頁巖氣開采過程中造成的環(huán)境問題及壓裂返排液廢水處理解決方案

2023-11-01 05:51:46

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頁巖氣是一種重要的非常規(guī)天然氣資源，已成為油氣資源領(lǐng)域重要的組成部分，川南是中國石油頁巖氣勘探開發(fā)的主戰(zhàn)場，目前，川南已成為我國蕞大的頁巖氣生產(chǎn)基地。頁巖氣在開采的過程中所造成的環(huán)境問題日益突出，主要表現(xiàn)在鉆井過程中噪聲對附近居民的影響、水基鉆井固廢和油基鉆井固廢處置壓力大、壓裂返排液處理困難。針對川南頁巖氣開發(fā)生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)的矛盾，分別從噪聲、固廢和廢水三方面提出頁巖氣開發(fā)過程中的污染防治建議。

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2018年，中國石油在全國范圍內(nèi)調(diào)動資源，從新疆、東北甚至國外將鉆機調(diào)往川南。截至目前，中國石油共在川南地區(qū)啟用142臺鉆機，較2017年增長3倍；建成長寧、威遠(yuǎn)等國家及頁巖氣示范區(qū)。中國石油在川南頁巖氣勘探開發(fā)過程中，把提高單井產(chǎn)量作為首要目標(biāo)，實現(xiàn)3500米以淺資源的規(guī)模有效開發(fā)，開創(chuàng)了國內(nèi)頁巖氣勘探開發(fā)多項先河。中國石油大力推進(jìn)川南頁巖氣勘探開發(fā)，取得了重要成果 [1]。川南頁巖氣產(chǎn)量不斷創(chuàng)造新高的同時，鉆井過程中鉆井巖屑和壓裂返排液處置等環(huán)保制約性因素也越發(fā)突出，本文結(jié)合實際的頁巖氣環(huán)境生產(chǎn)管理經(jīng)驗，總結(jié)了頁巖氣開采過程中所面臨的主要環(huán)境污染問題，并提出了相應(yīng)的污染防治建議。

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我國的頁巖氣目前主要產(chǎn)自四川盆地，全國已探明頁巖氣資源儲量的省份中，四川高居榜首，重慶、貴州也位列前四位，國家批準(zhǔn)建設(shè)的4個國家及頁巖氣示范區(qū)，有3個在西南地區(qū)，分別是重慶涪陵示范區(qū)、四川長寧–威遠(yuǎn)示范區(qū)、云南昭通示范區(qū)。根據(jù)四川省“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要實施中國“氣大慶”建設(shè)行動，加強天然氣產(chǎn)供儲銷體系建設(shè)，建成全國蕞大天然氣(頁巖氣)生產(chǎn)基地，天然氣年產(chǎn)量力爭達(dá)到630億立方米，其中頁巖氣為主力軍，2025年全國頁巖氣產(chǎn)量300億立方米，預(yù)計將主要來自四川盆地，占其天然氣總產(chǎn)量的43%。川南頁巖氣開采主要集中在滬州、宜賓、自貢、內(nèi)江等地區(qū)，涉及面積約4 × 10?km2。

mvr蒸發(fā)器我國的頁巖氣目前主要產(chǎn)自四川盆地，全國已探明頁巖氣資源儲量的省份中，四川高居榜首，重慶、貴州也位列前四位，國家批準(zhǔn)建設(shè)的4個國家及頁巖氣示范區(qū)，有3個在西南地區(qū)，分別是重慶涪陵示范區(qū)、四川長寧–威遠(yuǎn)示范區(qū)、云南昭通示范區(qū)。根據(jù)四川省“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要實施中國“氣大慶”建設(shè)行動，加強天然氣產(chǎn)供儲銷體系建設(shè)，建成全國蕞大天然氣(頁巖氣)生產(chǎn)基地，天然氣年產(chǎn)量力爭達(dá)到630億立方米，其中頁巖氣為主力軍，2025年全國頁巖氣產(chǎn)量300億立方米，預(yù)計將主要來自四川盆地，占其天然氣總產(chǎn)量的43%。川南頁巖氣開采主要集中在滬州、宜賓、自貢、內(nèi)江等地區(qū)，涉及面積約4 × 104 km2。

01、川南地區(qū)敏感點多、居民點分布較多，鉆井噪聲對居民影響較大

川南地區(qū)森林覆蓋率高、江河縱橫、人口眾多，自然保護(hù)地 [2] 水源保護(hù)區(qū)等環(huán)境敏感區(qū)分布較多 [2]。頁巖氣平臺周邊一般都會分布有分散居民點，井口周邊200 m評價范圍內(nèi)少則10戶，多則30~50戶不等，易造成鉆井施工階段的噪聲擾民投訴，鉆井作業(yè)施工環(huán)保壓力大。尤其是川南瀘州和宜賓地區(qū)電網(wǎng)集輸設(shè)施建設(shè)能力有限，井場接入電網(wǎng)難道大，鉆井過程采用柴油機發(fā)電，柴油發(fā)電機噪聲源強高達(dá)85~90 dB (A)，加上鉆井設(shè)備噪聲，平臺井場邊界噪聲無法達(dá)標(biāo)，同時鉆井施工為一天24 h鉆井，對平臺周圍300 m內(nèi)的居民造成了嚴(yán)重的聲環(huán)境擾民。近年來，出現(xiàn)了多起鉆井期間噪聲擾民投訴案例，鉆井噪聲問題為川南頁巖開發(fā)過程中突出的一項環(huán)境影響問題。

02、鉆井固廢處置壓力大

川南頁巖氣水基鉆井固廢主要為水基泥漿鉆井過程中產(chǎn)生的廢棄水基泥漿和鉆井巖屑，據(jù)統(tǒng)計，單井(井深約3000 m)水基固廢平均產(chǎn)生量約700 m3，目前普遍采用資源化綜合利用的方式處理，主要為預(yù)處理后作為摻燒水泥或燒結(jié)磚的原材料進(jìn)制磚或制水泥，將水基鉆井固化；此外，頁巖氣鉆井過程中儲層長水平段常采用油基鉆井液鉆進(jìn)，該鉆井過程中產(chǎn)生的鉆屑屬于危險廢物，單井(水平段長約2000 m)油基巖屑平均產(chǎn)生量約300 m3，委托有危險廢物處理資質(zhì)的單位處置。據(jù)預(yù)計 [3]，2020年川南水基鉆屑產(chǎn)生量約13.0萬m3，油基鉆屑約6.0萬m3。產(chǎn)生量大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了當(dāng)?shù)厮?、磚瓦企業(yè)接納能力，同時，油基鉆屑處理量需求量也與區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有危險廢物處理資質(zhì)的單位的處置能力不匹配，導(dǎo)致頁巖氣平臺上滯留鉆井固廢無法及時轉(zhuǎn)運處置，給當(dāng)?shù)丨h(huán)境帶來了不可控的環(huán)境污染風(fēng)險。

03、水資源消耗大、壓裂返排液處理難度大

頁巖氣在成藏與賦存方面有別于常規(guī)天然氣，其儲層具有超低孔滲的特征，為實現(xiàn)工業(yè)氣流須通過相關(guān)技術(shù)來改善儲層。水平井與水力壓裂所具有的優(yōu)勢成為了當(dāng)前開采頁巖氣蕞廣泛的技術(shù)，同時也消耗了大量的水資源，四川、重慶地區(qū)統(tǒng)計頁巖氣開發(fā)單井需水量在10,000~40,000 m3不等，壓裂用水量平均每口井為3.15 × 104 m3。壓裂完成后，占注入壓裂液量約15%~80%的返排液會返回到地面 [4]，頁巖氣開發(fā)不僅造成水資源消耗還會帶來水資源污染，這與頁巖氣水力壓裂中壓裂液有著密切的關(guān)系。頁巖氣開發(fā)采用大規(guī)模水力壓裂，其原理是將含有多種添加劑的壓裂液在高壓條件下注入地層，從而改善儲層裂縫網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)達(dá)到增產(chǎn)的目的。壓裂液中含有殺蟲劑、減阻劑、防垢劑、交聯(lián)劑、表面活性劑等多種化學(xué)添加劑。如長寧–威遠(yuǎn)區(qū)塊單井返排液量達(dá)1 × 104~2 × 104 m3，水中TDS、懸浮物、高價金屬離子和有機物等濃度隨返排時間的延長和回用次數(shù)的增多而逐漸增大，水質(zhì)變黑發(fā)臭 [5]。由于區(qū)域內(nèi)各平如果注入的壓裂液進(jìn)入地下水層這將會帶來嚴(yán)重的水污染。壓裂液返排到地面不僅有添加劑的成分而且還含有溶解性鹽類、放射性元素、重金屬等其他化學(xué)物質(zhì)，壓裂液中鹽分含量可達(dá)10%以上，大量廢水進(jìn)入水體，對水環(huán)境有影響。

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01、加強頁巖氣開采區(qū)塊內(nèi)網(wǎng)電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提供網(wǎng)電鉆井

優(yōu)先采用網(wǎng)電對井場進(jìn)行供電，減少鉆井過程中柴油發(fā)電機的噪聲，能夠大大降低鉆井平臺噪聲源強，減少鉆井噪聲對周圍居民的影響；尤其是在夜間，盡可能減少設(shè)備的使用，材料運輸集中白天運輸，嚴(yán)格控制僅在白天開展壓裂作業(yè)工作，減少井場噪聲產(chǎn)生。若無法使用網(wǎng)電，對于柴油發(fā)電機的噪聲，應(yīng)修建帶隔音功能的活動板房隔聲，同時安裝減振墊層和阻尼涂料，減少柴油機發(fā)電噪聲的產(chǎn)生，在實際施工時，針對實際監(jiān)測噪聲值超標(biāo)的居民采取協(xié)商補償、臨時撤離(可租用當(dāng)?shù)孛穹俊⒃谠肼曔_(dá)標(biāo)距離之外進(jìn)行妥善安置)等噪聲防治措施，取得居民諒解，避免環(huán)保糾紛。

02、積極尋求固廢減量化、資源化和無害化防治措施

水基鉆井固廢屬于一般工業(yè)固廢，為減少當(dāng)?shù)卮u廠和水泥廠處理壓力，可積極探索更多的可靠的水基鉆井固廢綜合利用方式，比如水基巖屑脫水后干渣制路基材料鋪路或者制作建材等方式。油基巖屑處置除增加當(dāng)?shù)匚U處置單位能力以外，油氣開采產(chǎn)生的廢棄油基泥漿、含油鉆屑及其他固體廢物，應(yīng)當(dāng)遵循減量化、資源化、無害化原則，按照國家和地方有關(guān)固體廢物的管理規(guī)定進(jìn)行處置。鼓勵企業(yè)自建含油污泥集中式處理和綜合利用設(shè)施，提高廢棄油基泥漿和含油鉆屑及其處理產(chǎn)物的綜合利用率，對油基巖屑進(jìn)行減量化處置，同時建議有關(guān)部門頒布相關(guān)油基巖屑預(yù)處理后豁免危險廢物的條件及豁免內(nèi)容的可能，鼓勵企業(yè)自主在源頭對油基巖屑進(jìn)行減量化、資源化和無害化處置。

03、提高壓裂返排液重復(fù)利用率，尋找更多壓裂返排液處置方式

根據(jù)工程情況，加大區(qū)塊內(nèi)氣田水管網(wǎng)的建設(shè)，合理調(diào)度壓裂返排液的循環(huán)利用，提高壓裂返排液重復(fù)利用率是頁巖氣開采過程中節(jié)約水資源的必修課，建議企業(yè)內(nèi)部制定壓裂過程中壓裂返排液重復(fù)利用率指標(biāo)和新鮮水用量定額指標(biāo)，蕞大程度減少對當(dāng)?shù)匦迈r水使用量，節(jié)約水資源。

目前無法綜合利用的壓裂返排液普遍采用回注到地層的措施，減少壓裂返排液對當(dāng)?shù)厮h(huán)境的影響。對回注井開展全過程環(huán)境管理，回注前應(yīng)充分論證回注井空間布設(shè)、注入層位、注入壓力和注入水量等環(huán)境可行性，并設(shè)置監(jiān)測井定期監(jiān)控回注行為對地下水環(huán)境影響，確保回注過程不會引起地下水環(huán)境污染 [6]。但是回注不便于環(huán)境管控，且只是暫時的控制了污染，沒有從根本上污染，并且回注可能會存在更多的環(huán)境隱患，比如地震、壓覆礦產(chǎn)資源、影響以后可能會被利用的地下水資源等。因此，建議鼓勵和支持科技創(chuàng)新、技術(shù)進(jìn)步，將石油天然氣行業(yè)廢水如壓裂返排液，進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)后排放，以便于環(huán)境管理。為簡化工藝流程、保護(hù)生態(tài)環(huán)境并促進(jìn)油氣開采，一些新型的壓裂返排液處理技術(shù)，如機械蒸汽再壓縮(MVR)蒸發(fā)技術(shù)等，正開始逐漸取代傳統(tǒng)處理技術(shù) [7]。

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一、公司介紹

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公司愿景

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深耕蒸發(fā)技術(shù)，服務(wù)廢水零排放，專注資源化利用，助力雙碳目標(biāo)

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感恩誠信利他

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二、榮譽證書