1、石油开发区地下水环境影响评价中一些问题的讨论摘要石油开发区地下水污染主要由钻井废水、 井下作业废水、 含油污水、 落地油、 废弃泥浆引起。地下水环境调查的主要对象是浅层水、 主要供水目的层和包气带。确定水文地质参数和弥散度。污染研究应查明污染范围、 程度及污染物在地下水中的浓度变化、 含水层的自净能力。地下水环境影响预测可采用类比法、 模型法或地下水数值模拟法。 关键词石油开发区;环境影响评价;浅层水; 主要供水目的层;包气带 中图分类号：F470 文献标识码： A 随着能源需求的迅速增加 , 石油的勘探开发快速增涨 , 石油开发可能对地下水环境产生一定影响 , 由此引发的地下水环境保护和在石
2、油开发过程中对其影响的研究, 已越来越需要 , 越来越迫切 。本文拟就石油开发区地下水环境影响评价中的一些问题做粗浅的讨论。 1 石油开发区地下水环境影响评价水文地质工作的基本方向 1 . 1 水文地质工作的基本方向 石油开发区的地下水主要污染源为开发施工期的废水 ( 钻井废水 、 井下作业废水)和固体废物 ( 落地油、 钻井泥浆) 。生产运营期采油过程中产生的含油污水和修井产生落地油。此外 , 在事故状态下产生的废水和固体废物 , 如采油井、注水井套外返水 、 返油, 管道泄漏产生的落地油等。正常情况下, 废水集中处理合格后回注地下, 不外排, 废弃泥浆经处理后无毒, 岩屑用于平整场地, 落
3、地油回收, 对地下水环境影响很小。但在事故状态下, 对地下水构成潜在的威协。 在石油勘探开发中, 钻井过程中造成的污染一般发生在地表和近地表 , 主要是浅层水和包气带, 但对地下深部含水层也可能会产生污染 。在采油和原油运输过程中也可能发生污染 。一般发生在地表 。但如果成井质量不好, 采油井或注水井发生套外返水 、 返油, 含油污水在水头差的作用下由含油层上窜可能直接进入含水层污染深部承压水, 套外返出水也可通过包气带向下垂直渗透污染表层潜水, 污染除发生在近地表的潜水含水层 , 还会污染深部承压水含水层 。因此, 可根据工程论证研究, 首先确定与石油开发有关的地下水主要污染源及污染形式,
4、根据工程开发特点和污染源确定水文地质工作研究的主要方向 。 在查清区域水文地质条件下, 其水文地质工作研究的主要方向是易受污染的浅层水 、 主要供水目的层和包气带。因为包气带岩性和水理性质直接控制着地下水环境遭受污染的可能性和污染程度 。 对于含水层, 如果污染地下水环境的主要污染源是钻井过程中产生的钻井废水 、 钻井泥浆,落地油以及采油过程中产生的落地油, 其水文地质工作研究的主要方向是易受污染的浅层水和包气带 。如果是套外返水污染地下水 , 直接进入含水层 , 则视返水点处的地质及水文地质环境而定, 原则上应以查清返水点处的地质环境和水文地质环境为度 。因此 , 工作重点除查清包气带和含水
5、层外 , 还要查清返水点的透水层和隔水层。 对于包气带, 当钻井废水 、 钻井泥浆及落地油撒落在地表 , 或通过泥浆池 ( 防渗层破损)渗漏, 污染物通过包气带向下渗透, 可能会污染浅层潜水, 因此, 应重点查清包气带的岩性、 厚度、 渗透性和隔污性能, 及潜水含水层 。 1 . 2 地下水调查评价范围确定 根据地下水环境影响评价工作要求 , 结合工程特点和水文地质条件, 平面上要考虑石油开发可能影响的范围 , 可以是完整的水文地质单元或水文地质单元的一部分。垂向上, 由于石油开采深度较大 , 评价深度难以确定 , 应包括整个含水系统 。根据多年工作体会 , 一般情况下不应超过表套深度 , 重
6、点为有工农业供水意义的含水层和表层易受污染的浅层水。 2 地下水环境调查中的问题 2 . 1 点面结合 , 重点突出 在调查评价区水文地质条件的基础上, 水文地质调查重点区域包括钻井井场 ( 钻井、 泥浆池) 、 采油井场 ( 采油井 、 注水井 、 套外返水井等) 、 联合站, 输油管道沿线 , 运输道路沿线等。重点调查研究地段精度应提高 ( 比例尺为 1/10000 或 1/5 000) , 调查点应多些, 加大密度 。其研究程度应达到查清地下水主要污染源及主要污染物 。地下水污染程度、 污染方式和途径。查清包气带的隔污性能应是水文地质调查工作的重点。在非重点区 , 只作控制性调查 。 2
7、 . 2 充分收集前人资料, 适当补充水文地质工作 采油区一般水文地质研究程度较高 , 有一定精度的地质水文地质调查工作 。可以充分收集前人资料, 适当补充水文地质工作。包括地面调查和水文地质试验 。但一般对包气带研究十分有限, 而落地油、 废弃泥浆和含油污水等污染源对地下水的污染首先进入包气带 , 通过垂直下渗污染土壤, 再进入含水层污染地下水 。应重点查清包气带的岩性、 厚度 、 渗透性和隔污性能等 。 2 . 2 . 1 包气带调查研究中应注意的问题 包气带研究精度一般应不低于水文地质调查精度 。选择有代表性的土层, 进行分层研究 。应查明包气带的岩性, 厚度 , 及水理性质 , 如渗透
8、性、 孔隙度、 吸附性能和隔污性能等。在透水性质研究时 , 可采用室内和室外实验 。室内实验可采集原状土测试孔隙度和渗透性, 及作淋渗试验确定包气带的吸附性能等 。室外实验多采用试坑渗水试验 。渗水试验是确定包气带的透水性的重要方法。应布置在代表性的典型地段。如采油井场、 泥浆池; 输油管道沿线。和透水性较好 、 地下水易受污染的地段 , 及不同岩层的接触部位等。 2 . 2 . 2 地下水环境调查研究中应注意的问题 石油开发区石油对地下水的污染, 大多以表层潜水含水层为主, 在水文地质调查时 , 易受污染的浅层水和主要供水目的层应作为主要对象。而深层承压水埋藏较深, 影响相对较少 。但由于人
9、为打井和地下水混合开采, 不同程度沟通了上下含水层的水力联系 , 使深层地下水存在着污染的可能性 , 因此, 视工作区具体情况而定。 要查明工作区水文地质条件, 必要时可通过勘探 、 试验确定水文地质参数和地下水弥散度。以及污染物在含水层污染运移情况 。如抽水试验、 弥散试验 、 浸溶试验等。在研究地下水污染状况时 , 首先应确定污染物进入地下水的途径和方式等 。地表及浅层以垂直渗透为主, 通过包气带下渗污染 ; 地下深部以水平运移对流扩散污染为主。应确定污染物运移方式 、 运移速度和影响范围。通过调查与监测评价, 查清地下水质量现状 , 污染状况、 污染范围及程度。污染物在地下水中浓度变化
10、, 以及原因, 和影响因素等。根据浓度变化推讨含水层的自净能力和环境容量 。并且建立地下水动态监测机制 , 每年丰 、 枯水期各一次 。 除了研究可能被污染的含水层和地下水之外, 还应研究与之相邻的地质体和地质环境受影响的可能性、 影响程度以及污染途径。 3 地下水环境影响预测中的问题 根据油田开发特点和水文地质条件 , 可采用类比法、 模型法和数值模拟等方法 , 对油田开发工程可能对地下水产生的影响进行预测与评价,重点分析事故状态下地下水环境影响。 3 . 1 类比法 对于油田区内新建项目, 可采用类比法 , 选择开发工艺相同, 水文地质条件相同和相似的区块进行类比调查。查清其污染源的性质、
11、 强度、主要污染物排放量及浓度 、 污染途径。查清水文地质条件 , 地下水污染程度及范围 。定性分析油田开发对地下水环境的影响。该方法简单, 具有可比性。 3 . 2 模型法 1)瞬时排放预测模型 C=C0 eat 式中 : C 为地下水中污染物预测浓度 ( mg/L) ; 为污染物在含水层中的衰减系数 ( 1/ T) ;C0 为地下水污染物源强浓度 ( mg/ L) ;t 为预测时段( d) 。 主要用于污染物瞬时排放的预测, 如钻井过程中污染物瞬时排放可采用此模型 。 2)一维对流弥散溶质运移数学模型对于均质一维, 纵向弥散为主 , 地下水流速均匀且稳定, 无源/汇项 , 可采用该模型:
12、利用 Laplace 变换 , 可求得上述模型的解析 解: 式中 : C ( x , t)为预测点地下水中污染物浓度( mg/1) ;C0 为地下水污染物源强浓度 ( mg/L) ; U 为地下水实际渗流速度 ( m/d) ;D 为水动力弥散系数 ( m2/d) ;x 为预测点到源强距离( m) 。 事故状态下连续排放的含油污水 ( 如套外返水)污染地下水 , 可采用该模型预测。 3)地下水数值模拟 水流数学模型 对于非均质 、 各向同性、 空间三维结构 、 非稳定地下水流, 可采用三维水流数学模型: 式中 : 为渗流区域 ;h 为含 水层水位标高( m) ;K 为渗透系数 ( m/d) ;K
13、 n边界面法向方向的渗透系数 ( m/d) ;S 为含水层储水系数; 为潜水含水层给水度 ; 为含水层的源汇项( 1/d) ;p 为潜水面的蒸发和降水等 ( 1/d) ;h0 为含水层初始水位 ( m) ;0 为渗流区域上边界, 即地下水自由表面;1 为渗流区域水位边界;2 为渗流区域流量边界;3 为混合边界;n 为边界面法线方向;q ( x , y , z , t)为定义为二类边界的单宽流量 ( m3/ d . m) , 流入为正,流出为负 , 隔水边界为 0。 溶质运移数学模型 包括对流、 弥散和化学作用的溶质运移方程, 其形式如下: 其中 CR 是化学作用项 , 可以是 : ( 存在离子
14、交替吸附时) ( 存在化学反应时) 式中 : ijmn 为含水层的弥散度 ; Vm , Vn 为分别为 m 和 n 方向上的速度分量 ; v 为速度模;C 为模拟污染质的浓度 ; n 为有效孔隙度; C 为模拟污染质的源汇浓度;W 为源汇单位面积上的通量 ;Vi 为渗流速度;b 为介质密度 ;C 为固体介质吸附的污染质浓度 ;Rk 为污染质增加或减少速率 。 一般受资料限制 , 污染物反应参数无法确定, 不考虑污染物在含水层的吸附 、 挥发、 生物化学反应 , 只考虑运移过程中的对流 、 弥散作用。 联合求解水流方程和溶质运移方程就可得到污染质的运移结果。模拟软件可采用目前国际上最先进的美国环境保护局开发的 GMS6. 0, 在模拟区单元网格剖分时对污染源位置应进行加密剖分。在溶质运移模拟前 , 必须先模拟地下水流场。 参考文献: 1 张兴儒, 张士权.油气田开发建设与环境影响 M .北京:石油工业出版社.1998. 2 王秉忱 杨天行等 .地下水污染 地下水水质摸拟方法 M .北京:北京师范学院出版社.1985 3 薛禹群.地下水动力学原理 M .北京:地质出版社.1986.
