引言

页岩气开发在改善能源供给格局的同时，也引起了人们对其引发环境问题的广泛关注。美国是世界上页岩气开采规模最大、最成功的国家，关于美国页岩气开发对环境影响的相关报道较多。如美国环境保护署2011 年12 月公布的怀俄明州Pavillion 页岩气田地下水污染的初步调查结果，认为该地区页岩气开采水力压裂技术的使用是引起地下水源污染的主因^[1]。美国杜克大学的研究者研究了宾夕法尼亚州地下水中甲烷的含量，结果显示，使用水力压裂法开采页岩气的地区，水中甲烷含量比其他地区高17 倍以上；研究者对该地区68 个水井中的甲烷含量进行了检测，结果显示饮用水受到甲烷污染^[2]。美国页岩气开发的统计数据也显示，在整个页岩气井的钻井、压裂和完井过程中，甲烷的排放量比常规天然气开发过程至少多30%^[3-4]。

我国作为除北美之外全球第二个实现页岩气大规模商业化开发的国家，关于页岩气开发对环境影响的报道主要以对美国页岩气开发诱发环境污染问题的借鉴分析^[5-9]、页岩气开发环境影响的理论综述^[10] 以及我国页岩气开发可能引发环境问题的分析等为主^[11-16]。而针对我国页岩气覆存条件和开采特点，关于页岩气开发对环境的影响进行系统、客观的分析尚未见报道。因此，笔者以我国页岩气开发规模最大、最具代表性的涪陵页岩气田为例，通过调查涪陵页岩气田区域自然环境概况及涪陵页岩气开发实际，系统、客观地分析涪陵页岩气开发中实际存在的生态环境问题，阐述建设者们通过自主创新采取的应对措施，以对国内其他区块的页岩气开发提供一定的示范和借鉴素材。

1 涪陵页岩气田概况 1.1 涪陵页岩气田勘探开发概况

涪陵页岩气田位于重庆市涪陵、南川、武隆等区县，2012 年11 月28 日，中国石化部署在涪陵焦石坝地区的焦页1HF 井取得重大突破，获日产2.03×10⁵m³ 工业气流；2013 年1 月，该井投入试采，日产气6×10⁴m³。随后中国石化规划部署了一期产能建设工程，规划部署面积2.628×10²m²，动用资源量1.944 7×10¹¹m³，分“试验井组、北区、中区、南区”滚动实施。2013 年9 月，国家能源局批准设立“重庆涪陵国家级页岩气示范区”。2014 年4 月，国土资源部、重庆市政府、中国石化协商设立“重庆涪陵页岩气勘查开发示范基地”。2015 年10 月，涪陵页岩气田含气面积扩大到3.835 4×10²m²，探明储量增至3.806×10¹¹m³，成为继北美之外全球第二大页岩气田。气田地层压力高，天然气组分好，甲烷含量高达98%，二氧化碳含量低，不含硫化氢，属于优质海相页岩气田。2015 年底，涪陵页岩气田建成产能5×10⁹m³/年；同时，启动二期5×10⁹m³/年产能建设，预计2017 年建成。截至目前，涪陵页岩气田累计开钻321 口，投产215 口，年生产能力达到5.449×10⁹m³，日生产能力达到1.651×10⁷m³，累计生产页岩气6.64×10⁹m³，销售6.371×10⁹m³。涪陵页岩气田作为我国首个实现商业化突破的大型页岩气田，其成功开发对我国页岩气行业发展具有重要的指导和借鉴意义。

1.2 涪陵页岩气田自然环境概况

涪陵页岩气田地处四川盆地和盆周山地过渡地带，地貌类型多样，地势以丘陵、低山、中山为主，横跨长江南北、纵贯乌江东西两岸。海拔多在400~700m 之间。地貌格局形成条岭状背斜低山与宽缓的向斜谷地相间有序排列，区域内植被丰富，喀斯特地貌属性导致地表沟壑纵横，地面建设条件差；地层碳酸盐岩含量高，在地下水长期溶蚀条件下形成喀斯特地貌，地层岩溶极发育，地下水以岩溶大泉、暗河形式在低洼沟谷地带集中排泄，与地表水交替频繁，岩溶水流量大，多作为区域居民及城镇供水水源；浅层岩溶水分布广泛，是区域具有重要供水意义的含水层。区域内乌江水系发育，主要支流有麻溪河、后溪河、枧溪河和干溪河，麻溪河与后溪河是乌江的一级支流，枧溪河与干溪河是麻溪河支流；乌江水源充足，水域功能属于III类。区域内气候属中亚热带湿润季风气候，年平均气温18.2℃，冬季一月平均气温3℃，夏季七月平均气温28℃，最高温度达42 ℃；多年平均风速1.85m/s，最大风速16 m/s；5~10 月为雨季，常年降雨量为1 200~1 400 mm 左右，4~8 月易出现大暴雨。区域内珍稀动植物较少，动物以常见家畜为主，森林植被以多代马尾松、栎类残次林和60 年代以后人工营造的构、杉、柏针叶林等为主。

2 涪陵页岩气开发对生态环境的影响

我国页岩气藏具有埋藏深度深、渗透率低等特点。以涪陵区块为例，涪陵页岩气田气藏埋藏深度为2 500m~3 500m，渗透率0.015~0.9813mD，平均为0.123mD。大位移水平钻井、丛式井和水力压裂是页岩气开发的核心技术，与常规天然气相比，页岩气开发区域具有钻井数量多、资源消耗量大、污染源点多面广、环境影响范围大以及环境事故风险高等特点。结合涪陵页岩气勘探开发区域自然生态环境概况，总的来看，涪陵页岩气开发对生态环境的影响主要体现在：对耕地及植被的影响、水污染、噪声影响、空气污染、钻屑固化填埋等。

2.1 土地占用对耕地及植被的影响

页岩气开发建设会占用大面积的土地。据统计，涪陵页岩气田一期工程占地总面积为88.60hm²，其中井场占地面积约63.52hm²，池体占地面积约13.24hm²，临时生活区和进场道路以及四周便道占地面积约11.84hm²，而占地类型以林地和耕地为主，耕地类型主要为旱地和水田。由于涪陵页岩气田喀斯特地貌属性导致地表沟壑纵横，地面建设条件差，钻井平台建设需开挖大量土石方，破坏地表植被和土壤结构，使植被覆盖面积、土地利用类型、局部地形地貌等发生变化，易造成水土流失。采气平台、集气站、脱水站等永久占地对土地资源造成了一定程度的不利影响，使得区域内乡镇的耕地压力增大，尤其是钻屑固化填埋池占用大量的土地资源，改变了原有土地的利用性质。临时占地对生态环境的影响主要是中大型车辆的来往、勘探开发用化学原料、有毒有害物质的临时堆存造成局部土地生态功能降低；同时，涪陵页岩气田焦石坝区域土壤缺乏，临时占地生态复垦工程量大，生态恢复周期长。

2.2 水污染对生态环境的影响

涪陵页岩气田区域内地表水系主要包括麻溪河、后溪河、枧溪河和干溪河等乌江的支流，均为喀斯特地貌，浅层岩溶水分布广泛，与地表水交替频繁，是当地居民重要的饮用水源。涪陵页岩气田钻井工程的垂直深度是2 500m~3 500m，途经区域的地下岩溶大泉、暗河多，极易发生钻井液漏失情况，对浅层地下水有一定的负面影响。在气田建设初期，采用泡沫钻井液钻井，浅层钻井液漏失对周边居民的生产生活产生影响；同时，区域内钻井数量多，对原有的地下水系会产生破坏。在钻井和压裂施工中要用大量的化工原料以配制钻井液和压裂液，并产生大量的钻井废水和压裂返排液等工艺废水、水基钻屑、油基钻屑、废弃水基泥浆等废物。涪陵页岩气田单井钻井废水产生量约300~600m³，单井压裂返排液量为1 200m³，单井采气分离水日产生量约2m³，单井水基钻屑产生量约450~650m³、废弃水基泥浆产生量约为220~270m³、油基岩屑产生量约为200~300m³，这些化工原料、废水，固体废物量大、成分复杂，在储存、运输过程中由于施工队伍庞杂，管理及防渗措施不到位，不可避免地会发生“跑冒滴漏”，对区域水环境造成污染。而且这些污染具有隐蔽性、延时性和不可逆性等特点，地下水一旦受到污染很难得到修复，对生态的破坏和人体健康的影响深远。

2.3 噪声对居民生活和生态环境的影响

页岩气开发项目中产生噪声影响的主要工艺阶段有钻前工程、钻井工程及压裂试气工程，包括平台钻前工程施工土石方时施工机械的轰鸣声，钻井工程施工中柴油动力机、钻井设备、泥浆泵、振动筛等作业产生噪声，而压裂作业的噪声则来源于压裂泵组噪声、测试放喷气流噪声。通过涪陵页岩气田施工现场的监测得知：钻井作业时，厂界噪声在58.7~76dB（A）之间；压裂施工过程中，厂界附近的噪声值范围为76.5~85.5dB（A），厂界外100m 范围内的噪声值为63.4~84.7dB（A），单井钻井工程的施工时间约90d，单井压裂作业时间约10d。涪陵页岩气田所在区域人口密集，在页岩气田建设施工期间，会打破当地村民安静的生活环境，对村民的生产生活会产生较大影响；在涪陵页岩气田建设初期，通过调研所在地环保行政主管部门得知：噪声扰民投诉占页岩气开发项目环境污染投诉的60% 以上。同时，以上施工产生的噪声都可能对区域内的野生动物产生一定影响。

2.4 空气污染对生态环境的影响

涪陵页岩气田钻井工程中柴油动力机组和发电机组产生燃油废气、压裂施工约12 台压裂用柴油动力机同时工作产生的燃油废气、钻井及压裂施工中难以捕捉利用的页岩气直接排放在大气环境中等均会对周围环境产生影响。甲烷是一种对臭氧层有破坏作用的温室效应气体，页岩气勘探开发过程中，页岩气的无组织排放对大气环境造成影响，尤其是油基岩屑回收利用采用的热解析工艺产生的废气成分复杂，直接排放在大气中对周边居民、动植物等生态环境产生的影响较大。

2.5 钻屑固化填埋对生态环境的影响

涪陵页岩气田钻井施工中产生三类钻屑，分别是清水钻屑、水基钻屑、油基钻屑，单井清水钻屑、水基钻屑、废弃泥浆产生量约800~1 000m³，油基钻屑产生量约200~300m³。清水钻屑的主要污染物为地层所特有，水基钻屑污染物则为地层污染物和添加的水基钻井液，组成成分复杂。完钻后，清水钻屑、水基钻屑、废弃水基泥浆在平台废水池进行固化填埋处理；油基钻屑运输至工区油基钻屑回收利用站进行热解脱油处理，处理后含油率低于2% 的热解残渣运到井场废水池进行固化填埋。单井油基钻屑热解残渣量约150~200m³，主要成分包括未热解充分的油基钻井液，以及部分不挥发性有机物等污染物。涪陵页岩气田钻井数量多，钻屑固化填埋量大且分布点多面广，固化填埋作业中难免存在钻屑与固化剂搅拌不充分、固化池局部破坏、固化池地基不均匀沉降产生裂缝等因素，随着固化填埋时间的推移，固化体有害物质可能随天然降水渗出，对周围土壤和地下水造成影响。

3 涪陵页岩气开发中的生态环境保护措施

针对涪陵页岩气开发中存在的生态环境影响，涪陵页岩气田在设计、施工过程中无不考虑页岩气开发对社会环境、生态环境的影响，建设过程中坚持资源开发与生态保护并重，始终围绕“绿色气田、生态示范”的目标，践行“预防为主、保护优先、开发与保护并重”的原则，坚持“减量化再利用再循环”的循环经济模式，着力打造绿色生态示范区，为保护生态环境采取了相应的措施，以达到与周边环境和谐共处，共同发展。

3.1 生态环境影响的减缓措施

（1）减少土地占用措施。坚持集约用地，通过采用“丛式井”设计、“井工厂”模式施工、“标准化”场站设计、无人值守站点、采气平台和集输站同台建设等措施，大幅减低土地征用面积，单井土地征用面积较常规天然气节约30%~60%，有效减少了土地占用，并缩短了施工工期。

（2）植被保护与恢复措施。选址尽量避开植被茂盛区域，减少树木砍伐、植被破坏；严格控制施工范围，避免越界施工破坏植被和耕地，剥离的表土集中堆放保存，用于后期土地复垦和复绿。对于临时占地，严格按照国家有关规定，及时进行植被恢复、水土保持和土地复耕，有效地减少了植被破坏和水土流失。

（3）野生动植物保护措施。施工过程中严格按照国家相关规定对野生动、植物加以保护，禁止施工过程中随意开辟施工便道、施工人员随意破坏植被和猎捕野生动物。

（4）开展环境监理等管理措施。页岩气勘探开发建设过程中，建设单位委托了第三方环境监理单位采取巡视、旁站等监理方式，监督检查施工单位生态保护措施落实情况，并将环境监理报告作为竣工环保验收的支撑材料之一。

3.2 水环境影响的应对措施

（1）浅层地表水污染防控措施。一是优选井位，平台选址时，HSE 管理部和第三方环境监理提前介入，从环保角度优化井场选址，调整施工方案；针对钻井液漏失影响地下水情况，通过高密度电法，对地下100m 内暗河、溶洞分布情况进行水文地质勘探，尽量避开暗河溶洞，有效地降低了钻井液漏失对地下水污染的概率。二是钻井施工中，1 500m 以上采用清水钻井液工艺，无任何添加剂，避免污染浅层地下水系。三是研制了高效的固井工艺和固井水泥浆体系，保障固井的质量，防止井漏污染地下水。

（2）废水污染防治措施。一是生产中严格控制钻井、压裂和采气废水产水的总量。二是采取污水循环利用措施，钻井废水、压裂返排液、采气分离水经处理检测合格后，按一定比例混合新鲜水配制压裂液，工业废水回用率100%，实现工业废水零排放；涪陵页岩气田建设后期，对不能循环利用的采气分离水，建设采气分离水处理站处理后达标排放。三是油基钻井液钻进时，将钻机主体设备、通道、栏杆表面覆盖薄膜，保持设备表面清洁，减少擦洗设备废水产生量。四是研制了环保型钻井液和压裂液，选用对环境危害小的绿色化工原料和生产工艺，从源头控制和减轻污染事故的发生。五是施工人员的生活污水集中处理，生活垃圾集中收集后交由当地环卫部门统一处理。

（3）加强管理和日常监测。项目业主建立了完善的环境管理组织体系，成立了QSHE 管理委员会，设置了HSE 管理部、环境监测站以及应急救援中心等专业职能部门，并建立了环境保护绩效考核管理体系，通过合同和经济措施严格内部承包商管理，出台了HSE 风险抵押金实施细则等20 余项制度，制定了清洁生产实施细则等10 余项企业规范，从宏观到具体，从制度规章和体系标准上预控了环境事故发生；施工过程中，环境监理通过巡视检查，辅以必要的环境监测等方式，督促承包商严格按照环评文件要求，落实水环境保护措施。制定区域水环境跟踪监测方案，施工期和采气运营期定期开展区域水环境监测，及时掌握区域水环境情况。

3.3 声环境影响的应对措施

针对页岩气开发中噪声对区域内居民和生态环境的影响，由于目前钻井、压裂噪声处理难度较大，且影响在施工期为暂时性污染，为了减轻钻井噪声影响，主要通过钻井施工中大力推广应用网电钻机，有效降低了噪声，减缓了对周边居民的影响；在压裂施工中，通过严格控制施工时间、压裂施工在昼间进行、晚上10 点至早上6 点期间禁止动用高噪音机具作业、对噪声超标的居民点采取功能置换等方式控制噪声排放对周边居民的影响。

3.4 环境空气影响的应对措施

针对页岩气开发中空气污染对生态环境的影响，一是钻前施工中采取洒水降尘措施。二是采用密闭集输流程，严格实施集输流程检漏维修程序标准，对含气返排液进行气液分离，分离后的气体进入管网输送。三是严格执行点燃放空，有效避免CH₄ 气体排放。四是最大限度地减少放喷时间，减少放喷废气排放。五是推广使用网电钻机替代柴油驱动钻机，降低能耗，减少温室气体、固体颗粒物和硫化物的排放量。六是推广“井工厂”的钻井、压裂模式，降低施工周期，减少污染物的排放时间和排放量。七是开展油基钻屑高效回收利用技术及装备的研制，在实现了高效分离固体、油、水的同时，其热解产生的废气通过进入热解燃烧室燃烧，避免废气直接排放在大气环境中。

3.5 钻屑固化填埋影响的治理对策

针对钻屑固化填埋占用大量土地且随着固化填埋时间的推移潜在环境风险逐渐增大的问题，一方面是对目前已存在的固化填埋池开展跟踪监测。另一方面是开展钻屑资源化综合利用的可行性研究论证及资源化技术研发及应用，在对钻井岩屑的理化性质分析和危废鉴别以及I、II 类固废鉴定的基础上，明确三类钻屑的特性、环保风险以及资源化利用的价值；分别针对清水钻屑、水基钻屑、油基钻屑开展无害化处理技术研究、资源化利用技术研究（制备免烧砖和混凝土）、配套的资源化利用装备研发及钻井岩屑资源化产品的质量安全和环境风险的系统评估，研发出钻屑资源化利用的关键技术及装备，并形成钻井岩屑资源化利用的相关标准和技术规范以及管理体系，实现钻井岩屑的资源化利用和环保处置。目前，涪陵页岩气田二期工程建设采用钻屑资源化综合利用技术，使得钻井岩屑不再固化填埋，减少了因建污水池而占用大量土地的问题，同时也节约了基建成本，降低了钻屑固化填埋对生态环境的潜在风险。

4 结语

涪陵页岩气开发对生态环境的影响主要体现在对耕地与植被的破坏、水污染、噪声影响、空气污染、钻屑固化填埋影响等。对此，涪陵示范区通过科技创新和管理创新，在社会环境、生态环境、水环境、声环境、空气环境等方面采取了行之有效的应对措施，确保在建设过程中将生态环境影响降到最低，实现资源开发与生态保护并重，建立了一套适用于我国海相页岩气开发的清洁生产技术、污染防治技术体系，形成了具有行业特色且有效的环境管理模式、环保标准规范，对国内其他区块的页岩气开发具有很好的示范和借鉴意义。

虽然涪陵页岩气示范区在生态环境保护方面取得了一定成绩，但在建设中仍面临生态保护任务重、环境敏感目标多、平台选址困难、油基钻屑处理成本高、压裂返排液和采气分离水外排处理难度大等难题。针对上述问题，需加强技术研发、过程控制和细节管理，及时开展阶段性环保评估和总结，做好相关的研究和技术转化工作，进一步完善各项环境保护和管理措施。