鉆井工程對(duì)地下水環(huán)境影響與保護(hù)措施

常亮 劉昂 韓海濤

摘?要：為解決建設(shè)項(xiàng)目對(duì)地下水水質(zhì)可能造成的直接影響問(wèn)題，通過(guò)對(duì)地下水環(huán)境影響進(jìn)行識(shí)別，在井場(chǎng)鉆井工程建設(shè)階段對(duì)地下水環(huán)境進(jìn)行了監(jiān)測(cè)與分析。結(jié)果表明：在正常工況下，鉆探施工不會(huì)對(duì)地下水環(huán)境造成明顯影響;非正常工況下，氣井鉆探過(guò)程中，事故狀態(tài)下鉆井廢水滲漏會(huì)對(duì)地下水水質(zhì)產(chǎn)生污染，但污染范圍相對(duì)較小。另外石油類(lèi)污染預(yù)測(cè)結(jié)果表明，氣井在鉆探施工事故狀態(tài)下，鉆井廢水中的其它污染物，也會(huì)在鉆孔周?chē)植糠秶纬晌廴緯?，只是如石油?lèi)一樣，范圍較小而已。最后，提出有針對(duì)性的地下水污染防控措施與對(duì)策。

關(guān)鍵詞：鉆井工程;地下水環(huán)境;石油類(lèi);建設(shè)階段;保護(hù)措施

中圖分類(lèi)號(hào)：TE 99

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?文章編號(hào)：1672-7312（2020）05-0483-05

Analysis on the Impact of Drilling Engineering on Groundwater Environment and Study on Protective Measures

CHANG Liang，LIU Ang，HAN Hai-tao

（The Second Gas Production Plant of PetroChina，Changqing Oilfield Branch，Yulin 719000，China）

Abstract：To solve the direct impact of the construction project on groundwater quality，the groundwater environmental impact is identified，and the groundwater environment is monitored and analyzed during the construction stage of drilling engineering in well site.The results show that under normal conditions，the drilling construction does not have a significant impact on the groundwater environment.Under abnormal conditions，the leakage of drilling waste water pollutes the groundwater quality in the process of gas well drilling，but the pollution range is relatively small.In addition，the prediction results of petroleum pollution show that other pollutants in drilling waste water will form pollution halo in the local area around the drilling，just like petroleum，the scope is small.At last，the paper puts forward the prevention and control measures and Countermeasures of groundwater pollution.

Key words：drilling engineering;groundwater environment;petroleum;construction stage;protective measures

0?引言

地下水作為地球淡水資源和水循環(huán)系統(tǒng)的重要組成部分，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人類(lèi)日常生活等方面發(fā)揮了十分重要的作用[1-2]。由于地下水資源不合理的開(kāi)發(fā)利用和污染物排放，地下水受到不同程度的污染，且一旦被污染，短期內(nèi)治理和恢復(fù)難以實(shí)現(xiàn)，因此地下水污染預(yù)警和防治成為重點(diǎn)關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題之一[3-4]。學(xué)者們?cè)诘叵滤h(huán)境方面進(jìn)行了大量研究。例如，曾慶友[5]等分析了江西某市地下水類(lèi)型和地下水補(bǔ)給、徑流、排泄條件并對(duì)研究區(qū)地下水環(huán)境，包括地下水質(zhì)量和地下水污染現(xiàn)狀進(jìn)行了評(píng)價(jià)。王主華[6]通過(guò)地下水資源量、海水入侵以及水質(zhì)污染3個(gè)方面評(píng)價(jià)大連市地下水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，表明西部地區(qū)海水入侵現(xiàn)象嚴(yán)峻，含氮化合物、總硬度、溶解性總固體以及氯化物等指標(biāo)超標(biāo)嚴(yán)重。徐祖陽(yáng)[7]等利用池州西南地區(qū)水文地質(zhì)調(diào)查工作所取得的數(shù)據(jù)，采用單因子評(píng)價(jià)法和綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)法進(jìn)行了地下水質(zhì)量與污染評(píng)價(jià)。覃曉寧[8]對(duì)當(dāng)前區(qū)域地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)中存在的問(wèn)題進(jìn)行研究和分析，同時(shí)探討了地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。金歡馳[9]等結(jié)合飛機(jī)制造企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)及污染物排放特點(diǎn)，對(duì)場(chǎng)地地下水進(jìn)行監(jiān)測(cè)布點(diǎn)，并分析了地下水可能的污染途徑。楚敬龍[10]等針對(duì)巖溶區(qū)某錳礦尾礦回填區(qū)滲漏污染地下水問(wèn)題進(jìn)行影響預(yù)測(cè)，模擬了污染物在巖溶含水層中的時(shí)空分布情況。李平[11]等為了客觀評(píng)估特大暴雨對(duì)人民勝利渠灌區(qū)土壤與地下水的環(huán)境效應(yīng)，分析了暴雨作用下典型區(qū)域土壤鹽分及地下水化學(xué)組成的演變特征。莫?？芠12]等結(jié)合開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)的水文地質(zhì)條件及頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)工程特點(diǎn)，分析并建議從井場(chǎng)選址、施工工藝控制、地面物料管控、全過(guò)程監(jiān)測(cè)等方面加強(qiáng)地下水環(huán)境保護(hù)。李志源[13]等在闡述監(jiān)測(cè)等級(jí)、監(jiān)測(cè)范圍、監(jiān)測(cè)對(duì)象和方法的基礎(chǔ)上，探討了鐵路隧道地下水環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系。張偉[14]闡述了在巖溶水高水頭區(qū)帶壓采煤對(duì)巖溶水水資源的影響，并提出了針對(duì)性的地下水保護(hù)措施。考慮到地下水環(huán)境污染的復(fù)雜性、隱蔽性和難恢復(fù)性，還應(yīng)遵循保護(hù)優(yōu)先、預(yù)防為主的原則，預(yù)測(cè)應(yīng)為評(píng)價(jià)各方案的環(huán)境安全和環(huán)境保護(hù)措施的合理性提供依據(jù)。筆者考慮到項(xiàng)目的特點(diǎn)及性質(zhì)，選取環(huán)境較敏感的典型產(chǎn)建工程進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，來(lái)代表說(shuō)明項(xiàng)目建設(shè)對(duì)區(qū)域地下水環(huán)境可能產(chǎn)生的影響。

1?地下水環(huán)境影響識(shí)別

以神22集氣站附近氣井為評(píng)價(jià)對(duì)象，該氣井由于位于風(fēng)沙灘地，附近含水層滲透性能較好，地下水徑流速度較快，而且距離附近的環(huán)境保護(hù)目標(biāo)相對(duì)較近。如果發(fā)生鉆井液滲漏事故，污染暈運(yùn)移速度快，危險(xiǎn)性大，具有很強(qiáng)的代表性。

1.1?地下水環(huán)境影響途徑識(shí)別

識(shí)別鉆井工程在建設(shè)期可能造成地下水污染的裝置和設(shè)施（位置、規(guī)模、材質(zhì)等）及可能的地下水污染途徑，見(jiàn)表1.項(xiàng)目建設(shè)期鉆井過(guò)程中主要是鉆井廢液、泥漿在非正常工況下發(fā)生泄漏對(duì)地下水水質(zhì)的直接影響。

1.2?地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)特征因子篩選

識(shí)別鉆井工程建設(shè)項(xiàng)目可能導(dǎo)致地下水污染的特征因子。特征因子應(yīng)根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目污廢水成分（HJ/T2.3）、液體物料成分、固體浸出液成分等確定。結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡叵滤h(huán)境特征及本項(xiàng)目的污染特征，地下水特征評(píng)價(jià)因子如下。

1.2.1?現(xiàn)狀調(diào)查與評(píng)價(jià)因子

該區(qū)域主要監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)因子為：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、CO2-3、Cl-、SO2-4、HCO-38大離子及部分特征因子硫酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、pH、總硬度、高錳酸鹽指數(shù)、石油類(lèi)、氟化物、氯化物、六價(jià)鉻、氨氮、揮發(fā)酚、溶解性總固體。

1.2.2?影響評(píng)價(jià)因子

鉆井工程建設(shè)期鉆井液及運(yùn)行期生活污水和氣田水對(duì)區(qū)內(nèi)地下水水質(zhì)的影響。主要評(píng)價(jià)特征因子包括石油類(lèi)、氨氮、COD等。

2?鉆井工程建設(shè)階段環(huán)境影響分析

在氣井鉆探施工過(guò)程中，如果重視對(duì)地下水環(huán)境保護(hù)，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)環(huán)境保護(hù)法律與法規(guī)，采用科學(xué)的施工工藝，選用適宜的鉆井液，施工過(guò)程中做好井場(chǎng)特別是泥漿的存儲(chǔ)防滲，對(duì)生活污水、生活垃圾和其它有害廢棄物能及時(shí)收集無(wú)害化處理，則可使氣井鉆探施工對(duì)地下水環(huán)境影響削減到最弱。否則或在事故狀態(tài)下，可能對(duì)地下水環(huán)境造成影響。本次評(píng)價(jià)以位于風(fēng)沙灘地（滲透系數(shù)大）的某單井井場(chǎng)進(jìn)行舉例說(shuō)明。

2.1?正常工況對(duì)地下水環(huán)境影響分析

一開(kāi)揭穿第四系與白堊系，下表套外用純水泥封固。表層全部采用清水鉆井，僅加入少量的膨潤(rùn)土，確保對(duì)區(qū)域有供水意義的含水層的保護(hù)，同時(shí)白堊系以下采用水基鉆井泥漿，主要成分中除Na2CO3水溶液水解呈堿性，具有一定的腐蝕性外，該鉆井泥漿基本為無(wú)毒性泥漿。從地下水環(huán)境保護(hù)的角度考慮，氣井的井身結(jié)構(gòu)、鉆探工藝設(shè)計(jì)是合理的，鉆井液配置科學(xué)。另外鉆井作業(yè)期間還有具體、詳細(xì)、全面及針對(duì)性的作業(yè)環(huán)境管理要求，這些環(huán)境管理要求的主要內(nèi)容如下。

鉆井井場(chǎng)采用防滲泥漿池，鉆井廢水、泥漿重復(fù)利用后排入防滲泥漿池一同進(jìn)行無(wú)害化固化處置。

鉆井巖屑根據(jù)鑒定結(jié)果，如果屬于危險(xiǎn)廢物，必須交有危險(xiǎn)廢物處置資質(zhì)的單位處置;如果不屬于危險(xiǎn)廢物，置于井場(chǎng)進(jìn)行無(wú)害化固化處置或者鼓勵(lì)綜合利用。

固井要按設(shè)計(jì)規(guī)定實(shí)施，確保施工質(zhì)量，不得因固井不合格造成油氣竄入地層，污染地下水源。井內(nèi)返出的鉆屑，在鉆井液再生裝置脫水后送集中處置場(chǎng)所進(jìn)行統(tǒng)一處理，不得隨意排放造成污染。所有鉆井液化學(xué)劑和材料應(yīng)有專人負(fù)責(zé)，嚴(yán)格管理;防止破損或由于下雨而流失;有毒化學(xué)藥劑必須設(shè)有明顯標(biāo)志，并建立收發(fā)管理制度。井場(chǎng)使用的油料要建立保管制度，經(jīng)常檢查儲(chǔ)油容器及其管線、閥門(mén)工作狀況，防止油料跑失污染環(huán)境。收油發(fā)油作業(yè)時(shí)，要先檢查后輸油，輸完油后，要先掃線后撤管，消除跑冒滴漏。設(shè)備更換的廢機(jī)油和清洗用廢油，應(yīng)集中回收儲(chǔ)存，嚴(yán)禁就地傾倒。沖洗鉆臺(tái)、鉆具，清洗設(shè)備的廢水已被油品、鉆井液污染，不得直接排出井場(chǎng)，應(yīng)引入污水儲(chǔ)存池。鉆井作業(yè)完成，清除井場(chǎng)內(nèi)所有廢料、廢油和垃圾，拆除井場(chǎng)內(nèi)所有地上和地下的障礙物。作業(yè)使用的放射性物質(zhì)應(yīng)按國(guó)家有關(guān)規(guī)定和要求進(jìn)行保管和處理。營(yíng)地廢水、廢物嚴(yán)禁出井場(chǎng)，應(yīng)集中收集，妥善處理。

依據(jù)設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)和鉆探工藝，并嚴(yán)格執(zhí)行制定的環(huán)境管理要求，完成氣井施工，在正常工況下，應(yīng)該不會(huì)對(duì)地下水環(huán)境造成明顯影響。已有的工程實(shí)踐表明，在正常工況下，鉆探施工不會(huì)對(duì)地下水環(huán)境造成明顯影響。

2.2非正常工況對(duì)地下水環(huán)境影響分析及預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)

在氣井鉆井過(guò)程中，承建單位依據(jù)環(huán)保法規(guī)，積極采取地下水環(huán)境保護(hù)措施，對(duì)地下水環(huán)境將不會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。但在非正常工況下，如建設(shè)單位不按規(guī)定執(zhí)行地下水環(huán)境保護(hù)措施，如生活污水隨意外排等;或者雖然執(zhí)行了地下水環(huán)境保護(hù)措施，但環(huán)境保護(hù)措施失效，如氣井表套破裂鉆井液滲漏到保護(hù)目標(biāo)含水層、泥漿池滲漏溢流等，則可能對(duì)地下水環(huán)境造成影響。井場(chǎng)建設(shè)過(guò)程中，主要有施工人員產(chǎn)生的生活污水和鉆井過(guò)程中的鉆井廢水，可能會(huì)地下水環(huán)境可能造成影響。井場(chǎng)建設(shè)周期一般為30～45 d，施工人員一般為35人左右，產(chǎn)生的生活污水不會(huì)超過(guò)2 m3/d，在事故狀態(tài)下對(duì)地下水環(huán)境的影響很小，不會(huì)超過(guò)集氣站建設(shè)過(guò)程中生活污水對(duì)地下水環(huán)境的影響范圍和程度。因此只對(duì)鉆井過(guò)程中的鉆井廢水對(duì)地下水環(huán)境影響的進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)。

預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)因子。鉆井廢水主要污染因子是SS、COD、石油類(lèi)等。結(jié)合《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T-14848-93），選擇石油類(lèi)為預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)因子。

源強(qiáng)確定。假設(shè)建井過(guò)程中事故處理周期為30 d，則井孔中鉆井液漏失量為8～16 m3/d，取最大值為16 m3/d，污水量為30 m3/d。鉆井液漏失量與污水量之和近似于用水量，為46 m3/d。根據(jù)調(diào)研，鉆井廢水中含高倍稀釋的鉆進(jìn)液與石油類(lèi)污染物，COD濃度約100～500 mg/L，石油類(lèi)濃度約50～400 mg/L，懸浮物濃度約170～850 mg/L，pH為10～12，全鹽量為100 g/L?？紤]到石油類(lèi)進(jìn)入含水層后，只有變?yōu)榭扇軕B(tài)才會(huì)隨地下水遷移擴(kuò)散，因此參照TPHCWG（1997）中關(guān)于石油類(lèi)污染物的溶解度等相關(guān)文獻(xiàn)，取18 mg/L為石油類(lèi)可溶態(tài)污染物的最高濃度值。將源強(qiáng)概化為連續(xù)恒定排放點(diǎn)源。預(yù)測(cè)持續(xù)泄漏30 d及持續(xù)泄漏發(fā)生30 d后，污染物質(zhì)繼續(xù)運(yùn)移365 d對(duì)地下水的影響。鉆井廢水持續(xù)泄露30 d，石油類(lèi)濃度隨地下水流向變化如圖1所示，污染物質(zhì)繼續(xù)運(yùn)移365 d石油類(lèi)濃度隨地下水流向變化如圖2所示。

預(yù)測(cè)結(jié)果及分析評(píng)價(jià)。可以看出，氣井施工過(guò)程中，如果在第四系含水層段發(fā)生鉆井廢水的滲漏，不管是滲漏發(fā)生在上部含水層還是下部含水層，都會(huì)對(duì)地下水環(huán)境造成一定的影響。污染物質(zhì)順地下水徑流方向擴(kuò)展，泄露365 d后順地下水徑流方向的最大運(yùn)移距離為150 m，超標(biāo)運(yùn)移距離為120 m。

上面以石油類(lèi)為代表因子，就事故狀態(tài)下鉆井廢水滲漏對(duì)地下水環(huán)境影響預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，氣井鉆探過(guò)程中，事故狀態(tài)下鉆井廢水滲漏會(huì)對(duì)地下水水質(zhì)產(chǎn)生污染，但污染范圍相對(duì)較小。另外石油類(lèi)污染預(yù)測(cè)結(jié)果也表明，氣井在鉆探施工事故狀態(tài)下，鉆井廢水中的其它污染物，也會(huì)在鉆孔周?chē)植糠秶纬晌廴緯灒皇侨缡皖?lèi)一樣，范圍較小而已。

3?鉆井施工地下水污染防治措施

井場(chǎng)施工過(guò)程產(chǎn)生的鉆井廢水在環(huán)保措施不當(dāng)或者事故狀態(tài)下滲漏進(jìn)入地下水，會(huì)污染地下水水質(zhì)。為此提出需要增加的地下水環(huán)境保護(hù)對(duì)策和具體措施。

1）一開(kāi)采用清水泥漿鉆井，鉆至400 m以下，表層套管下深大于白堊系洛河組底層以下30 m并采用水泥封固，防止后續(xù)鉆井過(guò)程中地下水被鉆井泥漿污染。各類(lèi)型井表層套管采用全段封固，水泥返至井口，井口回填牢固;生產(chǎn)/技術(shù)套管主體采用一次上返，純水泥返至氣層頂界以上300 m，低密度水泥返至表套內(nèi)200 m以上，用以保護(hù)地下水。

2）施工過(guò)程中，井場(chǎng)產(chǎn)生的鉆井廢水、廢泥漿、廢壓裂液等均置于防滲泥漿池中，待鉆井結(jié)束后由有資質(zhì)單位進(jìn)行無(wú)害化固化處置。鉆井巖屑根據(jù)鑒定結(jié)果，如果屬于危險(xiǎn)廢物，必須交由有危險(xiǎn)廢物處置資質(zhì)的單位處置;如果不屬于危險(xiǎn)廢物，置于井場(chǎng)泥漿池?zé)o害化固化處置或鼓勵(lì)綜合利用。

3）嚴(yán)格按照操作規(guī)程施工，提高固井質(zhì)量，并定期檢查，做到固井合格率100%。避免因發(fā)生固井質(zhì)量問(wèn)題造成含油污水泄漏而引起地下水污染。根據(jù)2015年神木氣田78口氣井統(tǒng)計(jì)資料，固井質(zhì)量合格率達(dá)100%。①固井前，進(jìn)行聲幅測(cè)井、變密度測(cè)井。聲幅值≤15%為優(yōu)，純水泥聲幅值在15%～30%之間為合格，低密度聲幅值在15%～40%之間為合格。聲幅曲線測(cè)至人工井底以上2～5 m.②對(duì)套管采用陰極保護(hù)、有機(jī)涂層套管內(nèi)涂層等技術(shù)進(jìn)行防腐處理，延長(zhǎng)套管的使用壽命。

4）采用生物清潔可回收壓裂液體系，避免對(duì)地下水產(chǎn)生污染。

5）由于各井場(chǎng)布置比較分散，產(chǎn)生的生活污水量小且污染負(fù)荷輕，施工人員生活污水排入臨時(shí)防滲旱廁，嚴(yán)禁亂排。

4?結(jié)論及建議

4.1?結(jié)論

1）在事故狀態(tài)下，如鉆井廢液滲漏等，第四系與白堊系地下水水質(zhì)有受到輕微污染的可能，但污染面積和程度很小或很低，在積極采取防治措施后，可將污染控制在較小范圍，基本不會(huì)影響到區(qū)內(nèi)的地下水環(huán)境。

2）鉆井井場(chǎng)采用防滲泥漿池，鉆井廢水、泥漿重復(fù)利用后排入防滲泥漿池一同進(jìn)行無(wú)害化固化處置;鉆井巖屑根據(jù)鑒定結(jié)果，如果屬于危險(xiǎn)廢物，必須交有危險(xiǎn)廢物處置資質(zhì)的單位處置;如果不屬于危險(xiǎn)廢物，置于井場(chǎng)防滲泥漿池?zé)o害化固化處置或鼓勵(lì)綜合利用。施工人員生活污水排入臨時(shí)防滲旱廁或者經(jīng)沉淀收集后用于場(chǎng)地內(nèi)潑灑抑塵，同時(shí)在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置移動(dòng)式環(huán)保廁所，用于農(nóng)田施肥，不外排。

4.2?建議

建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的環(huán)保措施基本有效可行，但還應(yīng)加強(qiáng)地下水環(huán)境管理措施、分區(qū)防滲措施、擬定監(jiān)控計(jì)劃并完善風(fēng)險(xiǎn)事故應(yīng)急處理預(yù)案。

1）地下水污染具有不易發(fā)現(xiàn)和一旦污染很難治理的特點(diǎn)，因此，防止地下水污染應(yīng)遵循源頭控制、防止?jié)B漏、污染監(jiān)測(cè)及事故應(yīng)急處理的主動(dòng)及被動(dòng)防滲相結(jié)合的原則。

2）地下水污染情況勘察是一項(xiàng)專業(yè)性很強(qiáng)的工作，一旦發(fā)生污染事故，應(yīng)委托具有水文地質(zhì)勘察資質(zhì)的單位查明地下水污染情況。

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（責(zé)任編輯：張?江）