用变得越来越广泛[3]。另外，当前国外的页岩气开发钻完井中主要采用的相关技术有：旋转导向技术，这种技术可以用于地层引导和评价，确保钻井目标得以实现；控压或欠平衡钻井技术，用于提高防漏水平，提高钻速和储层保护，采用空气作为循环介质在页岩中钻进；泡沫固井技术，其主要用于解决钻井过程中出现的低压易漏问题，提高钻井开发的安全性。

2.4 储层改造技术

储层改造技术是页岩气开采过程中的安全技术，其包括水力压裂和酸化两种，改造之后的技术可以利用常规的油管或者连续的油管进行施工。在国外开发过程中，人们经常在新井或者老井的开发中使用连续油管作业，这样可以降低开采成本，达到增产的目的。压裂改进主要采用以下措施，如氮气泡沫压裂凝胶压裂、多级压裂、清水压裂、同步压裂、重复压裂等。

2.4.1 多级压裂技术

多级压裂技术指的是利用封堵球或限流技术对页岩储层的不同层位进行分隔，然后进行分段压裂。分段压裂技术有两种，一种是滑套封隔器分段压裂，另一种是可钻式桥塞分段压裂。

2.4.2 清水压裂

清水压裂技术指的是使用清水加上少量减阻剂、稳定剂、表面活性剂等添加物作为压裂浆，达到压裂目的，对页岩气进行开采，减少对环境的污染和危害。

2.4.3 同步压裂技术

同步压裂技术指的是同时对两口或者更多的页岩气井进行开采的技术。最初，人们对两口深度比较接近的水平井进行同时压裂，随着技术不断成熟，其逐渐发展成为对三口或者四口距离接近和深度相似的水平井进行同时压裂。同时，压裂可以使压裂液和支撑剂在高压条件下从一口井向另一口井移动，从而提高水力压裂的裂缝网络密度和表面积的利用水平，实现页岩气短期内的明显增产，节省页岩气开采的成本。

2.4.4 重复压裂

重复压裂指的是在页岩气初始压裂处理无效或者原来的支撑剂损坏的情况下对气井进行重新压裂增产的过程。在重复压裂的过程中，人们只要按照以前的操作步骤进行重复压裂操作即可，重复压裂可以将页岩气的采收率提高8%～10%，可以使页岩气的采储量增加60%。

3 页岩气开采过程中的环境问题控制

在页岩气开采过程中，环境问题是一个十分显著的问题，加强环境问题控制是页岩气开采过程中的重点内容。当前，页岩气开采过程中的环境问题主要有水资源问题，如水资源浪费、水资源污染等。此外，还有大气污染，其以甲烷泄露为主。页岩气的主要成分是甲烷，甲烷是一种对大气污染十分严重的气体，也是导致全球气候变暖的主要温室气体之一[4]。甲烷在空气中的停留时间是二氧化碳的十分之一，但是在相同质量的情况下，甲烷产生的温室效应比二氧化碳要严重很多，其燃烧还会导致其他污染出现。另外，甲烷泄漏还会破坏当地生态环境，改变当地的自然条件，破坏当地植被，破坏动物的栖息地，影响生态系统的平衡。因此，加强页岩气开采过程中的环境保护具有十分重要的意义，人们可以从以下几个方面着手。

3.1 制定环境保护规范

在页岩气开采过程中，人们应该重视环境保护工作，制定相关环境保护规范，控制相关环境问题。国家相关部门应制定措施，要求人们在页岩气开采过程中必须做好环境监测工作。一旦出现环境污染问题，人们必须立即停止开采。

3.2 加强对技术和开采原料的研究

在页岩气开发过程中，一般进入大规模开发阶段后，人们就必须对开发过程中的水资源工作进行论证，防止水资源使用量过高，造成水资源短缺。另外，压裂过程中使用的化学物质对环境的污染比较严重，所以人们要加强对各种新型开采原料的研究，用清洁、无毒的物质替代有害的化学添加剂，使得整个开采过程变得更加清洁。

4 结语

页岩气开发是我国非常规能源开发体系的重要部分，页岩气是一种清洁、无污染的新型非常规天然气，可以有效缓解我国的能源危机，而我国页岩气资源十分丰富，所以人们必须积极开展页岩气开发研究。在页岩气开发过程中，我国可以借鉴发达国家的页岩气开发技术，并结合我国的实际情况，综合应用各种新技术，提高页岩气开发水平，保护好生态环境。

1 李 佳，王 驰，田慧颖.页岩气开发中应关注的环境问题[J].油气田环境保护，2012，22（6）：42-43.

2 王 楠.页岩气开发环境问题研究[J].当代经济，2013，（1）：62-65.

3 钟 异，胥 峰，林孟雄.页岩气开发环境及安全风险管控研究[J].工业，2015（2）：185.

4 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，（3）：70-73.