气田开发工程水土流失特点与防治对策——以苏里格气田为例

徐健，李灿明，孙中峰，池春青，林田苗

(1.中国石油长庆油田公司，710018，西安;2.水利部水土保持植物开发管理中心，100038，北京;3.北京沃尔德防灾绿化技术有限公司，100048，北京)

石油、天然气行业作为我国的支柱产业，在国民经济生活中占据重要的地位;但是，在气田开发和运营过程中会对生态环境造成破坏，特别是在生态较为脆弱的区域，造成的生态破坏在短期内很难得到恢复。气田开发对生态环境的破坏与恢复治理工作目前还处于起步阶段，研究和实践明显不足。笔者针对苏里格气田3个项目(东区(56亿m3产能)、南区(30亿m3产能)及西区(70亿m3产能))的实际情况与区域特点，探讨气田开发过程中的水土流失特点及防治措施布局，以期为同类建设项目水土保持措施布局提供参考。

1 项目区自然概况

苏里格气田位于鄂尔多斯盆地北部，地处黄土高原丘陵沟壑区与毛乌素沙漠过度地带，分流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘及丘间湿地等微地貌。项目区多年平均气温为6.4～7.9℃，年均降水量为270～360 mm，多年平均风速3.2～3.4 m/s，瞬间最大风速为28～28.7 m/s。植被属典型草原植被类型，主要分布着沙生、旱生的半灌木为主的沙生植被及在沙丘和丘间低地分布的湿地草甸植被。土壤以风沙土为主。项目区水土流失主要以风力侵蚀为主，部分地区伴有轻度水力侵蚀。土壤多为风沙土，结构疏松，加之属强风区，风多风大，因此，项目区属强烈风蚀区，土壤侵蚀模数达5 000～6 500 t/(km2·a)。

2 工程占地分析

2.1 工程组成

气田开发工程项目组成较为复杂，一般由天然气处理厂、井场、集气站、井区部、管网、道路、供电通信系统及施工区等组成。气田工程运行工艺为:天然气经过气井、采气管线、集气支线汇集至集气站，由集气站经集气干线汇集至处理厂，经过处理厂处理后，再经过输气支线与输气干线(一般不包括在气田开发项目中，属于另外的输气工程)输送至用户。

气田开发工程中各项目又可以细分如下:井场分布一般按600 m×800 m规格布井，分为单井井场、丛式井(丛式井是指在一个井场或平台上，钻出若干口井，各井的井口间相距不到数米，各井井底则伸向不同方位)井场;集气站按不同集气规模又分为50万、75万和100万m3/d集气站3种;管网工程由采气管线、集气支线、集气干线组成，采用地埋式布置;道路分为永久道路和临时道路;供电通信系统由供电线路和通信线路组成，供电线路采用架空线路，通信线路中处理厂为架空线路，井场、集气站、井区部等与输气管线同沟敷设。

2.2 工程占地分析

气田开发项目占地分为永久占地和临时占地，永久占地中包括处理厂、井场、集气站、永久道路、井区部及部分供电通信线路占地，临时占地包括管线、临时道路、施工区及供电通信线路占地。

永久占地中，处理厂占地一般在20 hm2以内。井场区分为单井井场与丛式井井场区域，单井井场区标准占地面积为0.12 hm2(30 m×40 m)，丛式井井场区标准占地面积为0.216 hm2(40 m×54 m)。集气站分为50万、75万和100万m3/d等3种形式，包括放空区及停车场，集气站占地分为0.50和0.75 hm22种规格。永久道路分为干线、支线、集气站进站道路、单井道路4种，干线道路宽12.5 m，沥青路面，支线道路和集气站进站道路宽10.0 m，泥结碎石路面，单井道路宽5.5 m，泥结碎石路面。由于自然条件的原因，项目道路两侧不需设排水沟道，雨水就地散排至路基两侧，可以节约占地。井区部占地为1.44 hm2(144 m×100 m)。供电通信线路中永久占地为处理厂通信线路中的水泥杆占地，其他通信采用光缆与管网同沟敷设，不会产生永久占地。

临时占地中，管网占地包括采气管线、集气干线及集气支线占地，采气管线占地宽度为8.0 m，集气干线管线占地宽度为14 m，集气支线管线开挖宽度为12 m。临时道路为施工时段临时利用，施工结束后恢复原地貌类型的施工道路，宽度为4.5 m。供电通信线路中临时施工道路及牵张场地、材料站等用地可根据实际情况进行布设。

气田开发工程占地情况见表1。可以看出，3个项目区占地中，永临比平均为1∶4.23，最大比例为苏里格东区项目1∶3.85，最小比例为苏里格西区项目1∶4.65。由于苏里格东区永久道路所占比例较大，所以永久性占地略高，西区中管网所占比例较高，所以临时占地较多。但总体上气田开发工程占地中永临比一般在1∶4左右。

气田开发工程各水土流失分区占地面积及比例见表2。可以看出，气田开发工程的主要扰动范围集中于管网区和道路区，2个区扰动范围占整个工程占地的90%左右。可知，这2个区域是气田开发工程中人为扰动最大也是最剧烈的区域，同时也是分布最广、最难治理的区域，在整个开发工程中，只有解决好这2个区域的水土流失问题，才能真正做好气田开发工程水土保持工作。

表1 气田开发工程占地情况Tab．1 Permanent and temporaryland area of the three natural gas exploitation projects

表2 气田开发工程各防治分区占地面积及比例Tab．2 Proportions and areas of different land use of the three natural gas exploitation projects

3 水土流失分析

3.1 气田开发施工时序分析

气田开发工程属于建设生产类项目，分为建产期(建设期)、稳产期(运行期)2个阶段。建产期为从项目开始建设至达到设计产量时的时间段，稳产期为产量相对稳定时期。在实际生产过程中，当气田区域被探明及立项后，率先开展建设的内容包括气田前期确定产量的部分气井的钻井(包括修井场)、完钻后采气或集气的生产工艺配套设施建设(即站场建设)、采气集气管道、处理厂以及外输管道工程项目。这部分工程完成后，进入气田稳产期，已建成的站场、处理厂、管道等区域地表扰动活动结束，不再有因地表扰动而产生的新增水土流失;但在稳产期，为了保持气田稳定的产量，在以上部分项目工程完成后的未来10、20年或更长时间内，均有钻井及内部集输工程的建设进行［1］，因此，在运行期内仍会产生新的扰动地表面积、损坏水土保持设施及产生新的水土流失量，这是气田开发工程与其他工程的不同之处。

3.2 水土流失危害分析

1)人为扰动对地表颗粒物的影响。由于项目区属于荒漠化草原植被区，区域自然环境基本保持在相对稳定状态，主体植被组成是沙生植被、草甸植被等隐域性植被。林草植被覆盖度20% ～30%，局部地区可超过60%，植物种类较多。天然植被主要有沙蒿(Artemisia oxycephala Kitag)、沙米(Agriophyllum squarrosum)等，人工树种有沙柳(Salix cheilophila)、沙地柏(Sabina vulgaris)、羊柴(Hedysarum leave Maxim in Bull.Act.Acad.Sci peteish)等，人工种草多为沙打旺(Astragalus adsurgens Pall.)、苜蓿(Medicago sativa Linn)。地表活化现象较少。大规模的气田勘探，钻井井场建设，道路、输气管线和站场建设破坏了局部地段的稳定状态，也破坏了原本脆弱的生态平衡，加剧了沙地活化和流沙的形成，成了周边地区沙尘的源地［2］。

2)钻井过程中固液态废弃物对周边环境的影响。钻井过程产生的废物对环境的污染也是不容忽视的。天然气开采过程中的废物主要是钻井过程中排放出来的钻井泥浆、岩屑、压裂液，钻井泥浆、岩屑为特殊的固体废物，压裂液为特殊的工业废水。这些废物中含有多种有害物质，如油份、盐类、钻井液添加剂(各类人工合成或改性的高分子聚合物)、可溶性重金属离子等［3］，如果对这些废物处理不当，将会对该区域的地下水、土壤造成严重的污染，这些污染轻则影响地上动植物的生长，重则危及人体健康乃至生命安全。

3.3 水土流失量分析

3个气田开发项目水土流失量预测结果见图1。可见:管网区为水土流失最严重区域，在苏里格地区气田开发过程中，管网区水土流失量占整个气田开发工程的50.00%～70.00%，道路区水土流失量占整个气田开发工程的18.00% ～35.00%，这2部分水土流失量占整个工程的83.00% ～97.00%，是整个气田开发工程中水土流失防治和监测的最重要部位。由于气田开发工程中管网施工期十分短暂，施工期一般不会超过1个月;因此，在施工过程中应针对性地加强管线区的水土保持措施布设，特别是施工临时措施的布设十分必要。

图1 气田开发工程各防治分区水土流失量比例Fig．1 Proportions of water and soil loss amounts for six types of land use of the three natural gas exploitation projects

4 水土流失防治分区及防治措施

4.1 水土流失防治分区

苏里格地区地貌类型差别不大，一级分区统一为一个区，然后根据项目占地类型和方式、利用途径、施工布置情况等将一级分区分为采气厂区、井场区、管网区、道路区、集气站区、供电通信系统区、井区部区等7个二级分区。

4.2 水土流失防治措施

1)井场区。开始施工前对井场范围内进行整平，施工期间对地表进行压实，有条件的地区可以在施工区域内对地表进行砾石层铺压，以控制风蚀侵蚀。在周边栽植灌木和撒播草籽，利用初期钻井产生的地表水对植被进行灌溉。在条件较为恶劣的区域设置草方格沙障，并在方格内人工撒播沙生植物种籽。施工结束后清除场内各类废弃物与局部地段的落地油，运往污水处理站，临时占地经土地整治后，撒播草籽，临时堆存的土方采用防尘网苫盖。

2)管网区。管线施工采用机械开挖方式开挖，开挖管沟产生的临时土方应布设防尘网苫盖措施，防止土壤风蚀。施工结束后进行土地整治，在流动沙地、半固定沙地作业带布设草方格沙障，草方格内栽植小灌木或牧草，在两侧一定范围内布设灌木防护林带。

3)道路区。永久性道路两侧种植道路防护林，以灌木为主，在局部自然条件较好的地段布设乔灌混交防护林，在流动沙丘的迎风坡中、上部与沙垄顶部属强度风蚀区的流动沙带设置阻沙栅栏，并在栅栏与公路之间设置草方格沙障。沙障设置完毕后的当年秋季，在沙障内撒播植物种子。目前，苏里格气田内大部分沙区公路两侧草方格内的草种生长不良，成活率还较低，在实施过程应注意水分的利用问题。

4)采气厂、集气站及井区部区。采气厂、集气站及井区部等有人员居住或活动较频繁区域，根据油气田相关建设设计规范，建设工程绿化系数不得小于10%，通过对已建工程的现场调查，目前这3部分的植被恢复由站场外片林、站场周边林网和站场内部植被美化等3部分组成。站场外片林设在站厂外围迎风向一侧，风蚀强烈区域与草方格相配合，种植沙柳、柠条(Caragana korshinskii Kom)及羊柴等，在灌溉较充分区域栽植部分乔木，如新疆杨(Populus bolleana Lauche)、旱柳(Salix matsudana)等;站场围墙外5 m区域内种植乔木，形成站场周边林网，一般采取树种为旱柳;站场内种植花卉、草坪、美化树种等。同时，对施工过程中的临时堆土应集中堆放，并采用苫盖等方式保证不产生大范围的水土流失。

5)供电通信系统区。此区域扰动面积小，水土流失程度轻微，主要防治措施为施工过程中的临时防护措施及施工结束后的土地整治及植被恢复措施。对临时堆放的开挖土石方要进行苫盖，施工完成后，对扰动地表要进行土地整治，同时要撒播草籽。

5 水土流失防治措施存在的问题及水土保持工作设想

5.1 问题

1)植物措施成活率偏低。由于研究区域内自然条件较为恶劣，林草生长极为困难，成活率低，每年苗木成活率仅为30%左右，每年都需投入大量资金、劳力进行补植，但效果仍然不好。经分析，研究区域苗木成活率低的原因如下:一是当地年降水量低，达不到移栽苗木成活的最低需水量，这是影响苗木成活的最主要原因;二是苗木品种选取上目前追求品种广而全，一些树草种在当地成活和生长较差;三是栽植一般采用春季造林，由于降水量太小，新栽植苗木和草种成活率不能得到保证。

2)临时措施布设不到位。根据现场调查，目前建设单位及施工单位对施工过程中的临时防护措施考虑的很少或根本不予考虑，正是由于临时措施的缺失，导致在水土流失最严重的施工期恰恰没有合适布设防护措施，加剧了开发过程中的水土流失。特别是针对气田开发过程中时间短、强度大的特点，临时防护措施更应及时到位，对临时堆土的防护尤为重要，应采取苫盖措施，有水源区域应洒水降尘，使新增水土流失量降到最低。

5.2 设想

1)提高植物成活率方法探讨。通过对项目区实地调查，笔者认为，提高当地林草成活率的方法如下:一是选择最合适的树种，目前项目区栽植的树草种虽都是乡土树草种，但有的品种不适合移栽，如旱柳移栽后成活率明显偏低，在今后植被建设中应减少使用，樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica Litv)、沙柳等移栽后长势良好，在后期栽植中应加大比例;二是栽植季节与栽植方式应改良，建议改春季造林为雨季造林，抓紧雨后造林的契机，使可利用水分增加，为苗木成活打下坚实基础，同时，改良栽植方式，将备栽的苗木装入盛有含高湿土的编织袋中，然后再将装有苗木的编织袋深埋于地下，或者采用更换高湿客土的方法栽植苗木;三是制订合理灌溉制度，优化苗木栽后管理措施，移栽时要一次灌足水，保证苗木成活所需水分，定期进行灌溉，干旱少雨的天气应及时浇水，以免因蒸发量过大，新植苗木因缺水而死亡，因病害枯死或即将枯死的苗木应及时拔除，集中烧毁，拔除后及时进行补植，对于苗干上部死亡、中下部发芽的苗木，采用短截的方法，即从最上部芽的上端留3～5 cm后，其余死亡部分全部剪除，同时因栽植踩踏不实遇大风刮晃、刮歪的苗木，要及时扶正、培土、踏实，从而确保苗木成活，以提高苗木成活率，巩固造林成果。

2)植被移植与人工辅助恢复。自青藏铁路建设中植被移植与回铺技术应用成功以来，原地貌植被的保护问题一致被引起重视，特别是自然环境较为恶劣区域的原生植被的保护已经越来越得到各方关注。原生植被移植与回铺有如下优势:①植被恢复快，环境破坏少［4］，由于自然环境恶劣区域的植被生长周期较长，植物在生长初期起不到抵御外营力、保护土壤环境的作用，而原生植被回铺后，可直接起到增加地面粗糙度、抵御外营力和保护环境的作用;②造价低，经济及社会效益明显［4］，移植被相对于种草植树等其他防护措施而言，造价较低，具有良好的经济与社会效益。因此，原生植被的移植与回铺，可以在气田开发管网与道路建设中广泛应用。目前，这个理念还没有得到实现，在这方面可以先进行试验研究，在水分较好的地区设立一处植被移栽区，将合适的地表植被移植到此区域进行假植，设计灌溉设施，保证假植期间的苗木成活，施工结束后，依据之前做的植被分布情况及植被编号进行原地复植。这样既可节省苗木费用，又因苗木是原地栽植，成活率可能更高;但这方面目前还不成熟，待以后技术成熟后可在工程建设过程中广泛应用。

3)施工工艺及表土剥离问题。在施工过程中，人与机械严格控制在征地范围之内，各种机动车辆走固定路线，禁止随意开路、践踏和破坏植被。在征占地边界利用标志物标明边界，以方便管理。笔者认为:在临时施工区域，由于气田开发建设项目施工时间较短，一般在5个月内，如进行表土剥离，相应会延长工期、增加土石方挖填数量，反而会引起更多的水土流失量;而在永久占地区域内，根据表土的具体情况，即农地、林地、草地应分别进行表土剥离，施工结束后，将表土回覆到绿化区域进行利用，其余土地不应剥离表土。

4)借方问题。气田道路建设过程中需要大量的砂砾料或黏土，在项目建设过程中土石方的来源一直困扰着施工单位。由于气田开发建设过程中道路分布广泛，涉及经济运距、与当地政府和群众的关系问题，施工单位自设料场的可能性很小。目前的方案是从当地的料场取料，按照水土保持法等法律法规规定，以后的外借料方要在当地合法的料场购买，在施工过程中要保存购买合同，以杜绝乱采乱挖现象的发生。

6 结束语

苏里格气田开发工程具有其独特的水土流失特征，导致气田开发工程的防治措施具有针对性。如果不对气田开发项目进行区域及开发特点分析，不能掌握其项目及区域特点，照搬其他工程或区域的防护措施，势必会造成既浪费投资，又不能很好地控制水土流失的结果。在对苏里格气田开发过程中3个项目实际情况调查的基础上，通过探讨苏里格气田开发过程中的水土流失特点，总结出适合气田开发的水土流失防治措施，并针对目前气田开发水土保持方案编制中存在的问题，提出水土保持工作设想，可为同类项目水土流失防治提供借鉴。

［1］ 李宇，范军，刘静，等.石油天然气行业水土保持方案编制相关问题探讨［J］.天然气与石油，2010，28(5):51-54

［2］ 王刚，柳军荣，赵虎人，等.准噶尔盆地油田土地沙漠化防治研究:以石西、莫北油田为例［J］.新疆环境保护，2003，25(3):9-12

［3］ 王亮，史晓.苏里格气田气井现状及钻井泥浆的成分、危害［J］.北方环境，2011，23(3):62-64

［4］ 张育红.植被移植回铺技术在青藏铁路施工中的应用［J］.建筑科学，2006(34):53-54