劉大君 王志剛

摘要：天然氣能源因其清潔特性越來越受到人們重視，已經(jīng)普及運用到工業(yè)生產(chǎn)和日常生活，天然氣的需求量日益增長。而天然氣開發(fā)過程中，不可避免的會對環(huán)境造成一定影響。避免或減少對生態(tài)環(huán)境污染，加強天然氣開發(fā)過程的環(huán)境應急監(jiān)測與管理成為了各級政府及天然氣開發(fā)單位的重要任務。本文從天然氣開發(fā)過程主要的環(huán)境影響特征進行介紹，并對油氣開采過程應急環(huán)境監(jiān)測技術以及環(huán)境管理策略進行詳細探究。

關鍵詞：天然氣開發(fā);環(huán)境監(jiān)測;管理

天然氣作為清潔能源，已廣泛用于化工、輕工、發(fā)電、居民生活及采暖等方面，是正在惠及全球人類的朝陽產(chǎn)業(yè)。天然氣不僅在國家節(jié)能、環(huán)保、安全、經(jīng)濟等方面有明顯的效益，而且在方便居民生活，減輕家務勞動，提高公共設施服務質(zhì)量等方面都有顯著的社會效益。據(jù)中國社科院報告預計，未來30年天然氣將是我國需求增長最快的能源產(chǎn)品，到2030年，我國天然氣需求將近5200億立方米，到2050年將超8000億立方米。天然氣大開發(fā)時代來臨，但在氣資源勘查、開采過程中，鉆井液、壓裂液的使用、地層水的采出以及天然氣的排放，會對大氣環(huán)境、水環(huán)境、土壤環(huán)境造成不良影響。情況嚴重的可對環(huán)境造成嚴重破壞，危害人們的身體健康。因此，在天然氣開采過程中，必須提高對于環(huán)境監(jiān)測的重視度，加強技術創(chuàng)新，為環(huán)境監(jiān)測和管理奠定基礎，同時為環(huán)境治理提供可靠依據(jù)。

一、天然氣開發(fā)環(huán)境影響特征

天然氣的開發(fā)對環(huán)境影響最大的階段主要在鉆井、酸化及開采等階段，主要體現(xiàn)在作業(yè)過程中使用的鉆井液、酸化壓裂液及地層產(chǎn)出物與環(huán)境中的水、土壤和大氣接觸融合，對環(huán)境造成破壞。

（一）鉆井階段?，F(xiàn)代鉆井技術中，鉆井液的使用在井眼質(zhì)量控制、氣層保護等方面發(fā)揮至關重要的作用。因此在鉆井設計過程中，會根據(jù)地層的復雜層度確定鉆井液的配方，目前最常見的鉆井液主要有水劑鉆井液和油基鉆井液。油基鉆井液基本組成是油、水、有機粘土和油溶性化學處理劑，油基泥漿中的基礎油——柴油，有的可能會含有Hg、Cd、Pb等重金屬。水基鉆井液是由膨潤土、水（或鹽水）、各種處理劑、加重材料等所組成，其氯化物和無機鹽的含量遠高于土壤中植物的耐受程度，PH值遠超過耐受范圍。

（二）酸化壓裂階段。酸化壓裂是油氣井的一種有效增產(chǎn)措施，在新井求產(chǎn)和老井挖潛改造中得到廣泛應用。然而在作業(yè)完成后要排出大量的殘酸。目前，對殘酸大部分采用焚燒和儲存方式處置，即將殘酸先經(jīng)焚燒部分汽化，然后未汽化部分儲存在耐酸池中，為消除酸性，一般投加氫氧化鈣進行中和，使之自然干化。雖然廢液已無酸性，但因氯離子含量太高，價值廢液中還有多種有機物添加劑，對環(huán)境仍會構成潛在危險。

（三）天然氣開采階段。隨著天然氣的開采，氣藏壓力不斷下降，氣井開始產(chǎn)水，因氣田水礦化度高，含油、氯化物、硫化物，還有Cd、Pd、As等重金屬。氯化物能使土壤鹽堿化，石油流入地面水體，會消耗水中的溶解氧，使水環(huán)境惡化。氣田水通過土壤滲透或者注水井漏層進入表層地下水，會嚴重污染水質(zhì)。Cd、Pd、As等重金屬通過食物鏈或者飲用水進入人體，會嚴重危害人體健康[1]。

二、開發(fā)過程的環(huán)境應急監(jiān)測技術

各個階段都要有相應的措施把過程物質(zhì)與地層水、土壤等相隔絕，對大氣排放也有相應的控制措施，一旦現(xiàn)場違規(guī)作業(yè)或發(fā)生異常、應急事件，將會導致環(huán)境保護措施失效，為防止環(huán)境事件發(fā)生或擴大，必須采取有效的環(huán)境監(jiān)測手段幫助分析環(huán)境危害程度，輔助決策環(huán)境應急措施。

1.水質(zhì)污染監(jiān)測。天然氣開發(fā)過程中，石油類、氨氮、氯化物、揮發(fā)酚、重金屬等污染物容易對地表水質(zhì)造成污染。水質(zhì)監(jiān)測技術類型比較多，通過優(yōu)選，其主要適用于天然氣開發(fā)中水質(zhì)污染監(jiān)測的儀器分析方法主要有以下兩大類型。

（1）分光光度法。分光光度法是通過測定被測物質(zhì)在特定波長處或一定波長范圍內(nèi)光的吸收度，對該物質(zhì)進行定性和定量分析的方法，具有靈敏度高、操作簡便、快速等優(yōu)點。它用于水和廢水中的石油類、總氮、硫化物、氨氮、六價鉻、總鉻等的測定。

（2）原子吸收光譜法。原子吸收光譜法是基于待測元素的基態(tài)原子蒸汽對其特征譜線的吸收，由特征譜線的特征性和譜線被減弱的程度對待測元素進行定性定量分析的一種儀器分析的方法。是水質(zhì)污染測定中一種非常成熟的儀器分析方法，可分析元素周期表中多達70多種元素，是元素分析中最靈敏的分析方法之一，可不需分離地快速測定各類樣品。原子吸收光譜法的檢出限較低，精密度高，抗干擾能力強，能夠測定水質(zhì)分析項目中的汞、耗氧量、溶解氧、總硬度、鉀、鈉、鈣、鎂等指標。

2.土壤污染監(jiān)測技術。鉆井液、壓裂液、地層水的違規(guī)處置容易造成土壤污染，主要污染物包括鎘、鉛、鉻、銅、鋅、汞、砷、鐵、錳、石油類等。土壤污染監(jiān)測技術類型較多，常規(guī)適用石油行業(yè)的土壤監(jiān)測方法主要包括以下三個種類。

（1）原子吸收光譜法。天然氣開發(fā)過程中可能造成土壤重金屬含量較多，原子吸收光譜法主要用于土壤中重金屬含量的測定。目前，原子吸收光譜檢測方法分為火焰原子吸收光譜法、石墨爐原子吸收光譜法和氫化物發(fā)生法?；鹧嬖游展庾V法是目前應用最為廣泛的一種監(jiān)測方法，它主要適用于易原子化的元素，對大多數(shù)元素有較高的靈敏度和監(jiān)測極限。石墨爐原子吸收光譜法是用石墨材料做成原子化器，用電流加熱實現(xiàn)元素原子化的分析方法。其分析的靈敏度較火焰原子化技術高，原子化溫度可調(diào)節(jié)、操作試驗過程中安全系數(shù)高。氫化物發(fā)生法主要用于易形成氫化物的元素，如Bi、Hg、Pb、As、Sb等。三種原子吸收光譜法各有所長，可以準確地測定土壤和沉積物中的銅、鉛、鋅、鎳、等重金屬元素[2]。

（2）紅外分光光度法。在土壤中石油類的測定中，使用紅外分光光度法，以四氯乙烯為萃取劑，提取液經(jīng)過硅酸鎂吸附，除去動植物油等極性物質(zhì)后，測定土壤中的石油類含量。

（3）電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法。本方法可實現(xiàn)土壤中多組分的同時消解及準確測定，提高大批量樣品快速的分析的效率。建立了土壤樣品經(jīng)高壓密閉消解后，采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）可測定土壤中的K2O、Na2O、Mn、Cu、Zn等。利用快速自動進樣器（FAST），用本方法可以達到每7秒分析一個樣品，每小時分析超過500個樣品，是應急監(jiān)測中土壤分析的強有力手段。

3.大氣污染監(jiān)測技術。鉆井、開采環(huán)節(jié)容易發(fā)生天然泄漏、伴生氣體排放、輕烴揮發(fā)等。廢棄物類型比較多，包括一氧化碳、二氧化硫、硫化氫、煙塵等等。大氣污染監(jiān)測技術類型比較多，本文主要優(yōu)選以下幾種類型。

1）氣相色譜法。在氣體污染監(jiān)測中應用氣相色譜法，可了解氣體污染物的色譜圖，通過與標準氣體色譜圖進行對比分析，即可確定污染物類型。對此，可應用氫火焰離子化鑒定器，氫火焰離子化鑒定器的應用基礎為氣相色譜法，在大氣環(huán)境監(jiān)測中應用氫火焰離子化鑒定器，即可對大氣環(huán)境中的一氧化碳以及各類有機污染物進行監(jiān)測和分析。因此，在油氣開采大氣環(huán)境監(jiān)測中應用氣相色譜法，可對大氣環(huán)境中的各類氣體污染物進行準確測量。

2）紅外吸收光譜法。在紅外吸收光譜法的實際應用中，可利用紅外光束照射氣體分析，由于氣體分子可選擇性吸收頻率差異比較大的光子，通過對紅外吸收光譜進行分析，即可對不同分子結構以及氣體濃度進行準確測量。在油氣開采大氣環(huán)境監(jiān)測中，可利用該項技術研發(fā)紅外氣體檢測儀，即可對大氣環(huán)境中的甲烷濃度進行準確測量。通過對紅外氣體檢測儀的結構形式進行分析，其主要是由兩個部分所組成的，包括光學系統(tǒng)以及單片機系統(tǒng)，在具體的檢測過程中，當紅外光源進入至氣室中后，即可獲得兩束單色光，通過應用紅外探測器，可直接將光信號轉變?yōu)殡娦盘?，然后還可輸出電壓信號，在對電壓信號進行放大和濾波處理后，即可將其轉變?yōu)閿?shù)字量，并讀入至單片機中，通過應用計算機專用程序，即可對大氣環(huán)境中污染氣體的濃度進行檢測[3]。紅外吸收光譜法的應用過程如下圖所示。

3）生物監(jiān)測技術。在大氣環(huán)境監(jiān)測領域，生物監(jiān)測技術發(fā)展迅速，在生物監(jiān)測技術的實際應用中，可充分利用植物、動物以及微生物進行大氣環(huán)境監(jiān)測。比如，在油氣資源開采區(qū)域大氣環(huán)境監(jiān)測中，可利用苔蘚和地衣進行檢測，通過對大氣污染物對于植物所造成的危害情況進行分析，即可判斷大氣污染物類型。

三、環(huán)境應急監(jiān)測管理策略

（一）認真執(zhí)行相關法律法規(guī)。在生態(tài)環(huán)境保護管理中，我國已制定一系列法律法規(guī)，包括《中華人民共和國環(huán)境保護法》、《中華人民共和國大氣污染防治法》、《中華人民共和國水法》等等，對生態(tài)環(huán)境保護的要求達到前所未有的高度，在天然氣資源開發(fā)過程中，必須嚴格依據(jù)法律法規(guī)制定完善的環(huán)境監(jiān)測和管理目標、方案等，建立健全完善的環(huán)境保護制度，將國家各項環(huán)保政策落實到實處，避免在開發(fā)過程中造成環(huán)境污染。

（三）提升環(huán)境保護意識和能力。開發(fā)單位以及各級政府有關部門需加強環(huán)境監(jiān)測和保護管理宣傳教育，提高對環(huán)境監(jiān)測管理的重視度。工作人員定期參與環(huán)保知識培訓活動，確定現(xiàn)場操作規(guī)范，避免操作不當而造成環(huán)境污染問題。另外，還應積極引進專業(yè)技術人員以及特殊才能人員，促進資源開發(fā)團隊專業(yè)素質(zhì)水平的提升，減少環(huán)境影響事件發(fā)生。

（四）實施環(huán)境友好型技術。強油氣資源開采技術以及環(huán)境監(jiān)測技術創(chuàng)新，促進油氣開采效率的提升，合理規(guī)避各類意外事件。比如，在鉆井過程中，對鉆井過程的雨污分流進行有效控制，污染環(huán)節(jié)場所做好防滲處理，避免造成土壤環(huán)境污染。在油氣資源開采完成后，對于廢棄油池以及泥漿池，應根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用有效的綠化措施，避免對地下水環(huán)境造成污染。

（五）科學制訂突發(fā)環(huán)境應急預案。通過制定環(huán)境應急預案，在天然氣資源開發(fā)過程中，如果突發(fā)環(huán)境污染事件，則可及時啟動預案，對環(huán)境污染情況進行監(jiān)測和及時控制。在預案編制過程中，應對天然氣開發(fā)行業(yè)環(huán)境風險評估進行分析，通過對開發(fā)環(huán)境進行風險評估，了解環(huán)境風險部位現(xiàn)狀、風險物質(zhì)、數(shù)量、污染因子、污染類型等，為預案的制定奠定基礎。另外，在預案的制定過程中，應保證應急流程規(guī)范化，提高事件響應速度，同時保證應急監(jiān)測能夠順利開展。[3]。

（六）優(yōu)選環(huán)境應急監(jiān)測方法及設備。對天然氣開發(fā)行業(yè)常見環(huán)境因素以及主要污染物排放情況進行分析，合理確定突發(fā)環(huán)境應急監(jiān)測項目，并確定優(yōu)選指標，對油氣資源開采行業(yè)突發(fā)環(huán)境應急監(jiān)測方法進行比選擇。堅持突發(fā)環(huán)境應急監(jiān)測方法選擇原則，根據(jù)優(yōu)選重要性權重，將環(huán)境監(jiān)測儀器設備權重分為安全性、監(jiān)測速度、便攜性、準確度、操作難度五種，并進行綜合比較，選擇適宜的環(huán)境監(jiān)測設備，有利于簡化環(huán)境監(jiān)測所需設備，降低儀器、藥品耗材，同時便于日常維護管理。

（七）建立天然氣突發(fā)環(huán)境應急監(jiān)測數(shù)字化系統(tǒng)。在應急監(jiān)測數(shù)字化系統(tǒng)的創(chuàng)建過程中，需做好應急監(jiān)測準備工作，并組織成立應急監(jiān)測組織機構，選擇專業(yè)技術人才，選擇適宜的監(jiān)測方法、儀器、設備等。在天然氣開發(fā)環(huán)境應急監(jiān)測中，在獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)后，及時報送和審核，對環(huán)境監(jiān)測全過程進行動態(tài)化管理，提高響應速度以及應對能力，同時保證環(huán)境應急監(jiān)測管理的規(guī)范化和透明化。

四、結束語

綜上所述，本文主要對天然氣資源開發(fā)過程中的應急環(huán)境監(jiān)測技術以及管理策略進行了詳細探究。隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對于天然氣資源的需求量不斷增加，而在天然氣開發(fā)過程中，地質(zhì)環(huán)境、水文環(huán)境等比較復雜，如果開發(fā)環(huán)節(jié)控制不當，則會對大氣環(huán)境、土壤環(huán)境、地下水環(huán)境造成污染，對此，應提高對于天然氣開發(fā)環(huán)節(jié)環(huán)境監(jiān)測管理的重視度，聯(lián)合應用水質(zhì)、土壤以及大氣污染監(jiān)測技術，在環(huán)境管理方面，認真執(zhí)行相關法律法規(guī)，落實環(huán)境保護制度，加強環(huán)境保護宣傳和培訓，實施環(huán)境友好型技術，促進天然氣開采效率的提升，同時保障天然氣開采環(huán)境利益。

參考文獻：

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