煤层气钻井工程对地下水环境影响与保护措施

朱明君

（河南省资源环境调查三院，河南郑州 450000）

0.引言

煤层气是一种在煤层中发现的天然气，它的开采始于1950年代。20世纪80年代中期，当美国成功实现煤层气开采时，世界上一些富碳国家，如加拿大、澳大利亚、中国等也开始进行这方面的研究。煤层气作为一种高热值、低污染、储量丰富的清洁能源，对于弥补常规油气资源稀缺、减少气井瓦斯事故、减少大气污染具有重要意义。因此，保障水资源安全是研究煤层气开采对地下水环境影响的关键。作为陆地上重要的淡水资源，地下水是参与水循环的主要责任，它对我国社会和人口的生活和发展具有重要意义。全国地下水污染程度进一步加深，造成这种现象的主要原因是地下水资源没有得到合理开发利用，各种污染物随意排放，地下水污染使得地下水环境在短期内难以控制，需要解决地下水污染的预警和预防问题。审视行业发展实际，围绕地下水资源可持续发展，充分考虑地下水污染程度，特别是满足基本保护和防治要求，制定完善的管理方案，有效控制地下水污染，降低对环境的影响，实现地下水循环系统可持续发展的目标，保护地下水资源的重要性是显而易见的。

1.钻井工程对地下水的环境影响

1.1 正常运行条件下地下水对环境的影响

为了研究地下水环境的结构，在地表使用清水钻井方法，只需添加少量膨润土，既可以保证该地区正常供水，又可以保护含水层。白垩纪地下水循环系统的结构采用水基钻井泥浆，主要由碳酸钠水溶液组成，化学性质呈碱性，有腐蚀性，钻井泥浆无毒。通过协调保护地下水环境的基本要求，气井设计和钻井工艺选择合理，钻井液配置也符合标准规范。在钻井作业过程中，需要对作业环境进行更详细、具体地分析，明确相关环境管理要求。具体是在钻井现场设置室内泥浆池，钻井废水和可回用泥浆均匀排入泥浆池固化。如果测试表明岩屑是危险废物，则必须将其送到相关的单位进行处置。当然，固井必须按照设计图纸的要求进行，以保证设计质量，防止因固井不合格导致油气进入地层污染地下水源[1]。

1.2 异常工况对地下水环境的影响

建设气井钻井工程，建设单位应当根据环境政策法规，结合有关法律法规，选择适当的方法，有效保护地下水环境。在特殊情况下，建设单位无意中排放了生活废水或气井盖检查不规范，钻井液渗入含水层，池内泥浆径流污染地下水环境，不利于环境保护目标。此外，从井中返回的钻屑不随钻井液排放到处理厂集中清洗，而是自行排放。与钻井项目有关的所有化学品和材料都没有交给专门人员进行管理，如果钻井液损坏或暴露在自然空气中，如雨水，将被迫排放[2]。

1.3 破坏水资源

煤层气开采会造成大面积的塌陷，造成土壤裂缝，破坏原有的砂岩含水层。随着地下水位下降，矿井排水地表径流增加，塌陷沉积物也会影响地下水系统径流的调蓄。（1）影响地表水。当煤层气开采造成大量滑坡和地表裂缝时，地表水渗入地下或矿井，导致地表径流显着减少，产生大量矿井水径流。（2）破坏水平衡。由于水资源与煤层气同属一个地质体，在自然环境中各有其独特的变化规律。但长期开采破坏了地下水资源内部生态平衡，加速地下水流动，逐渐降低水位。

1.4 污染水的质量

矿山废水的排放影响河水和浅层地下水的水质。矿山废水含有大量有毒有害物质，被各种污染物污染，主要是酸性pH值升高、SO42-含量高、硬度高、盐度高、酚类、汞等有毒成分。下游未经处理的径流不仅污染地表水，还污染浅岸河水。矿山将地表水转化为地下水，倒入坑内排放，再转化为下游地表水，这种转变破坏并影响了水资源的数量和质量。在一些地区，农作物只能用矿井污水灌溉，这对农产品质量影响很大。煤层气会与矿井中的地下水和地表水发生化学反应，产生稀酸。这种稀酸将构成无机酸的所有成分。矿井地下水没有得到彻底地处理，含有稀酸的水释放出大面积的农作物，生产面积和应对自然灾害的能力的下降严重破坏了周边矿区的农业生产[3]。

2.钻井过程中地下水污染防治建议

2.1 用清水泥浆钻井

项目的施工采用清水泥浆钻井法，同时，水泥充分硬化储存，钻井后期的钻井泥浆不会污染地下水。井表层套管的各种类型和功能完成并固定，水泥将返回井口，必须重新填充以确保井的强度。当然，主要生产或工艺套管主体选择一次上返模式。纯度较高的水泥返回气层上临界层，而密度较低的水泥返回气层约200m，可以有效地保护地下水不与其接触。

2.2 设置防渗泥浆池

在整个钻井工程中，井场会产生钻井废水、一定量的泥浆废料和液体废料，最终储存在防渗泥浆池中。钻井工程顺利完成后，将移交给合格的专业机构提供完全安全的固化处理。如果钻屑不是危险废物，它们也会被放置在井场的泥浆池中，等待无害的硬化处理。同时，您可以选择充分利用它，更好地实现环境可持续管理目标。

2.3 着力提高固井质量

钻井工程必须遵守正确的操作规程，严格按照规章制度的要求进行施工。钻井项目的开发不能随意规划，采取有效措施，尽可能提高固井质量，设定时间间隔，定期确定地点完成固井检查，确保所有固井均达标，保固率达到100%。此外，由于固井质量差，可能会出现泄露问题，直接影响是我国地下水受到污染，短期内将产生重大负面影响，难以恢复。在固井前可以使用声波振幅测井，一般情况下，纯水泥井的现场值在15%～30%之间，是合格的。在人工井的底部，实际声幅测量曲线可以从两米到五米不等。此外，还需要保护套管并在其表面添加有机涂层，以更好地避免套管出现裂纹，达到有效延长其使用寿命的目的。

2.4 注意钻井废弃物的处理

每个钻井项目的井位相对分散，除了钻井技术产生的废物外，还会有生活垃圾，包括生活污水。废弃物总量虽小，但也会对地下水环境造成一定的污染。因此，钻井工程施工人员日常工作中产生的污水应均匀排放，不得随意排放。发展生物处理方法，更好地防治地下水污染，控制地下水污染的进一步蔓延，改善地下水环境，明确规划政策，妥善实施地下水污染防治。

2.5 可持续发展的措施

（1）坚持科学发展观和可持续发展道路，正确解决煤层气、水资源、生态环境协调发展问题。要坚持可持续发展原则，提高煤层气开采技术水平，重点研究煤层气开采与水资源的联系，减少煤炭开采对水资源的破坏，加大水资源保护和投资力度。（2）坚决贯彻落实矿产资源法、水法、环境法等法律法规，落实煤炭资源开发和生态保护并重，特别是预防和协调的政策。（3）采用先进的采矿设备和技术，淘汰落后的采矿方法，避免坍塌。（4）促进矿井排水，提高矿井排水利用率。（5）综合废物回收。废物直接加工回收或用作生产砖块和水泥的原料。（6）加强水土保持、复垦和生态修复。（7）充分利用矿井水是保护地下水资源的最有效途径之一。在考虑矿井水的充分利用时，首先要确定矿井水在整个水系统中的重要地位，了解矿井水中各种元素的含量限值。

3.结语

地下水污染问题不仅破坏了生态环境，而且限制了我国的整体发展，需要尽快提出合理的解决方案。从目前的情况来看，钻井工程的开发可能会对地下水环境产生负面影响。优先防治地下水污染，加强治理，选择适当有效的战略措施，更好地促进生态环境发展。