鉆井工程對地下水環境影響與保護措施

常亮 劉昂 韓海濤

摘?要：為解決建設項目對地下水水質可能造成的直接影響問題，通過對地下水環境影響進行識別，在井場鉆井工程建設階段對地下水環境進行了監測與分析。結果表明：在正常工況下，鉆探施工不會對地下水環境造成明顯影響;非正常工況下，氣井鉆探過程中，事故狀態下鉆井廢水滲漏會對地下水水質產生污染，但污染范圍相對較小。另外石油類污染預測結果表明，氣井在鉆探施工事故狀態下，鉆井廢水中的其它污染物，也會在鉆孔周圍局部范圍形成污染暈，只是如石油類一樣，范圍較小而已。最后，提出有針對性的地下水污染防控措施與對策。

關鍵詞：鉆井工程;地下水環境;石油類;建設階段;保護措施

中圖分類號：TE 99

文獻標識碼：A?文章編號：1672-7312（2020）05-0483-05

Analysis on the Impact of Drilling Engineering on Groundwater Environment and Study on Protective Measures

CHANG Liang，LIU Ang，HAN Hai-tao

（The Second Gas Production Plant of PetroChina，Changqing Oilfield Branch，Yulin 719000，China）

Abstract：To solve the direct impact of the construction project on groundwater quality，the groundwater environmental impact is identified，and the groundwater environment is monitored and analyzed during the construction stage of drilling engineering in well site.The results show that under normal conditions，the drilling construction does not have a significant impact on the groundwater environment.Under abnormal conditions，the leakage of drilling waste water pollutes the groundwater quality in the process of gas well drilling，but the pollution range is relatively small.In addition，the prediction results of petroleum pollution show that other pollutants in drilling waste water will form pollution halo in the local area around the drilling，just like petroleum，the scope is small.At last，the paper puts forward the prevention and control measures and Countermeasures of groundwater pollution.

Key words：drilling engineering;groundwater environment;petroleum;construction stage;protective measures

0?引言

地下水作為地球淡水資源和水循環系統的重要組成部分，在工業、農業生產以及人類日常生活等方面發揮了十分重要的作用[1-2]。由于地下水資源不合理的開發利用和污染物排放，地下水受到不同程度的污染，且一旦被污染，短期內治理和恢復難以實現，因此地下水污染預警和防治成為重點關注的環境問題之一[3-4]。學者們在地下水環境方面進行了大量研究。例如，曾慶友[5]等分析了江西某市地下水類型和地下水補給、徑流、排泄條件并對研究區地下水環境，包括地下水質量和地下水污染現狀進行了評價。王主華[6]通過地下水資源量、海水入侵以及水質污染3個方面評價大連市地下水環境質量現狀，表明西部地區海水入侵現象嚴峻，含氮化合物、總硬度、溶解性總固體以及氯化物等指標超標嚴重。徐祖陽[7]等利用池州西南地區水文地質調查工作所取得的數據，采用單因子評價法和綜合質量評價法進行了地下水質量與污染評價。覃曉寧[8]對當前區域地下水環境監測中存在的問題進行研究和分析，同時探討了地下水環境監測的未來發展趨勢。金歡馳[9]等結合飛機制造企業生產活動及污染物排放特點，對場地地下水進行監測布點，并分析了地下水可能的污染途徑。楚敬龍[10]等針對巖溶區某錳礦尾礦回填區滲漏污染地下水問題進行影響預測，模擬了污染物在巖溶含水層中的時空分布情況。李平[11]等為了客觀評估特大暴雨對人民勝利渠灌區土壤與地下水的環境效應，分析了暴雨作用下典型區域土壤鹽分及地下水化學組成的演變特征。莫裕科[12]等結合開發區內的水文地質條件及頁巖氣開發工程特點，分析并建議從井場選址、施工工藝控制、地面物料管控、全過程監測等方面加強地下水環境保護。李志源[13]等在闡述監測等級、監測范圍、監測對象和方法的基礎上，探討了鐵路隧道地下水環境動態監測體系。張偉[14]闡述了在巖溶水高水頭區帶壓采煤對巖溶水水資源的影響，并提出了針對性的地下水保護措施。考慮到地下水環境污染的復雜性、隱蔽性和難恢復性，還應遵循保護優先、預防為主的原則，預測應為評價各方案的環境安全和環境保護措施的合理性提供依據。筆者考慮到項目的特點及性質，選取環境較敏感的典型產建工程進行預測評價，來代表說明項目建設對區域地下水環境可能產生的影響。

1?地下水環境影響識別

以神22集氣站附近氣井為評價對象，該氣井由于位于風沙灘地，附近含水層滲透性能較好，地下水徑流速度較快，而且距離附近的環境保護目標相對較近。如果發生鉆井液滲漏事故，污染暈運移速度快，危險性大，具有很強的代表性。

1.1?地下水環境影響途徑識別

識別鉆井工程在建設期可能造成地下水污染的裝置和設施（位置、規模、材質等）及可能的地下水污染途徑，見表1.項目建設期鉆井過程中主要是鉆井廢液、泥漿在非正常工況下發生泄漏對地下水水質的直接影響。

1.2?地下水環境影響評價特征因子篩選

識別鉆井工程建設項目可能導致地下水污染的特征因子。特征因子應根據建設項目污廢水成分（HJ/T2.3）、液體物料成分、固體浸出液成分等確定。結合當地的地下水環境特征及本項目的污染特征，地下水特征評價因子如下。

1.2.1?現狀調查與評價因子

該區域主要監測與評價因子為：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、CO2-3、Cl-、SO2-4、HCO-38大離子及部分特征因子硫酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、pH、總硬度、高錳酸鹽指數、石油類、氟化物、氯化物、六價鉻、氨氮、揮發酚、溶解性總固體。

1.2.2?影響評價因子

鉆井工程建設期鉆井液及運行期生活污水和氣田水對區內地下水水質的影響。主要評價特征因子包括石油類、氨氮、COD等。

2?鉆井工程建設階段環境影響分析

在氣井鉆探施工過程中，如果重視對地下水環境保護，嚴格執行相關環境保護法律與法規，采用科學的施工工藝，選用適宜的鉆井液，施工過程中做好井場特別是泥漿的存儲防滲，對生活污水、生活垃圾和其它有害廢棄物能及時收集無害化處理，則可使氣井鉆探施工對地下水環境影響削減到最弱。否則或在事故狀態下，可能對地下水環境造成影響。本次評價以位于風沙灘地（滲透系數大）的某單井井場進行舉例說明。

2.1?正常工況對地下水環境影響分析

一開揭穿第四系與白堊系，下表套外用純水泥封固。表層全部采用清水鉆井，僅加入少量的膨潤土，確保對區域有供水意義的含水層的保護，同時白堊系以下采用水基鉆井泥漿，主要成分中除Na2CO3水溶液水解呈堿性，具有一定的腐蝕性外，該鉆井泥漿基本為無毒性泥漿。從地下水環境保護的角度考慮，氣井的井身結構、鉆探工藝設計是合理的，鉆井液配置科學。另外鉆井作業期間還有具體、詳細、全面及針對性的作業環境管理要求，這些環境管理要求的主要內容如下。

鉆井井場采用防滲泥漿池，鉆井廢水、泥漿重復利用后排入防滲泥漿池一同進行無害化固化處置。

鉆井巖屑根據鑒定結果，如果屬于危險廢物，必須交有危險廢物處置資質的單位處置;如果不屬于危險廢物，置于井場進行無害化固化處置或者鼓勵綜合利用。

固井要按設計規定實施，確保施工質量，不得因固井不合格造成油氣竄入地層，污染地下水源。井內返出的鉆屑，在鉆井液再生裝置脫水后送集中處置場所進行統一處理，不得隨意排放造成污染。所有鉆井液化學劑和材料應有專人負責，嚴格管理;防止破損或由于下雨而流失;有毒化學藥劑必須設有明顯標志，并建立收發管理制度。井場使用的油料要建立保管制度，經常檢查儲油容器及其管線、閥門工作狀況，防止油料跑失污染環境。收油發油作業時，要先檢查后輸油，輸完油后，要先掃線后撤管，消除跑冒滴漏。設備更換的廢機油和清洗用廢油，應集中回收儲存，嚴禁就地傾倒。沖洗鉆臺、鉆具，清洗設備的廢水已被油品、鉆井液污染，不得直接排出井場，應引入污水儲存池。鉆井作業完成，清除井場內所有廢料、廢油和垃圾，拆除井場內所有地上和地下的障礙物。作業使用的放射性物質應按國家有關規定和要求進行保管和處理。營地廢水、廢物嚴禁出井場，應集中收集，妥善處理。

依據設計井身結構和鉆探工藝，并嚴格執行制定的環境管理要求，完成氣井施工，在正常工況下，應該不會對地下水環境造成明顯影響。已有的工程實踐表明，在正常工況下，鉆探施工不會對地下水環境造成明顯影響。

2.2非正常工況對地下水環境影響分析及預測評價

在氣井鉆井過程中，承建單位依據環保法規，積極采取地下水環境保護措施，對地下水環境將不會產生明顯的影響。但在非正常工況下，如建設單位不按規定執行地下水環境保護措施，如生活污水隨意外排等;或者雖然執行了地下水環境保護措施，但環境保護措施失效，如氣井表套破裂鉆井液滲漏到保護目標含水層、泥漿池滲漏溢流等，則可能對地下水環境造成影響。井場建設過程中，主要有施工人員產生的生活污水和鉆井過程中的鉆井廢水，可能會地下水環境可能造成影響。井場建設周期一般為30～45 d，施工人員一般為35人左右，產生的生活污水不會超過2 m3/d，在事故狀態下對地下水環境的影響很小，不會超過集氣站建設過程中生活污水對地下水環境的影響范圍和程度。因此只對鉆井過程中的鉆井廢水對地下水環境影響的進行分析和預測評價。

預測及評價因子。鉆井廢水主要污染因子是SS、COD、石油類等。結合《地下水質量標準》（GB/T-14848-93），選擇石油類為預測評價因子。

源強確定。假設建井過程中事故處理周期為30 d，則井孔中鉆井液漏失量為8～16 m3/d，取最大值為16 m3/d，污水量為30 m3/d。鉆井液漏失量與污水量之和近似于用水量，為46 m3/d。根據調研，鉆井廢水中含高倍稀釋的鉆進液與石油類污染物，COD濃度約100～500 mg/L，石油類濃度約50～400 mg/L，懸浮物濃度約170～850 mg/L，pH為10～12，全鹽量為100 g/L。考慮到石油類進入含水層后，只有變為可溶態才會隨地下水遷移擴散，因此參照TPHCWG（1997）中關于石油類污染物的溶解度等相關文獻，取18 mg/L為石油類可溶態污染物的最高濃度值。將源強概化為連續恒定排放點源。預測持續泄漏30 d及持續泄漏發生30 d后，污染物質繼續運移365 d對地下水的影響。鉆井廢水持續泄露30 d，石油類濃度隨地下水流向變化如圖1所示，污染物質繼續運移365 d石油類濃度隨地下水流向變化如圖2所示。

預測結果及分析評價。可以看出，氣井施工過程中，如果在第四系含水層段發生鉆井廢水的滲漏，不管是滲漏發生在上部含水層還是下部含水層，都會對地下水環境造成一定的影響。污染物質順地下水徑流方向擴展，泄露365 d后順地下水徑流方向的最大運移距離為150 m，超標運移距離為120 m。

上面以石油類為代表因子，就事故狀態下鉆井廢水滲漏對地下水環境影響預測及評價。結果表明，氣井鉆探過程中，事故狀態下鉆井廢水滲漏會對地下水水質產生污染，但污染范圍相對較小。另外石油類污染預測結果也表明，氣井在鉆探施工事故狀態下，鉆井廢水中的其它污染物，也會在鉆孔周圍局部范圍形成污染暈，只是如石油類一樣，范圍較小而已。

3?鉆井施工地下水污染防治措施

井場施工過程產生的鉆井廢水在環保措施不當或者事故狀態下滲漏進入地下水，會污染地下水水質。為此提出需要增加的地下水環境保護對策和具體措施。

1）一開采用清水泥漿鉆井，鉆至400 m以下，表層套管下深大于白堊系洛河組底層以下30 m并采用水泥封固，防止后續鉆井過程中地下水被鉆井泥漿污染。各類型井表層套管采用全段封固，水泥返至井口，井口回填牢固;生產/技術套管主體采用一次上返，純水泥返至氣層頂界以上300 m，低密度水泥返至表套內200 m以上，用以保護地下水。

2）施工過程中，井場產生的鉆井廢水、廢泥漿、廢壓裂液等均置于防滲泥漿池中，待鉆井結束后由有資質單位進行無害化固化處置。鉆井巖屑根據鑒定結果，如果屬于危險廢物，必須交由有危險廢物處置資質的單位處置;如果不屬于危險廢物，置于井場泥漿池無害化固化處置或鼓勵綜合利用。

3）嚴格按照操作規程施工，提高固井質量，并定期檢查，做到固井合格率100%。避免因發生固井質量問題造成含油污水泄漏而引起地下水污染。根據2015年神木氣田78口氣井統計資料，固井質量合格率達100%。①固井前，進行聲幅測井、變密度測井。聲幅值≤15%為優，純水泥聲幅值在15%～30%之間為合格，低密度聲幅值在15%～40%之間為合格。聲幅曲線測至人工井底以上2～5 m.②對套管采用陰極保護、有機涂層套管內涂層等技術進行防腐處理，延長套管的使用壽命。

4）采用生物清潔可回收壓裂液體系，避免對地下水產生污染。

5）由于各井場布置比較分散，產生的生活污水量小且污染負荷輕，施工人員生活污水排入臨時防滲旱廁，嚴禁亂排。

4?結論及建議

4.1?結論

1）在事故狀態下，如鉆井廢液滲漏等，第四系與白堊系地下水水質有受到輕微污染的可能，但污染面積和程度很小或很低，在積極采取防治措施后，可將污染控制在較小范圍，基本不會影響到區內的地下水環境。

2）鉆井井場采用防滲泥漿池，鉆井廢水、泥漿重復利用后排入防滲泥漿池一同進行無害化固化處置;鉆井巖屑根據鑒定結果，如果屬于危險廢物，必須交有危險廢物處置資質的單位處置;如果不屬于危險廢物，置于井場防滲泥漿池無害化固化處置或鼓勵綜合利用。施工人員生活污水排入臨時防滲旱廁或者經沉淀收集后用于場地內潑灑抑塵，同時在施工現場設置移動式環保廁所，用于農田施肥，不外排。

4.2?建議

建設項目設計的環保措施基本有效可行，但還應加強地下水環境管理措施、分區防滲措施、擬定監控計劃并完善風險事故應急處理預案。

1）地下水污染具有不易發現和一旦污染很難治理的特點，因此，防止地下水污染應遵循源頭控制、防止滲漏、污染監測及事故應急處理的主動及被動防滲相結合的原則。

2）地下水污染情況勘察是一項專業性很強的工作，一旦發生污染事故，應委托具有水文地質勘察資質的單位查明地下水污染情況。

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（責任編輯：張?江）