页岩气微地震浅井绿色钻探工程实践

页岩气微地震浅井绿色钻探工程实践

何坤鹏，舒智，钟伦法，蒋清燕，成周，周鹏

（四川华锋钻探工程有限责任公司，四川 成都 610091）

摘要：本文介绍了四川地区页岩气微地震浅井钻探工程的绿色勘查实践，包括施工前准备、钻井设计、质量要求、绿色钻井技术措施、环境影响评价和现场管理规范化建设等工作。通过开展微地震浅井钻探工程施工，可实现页岩气勘查目的，大幅度减少对自然环境的破坏，促进页岩气资源勘探与生态环境保护协调发展。在工程施工过程中，倡导“科学钻探，绿色发展”的无痕勘探新理念，探索“既要绿水青山，又要金山银山”的绿色勘查之路，依靠科技创新，拓展绿色勘查手段，强制采取环保技术措施，优选施工设备、钻具级配、钻进工艺，优化设计钻井液液参数和固井工艺方案设计。微地震浅井的绿色钻探施工获得了各方肯定，为解决我国油气资源短缺、保障国家能源安全、促进经济社会发展作出了重要贡献。

关键词：页岩气勘探；微地震浅井；绿色勘查；钻探施工；技术措施

1 项目概况

页岩气是一种新型的绿色清洁能源，具有良好的发展前景。四川华锋钻探工程有限责任公司（简称“华锋钻探公司”）与壳牌公司和中石油川庆钻探工程有限公司地球物理勘探公司 2512 队合作，在页岩气微地震浅井工程施工中，倡导“科学钻探，绿色发展”的无痕勘探新理念，探索“既要绿水青山，又要金山银山”的绿色勘查之路，依靠科技创新，拓展绿色勘查手段[1]，大力推行环保技术措施，优选施工设备、钻具级配、钻进工艺，优化设计水泥浆液的参数和固井工艺方案[2]，努力将钻探施工及相关活动对环境的破坏和影响降到最低状态，实现资源开发利用和生态环境保护协调发展的目的。

2012 年至 2014 年间，华锋钻探公司分别在四川泸县、三台、内江、珙县等地完成了 43 口页岩气微地震浅井工程施工，累计钻探进尺 9408m。该项目施工涉及农田，影响环境风险因素较多，业主和作业区周边居民对于农作物、水资源以及生态保护的要求极高，特别是对钻探冲洗液的排放与处理环节尤为重视。钻探施工中使用了环保无污染型冲洗液处理剂[3]， 有效控制了钻井液对水土环境的污染和破坏，施工过程中产生的废水、废浆、废渣运输至业回收机构处置。最终，绿色、优质、高效的施工获得了各方肯定。

2 绿色钻井设计

2.1 钻井设计及技术质量要求

目前微地震监测技术是比较有效、可靠性最高的一种压裂裂缝监测技术[4]。微地震监测技术是通过观测、分析由压裂、注水等石油工程作业时导致岩石破裂或错断所产生的微地震信号，监测地下岩石破裂、裂缝空间展布的地球物理技术。根据微地震监测仪器的布设方式， 分为井中监测和地面监测两类。将监测仪器布设在井中，对微地震事件进行监测的方式就是微地震井中监测。相对于地面监测，井中监测所得到的资料具有微地震事件多信号强反演可靠性高等忧点。因此，微地震井中监测在压裂过程中得到广泛应用。

微地震浅井监测是指在距离压裂井压裂层段的垂向距离超过１km 以上，井深不大于300m 的浅井中,放置监测仪器进行的井中监测。通常利用 2～3 口井的微地震浅井，布设检波器进行监测，即可扩大微地震观测在水平方向的张角，提高计算精度，以便全面描述压裂裂缝的空间图像。

微地震浅井设计与技术质量要求如下：

（1）井身垂直，井斜≤10°，每 3 根套管安装 1 个扶正器确保套管居中度；

（2）全井段下金属套管，不得破损、变形，以保证检测设备顺利下井；

（3）套管与井壁之间采用高强水泥固井，侯凝时间不低于 72 小时，固井质量合格；

（4）井深≯300m，井径＞φ130mm，套管内径＞φ98mm；

（5）套管高于地面 500～600mm，井口平整，安装操作平台和焊接耳朵；

（6）固井后采用带通规的刮管器刮管作业，确保检测仪器下放到位[7]；

（7）采用沉沙打捞装置捞沙，井底干净；

（8）井口安装封闭装置，使用专用工具闭合。

2.2 绿色勘探要求

（1）钻孔施工必须使用环保型钻井液[8]，工程结束后废浆处置率达到 100%。

（2）施工过程中造成植被破坏时，恢复率达到 100%。

（3）施工区垃圾集中分类存放[9]，减少固体废弃物污染。可降解的填埋率达到 100%， 不可降解的需运送到附近政府指定的垃圾回收站。固体废弃物达标处置率达到 100%。

（4）施工区域废水、废浆、废渣及含油废物运输至专业回收机构处置率达到 100%。

（5）地形地貌恢复尽可能与原始地形地貌[10]，自然环境相协调。确保土地恢复率达到100%。

（6）全面实现安全生产“零事故、零污染、零损失”的工作目标。

3 绿色勘探施工技术措施

绿色钻井技术作为绿色勘探施工技术中的核心技术，是指整个钻井过程中，着眼于污染预防，最大限度地减少原料和能源的消耗，降低生产成本，减少和防止钻井过程对生态环境的破坏。随着我国生态文明建设的不断深入和页岩气勘探开发工作的持续推进，生态保护和

页岩气勘探开发之间的矛盾也日益凸显，我们的工作范围和空间正在被各种“保护区、敏感区”迅速挤压，实施绿色钻井已逐渐成为目前页岩气勘探开发工作势在必行的行业趋势。现将绿色勘探施工技术措施归纳如下：

    3.1 施工前的准备

3.1.1 获取行业准入资格

承接中石油或外资公司地震勘探钻井工程施工[11]，须取得 QHSE 体系的国际认证和中国石油行业准入证，并且每年进行行业准入审核，审核合格后方可颁发下一年度的准入证。华锋钻探公司先后在全国25 个省市自治区为26 个国外矿业公司和国内30 多个地质勘查单位、矿业公司提供了优质的钻探服务，在为一些全球顶尖级的矿业公司提供钻探服务的过程中， 形成了与国际接轨的先进的企业技术标准和管理体系。华锋钻探公司在与 BHP、壳牌公司、WMC、RioTinto 等公司的长期合作下，建立了适合自身发展的健康、安全、环保管理体系， 具有严谨和人性化管理的突出特点，二十年来重伤及以上“零事故”，被誉为“中国最王牌的钻探公司”。在 2012 年至 2014 年连续三年取得了壳牌公司和中石油西南石油局合资公司颁发的地震勘探钻井技术服务准入证。

3.1.2 优化绿色钻井施工方案

为确保和落实地震勘探钻井施工中的绿色钻井目标和要求，制定并优化了绿色钻井施工方案和技术措施，并签订了《钻井工程健康、安全和环境保护（HSE）合同书》。根据钻井设计要求和绿色勘探要求，我们采用 ChristensenC6C 型全液压履带式钻机， 配备了 ZQJ190×2-1.5×0.6 型钻井液清洁器、LW355×1257 型离心机等冲洗液固控和测试及废浆处理的设备和仪器，并对施工区环境影响因素、危险源等进行调查识别， 还对勘查活动可能造成的生态环境影响及程度有预判和分析；并将节能减排、环境保护和恢复治理、和谐勘查等相关方面的要求和绿色勘查工作的组织管理、预防控制和恢复治理的技术措施编入钻井施工方案之中。

3.1.3 建立规章制度、规范行为

树立绿色勘查、和谐勘查的新理念，编制并印发《环保行为准则与实施计划》、《突发环境污染事件应急处置预案》，《钻探施工项目安全管理细则》、《钻探材料安全环保数据使用说明书》（MSDS、推广使用环保型无污染冲洗液材料）等制度规范[13]。

3.1.4 做好“技术—环保—安全”交底和培训

施工人员在进入作业现场之前，由壳牌公司安全专员对华锋钻探公司施工人员进行相应的职业健康与安全培训、作业技术培训。并制定钻井作业、固井作业等操作技术规程，对新员工进行相关规定的培训，还进行了突发环境污染事件应急处置预案、火灾应急处置等预案的学习和演练。

3.1.5 加强钻探现场管理

钻井施工场地一般应按照现场施工设备、附属设施安装、施工操作、钻井液循环系统、材料物资存放、临建房屋等施工需要，依据现场地形条件进行分区布置，尽可能减小对环境的影响，并满足安全文明施工的需要，严格控制场地平整使用土地面积。由于我们采用的钻机为集成式设备，主机和泥浆泵、动力头、柴油机、操作台、钻塔、主副卷扬机等装置均设置在长 5.30m，宽 2.60m 的钻机底座上，其占地面积小，而且搬迁运输方便。钻井液配制均严格按照钻井液材料规范（GB/T5005-2010）等国家和行业标准规范执行，钻井液在密闭循环系统中多井循环使用，并通过钻井液固控设备清除有害固相，存放在防渗沉淀池和废浆池， 最大限度的减少了钻井液对环境的污染。

3.1.6 环境因素的风险辨识

采取了综合调查法对钻探施工过程中各种影响环境的风险进行系统地辨识，并初步统计，根据环境因素的发生频率、环境影响范围及程度、环境影响恢复能力等多个方面进行判别，得出涉及钻探施工的环境影响各种因素，详见下表 1 所示。

表1   钻探施工环境影响因素评价统计表

Table 1 Evaluation statistics of environmental impact factors of drilling construction

对钻探过程中涉及环境影响的各个环节进行全面辨识和分析后，筛选出影响环境风险的

主要因素有八个方面。

（1）修路、场地平整、营地建设（可能涉及的边坡处理）等方面对当地植被造成的影响；

（2）项目进出场以及后勤保障（物资材料供给）期间，车辆行驶路径对植被造成的影响；

（3）设备、车辆、物料、人员等对地面的压实影响；

（4）垃圾、污水、钻井液等污染物的影响；

（5）由于燃料泄漏造成对土地、水资源、植被以及动植物的影响；

（6）可能发生火灾对生态环境造成大面积破坏；

（7）噪声污染；

光污染、粉尘等其他类污染源因素。

3.1.7 现场管理规范化建设

地质钻探项目现场建设是反映项目管理水平的重要标志，是项目安全生产能否顺利进行的关键。为提高施工效率、环境利用率、员工满意度和消除安全隐患、改善作业环境、保护生态资源，树立过程精品意识，铸造一流精品工程，全面推行现场管理规范化建设工作。主要为以下两方面工作：

（1）项目驻地建设：根据地质环境、项目规模要求确定露天驻地的基本布局。根据地域特点，利用地形，节约占地。满足防火、防爆、防冻以及防洪防汛等安全技术及环保要求。驻地建设实行区域制，即将住宿区、厨房区、生活垃圾区、材料库房等模块化分区布置。不同区域之间应保持足够的安全距离。该项目驻地建设布置如图 1 所示。

图 1项目驻地规范化建设示意图

（2）机台现场建设：根据场地环境、钻机类型及钻探工艺要求确定机台的基本布局； 根据地域特点，利用地形，节约用地，方便施工；满足防火、防爆、防冻以及防洪防汛等安全技术及环保等要求。结合现场实际，根据钻机类型、场地需求进行合理布局。该项目 C6C钻机的现场布置如图 2 所示。

图 2 机台现场布置示意图

   3.1.8 施工中的技术措施

该项目实施过程中，钻井设计井深 400m 左右，选择 LF-90 型全液压动力头式钻机，采用 PDC 全面钻进方法[14]，在施工过程中全面实行绿色钻井，实现钻进台月效率达 1850m/台月，同时也实现了“零污染”的绿色钻井施工。具体技术措施如下：

（1）通过研究摸索我们采用优质高效的钻井方法和科学合理的钻井参数。一开采用φ 150mm 硬质合金全面钻进，二开采用φ130mm 复合片全面钻进方法。

（2）根据地层特性和钻进方法，通过大量的配方试验和生产实践，优选出不同井段的钻井液配方和固井用水泥浆配方。全孔使用自主选配和研发的环保型钻井液体系，有效控制了钻井过程中影响环境的重大风险源；钻井施工中我们采用无固相（清水+植物胶）或低固相（膨润土+植物胶+纤维素）的优质环保浆液。其泥浆材料及处理剂具备无毒无害、可自然降解性能，符合环保标准要求。在施工中还加强循环液的现场使用管理，做好施工中防渗、堵漏及净化处理，预防浆液使用中造成地面及地下污染。为了避免钻井液污染地下水和减少钻井液消耗漏失及保证固井质量，在施工中遇到钻井漏失的现象时，采用 AUS-PLUG 环保型堵漏剂、N-SEAL 随钻堵漏剂、核桃壳、花生壳、棉子壳、锯末等堵漏材料进行堵漏作业。钻井施工产生的废浆按照 GB18599 等相关规定进行固化处理，然后外运到专业的处理场进行处理。

（3）钻机的柴油机安装消声装置或场地修隔音设施，以降低施工噪音；在有人居住区和野生动物栖息附近，夜间应停止有噪声影响的作业活动。柴油机动力设备安装了尾气净化装置，尾气排放执行国家环保排放标准，不同地区还要满足施工所在地的地方相关标准要求。

（4）多元防护，防止污染。严格控制作业现场燃油储存量，在控制设备维修、油料储存及使用过程中可能发生污染的方面，采取了“不落地”防泄漏应对措施；针对不同的作用或目的设计使用防止油料、泥浆泄漏的“托盘”，钻机底座下面采用铺设防渗土工布和吸油毡，达到保护土壤、植被、水资源免受污染。架设钻杆架， 立体存放钻杆，既减少了场地面积，又起到了防压实土地、压坏植被的作用。

（5）根据现场不同的作业条件，有针对性的采取防火及隔离措施，也制定了严格的防火管理制度和动火作业审批程序，实施全过程监督。在草原、森林以及植被丰富的区域开展勘探作业，必须对钻探施工设备以及作业现场采取有效防火措施，如：防火帽、防火隔离带、阻燃挡板等。施工现场严禁燃烧秸秆、泥浆材料和水泥的包装袋等易产生烟尘、废气污染的物品。

3.2 施工结束后的土地恢复与植被复垦

（1）孔口及时安装带专用开关工具的封闭装置。

（2）及时拆除现场施工设备、物资和临时设施，清除现场各类杂物、垃圾及污染物。废浆、废液应进行固化处理，深埋于开挖的坑、池底部，上部回填无污染的土壤。对于现场不能处置的污染物，我们将其外运到专业处理场进行处理。

场地和道路施工剥离的适合复垦的表土或草皮，应当收集存放管理，作为施工结束后的复垦、复绿用土。场地恢复平整工作结合现场情况，尽可能按原始地形地貌恢复。尽可能与自然环境相协调。场地的覆土厚度及土质应符合恢复地类的复绿设计及相关行业的规

范标准要求。如果仅压占未污染的耕地，经现场深翻、松土及覆土后，应满足当地农作物耕种条件

（3）修筑道路和施工场地尽可能减少土地的占用，并尽量避免造成树木和植被的破坏。

如果因工程施工的需要无法避免的，也要将需要移植的树木尽量移植保存，用于项目施工结束的复绿或就近栽培。草地复绿，一般采用播撒方式培植，草种应适应当地生长并与原草地环境协调。林地复绿，林木品种适合当地生长，应结合当地居民及社会经济发展及环境的协调要求，林木的种植施工应符合相关行业规程及规范标准。确保对施工区的生态影响降至最低程度。

4 结语

通过微地震浅井绿色钻探工程勘查实践，不仅能够实现页岩气勘查目的，提高物探数据深度和计算精度，还大幅度减少了勘查钻井数量，降低人类活动对自然环境的破坏，促进页岩气资源勘探与生态环境保护协调发展。但是，为满足加快推进生态文明建设的要求，绿色勘查是一项复杂的综合性系统工程,需将“绿色和协调”全面贯穿于整个勘查过程中，既需要先进的理念来引导，又需要科学的规范和标准约束,更需要先进的技术手段来保障。为此提出以下几点建议：

（1）绿色勘查作为一种先进的理念、文化和发展方式，在国外已得到广泛传播和实践 。我们应该学习国外先进的安全环保理念和生态环境保护措施，引进掌握具有国际化技术标准的钻探装备和监测仪器等。将绿色勘查的理念全面推广到所有的地质勘查工作中，彻底从被动的恢复治理方式向主动的减少影响或不影响生态环境的新模式转变。

（2）依靠科技创新，拓展绿色勘查手段，采用科学合理的技术方法以减小钻探工程对施工环境的扰动和破坏。采用背包式钻机、便携式钻机、轻便型多功能履带式钻机、集成化全液压履带钻机等；推广应用定向钻进技术，以一基多孔、一孔多支、一孔多用等工艺技术， 减少机台数量和搬迁次数。有效减少对环境的影响，不断提高勘探成果和效率、降低勘探成本。可采用螺杆马达定向钻具、连续造斜器、绳索取心定向钻具等技术实现定向钻进。优选可自然降解的环保型钻井液或空气及空气泡沫，加强钻井液的净化和废浆固化处理。减少或避免钻井液对环境的污染和影响。

（3）改变设备材料的搬运方式，减少道路的的修建。可以采用滑橇式、钢索卷扬机、履带运输车（塑胶履带）、直升机、无人机等方式搬运钻探设备及材料。最大限度的减少或避免修路对植被的破坏。还可采用铝合金钻杆，减轻钻杆重量，便于材料运输。还可以减轻钻进时的负荷，节约资源能源。

（4）尽快制定行业的绿色勘查规范、标准与定额。增大绿色勘查资金和政策支持，设立工程项目绿色勘查专项资金，做到专款专用。加强绿色勘查项目管理工作，落实生态环境恢复治理岗位责任制和检查验收制度、奖惩措施等，走出了一条“在生态保护前提下做好矿产勘查”的成功之路,通过大家共同努力实现安全生产“零事故、零污染、零损失”的工作目标。

参考文献：

[1] 关凤峻,姜来峰,刘卫东.绿色勘探及其实施方法研究[J]. 四川建筑, 2020,194(04):149-151.

[2]刘小康，田智生.页岩气井钻遇破碎地层的井身结构优化设计[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2016.43

（7）：89-91,110.

[3]罗蓉，李青.页岩气测井评价及地震预测、监测技术探讨[J].天然气工业，2011（4）刘振武,等.中石油非常规油气微地震监测技术现状[J].能源情报，2014 年 3 期.

   作者简介：何坤鹏，男，汉族，1988年生，工程师，主要从事钻探工程施工和钻探设备制造等工作，四川省成都市龙泉驿区东华路8号，120454051@qq.com

通讯作者：舒智,男，汉族，1964年生，探矿高级工程师，长期从事钻探工具生产、新产品研发、岩心钻探工艺技术研究和施工组织管理等工作，成都市青羊区广富路218号青羊工业总部基地G区8C幢，1219923418@qq.com