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1四川盆地天然氣氣田開采與利用特點(diǎn)

1．1礦山建設(shè)布局的特殊性天然氣氣田的礦山建設(shè)包括站場(chǎng)、管線建設(shè)和天然氣集輸工作。站場(chǎng)建設(shè)分為井站、集輸氣站和天然氣處理廠；管線建設(shè)分為采氣管線、集氣支線和集氣干線。天然氣集輸工作主要為通過井站和采氣管線把天然氣聚集到集氣站，經(jīng)集氣支線至集輸站，然后經(jīng)集氣干線至處理廠后通過集氣干線和配氣站輸往各用戶。通常單氣田礦區(qū)面積在幾至幾十平方千米不等，甚至上百平方千米，而按照井站場(chǎng)設(shè)計(jì)基本規(guī)程，包括井場(chǎng)范圍輔助設(shè)施，以及道路部分，其單井站場(chǎng)生產(chǎn)區(qū)占地面積僅為幾畝、十幾畝與礦區(qū)面積相比很小；同時(shí)，其具有臨時(shí)性用地多而永久性占地少特點(diǎn)（尤其是管線建設(shè)和天然氣集輸工作），除已獲油氣井需建產(chǎn)和站場(chǎng)永久性占地外，建產(chǎn)井和站場(chǎng)的周邊、未獲油氣井、管線工程均屬臨時(shí)性用地。

1．2開采方式的特殊性石油天然氣采取井下開采的方式進(jìn)行，開采孔開孔直徑400mm左右，終孔直徑200mm左右，開采深度千余米至七八千米，礦產(chǎn)天然氣來源于深部巖體粒間（內(nèi)）溶孔、粒間孔，其次為晶間溶孔和晶間孔，碎屑巖有效孔隙度變化在5％～30％之間，一般為10％～20％；碳酸鹽巖儲(chǔ)集層孔隙度一般小于5％。巖石的孔隙按其大小包括了管形孔隙（直徑大于0．5mm）、超毛細(xì)管孔隙（裂縫寬度大于0．25mm）和毛細(xì)管孔隙（管形孔隙直徑介于0．5～0．0002mm之間，或裂縫寬度介于0．25～0．0001mm）。在整個(gè)采氣過程中，僅采出巖石孔隙或微細(xì)裂縫中的天然氣，而巖石顆粒骨架和微細(xì)裂縫形態(tài)不變或者變化甚微，上覆層及地表形態(tài)不變。

1．3氣田水伴生的特殊性氣田水是采氣過程中的伴生水，包括了凝析水和地層水。凝析水指在地下水蒸氣進(jìn)入氣態(tài)或液態(tài)烴類物質(zhì)中，隨天然氣產(chǎn)出時(shí)，由于溫度和壓力降低，從而凝結(jié)成液態(tài)，這種水產(chǎn)量低但普遍存在，凡氣井都不同程度地產(chǎn)出凝析水［2］，其主要化學(xué)特征是：礦化度小于1，以Na＋和HCO3為主，Ca2＋和Mg2＋很少，SO2－4含量趨于0，K＋含量相對(duì)較高，微量元素Ba、Sr、Li、F、Br、I、B含量微或趨于0，Na／Cl常大于1，水型絕大多數(shù)為NaHCO3型；地層水是氣田水的重要組成部分，與凝析水的化學(xué)性質(zhì)有顯著差異，主要表現(xiàn)為礦化度高（X000～100000mg／L），具有淡鹵水特性，含特殊元素（如須家河組地層水富含Ba2＋、Br、I－）等，不同地層間產(chǎn)出地層水的化學(xué)成分差異很大，而同一層系的水化學(xué)成分相對(duì)穩(wěn)定，變化很小。氣田水的產(chǎn)出量相對(duì)較小，其原因一者是由其賦存介質(zhì)決定的，二者氣田水一旦進(jìn)入井底，使氣藏能量損失增大，井口壓力降低，帶水能力變差，造成氣井減產(chǎn)或水淹停產(chǎn)，而失去了開采價(jià)值。

2礦山地質(zhì)環(huán)境影響源分析

2．1礦山地質(zhì)災(zāi)害及其隱患四川石油天然氣礦山的站場(chǎng)、管線建設(shè)多位于山區(qū)、丘陵斜坡，以淺表層范圍的挖、填為主的人工擾動(dòng)影響，必將造成一定范圍的地質(zhì)環(huán)境條件改變，從而可能產(chǎn)生相應(yīng)地質(zhì)災(zāi)害隱患，其中絕大部分為崩塌、滑坡為主的斜坡地質(zhì)災(zāi)害和不均勻沉降等。

2．2含水層影響評(píng)估四川盆地的氣田鉆井與采氣作業(yè)基本處于基巖中，天然氣氣藏主要來源于深部砂巖、鮞狀或晶粒結(jié)構(gòu)的白云巖、灰?guī)r，僅采出巖石孔隙或微細(xì)裂縫中的天然氣，總體產(chǎn)出氣田水量相對(duì)較少且不致改變含水層結(jié)構(gòu)，如某氣田礦區(qū)面積24．22km2，共布設(shè)8口探采井，滾動(dòng)開發(fā)30余年，累積產(chǎn)水量13．07×104m3，2012年累積產(chǎn)水2．65×104m3，計(jì)算正常涌水量不足72．46m3／d，因而分析認(rèn)為氣田開采對(duì)含水層的結(jié)構(gòu)、地下水位下降或減少影響較弱。而氣田開采利用的整個(gè)過程中可能造成含水層影響的主要為鉆井和采輸作業(yè)，且以可能的水質(zhì)惡化為主要形式。鉆井作業(yè)中，對(duì)含水層可能造成的影響途徑主要表現(xiàn)為鉆井液漏失和鉆井廢水排放。鉆井過程中表層套管及技術(shù)套管固井變徑后，繼續(xù)鉆井?dāng)?shù)千米達(dá)到采氣目標(biāo)層。由于鉆井過程中鉆桿的不穩(wěn)定或受壓，其轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)對(duì)套管產(chǎn)生摩擦、碰撞，有可能破壞套管和固井環(huán)裝水泥柱，特別是打斜井或水平井其破壞可能更大。套管和固井水泥柱破壞后，使含多種添加劑（Cd、Pd、Zn、As等重金屬）的鉆井液在高壓循環(huán)過程中，從破壞處越流進(jìn)入含水層造成水質(zhì)惡化。采輸作業(yè)中，對(duì)地下水環(huán)境可能造成污染的主要是氣田水。氣田水含有S2－、COD、油、SS等污染物，其次氣田水的礦化度高，對(duì)人體健康和環(huán)境影響具有一定的危害性。氣田水存放于廢水池后定期運(yùn)回（或管輸）到回注井進(jìn)行回注處理，污水回注同樣可能對(duì)地下水產(chǎn)生影響，主要由回注層竄層引起，即回注廢水由地層深處經(jīng)井管越流至潛水層，從而造成淺層水的污染。另外，若遇廢水池外溢、廢水池垮塌或滲漏等情況，亦可能對(duì)淺表地下水環(huán)境產(chǎn)生一定影響，從而導(dǎo)致地下水的永久硬度升高，不利于開采利用。

2．3土地資源影響評(píng)估采礦活動(dòng)對(duì)土地資源影響和破壞的方式主要為壓占和毀損兩類。天然氣礦山建設(shè)對(duì)土地資源的壓占包括永久壓占和臨時(shí)壓占，其中以后者為主，且在進(jìn)入后期的采、輸階段基本得到恢復(fù)治理；可能造成的損毀包括了站場(chǎng)和輸運(yùn)管線建設(shè)區(qū)域的水土流失和土壤侵蝕，受此類建設(shè)規(guī)模小和石油天然氣深部開采的特點(diǎn)等原因所致通常影響程度較低。

2．4地形地貌景觀影響評(píng)估采礦過程中的場(chǎng)地平整、道路開挖、管線埋設(shè)等前期建設(shè)階段必將對(duì)原有地形地貌有所改變，包括農(nóng)作物或林地植被破壞、土地毀壞、山體破損和巖石裸露等，其影響范圍主要為井場(chǎng)和管線建設(shè)范圍以及相鄰影響部分區(qū)域等。

3礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理措施

3．1礦山地質(zhì)災(zāi)害的保護(hù)與恢復(fù)治理相比而言，天然氣礦山地質(zhì)災(zāi)害及其隱患相對(duì)較弱，一者是因?yàn)閮?nèi)深部開采的特點(diǎn)、而相應(yīng)的單井場(chǎng)建設(shè)范圍不大，采礦活動(dòng)對(duì)周邊地質(zhì)環(huán)境的人為擾動(dòng)較??；二者重視前期選址階段的地質(zhì)論證，在滿足采氣鉆井地質(zhì)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，規(guī)避了地質(zhì)災(zāi)害影響區(qū)和工程建設(shè)可能誘發(fā)的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，從而降低了地質(zhì)災(zāi)害危害；三者基于以上前提，在建站過程中采取專項(xiàng)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防措施，即可降低地質(zhì)災(zāi)害的潛在威脅。

3．2含水層的保護(hù)與恢復(fù)治理措施為減輕或消除石油天然氣礦山建設(shè)可能對(duì)含水層造成的影響而采取的措施包括以下方面。

1）嚴(yán)控鉆井過程：包括鉆井液設(shè)計(jì)、井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、固井措施等嚴(yán)格的鉆井工藝，通過多層套管和水泥漿體固井以阻隔鉆井液和采氣工程與含水層的接觸，以防止鉆井過程水浸、井漏、涌水等可能使地下水水質(zhì)遭受污染或含水層水量損失，以及鉆井液的越流影響等。

2）氣田水處置：包括了回注、處理后達(dá)標(biāo)外排和綜合利用三種方式。氣田水回注是氣田水處理的主要且相對(duì)成熟的方式（絕大部分氣田水均采取了回注的處理方式，以保持地下水量和水質(zhì)環(huán)境的相對(duì)平衡），即在水質(zhì)處理后采取氣田水回注裝置回注到地下一定層位，所示，其流程強(qiáng)化了水質(zhì)處理，避免了對(duì)地下水的人為污染。氣田水達(dá)標(biāo)外排處理中多是針對(duì)其中的S2－、COD等污染物的處理；同時(shí)，氣田水是一種綜合性的液礦資源，除含有S2－、COD、油、SS等污染物外，富含Na、Br、I、B、K、Li、Sr、Rb等多種元素，其含量能達(dá)到或超過工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具有較高的利用價(jià)值，可采取綜合利用。

3）地表預(yù)防措施：包括修建截排水溝預(yù)防措施，同時(shí)設(shè)置了沉渣池和廢（污）水池等，確保雨污分離，對(duì)施工中和采氣過程中產(chǎn)生的廢棄固液進(jìn)行集中回收處理，以及強(qiáng)化運(yùn)行過程中的對(duì)池壁的防滲處理等。

3．3針對(duì)地形地貌的地質(zhì)景觀采取的預(yù)防措施前期勘定階段回避周邊的地質(zhì)遺跡、自然和人文景觀，盡量避免或少破壞耕地、林地和天然植被，包括井場(chǎng)合理布局、管線的合理走向和土地的優(yōu)化使用等，最大限度減少可能對(duì)地形地貌的景觀破壞；施工階段在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防的基礎(chǔ)上進(jìn)行，充分考慮挖填平衡、合理規(guī)劃棄土堆放，盡量保持與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)；生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)階段則體現(xiàn)在對(duì)非生產(chǎn)用地的自然恢復(fù)或人為植樹種草、后期維護(hù)等。

3．4針對(duì)土地資源保護(hù)與恢復(fù)治理措施天然氣氣田的土地資源保護(hù)與恢復(fù)治理措施主要包括了兩個(gè)方面：一者盡量少占或者減少對(duì)耕地的占用；二者對(duì)不再投入使用的或臨時(shí)性的耕地進(jìn)行及時(shí)的土地復(fù)墾等。前者包括選址階段考慮地質(zhì)目標(biāo)的同時(shí)選擇平緩地形、實(shí)施叢式井組開發(fā)、在老井場(chǎng)范圍依照新的采氣工藝布設(shè)新井、斜井或改變?yōu)楹笃诘淖⑺?、增壓站等重?fù)利用，以及盡量采取支擋措施等以避免或減少對(duì)耕地的占用。后者包括對(duì)管線開挖的臨時(shí)占地，臨時(shí)使用井、罐基礎(chǔ)占地，各種池類占地等及時(shí)進(jìn)行土地復(fù)墾。

4持續(xù)改進(jìn)的保護(hù)與恢復(fù)治理措施

氣田開采是個(gè)長(zhǎng)期的過程，實(shí)施過程中隨著外界環(huán)境條件的持續(xù)改變、采礦技術(shù)的提升等，需要?jiǎng)討B(tài)的調(diào)整保護(hù)與恢復(fù)治理措施。

1）地質(zhì)災(zāi)害方面：隨著外界環(huán)境條件的改變或突變，周邊地質(zhì)環(huán)境有可能演化新的地質(zhì)災(zāi)害，或既有的地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)措施年久失效等均可能滋生新的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，如5．12汶川震后、4．20蘆山震后在相應(yīng)重災(zāi)區(qū)范圍內(nèi)均誘發(fā)了一定的站場(chǎng)、管線地質(zhì)災(zāi)害。需要?jiǎng)討B(tài)補(bǔ)充與完善的保護(hù)與恢復(fù)治理措施。

2）地下水環(huán)境方面：客觀來講，石油天然氣氣田水處理是個(gè)復(fù)雜過程，其相關(guān)研究還有待完善。例如，目前氣田水的治理及治理技術(shù)的開發(fā)還停留在治“標(biāo)”不治“本”這一層面上，還少有從治“本”角度去認(rèn)識(shí)氣田水的治理問題，同時(shí)，不同氣田、水質(zhì)迥異的氣田水如何建立針對(duì)性的回注標(biāo)準(zhǔn)等問題都需要進(jìn)行更深層次的研究與探討。

3）監(jiān)測(cè)方面：監(jiān)測(cè)工作是檢驗(yàn)礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理效果的重要手段，亦是預(yù)防礦山地質(zhì)環(huán)境問題危害的有效武器。礦山地質(zhì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)工作包括了四個(gè)方面：①地質(zhì)災(zāi)害，主要強(qiáng)調(diào)對(duì)已有治理工程和周邊潛在地質(zhì)災(zāi)害隱患地質(zhì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)；②地下水水環(huán)境監(jiān)測(cè)，包括鉆井過程中的水質(zhì)、水量，產(chǎn)出與回注的氣田水的水質(zhì)、水量監(jiān)測(cè)，以及存放的廢固液設(shè)備、設(shè)施的運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)；③更為重要的是定期對(duì)某礦區(qū)范圍地下水的抽檢化驗(yàn)與評(píng)價(jià)；④地形地貌和土地資源方面監(jiān)測(cè)，則強(qiáng)調(diào)可能的水土流失，地形地貌景觀、土地資源可能遭受的二次破壞的監(jiān)測(cè)。

5結(jié)語(yǔ)

1）四川石油天然氣氣田礦山開采由于其面廣點(diǎn)小、單項(xiàng)建設(shè)規(guī)模不大、深部基巖儲(chǔ)層的孔隙和喉道開采等特點(diǎn)而對(duì)地質(zhì)環(huán)境影響總體較輕。

2）四川石油天然氣氣田的礦山環(huán)境地質(zhì)問題在地質(zhì)災(zāi)害、土地資源與地形地貌景觀、含水層結(jié)構(gòu)和地下水方面均有所呈現(xiàn)，其影響程度以較輕為主，局部為較嚴(yán)重。其中含水層的破壞方式以可能的水質(zhì)惡化為主。

3）中石油相關(guān)部門針對(duì)可能產(chǎn)生的礦山地質(zhì)環(huán)境問題建立了相應(yīng)的規(guī)程規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采取了全程的、積極的保護(hù)與預(yù)防控制措施，起到了很好的預(yù)防效果。

4）天然氣氣田的保護(hù)與恢復(fù)治理技術(shù)方面仍需要再研究與探討，尤其是氣田水的處理技術(shù)方法和土地資源的優(yōu)化利用等仍需不斷改進(jìn)與完善。

作者：馮軍王軍朝單位：中國(guó)石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所