摘要：为解决建设项目对地下水水质可能造成的直接影响问题，通过对地下水环境影响进行识别，在井场钻井工程建设阶段对地下水环境进行了监测与分析。结果表明：在正常工况下，钻探施工不会对地下水环境造成明显影响；非正常工况下，气井钻探过程中，事故状态下钻井废水渗漏会对地下水水质产生污染，但污染范围相对较小。另外石油类污染预测结果表明，气井在钻探施工事故状态下，钻井废水中的其它污染物，也会在钻孔周围局部范围形成污染晕，只是如石油类一样，范围较小而已。最后，提出有针对性的地下水污染防控措施与对策。
关键词：钻井工程； 地下水环境； 石油类； 建设阶段； 保护措施；
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.
Keyword:drilling engineering; groundwater environment; petroleum; construction stage; protective measures;
0 引言
地下水作为地球淡水资源和水循环系统的重要组成部分，在工业、农业生产以及人类日常生活等方面发挥了十分重要的作用[1,2].由于地下水资源不合理的开发利用和污染物排放，地下水受到不同程度的污染，且一旦被污染，短期内治理和恢复难以实现，因此地下水污染预警和防治成为重点关注的环境问题之一[3,4].学者们在地下水环境方面进行了大量研究。例如，曾庆友[5]等分析了江西某市地下水类型和地下水补给、径流、排泄条件并对研究区地下水环境，包括地下水质量和地下水污染现状进行了评价。王主华[6]通过地下水资源量、海水入侵以及水质污染3个方面评价大连市地下水环境质量现状，表明西部地区海水入侵现象严峻，含氮化合物、总硬度、溶解性总固体以及氯化物等指标超标严重。徐祖阳[7]等利用池州西南地区水文地质调查工作所取得的数据，采用单因子评价法和综合质量评价法进行了地下水质量与污染评价。覃晓宁[8]对当前区域地下水环境监测中存在的问题进行研究和分析，同时探讨了地下水环境监测的未来发展趋势。金欢驰[9]等结合飞机制造企业生产活动及污染物排放特点，对场地地下水进行监测布点，并分析了地下水可能的污染途径。楚敬龙[10]等针对岩溶区某锰矿尾矿回填区渗漏污染地下水问题进行影响预测，模拟了污染物在岩溶含水层中的时空分布情况。李平[11]等为了客观评估特大暴雨对人民胜利渠灌区土壤与地下水的环境效应，分析了暴雨作用下典型区域土壤盐分及地下水化学组成的演变特征。莫裕科[12]等结合开发区内的水文地质条件及页岩气开发工程特点，分析并建议从井场选址、施工工艺控制、地面物料管控、全过程监测等方面加强地下水环境保护。李志源[13]等在阐述监测等级、监测范围、监测对象和方法的基础上，探讨了铁路隧道地下水环境动态监测体系。张伟[14]阐述了在岩溶水高水头区带压采煤对岩溶水水资源的影响，并提出了针对性的地下水保护措施。考虑到地下水环境污染的复杂性、隐蔽性和难恢复性，还应遵循保护优先、预防为主的原则，预测应为评价各方案的环境安全和环境保护措施的合理性提供依据。笔者考虑到项目的特点及性质，选取环境较敏感的典型产建工程进行预测评价，来代表说明项目建设对区域地下水环境可能产生的影响。
1 地下水环境影响识别
以神22集气站附近气井为评价对象，该气井由于位于风沙滩地，附近含水层渗透性能较好，地下水径流速度较快，而且距离附近的环境保护目标相对较近。如果发生钻井液渗漏事故，污染晕运移速度快，危险性大，具有很强的代表性。
1.1 地下水环境影响途径识别
识别钻井工程在建设期可能造成地下水污染的装置和设施（位置、规模、材质等）及可能的地下水污染途径，见表1.项目建设期钻井过程中主要是钻井废液、泥浆在非正常工况下发生泄漏对地下水水质的直接影响。
1.2 地下水环境影响评价特征因子筛选
识别钻井工程建设项目可能导致地下水污染的特征因子。特征因子应根据建设项目污废水成分（HJ/T2.3）、液体物料成分、固体浸出液成分等确定。结合当地的地下水环境特征及本项目的污染特征，地下水特征评价因子如下。
表1 地下水环境影响途径识别表
1.2.1 现状调查与评价因子
该区域主要监测与评价因子为：K+、Na+、Ca2+、Mg2+、CO2?3、Cl-、SO2?4、HCO-38大离子及部分特征因子硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、pH、总硬度、高锰酸盐指数、石油类、氟化物、氯化物、六价铬、氨氮、挥发酚、溶解性总固体。
1.2.2 影响评价因子
钻井工程建设期钻井液及运行期生活污水和气田水对区内地下水水质的影响。主要评价特征因子包括石油类、氨氮、COD等。
2 钻井工程建设阶段环境影响分析
在气井钻探施工过程中，如果重视对地下水环境保护，严格执行相关环境保护法律与法规，采用科学的施工工艺，选用适宜的钻井液，施工过程中做好井场特别是泥浆的存储防渗，对生活污水、生活垃圾和其它有害废弃物能及时收集无害化处理，则可使气井钻探施工对地下水环境影响削减到最弱。否则或在事故状态下，可能对地下水环境造成影响。本次评价以位于风沙滩地（渗透系数大）的某单井井场进行举例说明。
2.1 正常工况对地下水环境影响分析
一开揭穿第四系与白垩系，下表套外用纯水泥封固。表层全部采用清水钻井，仅加入少量的膨润土，确保对区域有供水意义的含水层的保护，同时白垩系以下采用水基钻井泥浆，主要成分中除Na2CO3水溶液水解呈碱性，具有一定的腐蚀性外，该钻井泥浆基本为无毒性泥浆。从地下水环境保护的角度考虑，气井的井身结构、钻探工艺设计是合理的，钻井液配置科学。另外钻井作业期间还有具体、详细、全面及针对性的作业环境管理要求，这些环境管理要求的主要内容如下。
钻井井场采用防渗泥浆池，钻井废水、泥浆重复利用后排入防渗泥浆池一同进行无害化固化处置。
钻井岩屑根据鉴定结果，如果属于危险废物，必须交有危险废物处置资质的单位处置；如果不属于危险废物，置于井场进行无害化固化处置或者鼓励综合利用。
固井要按设计规定实施，确保施工质量，不得因固井不合格造成油气窜入地层，污染地下水源。井内返出的钻屑，在钻井液再生装置脱水后送集中处置场所进行统一处理，不得随意排放造成污染。所有钻井液化学剂和材料应有专人负责，严格管理；防止破损或由于下雨而流失；有毒化学药剂必须设有明显标志，并建立收发管理制度。井场使用的油料要建立保管制度，经常检查储油容器及其管线、阀门工作状况，防止油料跑失污染环境。收油发油作业时，要先检查后输油，输完油后，要先扫线后撤管，消除跑冒滴漏。设备更换的废机油和清洗用废油，应集中回收储存，严禁就地倾倒。冲洗钻台、钻具，清洗设备的废水已被油品、钻井液污染，不得直接排出井场，应引入污水储存池。钻井作业完成，清除井场内所有废料、废油和垃圾，拆除井场内所有地上和地下的障碍物。作业使用的放射性物质应按国家有关规定和要求进行保管和处理。营地废水、废物严禁出井场，应集中收集，妥善处理。
依据设计井身结构和钻探工艺，并严格执行制定的环境管理要求，完成气井施工，在正常工况下，应该不会对地下水环境造成明显影响。已有的工程实践表明，在正常工况下，钻探施工不会对地下水环境造成明显影响。
2.2 非正常工况对地下水环境影响分析及预测评价
在气井钻井过程中，承建单位依据环保法规，积极采取地下水环境保护措施，对地下水环境将不会产生明显的影响。但在非正常工况下，如建设单位不按规定执行地下水环境保护措施，如生活污水随意外排等；或者虽然执行了地下水环境保护措施，但环境保护措施失效，如气井表套破裂钻井液渗漏到保护目标含水层、泥浆池渗漏溢流等，则可能对地下水环境造成影响。井场建设过程中，主要有施工人员产生的生活污水和钻井过程中的钻井废水，可能会地下水环境可能造成影响。井场建设周期一般为30~45 d,施工人员一般为35人左右，产生的生活污水不会超过2 m3/d,在事故状态下对地下水环境的影响很小，不会超过集气站建设过程中生活污水对地下水环境的影响范围和程度。因此只对钻井过程中的钻井废水对地下水环境影响的进行分析和预测评价。
预测及评价因子。钻井废水主要污染因子是SS、COD、石油类等。结合《地下水质量标准》（GB/T-14848-93），选择石油类为预测评价因子。
源强确定。假设建井过程中事故处理周期为30 d,则井孔中钻井液漏失量为8~16 m3/d,取最大值为16 m3/d,污水量为30 m3/d.钻井液漏失量与污水量之和近似于用水量，为46 m3/d.根据调研，钻井废水中含高倍稀释的钻进液与石油类污染物，COD浓度约100~500 mg/L,石油类浓度约50~400 mg/L,悬浮物浓度约170~850 mg/L,pH为10~12,全盐量为100 g/L.考虑到石油类进入含水层后，只有变为可溶态才会随地下水迁移扩散，因此参照TPHCWG（1997）中关于石油类污染物的溶解度等相关文献，取18 mg/L为石油类可溶态污染物的最高浓度值。将源强概化为连续恒定排放点源。预测持续泄漏30 d及持续泄漏发生30 d后，污染物质继续运移365 d对地下水的影响。钻井废水持续泄露30 d,石油类浓度随地下水流向变化如图1所示，污染物质继续运移365 d石油类浓度随地下水流向变化如图2所示。
图1 石油类浓度随地下水流向变化图 
图2 污染物质继续运移365 d石油类浓度 随地下水流向变化图 下载原图
预测结果及分析评价。可以看出，气井施工过程中，如果在第四系含水层段发生钻井废水的渗漏，不管是渗漏发生在上部含水层还是下部含水层，都会对地下水环境造成一定的影响。污染物质顺地下水径流方向扩展，泄露365 d后顺地下水径流方向的最大运移距离为150 m,超标运移距离为120 m.
上面以石油类为代表因子，就事故状态下钻井废水渗漏对地下水环境影响预测及评价。结果表明，气井钻探过程中，事故状态下钻井废水渗漏会对地下水水质产生污染，但污染范围相对较小。另外石油类污染预测结果也表明，气井在钻探施工事故状态下，钻井废水中的其它污染物，也会在钻孔周围局部范围形成污染晕，只是如石油类一样，范围较小而已。
3 钻井施工地下水污染防治措施
井场施工过程产生的钻井废水在环保措施不当或者事故状态下渗漏进入地下水，会污染地下水水质。为此提出需要增加的地下水环境保护对策和具体措施。
1）一开采用清水泥浆钻井，钻至400 m以下，表层套管下深大于白垩系洛河组底层以下30 m并采用水泥封固，防止后续钻井过程中地下水被钻井泥浆污染。各类型井表层套管采用全段封固，水泥返至井口，井口回填牢固；生产/技术套管主体采用一次上返，纯水泥返至气层顶界以上300 m,低密度水泥返至表套内200 m以上，用以保护地下水。
2）施工过程中，井场产生的钻井废水、废泥浆、废压裂液等均置于防渗泥浆池中，待钻井结束后由有资质单位进行无害化固化处置。钻井岩屑根据鉴定结果，如果属于危险废物，必须交由有危险废物处置资质的单位处置；如果不属于危险废物，置于井场泥浆池无害化固化处置或鼓励综合利用。
3）严格按照操作规程施工，提高固井质量，并定期检查，做到固井合格率100%.避免因发生固井质量问题造成含油污水泄漏而引起地下水污染。根据2015年神木气田78口气井统计资料，固井质量合格率达100%.①固井前，进行声幅测井、变密度测井。声幅值≤15%为优，纯水泥声幅值在15%~30%之间为合格，低密度声幅值在15%~40%之间为合格。声幅曲线测至人工井底以上2~5 m.②对套管采用阴极保护、有机涂层套管内涂层等技术进行防腐处理，延长套管的使用寿命。
4）采用生物清洁可回收压裂液体系，避免对地下水产生污染。
5）由于各井场布置比较分散，产生的生活污水量小且污染负荷轻，施工人员生活污水排入临时防渗旱厕，严禁乱排。
4 结论及建议
4.1 结论
1）在事故状态下，如钻井废液渗漏等，第四系与白垩系地下水水质有受到轻微污染的可能，但污染面积和程度很小或很低，在积极采取防治措施后，可将污染控制在较小范围，基本不会影响到区内的地下水环境。
2）钻井井场采用防渗泥浆池，钻井废水、泥浆重复利用后排入防渗泥浆池一同进行无害化固化处置；钻井岩屑根据鉴定结果，如果属于危险废物，必须交有危险废物处置资质的单位处置；如果不属于危险废物，置于井场防渗泥浆池无害化固化处置或鼓励综合利用。施工人员生活污水排入临时防渗旱厕或者经沉淀收集后用于场地内泼洒抑尘，同时在施工现场设置移动式环保厕所，用于农田施肥，不外排。
4.2 建议
建设项目设计的环保措施基本有效可行，但还应加强地下水环境管理措施、分区防渗措施、拟定监控计划并完善风险事故应急处理预案。
1）地下水污染具有不易发现和一旦污染很难治理的特点，因此，防止地下水污染应遵循源头控制、防止渗漏、污染监测及事故应急处理的主动及被动防渗相结合的原则。
2）地下水污染情况勘察是一项专业性很强的工作，一旦发生污染事故，应委托具有水文地质勘察资质的单位查明地下水污染情况。
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