• / 4
  • 下载费用:1 下载币  

煤层气开采对地下水的影响分析及防治措施——以山西晋

关 键 词:
煤层气 开采 地下水 影响 分析 防治 措施 山西
资源描述:
水资源管理 煤层气开采对地下水的 影响分析及防治措施 ——以山西晋城为例 刘爱萍 (山西省晋城市水利局,048000,晋城) 2013.1中国水利 摘要:煤层气作为一种新兴能源产业,在带动晋城地区经济发展方面作出了重要贡献。晋城地区煤层气资源丰 富,集中在沁水县潘庄、樊庄、郑庄、柿庄一带,具有资源埋藏浅、可采性好、甲烷纯度高等特点,开采价值极高。然 而煤层气的开采存在着很多与区域社会不和谐的因素.对地下水环境的影响方面尤为突出 通过对晋城地区煤 层气分布特点,煤层气赋存、产出机理以及煤层气开发工程研究,结合当地煤层气勘探开发现状,对水环境可能 或已经造成的影响进行了分析.并提出了防治措施 关键词:煤层气;地下水;影响;防治措施;晋城 of on as an an of to in of in on on on of on of of 图分类号:1+ 文献标识码:B 文章编号:1000—1123(2013)031—04 一、研究区地质构造、含 煤地层及水文地质条件 1.构造特征 山西省晋城地区煤层气开采区 位于沁水盆地南部.盆地周缘地壳抬 升.煤层出露.构造明显比盆地内复 杂.其主体构造为一轴向式向斜.南北翘起端呈箕状斜坡. 东西两翼基本对称 研究区地处沁水 复式向斜的翘起端.东部和西部边缘 构造复杂.晋获断裂等边界断裂规模 较大.对沁水盆地的演化具有控制作 收稿日期:2012—11—13 作者简介:刘爱萍。高级工程师。 用(见图1)。其地层总趋势是由东南向 西北倾斜.地层倾角一般在局部地区受构造影响可达到20~以上 2.含煤地层及煤层 晋城地区主要含煤地层为石炭 系上统太原组和二叠系下统山西组 共含煤21层.厚度6.75~16.50m.平 均12.21 m.含煤系数9.53%。其中. 3号和15号煤层为全区稳定可采煤 层.也是煤层气勘探开发的主要目 标煤层 (1)太原组 太原组厚度64~133 m.平均厚度 在90深灰色一灰色灰岩、 泥岩、粉砂岩、砂岩和煤层组成,以 K:、K]、四层灰岩较稳定。含 煤7~16层.含煤系数7.52%.其中15 号煤层为全区可采煤层.9号煤层为 大部可采煤层 (2)山西组 山西组厚度33~72m.一般在48m 左右。主要由灰一深灰色粉砂岩、中细 粒砂岩、砂质泥岩和灰黑色泥岩及煤 层组成 含煤1~5层.煤层总厚度 5.12~7.73 m.平均6.30 m.含煤系数 13.81%。其中3号煤层厚度稳定.且 31— 水资源管理 01 3.1 图1 晋城地区构造纲要图 埋藏较浅.为全区主采煤层 3.水文地质条件 晋城地区主要的含水层有:第四 系松散岩类孔隙水含水层:二叠系碎屑 岩类裂隙水含水层:石炭系碎屑岩夹 碳酸盐岩层间裂隙岩溶水含水层:奥 陶系碳酸盐岩类岩溶裂隙水含水层 (1)奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层 本含水层为区域性含水层.厚度 大,埋藏深.承压水位较高。其富水性 受岩溶裂隙发育程度的控制.中下部 的马家沟组岩溶裂隙发育.富水性好: 上部的峰峰组岩溶裂隙不发育.富水 性差 区域资料表明.钻孔单位涌水量 为0.0036~14.22 L/(s·m).水质类型一 般为着含水 层埋藏深度的增大.向化。 (2)石炭系上统太原组灰岩裂隙 岩溶含水层 K:、K3、l<4、.属层问裂隙岩溶水。其富水性的 强弱取决于含水层岩溶与裂隙的发 育程度.一般在接近地表露头处岩溶 裂隙发育,富水性好:随着灰岩埋藏 深度的增加岩溶裂隙发育程度减弱. 富水性变差 总体属于富水性弱的含 水层。 (3)二叠系砂岩裂隙含水层 包括3号煤层顶板的上、下石盒 32 子组砂岩裂隙含水层和山西组裂隙水.富水性一般较弱.单位涌 水量为0.0276 s.水质类型为 K·4)第四系全新统砂砾含水层 本含水层主要指发育在沟谷底 部的砂、砾、卵石层中的孔隙水。含水 层厚度因地而异.差别较大.水位埋 深一般较浅.富水性差异也较大.单 位涌水量一般为0.2 5.0 L/(s·m).水 质类型属、煤层气赋存及产出机理 1.煤层气赋存机理 煤层气的主要成分是甲烷.晋城 地区煤层中甲烷含量高.多在90%以 上。煤层中的甲烷以三种相态存在, 即吸附态、游离态和溶解态。以吸附 态为主.约占70%~95%:其次为游离 态,约占10%~20%:溶解态极小,通常 忽略不计 吸附态煤层气主要以物理 解吸 吸附的形式储集于煤基质孔隙的内 表面上:游离态煤层气储集于煤的裂 隙中.可以自由运移.运移的动力主 要为地下水压力:溶解态煤层气溶解 在煤层裂隙水中。煤层气受温度、压 力等外界条件变化.相态会发生变 化.最终达到平衡状态 2.煤层气产出机理 煤层气藏是一种压力圈闭气藏. 在压力作用下煤层气得以吸附保存 煤层气开发工程的各个环节.旨在解 决孔隙基质中流体的开采问题 煤储 层中流体为水、气两相.其水存在煤 的裂隙中.产出只是一个渗流的过 程 煤层气的运移产出包括解吸、扩 散和渗流三个过程(见图2) 煤层气的吸附和解吸是两个可 逆的过程.煤储层压力增大时.煤层 气吸附储集:煤储层压力降低时.煤 层甲烷分子从基质内表面解吸(见图 3).继而从基质向裂隙扩散。裂隙煤 层气的产出可概括为:首先通过地面 排采设备排水.目的是降低煤储层压 力.使吸附在煤层孔隙内表面的甲烷 解吸.解吸后的甲烷在浓度压差的作 用下通过扩散进入裂隙系统.在裂隙 系统中甲烷以渗流方式进入井筒.最 终产出地面.进入管道系统 3.煤层气开发方式和目标煤层 晋城地区煤层气开发主要采用 目前国内外普遍使用的地面垂直井 方式和丛式井方式 地面垂直井和丛式井煤层气开 发目标煤层在不同地区有所差别.在 寺河西区、潘庄、郑庄、樊庄地区主要 为3号煤层,在成庄、寺河东区多为3 扩散 渗流 图2煤层气迁移过程示意图 水资源管理 号、9号、15号煤层。不同气井目标煤 层的确定主要考虑气井布置区的煤 层发育程度、气含量情况以及构造和 水文地质条件等 煤层气开发要求气 井控制区域内的目标煤层厚度大、气 含量高、水文地质条件简单.且远离 断层、陷落柱等构造。 4.煤层气开发工程 煤层气开发工程包括:钻井、固 井、完井、压裂、排采等工程。钻井采 用二开方式.一开作业采用 mm 14”1钻进.钻穿地表黄土及 松散岩石层 至基岩下10 开作业采用 mm /2”1钻至 最下部目标煤层底板以下40~50 压裂工程是地面垂直井和丛式井 煤层气井开采的必要环节.主要是在 近井地带形成一条高导流能力的裂 缝.为煤层中的水和煤层气提供一条 顺畅的通道.加速排水降压及煤层气 的产出:压裂方式有活性水加砂压 裂、氮气泡沫加砂压裂两种 煤层气 开发钻井终孔层位位于石炭系太原 组或奥陶系峰峰组 钻井及压裂实施 作业见图4 三、煤层气开采现状 晋城地区煤层气开采主要集中 在沁水县境内。目前沁水县境内共布 置了5个煤层气开采区块.即郑庄区 3O 25 一 重20 皿删 萋15 10 5 O 块、樊庄区块、潘庄区块、枣园区块、 柿庄南区块.总面积2 323 些 区块分属5家企业.分别是中石油公 司、中联公司、亚美公司、格瑞克公司 和蓝焰公司 自1994年以来.上述5 个公司相继在沁水县境内施工煤层 气采气井共2 786口.投入运行井 2099 产气量l 751 425划 在“十二五”期间.沁水县境内煤层气 开采井要达到10000口 四、煤层气开采对地下水 的影响分析 1.压裂工程对地下含水层的影响 煤层气井增产强化工程主要包 括射孔和水力压裂两部分.压裂作业 是最有可能对地下水造成影响的环 节 由煤层气产出机理和开发工程分 析可知.压裂在近井地带形成一条高 导流能力的裂缝.为煤层水和煤层气 提供一条顺畅的通道.加速排水降压 及煤层气的产出 煤层气压裂主要是使裂缝沿煤 层延伸.以保证最大泄流面积及最大 产气效果 垂向上.煤层气井压裂缝 在目标煤层附近的区域产生一定的 高度.从而造成煤层顶板含水层的破 坏:横向上.由于煤层气井的服务年 限一般较长.长期排采会导致目标煤 层中的水大量产出 在构造或水文地 O 2 4 6 8 10 力|3煤储层压力与煤层气吸附量关系曲线 水 2013.1中国水利 质条件较复杂的地区.压裂作业可能 会以各种方式影响目标煤层附近的 地层.导致煤层气井排采时对邻近地 层的含水性造成一定程度的影响 经实地调查.1994年以来.由于 煤层气开采.晋城地区煤层气开采区 内的绝大部分村庄村民多年赖以生 存的吃水井和灌溉水井(孔隙水井和 裂隙水井)都出现水位下降乃至干枯 现象 2.排采工程对地下水量的影响 煤层气主要以吸附状态赋存在 煤基质的孔隙内表面上.煤层气的产 出是通过排水降压使煤层气得以解 吸并通过井筒产出 排采是煤层气开 发的重要环节.也是有可能对地下水 造成影响的直接环节 对于垂直井和丛式井煤层气抽 采,受气井开采目标煤层层数、厚度、 所处构造部位.以及采取的压裂作业 规模等影响.初期产水量差别较大. 部分气井产水量可超过20 m3/d.但多 数在10m3/有部分气井稳定 产水量小于5m3/d 晋城地区煤层气抽采井平均布 井密度300~400m/目前投入运 行的2099口井计算.日排水总量在 2.0万m 以上.如果按照“十二五”期 问规划10000口井计算.日排水总量 在上.约相当于100眼浅 地面一 l 呢返高一 一二开 一技术 层I g ● 层I g ■■_ 墨 A 图4钻井及压裂实施作业 33— 水资源管理 01 3.1 中层地下水井日出水量(按当地单井 最大出水量40m3/由于煤层 气井布设点密集.煤层气井排采作业 又是一个长期而缓慢的过程.地面垂 直井和丛式井的服务年限通常在20年左右.晋城地区部分煤层气井的 生产时间已经超过层气井 的长期运行.对煤系地层含水层水量 造成了极大的破坏 3.煤层气开采水污染途径分析 煤层气开采造成水污染的途径 有:一是凿井时泥浆和废水直接排人 河道.对地表水造成污染 二是采气 过程中使用的煤、气分离的压裂液 (压裂液含有羟丙基瓜尔胶、过硫酸 铵、氢氧化钠和盐酸等化学成分。其 中羟丙基瓜尔胶富含的环氧丙烷是 有毒物质.对黏膜和皮肤有刺激性. 可损伤眼角膜和结膜.引起呼吸系统 疼痛、皮肤灼伤和肿胀,甚至组织坏 死:过硫酸铵对人体皮肤黏膜有刺激 性和腐蚀性,吸入后引起鼻炎、喉炎、 气短和咳嗽等:氢氧化钠和盐酸具有 强腐蚀性)对地下含水层水质造成直 接污染.同时采气排出的水直接流人 没有采取防渗措施的渗坑.使水环境 遭受污染 三是采气井洗井时产生的 含有有害物质的废液排放到地表.对 当地水环境造成污染 4.煤层气开采的水环境污染现状 煤层气每个抽采井旁均有一个 渗水坑.用于收集气井内的排水.渗 水坑长宽3~5 2 m 据调 查.绝大部分渗水坑没有采取任何防 渗措施 煤层气抽采井排出的地下 水.直接排人渗水坑渗入地下.排水 量大时还会出现溢流现象.并沿坡 面、沟谷排放,同时排水伴有泛白沫、 水面上有浮油等现象 据当地村民反 映.自煤层气抽采井开采以来,村民 饮用水水质明显变差:开采煤层气井 排出来的水流入庄稼地后.造成庄稼 不长.土壤出现板结现象:由于长期 饮用采气井排水.部分地区散养的母 羊出现早产、死胎现象 34 对采气井排出的水质进行分析. 采气排水中氟化物、铁、锰和不同程度的超标 氟化物超标 4.85~8.4倍.铁超标13.8~17.8倍.锰 超标0.08~0.18倍.各项污染物指标 均超过采气前当地裂隙含水层原状 水质。 5.潜在影响分析 晋城地区区域构造较复杂.断层 附近的煤层气井受工程施工影响.目 标煤层附近的含水层可能会通过断 层对气井进行补给.使被沟通含水层 的储水量减少 特别是寺头断层和后 城腰断层附近.构造相对复杂.伴生 断层或牵引小断层可能比较发育.这 两条断层附近应是今后当地煤层气 开采对地下水影响较大的重点关注 区域。 五、煤层气开采的水环境 影响防治措施 晋城地区水资源相对匮乏.在煤 层气开发获取经济利益的同时.应最 大限度减少煤层气开采对水环境的 影响。为此.提出以下防治措施: ①煤层气开发是一个新兴产业. 相关的监督和管理机制还不健全.政 府相关部门应尽快建立相关管理机 制.出台相关的规范和标准.规范监 督煤层气产业.确保煤层气开发及水 资源保护协调发展 ②严格规范采气井审批程序.新 规划建设的采气井必须经水行政主 管部门审查同意后.方可施工 同时 对煤层气开发裂 环节.应采用先进有效的技术和工程 措施.减少对水环境的破坏 ③煤层气开发是通过排水降压 采气.不可避免地需要抽排煤层地下 水 因此.对这部分排水要进行分散 收集.集中处理并充分合理利用 ④对新建、已建煤层气开采项 目.建设单位应按照有关规定进行煤 层气开采的水环境影响评价工作.并 采取必要的水环境防治措施 ⑤对于煤层气开采已造成的水 环境问题.本着谁破坏、谁治理的原 则.煤层气开采单位应按采气量向 水行政主管部门缴纳一定比例的水 资源补偿费.作为水环境治理的费 用:同时对采气区域造成水源工程 破坏的.采气单位应负责建设新的 饮用水水源_[程.解决当地村民的 饮水问题 ⑥煤层气开采单位应定期进行 水环境的监测.及时了解地下水水 位、水质等变化情况.并将监测结果 定期上报当地水行政主管部门 六、结论 煤层气作为一种新兴能源产业. 在带动晋城地区经济发展方面作 了重要贡献.但对当地地下水环境 也造成了一定的影响 因此当地政 府及相关部门应该加强管理、规范 监督煤层气产业:煤层气行业也应 积极寻求国内外先进的开发工艺. 同时定期进行煤层气开发区域的水 质水量监测并承担一定的社会责 任.最大限度减少煤层气开采对水 环境的影响.保证经济发展与水生 态环境和谐发展 ■ 参考文献: [1]雷群,李景明,赵庆波,等.煤层气勘 探开发理论与实践[京:石油工业 出版社.2007. 『2响煤层气井生产特征的 关键因素分析.2008年煤层气学术研 讨会论文集『q.北京:地质出版社, 2008. [3]王一兵,崔思华,鲜保安,等.沁水盆 地南部煤层气田煤层气成藏条件分析 田地质与勘探,2003(2). 『41王红岩,张建博,刘洪林,等.沁水盆 地南部煤层气藏水文地质特征田 地质与勘探.2001(5). 『51叶建平,武强,王子和.水文地质条 件对煤层气赋存的控制作用『J].煤炭学 报。2001(5). 责任编辑轩玮
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:煤层气开采对地下水的影响分析及防治措施——以山西晋
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-51320.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开