哈薩克斯坦某油田放射性調(diào)查與影響評(píng)價(jià)

貝新宇，夏子通，李娜娜，杜喜臣

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京100029）

哈薩克斯坦某油田放射性調(diào)查與影響評(píng)價(jià)

貝新宇，夏子通，李娜娜，杜喜臣

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京100029）

石油工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，往往會(huì)使天然放射性物質(zhì)局部濃集（TENORM），使得局部放射性水平增高。通過(guò)對(duì)哈薩克斯坦某油田的放射性現(xiàn)狀調(diào)查和分析，發(fā)現(xiàn)放射性異常主要集中在注水站，對(duì)該油田進(jìn)行放射性影響評(píng)價(jià)，提出輻射防護(hù)措施和建議，為企業(yè)做好輻射防護(hù)與安全管理提供重要依據(jù)。

人為活動(dòng)富集的天然放射性物質(zhì)；油田；放射性影響評(píng)價(jià)

人為活動(dòng)引起天然產(chǎn)生的放射性物質(zhì)輻射水平增加已日益引起社會(huì)的廣泛關(guān)注［1-2］。國(guó)際放射防護(hù)委員會(huì)（ICRP）已建議把TENORM納入其放射防護(hù)體系；國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）也將TENORM照射的控制作為重要內(nèi)容納入了監(jiān)管范圍。

許多人為活動(dòng)會(huì)使天然放射性物質(zhì)局部濃集［3］，在石油開采中，地下的天然放射性物質(zhì)會(huì)濃集在管壁和閥門處，使局部放射性水平增高。由于缺乏行業(yè)的TENORM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，鮮有針對(duì)石油企業(yè)中TENORM水平的放射性現(xiàn)狀調(diào)查與評(píng)價(jià)的報(bào)道。

筆者主要以哈薩克斯坦某油田為例，對(duì)該油田生產(chǎn)場(chǎng)所進(jìn)行了放射性現(xiàn)狀調(diào)查，結(jié)合相關(guān)調(diào)研資料、國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范對(duì)該油田進(jìn)行放射性影響評(píng)價(jià)，提出輻射防護(hù)措施及建議，為企業(yè)做好輻射防護(hù)與安全管理提供重要依據(jù)。

1 項(xiàng)目概況

該油田位于哈薩克斯坦南部，平均海拔190 m，處于大陸性沙漠邊緣，油田附近沒(méi)有河流經(jīng)過(guò)，用水取自地下300～400 m處的地下水。

油田由兩個(gè)油區(qū)構(gòu)成，年產(chǎn)液量為160萬(wàn)m3，年產(chǎn)油量66萬(wàn)t/a，共有292口生產(chǎn)井，油井深度約1 350～1 650 m。建設(shè)有N和S兩個(gè)注水站車間，共103口注水井。

2 放射性濃集位置及源項(xiàng)

2.1 放射性濃集環(huán)節(jié)

項(xiàng)目開采方式采用機(jī)械開采，生產(chǎn)井來(lái)液在計(jì)量站分離氣液計(jì)量，然后混輸?shù)睫D(zhuǎn)接站作氣液分離，氣液分別輸送到集中處理站，做油氣水三相分離，氣體回注地下或供油田發(fā)電和加熱使用，產(chǎn)出水經(jīng)過(guò)化學(xué)和物理處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)后，輸送到注水站回注地下。根據(jù)調(diào)研資料及該油田已經(jīng)開展的前期工作，主要在注水站和配水間等發(fā)現(xiàn)放射性異常。生產(chǎn)過(guò)程中的注水走向及放射性異常區(qū)見圖1。

2.2 源項(xiàng)分析

2.2.1 源核素

根據(jù)資料調(diào)研，目前大部分石油行業(yè)中成品、副產(chǎn)品中均含有不同程度的放射性核素，并且在生產(chǎn)的各個(gè)工藝流程中伴隨放射性核素的沉積從而產(chǎn)生放射性影響。IAEA（國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)）報(bào)告中對(duì)石油開采行業(yè)成品、副產(chǎn)品中放射性核素比活度含量情況見表1。

根據(jù)資料分析，生產(chǎn)過(guò)程中可能造成放射性異常的最主要的放射性核素有226Ra、228Ra、222Rn、210Po、210Pb、228Th、232Th和238U。Ra是最主要的放射性元素，可存在形態(tài)包括在采出水的溶解態(tài)、形成鹽垢、淤渣等沉積物附著在有機(jī)顆粒表面的吸附態(tài)；氡是鐳直接衰變的產(chǎn)物，也是鈾和釷的間接衰變產(chǎn)物，存在于油氣生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。

2.2.2 照射途徑

根據(jù)放射性分析，以上放射性核素主要產(chǎn)生γ射線、α射線、β射線等對(duì)工作人員產(chǎn)生外照射或者吸入內(nèi)照射影響。

圖1 生產(chǎn)流程注水走向及放射性異常區(qū)示意圖Fig.1Schematic diagram of water injection trend in production process and the abnormal radioactivity area

3 放射性現(xiàn)狀調(diào)查與分析

表1 石油、天然氣工業(yè)相關(guān)物料放射性核素比活度［4］Table 1The radionuclides activity of materials in oil and gas industry

根據(jù)該油田生產(chǎn)工藝，結(jié)合放射性異常出現(xiàn)區(qū)域，做到重點(diǎn)突出、疏密結(jié)合，確保數(shù)據(jù)的代表性和可用性。調(diào)查主要包括油田注水站、集中處理站生產(chǎn)設(shè)施、油井及生活區(qū)的放射性現(xiàn)狀調(diào)查。

3.1 測(cè)量?jī)x器和方法

γ輻射劑量率采用BH3103B便攜式X-γ輻射劑量率儀，在檢定有效期范圍內(nèi)；測(cè)量時(shí)進(jìn)行巡測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。現(xiàn)場(chǎng)γ能譜采用HD-2002便攜式γ能譜測(cè)量?jī)x，在檢定有效期范圍內(nèi)；測(cè)量時(shí)將儀器探頭垂直于被測(cè)物體表面，測(cè)量時(shí)間為120 s，在γ輻射劑量率異常區(qū)域同步測(cè)量。采集水泵內(nèi)的垢層，進(jìn)行X熒光掃描及核素分析。

3.2 項(xiàng)目調(diào)查與數(shù)據(jù)分析

3.2.1 γ輻射劑量率

對(duì)注水站房地面、注水水泵、配水車間、輸水管道、油井和集中處理站生產(chǎn)設(shè)施等部位進(jìn)行γ輻射劑量率測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)位近120處，部分測(cè)量結(jié)果見表2～5。

表2 水源井、油井γ輻射劑量率Table 2The γ dose rate of water source wells，oil wells

表3 配水間γ輻射劑量率Table 3The γ dose rate of water distributing station/10-8Gy·h-1

表4 生活用水處理站、污水處理站及N注水站γ輻射劑量率Table 4The γ dose rate of domestic water treatment，sewage treatment station and N water injection station

表5 S注水站γ輻射劑量率Table 5The γ dose rate of S water injection station

由表2～5可知，在監(jiān)測(cè)的場(chǎng)所中，生活用水處理站、水源井、油井、計(jì)量站、N注水站、污水處理站的γ輻射劑量率范圍值為3．7×10-8～7．5×10-8Gy·h-1，均在天然本底范圍內(nèi)；4個(gè)配水間中有3個(gè)配水間γ輻射劑量率高于當(dāng)?shù)靥烊槐镜字?，范圍?1．9×10-8～94．2×10-8Gy·h-1，最高值位于1#配水間匯管處，高出本底值23倍；放射性較高地區(qū)集中在S注水站，γ輻射劑量率范圍在3．7×10-8～720．4×10-8Gy·h-1，最高值位于3#罐周圍，高出當(dāng)?shù)乇镜字?76倍。由以上數(shù)據(jù)同當(dāng)?shù)乇镜准皹?biāo)準(zhǔn)值對(duì)比柱狀圖見圖2。

通過(guò)圖2分析，S注水站中注水管、匯管、水泵、出水管及儲(chǔ)水罐γ輻射劑量率值基本超過(guò)了哈薩克斯坦國(guó)家城市區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)限值①ГН《Санитарно-эпидемиологическиетребова-ния к обеспечениюрадиаци-оннойбезопасности》от 3 февраля 2012 года№201，最高出現(xiàn)在3#儲(chǔ)水罐周圍，高出23．2倍；某些場(chǎng)所的γ輻射劑量率值超過(guò)了哈薩克斯坦國(guó)家A類工作場(chǎng)所標(biāo)準(zhǔn)限值。

3.2.2 γ能譜

通過(guò)前期的巡測(cè)和篩選，選擇有代表性的場(chǎng)所進(jìn)行就地γ能譜測(cè)量。主要針對(duì)S注水站場(chǎng)所開展監(jiān)測(cè)工作，部分監(jiān)測(cè)數(shù)值見表6。

根據(jù)表6分析可知，在監(jiān)測(cè)的場(chǎng)所中，U、Th、K和Ra的大部分?jǐn)?shù)值均超過(guò)當(dāng)?shù)氐谋镜姿?，其中Th的比活度濃度在匯水管、儲(chǔ)水罐等處也超過(guò)我國(guó)豁免水平［5］。U的質(zhì)量活度濃度范圍為57．15～7 507．53 Bq·kg-1，最高值位于S注水站3#罐底部進(jìn)水點(diǎn)對(duì)面處；Th的質(zhì)量活度濃度范圍為28．70～5 401．84 Bq·kg-1，最高值位于S注水站匯管處；K的質(zhì)量活度濃度范圍為34．87～5 075．17 Bq·kg-1，最高值位于S注水站3#罐底部進(jìn)水點(diǎn)對(duì)面處；Ra的質(zhì)量活度濃度范圍為27．23～3 498．50 Bq·kg-1，最高值位于S注水站匯管處。

3.2.3 水樣調(diào)查

根據(jù)當(dāng)?shù)毓痉治鰷y(cè)試結(jié)果，S注水站回注水中238U、232Th、226Ra以及總α、總β等指標(biāo)均超過(guò)了當(dāng)?shù)仫嬘盟畼?biāo)準(zhǔn)①，同時(shí)也超過(guò)了我國(guó)生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)［6］中放射性含量指標(biāo)為總α≤0．5 Bq·L-1、總β≤1 Bq·L-1的標(biāo)準(zhǔn)限值。食堂生活用水各項(xiàng)指標(biāo)未超過(guò)我國(guó)飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.4 垢層檢測(cè)

對(duì)水泵內(nèi)的垢層進(jìn)行了X熒光掃描，γ核素分析，結(jié)果見表7。

圖2 S注水站測(cè)點(diǎn)γ輻射劑量率平均值柱狀圖Fig.2The γ dose rate average histogram of S water injection station

表6 S注水站、配水間等場(chǎng)所γ能譜測(cè)量結(jié)果Table 6The γ energy spectrum measurement results of S water injection station and water distribution station

表7 垢層γ能譜分析測(cè)試結(jié)果Table 7 Test result of γ energy spectrum of scale layer

根據(jù)分析結(jié)果，垢層主要物相為重晶石；構(gòu)成成分主要為Ba、Sr和Ca的硫酸鹽沉淀物；主要放射性核素為226Ra和228Ra。該分析結(jié)果與前期調(diào)研資料結(jié)果一致。

4 放射性影響評(píng)價(jià)

4.1 對(duì)工作場(chǎng)所影響

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，本項(xiàng)目產(chǎn)生放射性異常的主要區(qū)域?yàn)镾注水站，主要影響為外照射和內(nèi)照射影響。根據(jù)γ能譜和γ輻射劑量率測(cè)量結(jié)果，S注水站地面γ能譜中U、Th和Ra等元素也出現(xiàn)高值，水泵及泵房出水管、匯管等核素含量超過(guò)我國(guó)豁免水平，γ輻射劑量率也有大部分點(diǎn)位超過(guò)了哈薩克斯坦城市區(qū)域和A類工作場(chǎng)所的標(biāo)準(zhǔn)限值。

4.2 對(duì)工作人員的影響

根據(jù)中國(guó)《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》（GB18871—2002），放射性工作人員的年有效劑量限值為20 mSv·a-1，非放射性工作人員的年有效劑量限值為1 mSv·a-1，結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，本次評(píng)價(jià)采用非放射性工作人員劑量限值標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)依據(jù)。

結(jié)合輻射劑量率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平均值，采用劑量約束值反推工作地點(diǎn)的年參考工作時(shí)間，估算結(jié)果見表8。

表8 部分崗位人員年工作時(shí)間限值Table 8Annual working time limit for some positions in the oil field

根據(jù)表8估算數(shù)據(jù)可知，含放射性垢層在暴露條件下的γ輻射劑量率較高，因此，工作人員再進(jìn)行水泵維修或管道維修過(guò)程中受到的外照射劑量較大，工作人員再進(jìn)行日常維護(hù)和工作期間應(yīng)盡量避開年參考工作時(shí)間較短的地區(qū)，并加強(qiáng)個(gè)人防護(hù)。

5 輻射安全與防護(hù)措施

5.1 工作場(chǎng)所防護(hù)措施

注意保持場(chǎng)所的清潔，非工作人員不得長(zhǎng)期停留。

5.2 工作人員防護(hù)措施

1）合理制定工作制度，泵房工作人員和維修人員在工作期間應(yīng)佩戴口罩及手套，工作結(jié)束后，應(yīng)注意洗手及衣物，防止放射性物質(zhì)被皮膚吸收及隨食品攝入體內(nèi)；在除垢及設(shè)備拆卸檢修現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)禁止吸煙和飲食。

2）工作人員應(yīng)注意保持適當(dāng)?shù)墓ぷ骶嚯x并高效工作，縮短工作時(shí)間。

3）對(duì)于年參考工作時(shí)間較短的工作場(chǎng)所，如進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間接觸工作，必要時(shí)可采取多人輪流操作，減少個(gè)人接觸時(shí)間。

6 結(jié)論

哈薩克斯坦某油田的放射性異常地區(qū)主要集中在S注水站，造成放射性異常的主要物質(zhì)為Ba、Sr和Ca的硫酸鹽沉淀物，主要放射性核素為226Ra和228Ra。工作人員在進(jìn)行日常維護(hù)和維修過(guò)程中可能受到外照射及吸入內(nèi)照射影響，應(yīng)盡量避開年參考工作時(shí)間較短的場(chǎng)所，并加強(qiáng)個(gè)人防護(hù)。

建議企業(yè)加強(qiáng)對(duì)放射性異常區(qū)域的監(jiān)測(cè)，對(duì)職工進(jìn)行輻射防護(hù)教育，提高職工的輻射防護(hù)意識(shí)。

［1］潘自強(qiáng)，劉艷陽(yáng)．人為活動(dòng)引起的天然輻射照射的增加［J］．輻射防護(hù)，2011，31（6）:323-324．

［2］夏益華．關(guān)注人類活動(dòng)引起天然照射的增加問(wèn)題［J］．輻射防護(hù)，2011，21（1）:11-13．

［3］趙亞民，劉華，吳浩．人為活動(dòng)與環(huán)境中的天然放射性［J］．輻射防護(hù)通訊，2011，21（1）:1-5．

［4］IAEA．Radiation protection and the management of radioactive waste in the oil and gas industry［R］．Vienna:IAEA，2003．

［5］中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)．GB18871—2002，電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002．

［6］中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)．GB 5749—2006，生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006．

The radioactive survey and impact assessment for an oil field in Kazakhstan

BEI Xinyu，XIA Zitong，LI Nana，DU Xichen

（Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

In the oil industry，the TENORM can result in the increasing of the natural radioactivity concentration．The radioactive survey and analysis were carried out in an oil fields in Kazakhstan，and found that the abnormal radioactivity was mainly concentrated in the water injection station，radioactive impact assessment was evaluated the radiation protections and suggestions were provided for the management of radiation protection and safety of the enterprise．

TENORM；oil field；radioactive impact assessment

TL942

A

1672-0636（2016）03-0172-06

10.3969/j.issn.1672-0636.2016.03.008

2016-05-24；

2016-06-14

貝新宇（1983—），男，天津人，工程師，主要從事環(huán)境評(píng)價(jià)及監(jiān)測(cè)工作。E-mail：beixinyu_0211011@163．com