浅谈石油勘探开发过程中的环境问题研究
作者：范明霏 范增安 　　

1我国的石油工业发展及勘探开发的概念
　　1.1石油勘探开发的历史
　　我国对石油大规模勘探开发是从建国后五十年代末及六十年代初大庆、大港、胜利、辽河开始到后来的中原、苏北、长庆、塔里木等油气田。从东到西、从南到北，油气田遍布全国，已经具有相当大的规模和生产能力，无论是勘探、开发还是采油工艺都具有世界先进水平。不但成为国民经济发展的支柱产业，而且在稠油及高凝油采油工艺技术方面已经向国外同类油田输出。促进了中国石油工业“走出去”安全有效地从事国际石油合作业务，同时也对世界石油勘探开发技术的升级和发展做出了积极的贡献。
　　1.2国民经济对石油能源的依赖
　　从全球意义上讲，“掌控了石油就掌控了世界”；从中国国民经济发展的意义上讲，石油逐渐成为现代工业的第一能源，经济的发展对石油资源的依存度越来越大。2012年，中国石油化工行业的主营业务收入为10.9万亿元，占全国国民生产总值的五分之一强。而且，根据历年统计资料显示，国内生产总值（GDP）每增长1%，对石油的需求就得增加0.68%。与此同时，石油资源的开发和利用又制约着经济的发展。一方面，石油产业是一个高污染的产业。另一方面，目前我国经济发展对石油的依存度不断增大，而且供求失衡，国内的石油产量已经不能满足经济发展的需求。2012年，我国生产原油2.05亿吨，进口原油超过2.1亿吨。加工原油4.15亿吨，生产成品油2.57亿吨；生产天然气1077亿方，进口天然气425亿方。消耗成品油2.56亿吨。也就是说，我国的经济发展现在面临着环境污染和石油短缺的一对矛盾。
　　1.3石油勘探和开发的概念
　　1.3.1石油勘探的概念
　　所谓石油勘探，就是为了寻找和查明油气资源，而利用各种重力、航磁、地震及钻探等勘探手段了解地下的地质状况，认识生油、储油、油气运移、聚集、保存等条件，综合评价含油气远景，确定油气聚集的有利地区，找到储油气的圈闭，并探明油气田面积，搞清油气层情况和产出能力的过程。油气勘探工作贯穿于油气田发展的全过程，也就是说，发现油气资源和寻找油区以内的剩余油气资源都需要进行不断的勘探工作。
　　1.3.2石油开发的概念
　　石油开发是继地震勘探、钻井完井交井以后，将原油从地层中开采出来进入油气集输系统的一个重要的资源能源行业。在国民经济中具有举足轻重的作用。从我国现有油田的情况来看，绝大多数不具备充足的天然能量补给条件，而且油田本身的能量不足以长期维持采油的需要。在工业高速发展，对能源的需求逐年增加的今天，保持科学的较高的采油速度和较高的原油采收率尤为重要。石油开采受着区域地质条件的控制，并分布在含油气盆地之内，含油气盆地是一定的地质历史时期内，受同一构造格局控制的，具有共同发展历史的统一沉降区。原油勘探开发是集地震、钻探、采油、井下作业、注水、污水处理和集输为一体的工艺过程。不可避免地带来一系列的物理和化学方面的环境问题。

2石油勘探和开采过程涉及的环境问题
　　2.1环境问题实例
　　油气钻探过程中的井喷能够造成毁灭性的灾害。2003年12月23日重庆开县井喷事故造成240余人遇难，直接经济损失8200多万元，这个事件震惊世界；有时在钻井液中使用大量的化学药剂，残留在地面能够造成较长时间的生态影响；噪声污染也十分严重，近年来，经常发生农民抱怨油田噪声导致鸡不生蛋、猪不产仔和鱼不生长，并向油田索要巨额赔偿；石油开发和炼制过程中产生的泄露原油、天然气、采出污水以及各种化学药品和废泥浆等污染物质，构成生态环境恶化的一个重要因素。石油产业的环境污染问题呈现出日益加剧的趋势，成为影响我国经济社会发展的一个消极因素。
　　2.2前人工作
　　由于五十多年的油田开发，造成老油区资源能量的严重不足，在不断采取物理和化学的开发综合调整措施和采油工艺技术，试图稳定油田产量过程中，给地面环境带来了严重污染，这些矛盾制约了综合经济的发展，引起了我们对石油开采过程中特别的关注。因此节约和利用资源、能源，降低消耗，在石油勘探和开采过程保护好环境是我们亟待解决的问题。同时，随着大庆油田的发现和我国石油工业的发展，国内的专家、学者开始就石油经济发展的相关问题展开研究，如“我国石油短缺对经济影响的探讨”，“国外石油企业经济与环境的协调发展”，“石油勘探开采过程中的环境污染问题”等。这些研究为我国经济的可持续发展、对石油资源的可持续利用提供理论基础。对经济、环境、资源的综合评价，国内的学者已经进行了很多研究和探讨，但缺少不同发展阶段国家战略政策对石油资源、经济与环境综合评价的影响研究。近些年来，生态现代化成为理论研究热点。它是从改变人的行为模式出发，通过改变经济社会发展模式，实现环境保护和经济发展双赢。将这种理论应用到石油勘探开发领域，能探究和解决环境污染、石油资源可持续利用与经济发展之间的矛盾。
　　2.3不同采油工艺带来的环境问题
　　原油一般包括凝析油、稀油及特种油，高凝油和稠油即为特种油。石油开采方式有自喷采油和机械采油，自喷采油是由于地下含油层压力较高，凭其自身压力就可以使原油从井口喷出的采油方式。机械采油则是利用各种类型的泵把原油从井中抽出，目前中国石油开采以机械采油为主。不同的地质情况不同的油品性质采用不同的机械开采方式。对粘度小于50毫帕斯卡·秒，密度小于0.934的原油（称为稀油），一般用常规开采；对粘度大于50毫帕斯卡.秒，密度大于0.934的原油（称为稠油），一般用热力采油，即采用热蒸汽吞吐、掺稀油及伴热的采油方式；对于粘度大于10000毫帕斯卡·秒，密度小于1的原油（称为特稠油），一般采用蒸汽驱的开发方式进行采油；对于粘度大于50000毫帕斯卡·秒，密度大于1的原油（称为超稠油），原油在油层里边呈不能流动状态，须采用蒸汽辅助重力泄油（SAGD）方式进行开采。以辽河油田为例，且冬季气候寒冷。油质除一部分稀油外，大部分油质为稠油和特稠油，特种油的比例占70%，由于原油重质成份多，粘度大，相对密度大，在油藏条件下原油几乎不能流动，无法用常规的方法开采，给生产和环境带来了一系列的问题；还有一部分为高凝油，即原油凝固点一般在45℃，最高达到67℃，原油在井筒和深度小于2000米，地层温度低于析蜡温度的油层中呈不能流动的状态。油田只得采用热力采油、稀释、化学降粘和乳化降粘方式开采。
　　2.2.1稀释开采也就是掺稀油开采
　　将一定量粘度小的稀油加入稠油中，降低粘度。以便于将特种原油顺利地从井筒采出地面，并在地面进行输送。这种采油方式因为不会消耗太多的能量，所带来的环境问题相对小一些。
　　2.2.2化学降粘采油
　　将具有能够断开烃链结构的化学药剂加入油层，在一定的温度和压力条件下断开烃链，降低高凝油和稠油的粘度，使之能够流动、采出地面并顺利输送。这种采油方式所带来的环境问题主要为化学药剂对地层的污染和对地表生态的影响。
　　2.2.3热力采油
　　旨在解决特种油在地层和井筒中流动的问题。即蒸汽吞吐、蒸气驱和蒸汽辅助重力泄油（SAGD），就是对油层注入高温高压蒸汽，加热油层里的原油，使原油的升高，粘度降低，增加原油的流动性，推动油层里的原油流向生产井。另外注入蒸汽对油层加热后，蒸汽变成热水流动，置换油层里原油滞流空隙。原油受注入蒸汽加热，其中轻质成分将气化，烃体积膨胀也会将原油推流到生产井。
　　与稀油相比，针对特种油的所有这些采油工艺技术都带有更加严重的环境后果。注蒸汽开采要消耗大量的燃料，增加碳排放。辽河油田每年注蒸汽量达400多万吨，如果以天然气作为燃料产生蒸汽的话，需要消耗天然气3亿多立方米，向大气中排放二氧化碳300万吨，平均每人9吨，高出全国人均水平3.5吨，对环境造成较为严重的污染。同时大量注入蒸汽进入地层后冷凝成水又伴随原油采出地面，处理过程中还要消耗一定的能源。所以，特种油田污水处理就是一个很大的解决环境问题的工程。

3石油勘探开发过程中保护环境措施研究
　　由于石油勘探和开发是寻找和从地下获取资源的过程，地质条件及地下的情况是石油开采中的决定因素。虽然石油开采是最终获取资源的活动，但是各种相关工艺如物探、钻井、应用化学方法解决层间和平面矛盾及综合测试等，对石油开采的地下地质情况和地面生态有直接的影响。因此在考虑环境时应作为石油勘探开发的环境因素一并考虑。
　　3.1从油田开发方案设计开始考虑环境问题
　　石油勘探开发企业应对采油生产之前的物探、钻井和采油生产中的各种油井作业的相关方提出管理要求，在各种设计中应了解施工中的基本环境因素和环境影响，国家对它的法律法规要求。并预以充分的注意，采取事先预防措施。由于石油开采涉及地面环境和地下地质情况，从钻井到采油、井下作业、外输都存在泥浆处理、油品泄漏、原油落地等环境问题。原油脱后水回注、烃类挥发，化学品药剂使用，有害固废处理、井喷、火灾等重要环境因素，如果逢值讯期控制不好，一旦事故发生就会导致大气、水体、土地、农作物和养殖业等的污染，伴随而来的就是环保纠纷经济赔偿，影响了企业正常生产，给企业带来巨大的经济损失。因此在油田开发方案总体设计过程中，应特别强调安全生产，环境保护等内容。
　　3.2从材料和工艺选用入手考虑环境问题
　　在原辅材料的选择上、施工的设计上，都要求符合清洁生产，尽一切努力考虑清洁的工艺技术，使用无毒无害的清洁原材料，清洁的工艺流程、清洁的节能设备，以避免在生产过程中，运输过程中对环境的污染，对人体的损害。应该预防在先，作为污染预防不能只采用末端治理，应在生产的源头考虑预防污染的问题，并在生产过程中，各种工艺、各个环节都应考虑清洁生产的要求，这样才能保证全过程控制。
　　3.3严格控制和使用有毒有害化学品
　　对有毒有害化学品等，在钻井、采油、井下、集输过程中都有不同程度的使用，要求按照MSDS的要求分类存放，对人员进行安全教育，尽量采用危害小的化学品，以免造成对人员损害和环境的污染。
　　3.4抓住生产过程中环境问题的“牛鼻子”
　　重点抓住工艺及生产过程中的关键环境因素。在石油开采中，由于特定的地质条件，原油从地下开采出来后输出时，在井口、中心处理站及长距离输送都需加热，能耗问题是环境问题的“牛鼻子”。因此动力系统、能源消耗都需要重点考虑，采油过程中能源消耗是比较大的。据统计，平均生产1吨蒸汽消耗66千克原油或78立方米的天然气。在考虑生产成本时应计算在内，通过技术革命等手段降低能耗，合理使用能源可以作为企业经营管理的主要指标之一。建立和推行石油勘探开发企业的环境指标考核体系，明确吨油碳排放、吨油耗电、吨油消耗成品油和吨油耗水等环境指标，把油气储量和产量、企业经济效益和环境保护指标摆在同等重要的位置进行考核，提高油田经济发展质量，实现能源与生态的均衡发展。
　　3.5降低资源消耗和综合利用资源
　　石油开采是资源的开发，资源消耗同样非常重要，在石油开采过程中，原油泄漏、原油落地、油泥产生不但增加各种费用，使生产成本上升，影响了资源的有效利用，而且造成了环保工作的难度，目前各采油企业都注重了对资源消耗的控制，一是把资源消耗作为消耗定额主要指标之一加以控制考核。二是大搞综合利用，减少浪费以保护资源，保护环境。减少1立方米天然气的消耗，就可减少940克的碳排放。试想通过技术进步，把产生每吨蒸汽所需的天然气消耗从78立方米降低到50立方米，则可以减少碳排放26.3千克。
　　3.6制定科学有效的应急预案确保有备无患
　　从石油开采、井下作业、集输，在任何一个环节中，均不能松懈，安全、环保第一的问题。必须要有组织保障，要有灵活的可操作的指挥系统和一定的应急准备程序，当然首要的是预防为主，绝对控制事故发生，其次是出现紧急情况时，应尽早消除或将其控制在最低限度。这就是石油开采企业的安全环保预防的主要对策。
　　3.7严格遵守法律法规
　　石油开采是被公认的有毒有害、具有污染、井喷、火灾性质的危险企业，因此严格遵守法律法规至关重要。在整个生产工艺过程中、设计上已考虑了紧急情况，虽然都有应急的准备，一旦事故发生都有应急措施。但是为了以防万一，必须要求全体员工有比其他行业更强的法律观念和环保意识，环境保护第一的思想与油气产量和经济效益同样具有重要的地位。

4结论和认识
　　（1）中国经济的发展对油气资源的依存度越来越高，而且一段时间以内仍将处在不可替代的位置；石油勘探开发不可避免地带来环境问题；需要我们通过创新发展理念、依靠技术创新、健全和执行科学管理制度实现能源、经济和环境的均衡发展。
　　（2）树立生态能源发展新理念。提高物质生产率、资源利用率、能源生产率，提高蒸汽锅炉生产时率；降低资源消耗、能源消耗、碳排放量等；降低对环境和健康的有害物和有害废物的生产和排放，实现无害化、低排放和环境治理等，通过研发和应用无害化学药剂实现保护环境的目标；加强理念创新、知识创新、技术创新和制度创新，提升生态效率和生态文化等。
　　（3）尽可能掌控国际石油资源份额，解决我国能源短缺问题，可缓解我国能源环境问题的压力。从石油资源的角度分析我国社会的发展状态，对石油供求失衡提出解决方案。也可以考虑通过其他方式来解决国内石油短缺问题，如进口石油和参与国际石油合作掌控石油资源份额等。
　　（4）建立“吨油碳排放”、“吨油油料消耗”、“吨油淡水资源消耗”等环境指标考核体系，把安全环保放在与油田企业生产经营同等重要的位置，增强油田企业管理者乃至全体员工的环境保护意识。
　　（5）严格遵守法律法规至关重要。油田企业的一切生产和经营活动须在法律规定的范围内进行，在环境保护问题上尤为重要。