页岩气开发地面工程环境影响及控制*

页岩气开发地面工程环境影响及控制*

罗东坤1；2袁杰辉2接桂馨3

1重庆地质矿产研究院；2中国石油大学（北京）3中国石油集团长城钻探工程有限公司

页岩气是清洁高效的能源资源，随着页岩气逐渐实现规模化开发，页岩气开发中地面工程所引起的环境问题也日益凸显。要解决这一关键问题，最好的方式是从源头尽可能地预防或者减少负面环境影响的产生，摒弃以往“先污染后治理”做法，在开发页岩气资源的同时促进地面工程环境保护，将绿色环保理念融入到地面工程可行性研究、规划设计和建设中，从而将所产生的潜在环境影响控制到最低，进而促进产业可持续发展。

页岩气开发；地面工程；环境影响；控制措施

1 地面工程构成

页岩气是清洁高效的能源资源，其开发是经济发展和环境保护的现实需要。随着页岩气逐渐实现规模化开发，页岩气开发中地面工程所引起的环境问题也日益凸显。页岩气地面工程围绕页岩气集输与处理、压裂返排水处理等展开。在页岩气开发新兴地区，页岩储层致密低孔低渗和产量快速递减使得页岩气开发需要开钻更多的井，这就意味着需要更多的地面配套设施，页岩气地面工程所产生负面环境影响的累积效应将更为显著。因此，应从地面工程可行性研究、规划设计和建设阶段着手采取有效措施，将这些环境影响加以预防和减轻，以可持续的方式开发页岩气资源。

2 地面工程潜在的环境影响

2.1 对生态的影响

页岩气地面工程对生态的影响主要体现在两个方面：①土地占用，页岩气开发时建设大量的地面设施（包括井场、站场、集输管线等），需要临时或永久地占用大量土地；②地面工程建设对植被、土壤、野生动物及其栖息地等的负面影响。

2.2 对水体的影响

由于含气页岩储层极为致密，气藏开发需要水力压裂增产。通常所用压裂液的主要成分是水和砂（99.51%），其余成分为杀菌剂、分解剂、阻蚀剂等，其绝大部分是化学添加剂。压裂完成后返排将产生大量的返排水，不仅含有种类众多的化学添加剂，还含有一些溶解性固体、挥发性有机化合物（VOC）、甲烷（CH4），甚至还可能有重金属、放射性物质。这些废水加上生活污水和固体废物等如果不经过妥善处理，不仅可能对地表水产生严重污染，也可能污染到地下水。

2.3 对大气的影响

地面工程建设施工排放大量有害的空气污染物，包括二氧化碳、二氧化硫和颗粒物等，加上施工时产生大量尘土和交通扬尘，更容易使空气中颗粒物增加。页岩气采气、集输处理过程中会产生有机化合物、氮氧化物、二氧化碳等，还可能排放硫化氢、苯、甲苯等毒性物质。而且，有机化合物和氮氧化物在阳光作用下易在地表形成臭氧，产生新的空气污染物。放空或燃烧、管线与设备排放的甲烷将产生更为显著的温室效应。

3 控制地面工程环境影响的措施

3.1 可行性研究阶段

可行性研究阶段需要进行地面工程环境影响评价，从源头预防和减轻因地面工程建设实施后对环境造成不良影响。由于页岩气是新兴能源，现阶段地面工程环境影响评价存在诸多问题[1]，需要采取应对措施加强环境影响评价。以重庆涪陵焦石坝某井场放喷池发生渗漏污染井水导致人畜饮水无法保障为例，应该对水质进行有效监测，准确地评估所产生的不良环境影响并及时采取应对措施。现阶段，为加强页岩气地面工程环境影响评价，可从环境影响评价内容与深度、环境影响动态监测等方面着手推进。

3.2 规划设计阶段

为尽可能地减少地面工程设施建设和充分利用已有设施，防止和减少资源浪费以及不利环境影响产生，在规划设计时可通过以下3条途径进行优化：①采用模块化设计思路[2]。标准化的和可重复利用的地面工程设施将是较为可行的方式。②尽量延后或者进行动态调整。页岩气资源虽然分布广泛，但优先开发的“甜点区”受局部地质条件影响较大[3]。相比于常规天然气，页岩气地面工程规划设计应尽量延后或者进行动态调整，使之与资源条件匹配。③预留空间。页岩气产量递减迅速，在地面工程规划设计时需要充分考虑到这一点，为之后产量递补预留空间。

3.3 建设阶段

3.3.1 工艺技术

（1）“井工厂”。当页岩气开发进入规模化阶段时，“井工厂”理念是页岩气开发工艺技术的核心。“井工厂”是开发非常规资源时采用的一种批量化、标准化、“工厂化”的高效开发模式。积极贯彻“井工厂”理念、实施“井工厂”模式开发页岩气资源，不仅能够减少地面工程多项重复性投资，提高经济效益，还具有明显的环保优势，能够进一步降低环境污染。

（2）水处理。页岩气开发由于采用水力压裂实施增产会产生大量返排水，再加上可能还有产出水，庞大数量的废水需要进行处理，将产生严重的环境污染。典型的页岩气开发水处理方式有3种，即回注地下、初步处理后再利用、处理后排放或再利用。通常前2种方式成本相对更低，我国目前主要采用和正在尝试的就是这2种方式。将废水进行妥善处理，有利于实施以水资源保护为核心的绿色开发理念，这对页岩气开发尤为重要。

（3）减排。减少污染气体排放最好的方式是从源头尽可能地阻止气体排放的发生。压裂作业结束随着返排液的产生，会伴随一些CH4、CO2和VOC。相应的措施是实施绿色完井，将烃类与返排液分离回收，也有利于返排液的收集与处理，如图1所示。平均来说，绿色完井技术能回收约53%原本排放或燃烧的页岩气。页岩气采气、集输处理过程中也会产生CH4、CO2和其他污染性气体，可从发动机、压缩机、加热炉等方面着手应用减排技术将潜在环境影响控制到最低。

3.3.2 HSE管理

页岩气行业的技术和工艺特点决定了当处理地面工程HSE问题时将面临更多挑战，建立有效的HSE管理体系，以避免和减少地面工程事故发生和出现环境污染事件。一方面需要培养决策层、管理层的HSE理念和意识，使其引导整个企业全员参与，最大限度地降低潜在的环境影响；另一方面需要加强基层员工特别是现场作业人员的HSE培训，强化HSE理念和意识，并在现场付诸实施，从而有利于保障健康与安全、保护环境。

图1 页岩气绿色完井设备布局示意图

4 结论

页岩气具备资源和环境优势，其开发将为保障我国经济转型注入新的活力。同时，页岩气开发中地面工程活动也会产生生态污染、水体污染、大气污染等潜在环境问题，这在一定程度上将阻碍页岩气产业的健康发展。要解决困扰页岩气开发的这一关键问题，最好的方式是从源头尽可能地预防或者减少负面环境影响，摒弃以往“先污染后治理”做法，在开发页岩气资源的同时促进地面工程环境保护，将绿色环保理念融入到地面工程可行性研究、规划设计和建设中，从而将所产生的潜在环境影响控制到最低，进而促进产业可持续发展。

[1]梁睿，童莉，向启贵，等．中国页岩气开发的环评管理及建议[J]．天然气工业，2014，34（6）：135-140.

[2]GuarnoneM，RossiF，NegriE，etal．AnUnconventionalMindsetforShaleGasSurfaceFacilities[J]．JournalofNaturalGasScienceandEngineering，2012（6）：14-23.

[3]廖永远，罗东坤．非常规天然气资源开发的地面工程问题[J]．油气田地面工程，2012，31（11）：1-3.

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.003

罗东坤：1998年获石油大学（华东）煤田·油气地质与勘探专业油气资源经济评价方向博士学位，二级岗教授、博士生导师，主要研究方向为油气资源与项目经济评价、项目管理和能源战略。

（栏目主持 李艳秋）

重庆课题“页岩气勘探开发技术经济评价方法及其应用”和“页岩气勘探开发关键技术集成及低成本开发战略规划”，国家科技重大专项专题“页岩气开发经济评价研究”（2011ZX05018—005—01）。

（010）69740356、dkluo@hotmail.com