天然气开发过程的环境应急监测与管理

刘大君 王志刚

摘要：天然气能源因其清洁特性越来越受到人们重视，已经普及运用到工业生产和日常生活，天然气的需求量日益增长。而天然气开发过程中，不可避免的会对环境造成一定影响。避免或减少对生态环境污染，加强天然气开发过程的环境应急监测与管理成为了各级政府及天然气开发单位的重要任务。本文从天然气开发过程主要的环境影响特征进行介绍，并对油气开采过程应急环境监测技术以及环境管理策略进行详细探究。

关键词：天然气开发;环境监测;管理

天然气作为清洁能源，已广泛用于化工、轻工、发电、居民生活及采暖等方面，是正在惠及全球人类的朝阳产业。天然气不仅在国家节能、环保、安全、经济等方面有明显的效益，而且在方便居民生活，减轻家务劳动，提高公共设施服务质量等方面都有显著的社会效益。据中国社科院报告预计，未来30年天然气将是我国需求增长最快的能源产品，到2030年，我国天然气需求将近5200亿立方米，到2050年将超8000亿立方米。天然气大开发时代来临，但在气资源勘查、开采过程中，钻井液、压裂液的使用、地层水的采出以及天然气的排放，会对大气环境、水环境、土壤环境造成不良影响。情况严重的可对环境造成严重破坏，危害人们的身体健康。因此，在天然气开采过程中，必须提高对于环境监测的重视度，加强技术创新，为环境监测和管理奠定基础，同时为环境治理提供可靠依据。

一、天然气开发环境影响特征

天然气的开发对环境影响最大的阶段主要在钻井、酸化及开采等阶段，主要体现在作业过程中使用的钻井液、酸化压裂液及地层产出物与环境中的水、土壤和大气接触融合，对环境造成破坏。

（一）钻井阶段。现代钻井技术中，钻井液的使用在井眼质量控制、气层保护等方面发挥至关重要的作用。因此在钻井设计过程中，会根据地层的复杂层度确定钻井液的配方，目前最常见的钻井液主要有水剂钻井液和油基钻井液。油基钻井液基本组成是油、水、有机粘土和油溶性化学处理剂，油基泥浆中的基础油——柴油，有的可能会含有Hg、Cd、Pb等重金属。水基钻井液是由膨润土、水（或盐水）、各种处理剂、加重材料等所组成，其氯化物和无机盐的含量远高于土壤中植物的耐受程度，PH值远超过耐受范围。

（二）酸化压裂阶段。酸化压裂是油气井的一种有效增产措施，在新井求产和老井挖潜改造中得到广泛应用。然而在作业完成后要排出大量的残酸。目前，对残酸大部分采用焚烧和储存方式处置，即将残酸先经焚烧部分汽化，然后未汽化部分储存在耐酸池中，为消除酸性，一般投加氢氧化钙进行中和，使之自然干化。虽然废液已无酸性，但因氯离子含量太高，价值废液中还有多种有机物添加剂，对环境仍会构成潜在危险。

（三）天然气开采阶段。随着天然气的开采，气藏压力不断下降，气井开始产水，因气田水矿化度高，含油、氯化物、硫化物，还有Cd、Pd、As等重金属。氯化物能使土壤盐碱化，石油流入地面水体，会消耗水中的溶解氧，使水环境恶化。气田水通过土壤渗透或者注水井漏层进入表层地下水，会严重污染水质。Cd、Pd、As等重金属通过食物链或者饮用水进入人体，会严重危害人体健康[1]。

二、开发过程的环境应急监测技术

各个阶段都要有相应的措施把过程物质与地层水、土壤等相隔绝，对大气排放也有相应的控制措施，一旦现场违规作业或发生异常、应急事件，将会导致环境保护措施失效，为防止环境事件发生或扩大，必须采取有效的环境监测手段帮助分析环境危害程度，辅助决策环境应急措施。

1.水质污染监测。天然气开发过程中，石油类、氨氮、氯化物、挥发酚、重金属等污染物容易对地表水质造成污染。水质监测技术类型比较多，通过优选，其主要适用于天然气开发中水质污染监测的仪器分析方法主要有以下两大类型。

（1）分光光度法。分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围內光的吸收度，对该物质进行定性和定量分析的方法，具有灵敏度高、操作简便、快速等优点。它用于水和废水中的石油类、总氮、硫化物、氨氮、六价铬、总铬等的测定。

（2）原子吸收光谱法。原子吸收光谱法是基于待测元素的基态原子蒸汽对其特征谱线的吸收，由特征谱线的特征性和谱线被减弱的程度对待测元素进行定性定量分析的一种仪器分析的方法。是水质污染测定中一种非常成熟的仪器分析方法，可分析元素周期表中多达70多种元素，是元素分析中最灵敏的分析方法之一，可不需分离地快速测定各类样品。原子吸收光谱法的检出限较低，精密度高，抗干扰能力强，能够测定水质分析项目中的汞、耗氧量、溶解氧、总硬度、钾、钠、钙、镁等指标。

2.土壤污染监测技术。钻井液、压裂液、地层水的违规处置容易造成土壤污染，主要污染物包括镉、铅、铬、铜、锌、汞、砷、铁、锰、石油类等。土壤污染监测技术类型较多，常规适用石油行业的土壤监测方法主要包括以下三个种类。

（1）原子吸收光谱法。天然气开发过程中可能造成土壤重金属含量较多，原子吸收光谱法主要用于土壤中重金属含量的测定。目前，原子吸收光谱检测方法分为火焰原子吸收光谱法、石墨炉原子吸收光谱法和氢化物发生法。火焰原子吸收光谱法是目前应用最为广泛的一种监测方法，它主要适用于易原子化的元素，对大多数元素有较高的灵敏度和监测极限。石墨炉原子吸收光谱法是用石墨材料做成原子化器，用电流加热实现元素原子化的分析方法。其分析的灵敏度较火焰原子化技术高，原子化温度可调节、操作试验过程中安全系数高。氢化物发生法主要用于易形成氢化物的元素，如Bi、Hg、Pb、As、Sb等。三种原子吸收光谱法各有所长，可以准确地测定土壤和沉积物中的铜、铅、锌、镍、等重金属元素[2]。

（2）红外分光光度法。在土壤中石油类的测定中，使用红外分光光度法，以四氯乙烯为萃取剂，提取液经过硅酸镁吸附，除去动植物油等极性物质后，测定土壤中的石油类含量。

（3）电感耦合等离子体原子发射光谱法。本方法可实现土壤中多组分的同时消解及准确测定，提高大批量样品快速的分析的效率。建立了土壤样品经高压密闭消解后，采用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）可测定土壤中的K2O、Na2O、Mn、Cu、Zn等。利用快速自动进样器（FAST），用本方法可以达到每7秒分析一个样品，每小时分析超过500个样品，是应急监测中土壤分析的强有力手段。

3.大气污染监测技术。钻井、开采环节容易发生天然泄漏、伴生气体排放、轻烃挥发等。废弃物类型比较多，包括一氧化碳、二氧化硫、硫化氢、烟尘等等。大气污染监测技术类型比较多，本文主要优选以下几种类型。

1）气相色谱法。在气体污染监测中应用气相色谱法，可了解气体污染物的色谱图，通过与标准气体色谱图进行对比分析，即可确定污染物类型。对此，可应用氢火焰离子化鉴定器，氢火焰离子化鉴定器的应用基础为气相色谱法，在大气环境监测中应用氢火焰离子化鉴定器，即可对大气环境中的一氧化碳以及各类有机污染物进行监测和分析。因此，在油气开采大气环境监测中应用气相色谱法，可对大气环境中的各类气体污染物进行准确测量。

2）红外吸收光谱法。在红外吸收光谱法的实际应用中，可利用红外光束照射气体分析，由于气体分子可选择性吸收频率差异比较大的光子，通过对红外吸收光谱进行分析，即可对不同分子结构以及气体浓度进行准确测量。在油气开采大气环境监测中，可利用该项技术研发红外气体检测仪，即可对大气环境中的甲烷浓度进行准确测量。通过对红外气体检测仪的结构形式进行分析，其主要是由两个部分所组成的，包括光学系统以及单片机系统，在具体的检测过程中，当红外光源进入至气室中后，即可获得两束单色光，通过应用红外探测器，可直接将光信号转变为电信号，然后还可输出电压信号，在对电压信号进行放大和滤波处理后，即可将其转变为数字量，并读入至单片机中，通过应用计算机专用程序，即可对大气环境中污染气体的浓度进行检测[3]。红外吸收光谱法的应用过程如下图所示。

3）生物监测技术。在大气环境监测领域，生物监测技术发展迅速，在生物监测技术的实际应用中，可充分利用植物、动物以及微生物进行大气环境监测。比如，在油气资源开采区域大气环境监测中，可利用苔藓和地衣进行检测，通过对大气污染物对于植物所造成的危害情况进行分析，即可判断大气污染物类型。

三、环境应急监测管理策略

（一）认真执行相关法律法规。在生态环境保护管理中，我国已制定一系列法律法规，包括《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国大气污染防治法》、《中华人民共和国水法》等等，对生态环境保护的要求达到前所未有的高度，在天然气资源开发过程中，必须严格依据法律法规制定完善的环境监测和管理目标、方案等，建立健全完善的环境保护制度，将国家各项环保政策落实到实处，避免在开发过程中造成环境污染。

（三）提升环境保护意识和能力。开发单位以及各级政府有关部门需加强环境监测和保护管理宣传教育，提高对环境监测管理的重视度。工作人员定期参与环保知识培训活动，确定现场操作规范，避免操作不当而造成环境污染问题。另外，还应积极引进专业技术人员以及特殊才能人员，促进资源开发团队专业素质水平的提升，减少环境影响事件发生。

（四）实施环境友好型技术。强油气资源开采技术以及环境监测技术创新，促进油气开采效率的提升，合理规避各类意外事件。比如，在钻井过程中，对钻井过程的雨污分流进行有效控制，污染环节场所做好防渗处理，避免造成土壤环境污染。在油气资源开采完成后，对于废弃油池以及泥浆池，应根据现场实际情况采用有效的绿化措施，避免对地下水环境造成污染。

（五）科学制订突发环境应急预案。通过制定环境应急预案，在天然气资源开发过程中，如果突发环境污染事件，则可及时启动预案，对环境污染情况进行监测和及时控制。在预案编制过程中，应对天然气开发行业环境风险评估进行分析，通过对开发环境进行风险评估，了解环境风险部位现状、风险物质、数量、污染因子、污染类型等，为预案的制定奠定基础。另外，在预案的制定过程中，应保证应急流程规范化，提高事件响应速度，同时保证应急监测能够顺利开展。[3]。

（六）优选环境应急监测方法及设备。对天然气开发行业常见环境因素以及主要污染物排放情况进行分析，合理确定突发环境应急监测项目，并确定优选指标，对油气资源开采行业突发环境应急监测方法进行比选择。坚持突发环境应急监测方法选择原则，根据优选重要性权重，将环境监测仪器设备权重分为安全性、监测速度、便携性、准确度、操作难度五种，并进行综合比较，选择适宜的环境监测设备，有利于简化环境监测所需设备，降低仪器、药品耗材，同时便于日常维护管理。

（七）建立天然气突发环境应急监测数字化系统。在应急监测数字化系统的创建过程中，需做好应急监测准备工作，并组织成立应急监测组织机构，选择专业技术人才，选择适宜的监测方法、仪器、设备等。在天然气开发环境应急监测中，在获得监测数据后，及时报送和审核，对环境监测全过程进行动态化管理，提高响应速度以及应对能力，同时保证环境应急监测管理的规范化和透明化。

四、结束语

综上所述，本文主要对天然气资源开发过程中的应急环境监测技术以及管理策略进行了详细探究。随着我国社会经济的不断发展，对于天然气资源的需求量不断增加，而在天然气开发过程中，地质环境、水文环境等比较复杂，如果开发环节控制不当，则会对大气环境、土壤环境、地下水环境造成污染，对此，应提高对于天然气开发环节环境监测管理的重视度，联合应用水质、土壤以及大气污染监测技术，在环境管理方面，认真执行相关法律法规，落实环境保护制度，加强环境保护宣传和培训，实施环境友好型技术，促进天然气开采效率的提升，同時保障天然气开采环境利益。

参考文献：

[1]胥尚湘. 天然气开发对环境的影响[J].石油知识，1995， 025（001）：35-36.

[2]邓勃. 原子吸收光谱分析的原理、技术和应用[J].污染防治技术，2004，302（007）：14-15.

[3]曾惠苑.环境应急监测问题及对策[J].低碳地产，2016，007（007）：377-377.