我国页岩气开发重点产建区地下水环境保护措施简介

谭 浩

（中煤科工集团重庆设计研究院有限公司，重庆 400016）

1 我国页岩气资源概况及重点开发区块

随着全球经济的发展，世界各国对于石油、天然气等资源的需求日益增长，2018年，中国超越日本成为全球最大天然气进口国，全年天然气进口量1254×108m3，对外依存度升至45.3%，并且这一趋势还将继续[1]。页岩气作为一种新兴的非常规天然气资源，对世界能源格局产生了重大影响，得益于页岩气的大规模商业化开发，美国从天然气进口大国变成了天然气净出口国。我国页岩气资源潜力与美国相当，页岩气的勘探开发将极大地缓解我国天然气需求压力，优化调整我国的能源格局，保障国家安全[2]。根据2015年国土资源部公布的中国页岩气资源调查报告，全国页岩气地质资源量134 ×1012m3（不含青藏区），约是常规天然气地质资源量的2倍。

根据《页岩气发展规划（2016-2020年）》，“十二五”期间，全国共设置页岩气探矿权44个，面积14.4×104km2，相继设立了长宁-威远、昭通、涪陵等3个国家级海相页岩气示范区和延安陆相国家级页岩气示范区。根据该规划，2020年力争实现页岩气产量300×108m3，2030年实现页岩气产量800～1000×108m3，规划的重点产建区包括涪陵勘探开发区、长宁勘探开发区、威远勘探开发区、昭通勘探开发区、富顺-永川勘探开发区等。涪陵勘探开发区包括重庆市南川、武隆、涪陵、丰都、长寿、垫江、忠县、梁平、万州九区县。长宁勘探开发区位于四川盆地与云贵高原结合部，威远勘探开发区位于四川省和重庆市境内，昭通勘探开发区位于四川省和云南省交界地区，富顺-永川勘探开发区位于四川省和重庆市境内。

在地理分布上，我国页岩气开发“甜点”区主要集中于四川盆地周围的四川、重庆、云南、贵州等地，该区域喀斯特地貌分布较广，岩溶发育，地下水环境较敏感。以重庆市为例，重庆市岩溶区分布面积约3.0万km2，占全市总面积的36.49%[3]。其中，页岩气规划开发区内的碳酸盐出露面积占总规划区面积的36.60%[4]。若页岩气开发过程中地下水环境污染防治措施不到位，将会对区域地下水水质造成污染，影响周边居民饮用水安全。因此，页岩气开发过程中的地下水环境保护工作必须引起重视。

2 页岩气开发过程中主要的地下水污染途径

页岩气井的钻探作业从时间上可划分为钻前工程、钻井工程、压裂试气工程和采气工程共4个阶段，各阶段主要地下水污染途径如下[5-17]。

2.1 钻前工程

钻前工程主要是为钻井作业修建井场、进场道路、废水池等设施，施工期一般为1个月。施工期间，若井场内暂存的物品防雨防渗措施不到位，将导致污染物透过包气带渗入地下，污染地下水。

2.2 钻井工程

钻井过程中，当钻遇地下溶洞、裂隙等不良地质构造时，钻井液漏失将导致地下水水质受到污染。此外，钻井工程期间，钻井产生的钻井岩屑、钻井废水等污染物在收集、储存、转运和处置过程中，若污染防治措施不到位，也将导致地下水环境受到污染。

2.3 压裂工程

由于页岩气的赋存特点，钻井结束后需向目的地层注入大量的压裂液，以压碎岩层，释放其中吸附态的页岩气。压裂作业期间，若甲烷、天然存在的污染物和压裂液通过深部岩石裂隙从目的层上移至浅部含水层，将污染地下水水质，但此类污染事件发生概率很小[4]。压裂返排液在暂存、转运、处置过程中，若污染防治措施不到位，也会污染地下水环境。

2.4 采气工程

采气期，集气站气液分离产生的采出水若处置不当，对地下水环境也有污染风险。

3 主要地下水环境保护措施

目前，我国页岩气开发重点产建区采取的主要地下水环境保护措施可大致划分为源头控制污染风险、过程严防污染物落地、长期跟踪环境影响等。

3.1 源头控制污染风险

源头控制污染风险主要指在页岩气井选址阶段优化井位、钻井设计阶段改进钻井液、压裂液配方等。例如，涪陵勘探开发区域岩溶发育，地下水环境较敏感和复杂，为从源头上降低地下水污染风险，建设单位在选址时，采用高密度电法对平台近地表进行勘查，避开了地下暗河、溶洞、岩溶大泉等地下水敏感区域，有效降低了钻井液漏失污染地下水的风险[18]。

此外，钻井过程中发生井漏后，堵漏比较困难[19]。为了减小钻井液漏失对地下水环境的影响，涪陵页岩气田新创了“导管+三段”式钻井工艺，从地面至地下1000 m左右的二开直井段底部，钻井液均采用清水，即使发生井漏，对具有供水意义的浅层地下水影响也相对较小。

3.2 严格防止污染物落地

页岩气勘探开发过程中，会采取严格的环保措施防止污染物进入地下水环境。主要的污染防治措施如下[20-23]。

3.2.1 钻前工程

钻前工程一般会在井场设置专门的材料暂存区，强化暂存的防雨防渗措施。

3.2.2 钻井工程

钻井期间，一般会对井场进行分区防渗。钻井产生的钻井废水在废水池内暂存，处理后回用于压裂工序；钻井岩屑经不落地系统收集后，定期外运处置。钻井废弃物均妥善处置。

3.2.3 压裂试气工程

压裂试气期间，一般会对压裂设备区铺设防渗膜；酸罐区、油罐区等罐区基础进行硬化，并设防渗膜及围堰。试气产生的压裂返排液在废水池暂存，经处理后回用于其他钻井平台压裂工序，重复利用，做到废水零排放。

3.2.4 采气工程

为防止采气期产生的采出水污染周边地下水环境，采出水一般暂存于废水池或钢罐，经处理后优先回用于页岩气平台的压裂工序，当没有可回用的平台时，经采出水处理设施处理达标后排放。

此外，涪陵页岩气田还在国内首次引入了第三方环境监理，确保了“三同时”制度和环保措施严格落实。

3.3 长期跟踪环境影响

为了解页岩气开发对区域环境的长期性影响，建设单位一般会在页岩气开发区块内开展跟踪调查工作，跟踪调查包括现场调研、跟踪监测等。其中，地下水环境影响跟踪调查包括钻井期间平台周边设置的地下水短期跟踪监测点、区块内水文地质单元控制点设置的长期监测点。地下水监测点可跟踪监测区域地下水水质变化情况，及时发现问题，缩短应急响应时间，减小环境影响。

4 结论

我国页岩气重点开发区块大多分布于四川盆地周边，区域喀斯特地貌分布较广，地下水环境较复杂，对页岩气开发存在一定的制约。目前，各页岩气重点产建区采取了一系列污染防治措施，有效减小了页岩气开发对地下水环境的不利影响，但开发过程中仍存在一定的环境污染风险。因此，笔者建议，在页岩气开发过程中，可进一步优化钻井和压裂工艺：减少压裂液的注入量，减小污染风险；积极公开页岩气开发区块的环境监测信息，消除公众的疑虑和担忧；从国家层面健全页岩气开发行业环境保护的法律法规；统一行业规范、标准，推广页岩气开发示范区先进环保的勘探开发技术。