為了加快西部大開發戰略，加快中西部地區經濟的發展，為此，國家已確定將開發利用天然氣作為國家重點基礎設施建設。近年來，鉆井工程的環境風險已日益受到重視，尤其是高含硫氣井的鉆進，其環境風險和安全更是首要問題。大型油氣開采企業的安全生產與公共安全密切相關，因此，進行安全評估及完整的應急預案對于保障環境安全與周邊居民的公共安全具有特殊的重大意義。
1 天然氣鉆井工程的環境風險識別
1.1 鉆井工程主要的排污環節
正常生產時，鉆井作業的主要污染有：
1）廢氣 鉆井階段鉆進機具產生的柴油機廢氣，主要污染物是NOx，CO，CnHm；放噴階段的廢氣，主要污染物有SO2和H2S。鉆至目的的層位后，為了掌握地層天然氣的產量需要進行天然氣測試，測試時放出的天然氣需要點火燃燒，在此過程中會產生燃燒廢氣和高壓氣流噪聲，燃燒廢氣中主要是SO2。測試放噴氣量取決于所鉆井的產氣量和測試時的釋放量，一般產氣量大放噴量亦大，測試放噴時間一般為5～8h。
2）廢水 鉆井廢水主要產生于鉆井中沖洗鉆井平臺、鉆具等。鉆井廢水的水質很差，主要污染物是COD，SS，石油類。COD高達4000～18000mg/L。每進尺的產量約為1.5～2.0m3。
3）固體廢棄物 鉆井時通過鉆機、轉盤帶動鉆桿旋轉鉆頭、切削巖層，同時，由泥漿經鉆桿向井內注入泥漿，沖刷井底，并將切削下的巖屑不斷帶至地面。固體廢棄物主要是剩余泥漿和鉆井巖屑。
4）噪聲 鉆井機具通常為大功率設備，如泥漿泵、柴油機等，噪聲在100dB以上。
1.2鉆井中的環境風險因素
1）事故放噴 當需要檢修或出現事故時，需要放噴天然氣，事故放噴量一般大于測試放噴量，且時間一般為1～2d。放噴時的天然氣燃燒，產生大量的SO2，該濃度值超過了農作物保護限值，可能造成局部農作物急性傷害。
2）發生井噴失控事故 井噴失控后，可能出現兩種情況：釋放的含硫天然氣立即被點火燃燒排放，對環境空氣的影響主要是SO2；釋放的含硫天然氣未能立即點火，大量H2S釋放到空氣中。若為高含硫化氫氣田，將造成嚴重的人員中毒傷亡和嚴重的污染后果。
3）廢水池泄漏、垮塌 鉆井廢水COD，SS，石油類含量非常高，若廢水池滲漏或垮塌，廢水進入了土壤、農田和地表水，將嚴重污染土壤，影響農作物收成。
4）固體廢棄物污染 鉆井巖屑來自地下幾千米，成分不清，若含有放射性物質，對周邊的人群將帶來危害和威脅。
5）熱輻射 放噴時天然氣大量燃燒，引起周圍溫度急劇升高，放噴時的噪聲和熱輻射會對井場周圍的人和動物帶來影響，嚴重時熱輻射可能引起植物被燃燒和森林火災。
2 環境風險影響分析
2.1 環境風險預測
天然氣鉆井工程帶來的環境風險影響程度大、范圍廣，主要是由天然氣放噴和井噴失控所造成的危害。以重慶開縣氣田為例，主要分析井噴失控環境風險影響。開縣氣井基本上屬高產氣井，產氣量（100～500）×104m3/d，H2S含量120～130g/m3。考慮兩種風險情況：①釋放的天然氣立即點火燃燒排放；②釋放的天然氣未立即點火燃燒排放。
以開縣典型氣井的釋放量300×104m3/d計算，預測條件為：H2S含量125g/m3影響濃度大，范圍廣。大氣越穩定，污染物達標距離越遠。
表1 SO2放噴時最大落地濃度和出現的距離
|
穩定度 |
A |
D |
E |
|
最大落地濃度（mg/m3） |
13.8 |
5.3 |
2.6 |
|
最大落地濃度出現的距離/m |
287 |
635 |
1416 |
表2 放噴時下風向影響值預測
|
下風向距離/m |
穩定度A |
穩定度D |
穩定度E |
|||
|
SO2 |
H2S |
SO2 |
H2S |
SO2 |
H2S |
|
|
200 |
6.56 |
0.015 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.000 |
|
500 |
4.44 |
0.010 |
1.18 |
0.02 |
0.01 |
0.001 |
|
550 |
2.16 |
|
4.42 |
0.01 |
0.05 |
0.010 |
|
1200 |
0.50 |
|
2.13 |
|
2.00 |
|
|
2600 |
|
|
0.50 |
|
1.49 |
|
|
3500 |
|
|
|
|
0.50 |
|
表3 放噴時靜風影響值預測
|
距井口距離/m |
穩定度A |
穩定度D |
穩定度E |
|||
|
SO2 |
H2S |
SO2 |
H2S |
SO2 |
H2S |
|
|
200 |
10.35 |
0.010 |
6.59 |
0.013 |
2.64 |
0.013 |
|
500 |
4.30 |
2.22 |
0.010 |
|
1.51 |
0.012 |
|
700 |
1.40 |
|
1.97 |
|
0.85 |
0.010 |
|
2100 |
0.50 |
|
0.65 |
|
0.69 |
|
|
3300 |
|
|
0.50 |
|
0.57 |
|
|
4500 |
|
|
|
|
0.50 |
|
風險情況2的預測結果見表4。可以看出，天然氣釋放量為500×104m3/d情況下，H2S最大落地濃度為665.2mg/m3，超過了標準的66520倍，其污染非常嚴重，將帶來人員與禽畜的嚴重傷亡。
表4 未點火情況下H2S最大落地濃度及距離
|
大氣穩定度 |
放噴氣量（104m3/d） |
|||||
|
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
||
|
不穩定 |
最大落地濃度（mg/m3） |
133.0 |
266.1 |
399.1 |
532.2 |
665.2 |
|
距離/m |
287 |
287 |
287 |
287 |
287 |
|
|
中性 |
最大落地濃度（mg/m3） |
120.9 |
241.9 |
362.8 |
453.7 |
604.7 |
|
距離/m |
635 |
635 |
635 |
635 |
635 |
|
|
穩定 |
最大落地濃度（mg/m3） |
|||||
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