我國頁巖氣開發重點產建區地下水環境保護措施簡介

譚 浩

（中煤科工集團重慶設計研究院有限公司，重慶 400016）

1 我國頁巖氣資源概況及重點開發區塊

隨著全球經濟的發展，世界各國對于石油、天然氣等資源的需求日益增長，2018年，中國超越日本成為全球最大天然氣進口國，全年天然氣進口量1254×108m3，對外依存度升至45.3%，并且這一趨勢還將繼續[1]。頁巖氣作為一種新興的非常規天然氣資源，對世界能源格局產生了重大影響，得益于頁巖氣的大規模商業化開發，美國從天然氣進口大國變成了天然氣凈出口國。我國頁巖氣資源潛力與美國相當，頁巖氣的勘探開發將極大地緩解我國天然氣需求壓力，優化調整我國的能源格局，保障國家安全[2]。根據2015年國土資源部公布的中國頁巖氣資源調查報告，全國頁巖氣地質資源量134 ×1012m3（不含青藏區），約是常規天然氣地質資源量的2倍。

根據《頁巖氣發展規劃（2016-2020年）》，“十二五”期間，全國共設置頁巖氣探礦權44個，面積14.4×104km2，相繼設立了長寧-威遠、昭通、涪陵等3個國家級海相頁巖氣示范區和延安陸相國家級頁巖氣示范區。根據該規劃，2020年力爭實現頁巖氣產量300×108m3，2030年實現頁巖氣產量800～1000×108m3，規劃的重點產建區包括涪陵勘探開發區、長寧勘探開發區、威遠勘探開發區、昭通勘探開發區、富順-永川勘探開發區等。涪陵勘探開發區包括重慶市南川、武隆、涪陵、豐都、長壽、墊江、忠縣、梁平、萬州九區縣。長寧勘探開發區位于四川盆地與云貴高原結合部，威遠勘探開發區位于四川省和重慶市境內，昭通勘探開發區位于四川省和云南省交界地區，富順-永川勘探開發區位于四川省和重慶市境內。

在地理分布上，我國頁巖氣開發“甜點”區主要集中于四川盆地周圍的四川、重慶、云南、貴州等地，該區域喀斯特地貌分布較廣，巖溶發育，地下水環境較敏感。以重慶市為例，重慶市巖溶區分布面積約3.0萬km2，占全市總面積的36.49%[3]。其中，頁巖氣規劃開發區內的碳酸鹽出露面積占總規劃區面積的36.60%[4]。若頁巖氣開發過程中地下水環境污染防治措施不到位，將會對區域地下水水質造成污染，影響周邊居民飲用水安全。因此，頁巖氣開發過程中的地下水環境保護工作必須引起重視。

2 頁巖氣開發過程中主要的地下水污染途徑

頁巖氣井的鉆探作業從時間上可劃分為鉆前工程、鉆井工程、壓裂試氣工程和采氣工程共4個階段，各階段主要地下水污染途徑如下[5-17]。

2.1 鉆前工程

鉆前工程主要是為鉆井作業修建井場、進場道路、廢水池等設施，施工期一般為1個月。施工期間，若井場內暫存的物品防雨防滲措施不到位，將導致污染物透過包氣帶滲入地下，污染地下水。

2.2 鉆井工程

鉆井過程中，當鉆遇地下溶洞、裂隙等不良地質構造時，鉆井液漏失將導致地下水水質受到污染。此外，鉆井工程期間，鉆井產生的鉆井巖屑、鉆井廢水等污染物在收集、儲存、轉運和處置過程中，若污染防治措施不到位，也將導致地下水環境受到污染。

2.3 壓裂工程

由于頁巖氣的賦存特點，鉆井結束后需向目的地層注入大量的壓裂液，以壓碎巖層，釋放其中吸附態的頁巖氣。壓裂作業期間，若甲烷、天然存在的污染物和壓裂液通過深部巖石裂隙從目的層上移至淺部含水層，將污染地下水水質，但此類污染事件發生概率很小[4]。壓裂返排液在暫存、轉運、處置過程中，若污染防治措施不到位，也會污染地下水環境。

2.4 采氣工程

采氣期，集氣站氣液分離產生的采出水若處置不當，對地下水環境也有污染風險。

3 主要地下水環境保護措施

目前，我國頁巖氣開發重點產建區采取的主要地下水環境保護措施可大致劃分為源頭控制污染風險、過程嚴防污染物落地、長期跟蹤環境影響等。

3.1 源頭控制污染風險

源頭控制污染風險主要指在頁巖氣井選址階段優化井位、鉆井設計階段改進鉆井液、壓裂液配方等。例如，涪陵勘探開發區域巖溶發育，地下水環境較敏感和復雜，為從源頭上降低地下水污染風險，建設單位在選址時，采用高密度電法對平臺近地表進行勘查，避開了地下暗河、溶洞、巖溶大泉等地下水敏感區域，有效降低了鉆井液漏失污染地下水的風險[18]。

此外，鉆井過程中發生井漏后，堵漏比較困難[19]。為了減小鉆井液漏失對地下水環境的影響，涪陵頁巖氣田新創了“導管+三段”式鉆井工藝，從地面至地下1000 m左右的二開直井段底部，鉆井液均采用清水，即使發生井漏，對具有供水意義的淺層地下水影響也相對較小。

3.2 嚴格防止污染物落地

頁巖氣勘探開發過程中，會采取嚴格的環保措施防止污染物進入地下水環境。主要的污染防治措施如下[20-23]。

3.2.1 鉆前工程

鉆前工程一般會在井場設置專門的材料暫存區，強化暫存的防雨防滲措施。

3.2.2 鉆井工程

鉆井期間，一般會對井場進行分區防滲。鉆井產生的鉆井廢水在廢水池內暫存，處理后回用于壓裂工序；鉆井巖屑經不落地系統收集后，定期外運處置。鉆井廢棄物均妥善處置。

3.2.3 壓裂試氣工程

壓裂試氣期間，一般會對壓裂設備區鋪設防滲膜；酸罐區、油罐區等罐區基礎進行硬化，并設防滲膜及圍堰。試氣產生的壓裂返排液在廢水池暫存，經處理后回用于其他鉆井平臺壓裂工序，重復利用，做到廢水零排放。

3.2.4 采氣工程

為防止采氣期產生的采出水污染周邊地下水環境，采出水一般暫存于廢水池或鋼罐，經處理后優先回用于頁巖氣平臺的壓裂工序，當沒有可回用的平臺時，經采出水處理設施處理達標后排放。

此外，涪陵頁巖氣田還在國內首次引入了第三方環境監理，確保了“三同時”制度和環保措施嚴格落實。

3.3 長期跟蹤環境影響

為了解頁巖氣開發對區域環境的長期性影響，建設單位一般會在頁巖氣開發區塊內開展跟蹤調查工作，跟蹤調查包括現場調研、跟蹤監測等。其中，地下水環境影響跟蹤調查包括鉆井期間平臺周邊設置的地下水短期跟蹤監測點、區塊內水文地質單元控制點設置的長期監測點。地下水監測點可跟蹤監測區域地下水水質變化情況，及時發現問題，縮短應急響應時間，減小環境影響。

4 結論

我國頁巖氣重點開發區塊大多分布于四川盆地周邊，區域喀斯特地貌分布較廣，地下水環境較復雜，對頁巖氣開發存在一定的制約。目前，各頁巖氣重點產建區采取了一系列污染防治措施，有效減小了頁巖氣開發對地下水環境的不利影響，但開發過程中仍存在一定的環境污染風險。因此，筆者建議，在頁巖氣開發過程中，可進一步優化鉆井和壓裂工藝：減少壓裂液的注入量，減小污染風險；積極公開頁巖氣開發區塊的環境監測信息，消除公眾的疑慮和擔憂；從國家層面健全頁巖氣開發行業環境保護的法律法規；統一行業規范、標準，推廣頁巖氣開發示范區先進環保的勘探開發技術。