油气田开发地质灾害问题及监管政策建议

张健强，李 平，张 义，陆朝晖，蒙 春

（1.重庆地质矿产研究院页岩气勘探开发国家地方联合工程研究中心，重庆401120；2.重庆地质矿产研究院，国土资源部页岩气资源勘查重点实验室，重庆401120；3.国投重庆页岩气开发利用有限公司，重庆404100）

油气田地质灾害是地质灾害的一种特殊类型。有关学者将油气田地质灾害定义为：在特定的地质背景下,由于人们对油气储集层的地质规律认识不清或在油气田开发过程中采取的工程措施不当，而诱发形成的灾害性地质事件[1]。油气开发地质灾害并不普遍，但一旦发生，可能对人民生命财产造成严重威胁：2003年12月发生的重庆开县高含硫气井井喷事故的影响至今仍让石油行业从业者心有余悸，并成为石油行业井控课程必修案例。由于油气田开发过程中的地质灾害既有常规地质灾害的突发性、难以预测性，又有其独特的诱发性、多样性的特点[2]，因而其预防和监管应建立针对性的政策措施。

我国西南地区石油资源贫乏，但却是中国天然气储量最丰富的地区之一,仅重庆地区探明天然气储量就占全国储量的15%左右[3]。西南地区气藏类型复杂，浅层气、深层气，低压气藏、异常高压气藏，高含硫气藏，页岩气等分布类型复杂，开采技术难度大；同时地质环境复杂，地表起伏大、断裂带多[4]；加之开发区人口稠密，环境复杂，为油气田开发过程地质灾害预防和监管带来很大难度。

1 油气开发主要地质灾害类型

1.1 油气田建设引起的滑坡

油气开发过程中的滑坡灾害主要由人为因素影响产生：如井场及油田道路修建过程中，施工开挖导致自然斜坡的稳定状态破坏（图1）；弃土堆积、物探爆破导致坡体失稳等。例如，延长西区采油厂4206#井场滑坡（图2）、页岩气JY87 平台的滑坡。油气田开发引发的滑坡公开报道不多，但在地表条件复杂的山区，油田公路、井场、管道建设过程中，不可避免的涉及山体开挖，引发地质不稳定。

西南多属山地丘陵地区，年均降雨量大，地层以砂、泥岩为主，是我国崩塌、滑坡等地质灾害最严重的地区[5]。油气田企业建设及政府监管过程中，都应将滑坡、崩塌等灾害纳入重点防控范围。

图1 地表易坍塌层

1.2 诱发微地震

图2 4206#井场滑坡（取自网络）

研究表明，采矿、水库加卸载、注水等人类活动可能诱发地震。在油气田开发过程中，废水回注、压裂等过程中，当流体被高压注入地下储层时，可能引起地下流体压力增加、地下应力分布发生改变，导致地质力学变化、断层再活化，出现微地震甚至破坏性地震[6]。如2011 年的美国俄克拉荷马州Mw5.7 地震被认为是油气田注水诱发的[7]。美国中部和加拿大西部油气开发区、我国的华北油田和重庆荣昌地区都有注水诱发地震的有关研究。

一般来讲,油气田开发引发的地震规模不会太大,通常为3级以内的无感地震。从地震学而言，目前对压裂是否能引起中等强度以上地震仍存在很大争议[8]。我国四川盆地西南部的长宁背斜既是天然地震多发区，也是页岩气开发区，近年来发生多起中等强度的地震（图3），2019年2月，荣县境内同一区域接连发生3次4 级以上地震，荣县暂停页岩气开采作业，该区地震的成因争议很大。

图3 川南地区2011年1月～2019年5月地震分布（何登发，2019年）

西南川渝地区是我国页岩气开发的主战场，而且属于地震多发区。目前，川渝地区页岩气开发正在向深层（大于3500m垂深）、更大压裂规模方向发展，由此可能带来的地质环境问题应当引起关注。

1.3 地下水环境影响

油气田开发，特别是页岩气开发可能引起地下水环境污染问题一直存在众多争议[9]。“全国地下水污染防治规划(2011-2020 年)”将石油化行业勘探、开采及生产等活功列为显著影响地下水水质，威胁地下水环境安全的重点行业之一，而目前油气田开发过程中，“重开发、轻管理”现象仍普遍存在[10]，对油气开发区地下水环境的监测监控少，管理难度大。美国等页岩气开发过程中曾出现水污染事故，引发民众的担忧。美国杜克大学的研究人员分析了马塞勒斯产气区的141口私人饮用水井，发现约82%水井的水样中含有甲烷。气井周围半径1km内饮用水的甲烷浓度是正常水平的6倍，乙烷浓度是正常水平的23倍（Robert B.Jacksona，2013年）。

水平井钻井和体积压裂是页岩气勘探开发关键技术，具有总液量大[（3.0～6.0）×104m3]、液体成分复杂、污染风险环节多、周期长等特点（张健强等，2019 年）。在西南地区地质条件复杂，岩溶地貌分布广泛，浅层地表溶洞多、暗河多、裂缝多的条件下，增加了地下水环境风险。

1.4 其他地质灾害

井喷及地下气体溢出是油气田开发过程中的另一类地质灾害。井喷是石油天然气行业最大的威胁，可能导致巨大的经济损失、人员伤亡以及环境污染等问题（图4）。中石油重庆开县“12.23”特大井喷事故、英国石油公司“深水地平线”钻井平台井喷爆炸事故都导致重大人身伤亡、财产损失或生态灾难。

图4 井喷失控着火（取自网络）

地下气体（流体）在钻遇裂缝、套管不完善、封井不完整等条件下可能溢出地表，导致失火、中毒等风险。天然气溢出导致的“地火”现象（图5），威胁油气开发区生命和财产安全。

另外，油气田经历长时间开发还会产生其他地质问题，如油气田开发引起的地表沉陷或抬升（大庆油田因长期进行油气开发造成大面积地表变形）、地表出水(油)等。

图5 天然气溢出（土库曼斯坦）

2 油气田开发地质灾害的成因分析

油气田地质灾害的形成机制复杂多样，在不同地区或同一地区的不同时期是不断变化的，研究揭示油气田地质灾害的形成机制就能达到识别、预防和治理地质灾害的目的。

2.1 地质因素

油气田地质特征，包括地表地质、深部构造等是地质灾害的内在成因，本质上控制了灾害的形成与发展。西南地区岩性多变、构造复杂，在此类地表和地质环境中易产生油气田地质灾害。如在地层高陡、岩性复杂、雨量充沛的地区容易产生滑坡、崩塌灾害；高压、高含硫、地应力复杂地区钻井易出现事故，发生井喷失控风险等。

2.2 工程因素

工程因素是油气田地质灾害的诱发条件，油气田开发的方式、工程强度、工程措施类型等都可能成为致灾因素。现有油气田开发引发地质灾害的案例证明,地质灾害，如微小型地震、地面出水、天然气溢出等均是在地下注入流体强度较大，辅以活动断层、裂缝发育等条件下发生的。荣昌（雷兴林等，2011年）、华北油田（张德元等，1985年）等注水诱发微地震的研究均表明，注水与地震时空关系一致性较好。

3 油气田开发安全监管建议

2018 年，我国石油和天然气对外依存度分别达到69.8%和45.3%，国家能源安全形势严峻。为了获得更多更好的油气资源，油气勘探开发的程度将越来越深，油气田地质灾害的发生也会日益增多。因此，油气田企业及政府监管部门必须加强研究地质灾害的致灾因素，建立有效的监测防控制度，逐步实现油气田开发地质环境的有效监测、预警和防范，保障油气资源开发的可持续发展。

3.1 加强地质灾害基础研究

地质因素是油气田开发地质灾害的内因，必须加强地质灾害诱发的基础研究。油气田开发企业在制定开发方案，特别是目前非常规油气开发方案时，建议加强油气开发全过程诱发地质灾害风险的研究，实现地质灾害的先期预防；政府监管部门应当从开发活动监管、安全监管、环境监管等角度，结合区域地质背景加强地质灾害诱发机制、灾害规律等方面的研究，为企业的开发活动提供指导和帮助，为区域公众安全保驾护航。

3.2 制定有效预防监管措施

油气田地质灾害的本质是人类活动，因而多具有可预防性。油气田开发企业在制定开发计划时，应做好地质灾害的风险评价工作，对油气井场修建、公路铺设、钻井、压裂、废水回注、输油气管道铺设等全过程中，做好地质灾害预防，并制定有效的应急措施，实现油气勘探开发与灾害防治并重；政府监管部门应做好油气田开发过程的监管，制定监管办法，涵盖油气开发事前、事中、事后全过程管理，保障在油气田勘探开发方案审查审批、重点工程实施、重要设施建设、重点热点问题处置等过程中，监管到位、政策有力。

3.3 保障监测监控到位

资源开发过程中的安全与环境是政府监管的重中之重，虽然我国针对石油天然气开发地质灾害的预防拥有众多法律法规、行业标准等规范，但受油气田开发企业体制机制影响，地方政府在监管方面手段仍然不多。比如，页岩气开发过程是否诱发地震？油气田开发对地下水的影响如何？相关的研究及资料都较少。鉴于此，建议政府监管部门针对重点灾害风险、重点公众关注问题，如水环境、诱发地质灾害、场地污染、温室气体排放等进行长期、科学的监测监控，或与油气田开发企业协作，建立油气田开发的全方位立体监测，掌握油气开发动态，变被动应急为主动监管和预防，更好的履行监管职责，逐步完善油气监管政策。

3.4 逐步实现油气开发地质灾害的预测预警

油气田地质灾害长期、科学监测与地质灾害形成机制、时空规律、演化模拟等研究的深入结合，就可以实现油气地质灾害的预测和预警。北美的石油公司与压裂服务公司制定的“红绿灯系统”是地质灾害预测预警的有益尝试，它根据压裂或注水过程中地震监测的强度对油气田生产活动进行调整（仍属于企业自律）。由于油气田开发地质灾害的偶发性、突发性等特点，油气田地质灾害预测预警方法仍需要开发企业和监管部门共同加强研究。