大慶油田埋地管道對水文的影響分析

蒼隋鑫

(大慶水文局，黑龍江大慶163316)

大慶油田埋地管道對水文的影響分析

蒼隋鑫

(大慶水文局，黑龍江大慶163316)

大慶油田是我國第一大油田。大慶油田的開采開發(fā)和原油的后續(xù)加工運(yùn)輸都是需要大量用水，經(jīng)過長期開采后，加之大慶地區(qū)蒸發(fā)量比較大，地下水的補(bǔ)給遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上抽取的速度，造成地下水位難以保持穩(wěn)定狀態(tài)，形成了逐漸向深處取地下水補(bǔ)充油田用水的需要，以至形成地下水降落漏斗，引起地下水文發(fā)生明顯下降。文章針對大慶油田的特點以及地下埋地管道的特點，調(diào)查搜集整理并分析了油田水文的相關(guān)資料，為油田的可持續(xù)健康發(fā)展提供依據(jù)。

水文;大慶油田;降落漏斗;埋地管道

1 大慶油田水文氣象特征

大慶油田是我國第一大油田，地處中緯度歐亞大陸東岸，屬中溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，四季冷暖分明。春季多風(fēng)少雨，夏季雨熱同期，秋季晴朗氣爽，冬季寒冷干燥。年平均氣溫3.2℃，最高氣溫出現(xiàn)在7月份，平均氣溫22.8℃，極端最高氣溫37.4℃;最低氣溫出現(xiàn)在1月份，平均氣溫-19.6℃，極端最低氣溫-37.7℃。年平均日照時間數(shù)為2 826 h，多年平均無霜期為140 d，年平均風(fēng)速3.9 m/s，每年11月初開始封凍，至次年四月份開始解凍，最大凍土深度為2.30 m。

1.1 大慶油田水文現(xiàn)狀

大慶油田的開采開發(fā)和原油的后續(xù)加工運(yùn)輸都是需要大量用水，經(jīng)過長期開采后，加之大慶地區(qū)蒸發(fā)量比較大，見表1，地下水的補(bǔ)給遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上抽取的速度，造成地下水位難以保持穩(wěn)定狀態(tài)，形成了逐漸向深處取地下水補(bǔ)充油田用水的需要，以至形成地下水降落漏斗，見表2。引起地下水文發(fā)生明顯下降［1］:造成地面沉降、塌陷，使得大慶這座城市一部分已經(jīng)懸空;湖泊濕地水量減少并干涸;影響植被生長，造成水土流失，嚴(yán)重的情況下可能會危及到油田的正常生產(chǎn)。大慶周邊地區(qū)地下水等水位線呈同心圓狀，見圖1。

圖1 大慶油田及周邊地區(qū)水文圖

近年來，大慶油田加大了地下水資源開發(fā)利用保護(hù)力度，大量開發(fā)利用地表水資源，減少了對地下水的開采，使地下水水位持續(xù)回升，2000年地下水超采區(qū)面積201.14 km2，2003年地下水超采區(qū)面積110.41 km2，2005年超采區(qū)消失。

1.2 大慶油田水文特征

大慶油田整體水文特征主要呈現(xiàn)為閉流區(qū)特征。地勢平坦地表河流不多，湖泊沼澤濕地星羅棋布［2］。

1.2.1 大慶地下水的補(bǔ)給

大慶主要是大氣降水、地表水體入滲補(bǔ)給潛水。承壓水通過越流和地下徑流補(bǔ)給，其中大氣降水入滲，是最主要的補(bǔ)給方式;其次為湖泊、渠系等地表水體入滲［3］。

大慶年平均降水量偏底，見表3，加上地處高緯度地帶，具有汛期短，光照長，蒸發(fā)大，河流補(bǔ)給少等特點(見表4～表7)。

表1 大慶某年份平均水面蒸發(fā)量表

表2 大慶油田地下水開采統(tǒng)計表

表3 大慶地區(qū)平均年降水量統(tǒng)計

表4 流經(jīng)大慶油田主要河流水文信息

表5 2011年東北地區(qū)水資源量

表6 2011年東北地區(qū)供水量和用水量

表7 2011年黑龍江省供水量和用水量

1.2.2 大慶地下水的徑流

根據(jù)松遼盆地北部區(qū)域水文地質(zhì)條件的研究表明，大慶油田所處松遼盆地內(nèi)的地下水徑流方向主要受地質(zhì)構(gòu)造和地貌地形條件的影響，即由山前高平原向中部低平原匯流［4］。

1.2.3 地下水的排泄

大慶油田地下水的排泄主要有3種類型，即蒸發(fā)排泄、側(cè)向徑流排泄、人工開采。

1.2.3.1 潛水蒸發(fā)排泄

大慶地區(qū)處于半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，由于氣候干燥，尤其是在多風(fēng)少雨的春末初夏，降水量小蒸發(fā)強(qiáng)度大，因此蒸發(fā)是潛水的主要排泄方式。

1.2.3.2 側(cè)向徑流排泄

大慶地區(qū)地下水通過同一含水層徑流，流出區(qū)域外。

1.2.3.3 人工開采

人工開采是大慶地區(qū)主要的地下水排泄方式。地下水人工開采主要集中于大慶長垣背斜兩側(cè)地區(qū)，位于市區(qū)西部。

泰康組孔隙承壓水各主要含水體(段)呈無規(guī)則分布，補(bǔ)給條件差、補(bǔ)給來源尚不清楚;各主要含水體(段)間水力聯(lián)系微弱，地下水徑流滯緩，水循環(huán)交替作用緩慢，目前維持地下水開采的主要是豐富的彈性釋水量。

2 埋地管道對水文影響的分析

大慶原油主要特點是“高凝，高黏，高蠟”特性，原油在零上28℃凝固，68℃達(dá)到可遠(yuǎn)距離輸送的最低溫度要求，所以原油都是經(jīng)過沿途不斷加熱進(jìn)行管道輸送。

大慶還處于高緯帶區(qū)，河流湖泊濕地交錯，自然地理環(huán)境復(fù)雜，生態(tài)環(huán)境比較脆弱，地下水文情況復(fù)雜多變。本段主要分析管道在敷設(shè)過程中對水文的一次性影響以及在以后運(yùn)行中對水文的長期影響［5］。

2.1 管道施工對水文的影響

在管道敷設(shè)施工過程中，容易引起原始地貌和原始生態(tài)環(huán)境的破壞，從而影響到水文的變化。為最大程度減小施工對沿線水文的影響，施工期盡量減少對沿線內(nèi)生態(tài)環(huán)境的破壞，尤其是在管道與河流交叉時，需要采用水平定向鉆方案進(jìn)行河流穿越施工。

在施工過程中將導(dǎo)致水流中泥沙含量增多，影響河流水質(zhì)、功能、水生生物等，破壞原始水生態(tài)系統(tǒng)的平衡;河流穿越等對周圍環(huán)境影響最大，主要是由于當(dāng)河床下降時，河床下面的管道有可能懸空裸露，對河流的水溫有影響從而引起水文評估不準(zhǔn)確，比如結(jié)冰期改變等現(xiàn)象［6］。

2.2 管道運(yùn)營對水文的影響

大慶油田現(xiàn)有油水井近10萬口，地下遍布著大大小小的埋地管道，這樣密集的管道容易給油田造成地下水截留、填洼、下滲的損失水量很少，容易造成徑流系數(shù)和集流速度增大，城市地表徑流量大為增加。在管道營運(yùn)期間主要是對生態(tài)環(huán)境影響，造成常年自然地理環(huán)境的變化。因為在輸送途中，熱量不斷向周圍介質(zhì)釋放，造成局部地表溫度常年升高，導(dǎo)致埋地管道地表熱量發(fā)生改變，和地表涵養(yǎng)水等的變化，影響生態(tài)環(huán)境使得地下水收支平衡遭到破壞。冬季造成積雪融化，容易形成動物棲息和聚集區(qū)，進(jìn)而影響到沿線的植被覆蓋;夏季造成流域土質(zhì)比較疏松，易發(fā)生水土流失，濕陷等地質(zhì)災(zāi)害，影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，造成使得河流含沙量較大，甚至造成地面沉降的危害，對管道的安全運(yùn)行產(chǎn)生影響。

2.3 地下水開采情況分析

地下水資源為可更新資源，可開采利用的水量主要是當(dāng)年或一定水文周期內(nèi)地下水的補(bǔ)給量。為了保證長期穩(wěn)定的油田供水，大慶油田相繼建成了46座地下水源以方便油田生產(chǎn)用水，這是大慶地下水位下降的主要原因。

大慶2010年實際用水總量為75088.85×104t/a。其中利用地表水資源量為 60124.04×104t/a、地下水資源量11364.81×104t/a、其他水源3600.00×104t/a。

2.3.1 現(xiàn)狀用水水量

大慶油田地下水開采量逐年遞增，經(jīng)地質(zhì)勘探部門調(diào)查，從圖2中可以看出，大慶地下已經(jīng)形成了兩大塊漏斗區(qū)，油田西部形成了方圓1 400 km2的漏斗區(qū)，東部則形成一個方圓1 300 km2的漏斗區(qū)，幾近覆蓋整個大慶市，并波及到與大慶相鄰的周邊市縣。漏斗中心水位降深超過50 m，據(jù)不完全統(tǒng)計，因多年采油和不合理開發(fā)地下水已使大慶市及周邊地區(qū)地下水水位平均下降近20 m。

如果漏斗區(qū)擴(kuò)大，引起地層礦化度、硬度提高，給鉆探帶來很大麻煩;過度開采地下水也使大慶及周邊地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞地質(zhì)災(zāi)害威脅大慶。

近年來，大慶市加大了地下水資源開發(fā)利用保護(hù)力度，大量開發(fā)利用地表水資源，減少了對地下水的開采，使地下水水位持續(xù)回升。

圖2 大慶油田水位降落漏斗剖面圖

2.3.2 可開采地下水量

大慶市多年平均地下水資源量為28782×104t/a，多年平均總補(bǔ)給量29034×104t/a，多年平均地下水可開采量為24679×104t/a。

眾多的地下水井保證了大慶油田原油的持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。大慶第一口地下水井西水源常年保持著6萬m3/d的供水量。

為了能夠更好更科學(xué)的利用好大慶地下水資源，現(xiàn)在主要是考開采淺層地下水為主，在技術(shù)可行的情況下，避免會造成地下水位持續(xù)下降、水質(zhì)惡化、地面沉降等環(huán)境地質(zhì)問題和不對生態(tài)環(huán)境造成不良影響的情況下，允許從地下含水層中取出的最大水量。以現(xiàn)有地下水資源，根據(jù)可開采條件，在多年平均地下水總補(bǔ)給量的基礎(chǔ)上，確定出可開采地下水量。開采系數(shù)法主要考慮到含水層巖性及厚度、單井出水量、地下水動態(tài)、開采程度等進(jìn)行綜合分析而確定。因此開采系數(shù)確定為0.80?？砷_采量計算公式為:

式中:Q可開為自然年可開采總量，104t/a;ρ可開為開采系數(shù)，大慶地區(qū)可按照平原條件取0.80;扣除天然消耗量，淺層地下水補(bǔ)給量和消耗量是在地下水的交替轉(zhuǎn)換過程中形成的，且隨著自然和人為因素的影響，地下水各均衡項在不斷的變化中。充分發(fā)揮地下水庫的多年調(diào)節(jié)作用，盡最大可能的把地下水資源提取出來，物盡其用是水資源管理的目的。

但是，受水文地質(zhì)條件的限制和大自然平衡的需要，必定有一部分水量被消耗掉，地下水資源量扣除天然凈消耗量即為地下水的可開采量。

天然凈消耗量包括潛水蒸發(fā)量、河道排泄量、地下水溢出量和由于下部承壓水開采而形成的向下越流排出量等。

將現(xiàn)狀條件下的多年平均地下水總補(bǔ)給量扣除天然消耗量，即可得到大慶地區(qū)多年平均地下水可開采量。

3 提高水文測報水平，為油田健康發(fā)展做出應(yīng)有貢獻(xiàn)

為了能夠讓埋地管道更好的為油田服務(wù)，并且更合理利用大慶油田水資源，對地下水開采程度低，開發(fā)潛力大，應(yīng)增加地下水的開采量;同時充分利用地表水利工程，開發(fā)利用地表水。既節(jié)約水源又保護(hù)水環(huán)境為油田保持健康有效發(fā)展提供服務(wù)。

目前，在大慶的主要河流中都已建設(shè)雨量站，水情基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫完善，可以進(jìn)行大慶地區(qū)地表水資料實時整編，肇源灌區(qū)用水監(jiān)測，汛期工作順利開展等各種水文相關(guān)工作。

由于油田的開采以及后續(xù)開發(fā)加工過程中都需要消耗大量的水資源，這對大慶水文工作者是一個新的挑戰(zhàn)，需要不斷拓寬服務(wù)領(lǐng)域，加強(qiáng)水資源的水量、水質(zhì)監(jiān)測工作，提高監(jiān)測水平和質(zhì)量，完善水資源監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，加強(qiáng)油區(qū)斷面、重要取水和退水口水量、水質(zhì)統(tǒng)一監(jiān)測工作，加強(qiáng)對地面沉降、鹽堿化等問題的觀測和研究，為水資源科學(xué)配置、調(diào)度、管理和保護(hù)提供決策依據(jù)。

同時，認(rèn)真做好洪水影響評價和水利建設(shè)項目環(huán)境影響評價，開展重點建設(shè)項目水資源和防洪論證工作，為大慶油田的健康發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

［1］陳正言，宮明達(dá).大慶油田湖泊濕地景觀生態(tài)設(shè)計探討［J］.油氣田環(huán)境保護(hù)，2006，16(03):55-58.

［2］劉大平，劉成玉.大慶油田石油開采對水文地質(zhì)環(huán)境的影響及應(yīng)因?qū)Σ撸跩］.東北師大學(xué)報:自然科學(xué)版，2012，44(03):136-141.

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［4］陳興娟，莫麗，崔江峰.大慶油田第四系泰康組地下水水質(zhì)分析及評價［J］.黑龍江水利科技，2010，38(05):44-45.

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1007-7596(2014)06-0075-04

2014-02-07

蒼隋鑫(1986-)，女，黑龍江綏化人，助理工程師，從事水文專業(yè)研究工作。