四川页岩气钻井及压裂作业边界噪声调查与分析

2020-09-10陈立荣陈晓东陈世荣

油气田环境保护 2020年4期

李阳陈立荣张晖陈晓东陈世荣

(中国石油川庆钻探公司安全环保质量监督检测研究院)

0 引言

页岩气是一种重要的非常规油气资源，我国页岩气分布十分广泛，可采储量达25万亿m3[1-3]，目前已成为我国油气资源勘探开发的重点。《页岩气发展规划(2016—2020年)》的出台，大力推动了国内页岩气勘探开发，对改善我国能源结构、保障能源安全、带动经济发展具有重要意义。页岩气勘探开发产生的噪声污染比常规钻井严重，随着公众对环境质量的要求和关注度的提高，因噪声污染引起的投诉及纠纷事件逐年增多[4]。作为页岩气主产区的川渝地区，地理环境和人口分布特殊，作业场所周围大多分布有农户，因钻井施工噪声引起的纠纷时有发生。特别是《中华人民共和国环境保护法》实施后，此类污染纠纷更为突出。同时长期在高强度噪声环境中进行钻井施工，可能引起作业员工听力损害或诱发其他疾病，影响员工健康。此外，噪声干扰员工语言交流、分散注意力、掩蔽安全信号，可能导致差错上升，甚至引发安全事故。为进一步加强对页岩气钻井和压裂作业噪声的治理和控制，减少或避免噪声税交纳和污染纠纷事件，了解页岩气钻井和压裂作业噪声实际排放情况十分必要。

1 页岩气勘探钻井特点

1.1 页岩气概述

页岩气是从黑色泥页岩或碳质泥岩地层中开采出来的一种高效清洁、发展潜力巨大的非常规天然气，在非常规油气资源中占据着十分重要的地位[5]。页岩气储层致密，天然气丰度及自然产能相对较低，加之其低孔隙度，特低渗透率，自生自储的特点，使得页岩气具有繁杂的储集方式和运移规律。页岩储层含气岩石的物理和化学性质相对而言较为复杂，导致开采较为困难，目前多以压裂开采为主。

1.2 四川页岩气勘探钻井施工情况

页岩气勘探开发与常规天然气钻井开发一样，需采用发电机提供电力，柴油机提供设备运行动力，加之其他大量发声设备，如泥浆泵、振动筛等的使用，造成严重的噪声污染。特别是四川长宁页岩气区域主要位于宜宾市长宁县和珙县境内，地理环境特殊，山区和丘陵多，平原少。为了确保和提高投资回报率，减少对当地宝贵土地资源的占用，加之页岩气单井产气量有限，通常在一个井场(一个平台)采用2台，甚至3台钻机同时作业，造成声叠加现象，噪声影响比常规井钻井更严重。

1.3 压裂作业

页岩气开发与常规天然气开发相比具有特殊性。由于页岩储层致密性强、基质渗透率低、出气量小，在开发过程中压裂技术及施工十分重要。单井压裂一般为7～10 d，如果一个平台有5口井，则压裂周期为两个月左右，压裂周期长。同时高噪声压裂设备的使用，使得压裂作业期间的噪声污染比常规钻井更严重。

2 页岩气钻井作业边界噪声情况

2.1 监测调查基本情况

为了对比单平台、双平台钻井作业和压裂作业噪声的差异，分别选取单、双平台井各15口、压裂作业井22口进行调查。双平台为同一井场内有两个独立的钻井平台，两个平台间距离较近。压裂作业平台主要由压裂车、电动泵和混砂车组成，布置在钻井作业平台，即井场内。压裂作业时，钻机停止工作，但主要发声设备发电机处于工作状态。

监测点位根据标准设置在厂界外1 m、高1.5 m处，厂界每边设置1～3个测点，各井场测点总数4～16个不等。

按照GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》、GB 12523—2011《建筑施工场界环境噪声排放标准》规定的方法和标准，对钻井及压裂作业边界噪声进行监测评定；钻井作业边界为钻井井场租征占用地的边界，评价量为等效连续A声级；昼间测试时段为6时—22时，夜间为22时—次日6时；评价标准执行GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》2级标准限值，即昼间60 dB(A)，夜间50 dB(A)。

2.2 监测调查结果

2.2.1 井场构造

四川油气田近年钻井主要采用机械钻机，常用钻机类型为40型、50型及70型。钻机配动力柴油机的主要型号为G12V190PZLG-3，电力发电机主要使用CAT3406T和Z12V190BD-2。

不同类型钻机的井场构建标准见表1，噪声监测点位示意见图1、图2。

表1 不同类型钻机的井场构建标准

图1 单平台钻井平台噪声监测点位示意

图2 压裂作业平台噪声监测点位示意

2.2.2 声源基本情况

钻井作业噪声包括钻井动力柴油机、电力发电机、泥浆泵及其高压液体管渠汇振动、泥浆振动筛的机械振动，钻头破碎地层造成的钻杆振动，泥浆配制泵及搅拌器产生的噪声等，但主要声源为钻井动力柴油机和电力发电机。压裂作业主要声源为压裂车和电动泵。声源噪声调查情况见表2。

表2 声源噪声调查情况 dB(A)

2.2.3 单平台钻井作业边界噪声情况

单平台钻井平台主要声源与普通钻井平台大致相同，主要为柴油机、发电机、泥浆泵、振动筛和其他机械设备。单平台钻井作业边界噪声情况如表3所示，昼间噪声测量值为56.7～105 dB(A)，夜间为55.1～104.7 dB(A)；昼间噪声差值平均值为21.4 dB(A)，夜间为22.5 dB(A)。昼、夜噪声差值平均值均高于20 dB(A)，说明厂界四周的噪声相差较大，主要原因是发声设备布局差异大，同时测点与主发声设备距离不同。平台昼间噪声平均值为75.9 dB(A)，夜间为75.4 dB(A)，昼、夜噪声平均值差值的平均值仅为1.3 dB(A)，说明钻井作业噪声受外界影响小，主要是自身发声设备造成的。昼间噪声超标率为96.8%，夜间为100%，超标情况非常严重。

表3 单平台钻井作业边界噪声情况

2.2.4 双平台钻井作业边界噪声情况

双平台钻井平台可看作两个非常接近的单平台同时作业。双平台钻井作业边界噪声情况如表4所示，昼间噪声测量值为56.7～103.8 dB(A)，夜间为55.4～103.8 dB(A)；昼间噪声差值平均值为30.6 dB(A)，夜间为30.5 dB(A)，昼、夜噪声差值平均值均高于30 dB(A)。平台昼间噪声平均值为74.7 dB(A)，夜间为74.1 dB(A)；昼间噪声超标率为97.0%，夜间为100%，超标情况非常严重。

表4 双平台钻井作业边界噪声情况

续表4

2.2.5 压裂作业边界噪声情况

压裂作业主要声源为压裂车和电动泵，通常十余辆压裂车同时作业，因此，将所有压裂车作为一个整体噪声源。压裂作业边界噪声情况如表5所示，昼间噪声测量值为61.8～109.3 dB(A)，昼间噪声差值平均值为27.4 dB(A)，昼间噪声平均值为85.7 dB(A)，昼间噪声超标率为100%，超标情况非常严重。由于四川地区不允许在夜间进行压裂作业，因此，没有调查夜间压裂作业边界噪声情况。

表5 压裂作业边界噪声情况

2.3 监测调查结果对比分析

2.3.1 单平台与双平台钻井作业边界噪声对比

从表3、表4可看出，单、双平台噪声平均值大致相同，但由于噪声的叠加效应，双平台各平台最高值的平均值昼间为95.9 dB(A)，夜间为95.3 dB(A)，高于单平台的88.5 dB(A)和88.0 dB(A)；双平台昼、夜噪声差值平均值均高于30 dB(A)，主要原因是双平台边界周围噪声波动较大，且发声设备多，造成声叠加影响严重，高发声设备在同一方位声叠加更显著。

2.3.2 钻井作业与压裂作业边界噪声对比

从表3～表5可看出，页岩气压裂作业噪声明显高于钻井作业噪声，压裂作业噪声最大值与最小值差值的平均值高达27.4 dB(A)，远高于单平台钻井作业的差值平均值，但又略低于双平台钻井作业的差值平均值；压裂作业噪声平均值为85.7 dB(A)，最低值为61.8 dB(A)，最高值为109.3 dB(A)，均高于单平台和双平台相应的噪声值。噪声平均值高出单平台和双平台10 dB(A)左右，说明压裂作业噪声比钻井作业噪声对周边环境的影响更大。

3 结论与建议

3.1 结论

1)页岩气单平台钻井作业边界昼间噪声测量值为56.7～105 dB(A)，夜间为55.1～104.7 dB(A)；昼间噪声平均值为75.9 dB(A)，夜间为75.4 dB(A)。双平台钻井作业边界昼间噪声测量值为56.7～103.8 dB(A)，夜间为55.4～103.8 dB(A)；昼间噪声平均值为74.7 dB(A)，夜间为74.1 dB(A)。压裂作业边界昼间噪声测量值为61.8～109.3 dB(A)，昼间噪声平均值为85.7 dB(A)。压裂作业边界昼间噪声平均值高出单平台和双平台钻井作业平均值10 dB(A)左右，噪声测量值的最低值和最高值相应高出4～6 dB(A)，说明压裂作业噪声对周边的影响远超过钻井作业。

2)按照GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》2级标准限值，页岩气单平台和双平台钻井边界昼间噪声超标率达96%以上，夜间超标率为100%，压裂作业昼间超标率为100%。

3)页岩气单平台钻井四周边界噪声最低值与最高值的差值为20 dB(A)左右，但双平台钻井噪声在平均值相差不大的情况下，四周噪声最低值与最高值的差值高达30 dB(A)以上，说明双平台发声设备多，造成声叠加影响严重，高发声设备在同一方位声叠加更显著。