为了加快西部大开发战略，加快中西部地区经济的发展，为此，国家已确定将开发利用天然气作为国家重点基础设施建设。近年来，钻井工程的环境风险已日益受到重视，尤其是高含硫气井的钻进，其环境风险和安全更是首要问题。大型油气开采企业的安全生产与公共安全密切相关，因此，进行安全评估及完整的应急预案对于保障环境安全与周边居民的公共安全具有特殊的重大意义。
1 天然气钻井工程的环境风险识别
1.1 钻井工程主要的排污环节
正常生产时，钻井作业的主要污染有：
1）废气 钻井阶段钻进机具产生的柴油机废气，主要污染物是NOx，CO，CnHm；放喷阶段的废气，主要污染物有SO2和H2S。钻至目的的层位后，为了掌握地层天然气的产量需要进行天然气测试，测试时放出的天然气需要点火燃烧，在此过程中会产生燃烧废气和高压气流噪声，燃烧废气中主要是SO2。测试放喷气量取决于所钻井的产气量和测试时的释放量，一般产气量大放喷量亦大，测试放喷时间一般为5～8h。
2）废水 钻井废水主要产生于钻井中冲洗钻井平台、钻具等。钻井废水的水质很差，主要污染物是COD，SS，石油类。COD高达4000～18000mg/L。每进尺的产量约为1.5～2.0m3。
3）固体废弃物 钻井时通过钻机、转盘带动钻杆旋转钻头、切削岩层，同时，由泥浆经钻杆向井内注入泥浆，冲刷井底，并将切削下的岩屑不断带至地面。固体废弃物主要是剩余泥浆和钻井岩屑。
4）噪声 钻井机具通常为大功率设备，如泥浆泵、柴油机等，噪声在100dB以上。
1.2钻井中的环境风险因素
1）事故放喷 当需要检修或出现事故时，需要放喷天然气，事故放喷量一般大于测试放喷量，且时间一般为1～2d。放喷时的天然气燃烧，产生大量的SO2，该浓度值超过了农作物保护限值，可能造成局部农作物急性伤害。
2）发生井喷失控事故 井喷失控后，可能出现两种情况：释放的含硫天然气立即被点火燃烧排放，对环境空气的影响主要是SO2；释放的含硫天然气未能立即点火，大量H2S释放到空气中。若为高含硫化氢气田，将造成严重的人员中毒伤亡和严重的污染后果。
3）废水池泄漏、垮塌 钻井废水COD，SS，石油类含量非常高，若废水池渗漏或垮塌，废水进入了土壤、农田和地表水，将严重污染土壤，影响农作物收成。
4）固体废弃物污染 钻井岩屑来自地下几千米，成分不清，若含有放射性物质，对周边的人群将带来危害和威胁。
5）热辐射 放喷时天然气大量燃烧，引起周围温度急剧升高，放喷时的噪声和热辐射会对井场周围的人和动物带来影响，严重时热辐射可能引起植物被燃烧和森林火灾。
2 环境风险影响分析
2.1 环境风险预测
天然气钻井工程带来的环境风险影响程度大、范围广，主要是由天然气放喷和井喷失控所造成的危害。以重庆开县气田为例，主要分析井喷失控环境风险影响。开县气井基本上属高产气井，产气量（100～500）×104m3/d，H2S含量120～130g/m3。考虑两种风险情况：①释放的天然气立即点火燃烧排放；②释放的天然气未立即点火燃烧排放。
以开县典型气井的释放量300×104m3/d计算，预测条件为：H2S含量125g/m3影响浓度大，范围广。大气越稳定，污染物达标距离越远。
表1 SO2放喷时最大落地浓度和出现的距离
|
稳定度 |
A |
D |
E |
|
最大落地浓度（mg/m3） |
13.8 |
5.3 |
2.6 |
|
最大落地浓度出现的距离/m |
287 |
635 |
1416 |
表2 放喷时下风向影响值预测
|
下风向距离/m |
稳定度A |
稳定度D |
稳定度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 放喷时静风影响值预测
|
距井口距离/m |
稳定度A |
稳定度D |
稳定度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 |
|
风险情况2的预测结果见表4。可以看出，天然气释放量为500×104m3/d情况下，H2S最大落地浓度为665.2mg/m3，超过了标准的66520倍，其污染非常严重，将带来人员与禽畜的严重伤亡。
表4 未点火情况下H2S最大落地浓度及距离
|
大气稳定度 |
放喷气量（104m3/d） |
|||||
|
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
||
|
不稳定 |
最大落地浓度（mg/m3） |
133.0 |
266.1 |
399.1 |
532.2 |
665.2 |
|
距离/m |
287 |
287 |
287 |
287 |
287 |
|
|
中性 |
最大落地浓度（mg/m3） |
120.9 |
241.9 |
362.8 |
453.7 |
604.7 |
|
距离/m |
635 |
635 |
635 |
635 |
635 |
|
|
稳定 |
最大落地浓度（mg/m3） |
|||||
