某石油泄漏場(chǎng)地抽注水井優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)值模擬研究

葛 華，賀 志

（1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司西南管道分公司，四川 成都 610017；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司管道大連輸油氣分公司遼陽(yáng)輸氣站，遼寧 遼陽(yáng) 111214）

某石油泄漏場(chǎng)地抽注水井優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)值模擬研究

葛 華1，賀 志2

（1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司西南管道分公司，四川 成都 610017；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司管道大連輸油氣分公司遼陽(yáng)輸氣站，遼寧 遼陽(yáng) 111214）

文章中石油滲漏治理措施主要采用地下水異位修復(fù)的代表性措施-地下水抽出處理措施。利用數(shù)值模擬軟件M0DFL0W建立地下水流數(shù)值模型及溶質(zhì)運(yùn)移模型，模擬不同布井方案下污染水濃度變化的趨勢(shì)。根據(jù)模擬布井方案，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在滲漏區(qū)域進(jìn)行抽注水方案設(shè)計(jì)，尋求最利于減少污染物并能達(dá)到修復(fù)目標(biāo)值的抽出-處理最優(yōu)方案。

滲漏；治理；數(shù)值模擬；抽注水

2013年1月，滲漏場(chǎng)地附近農(nóng)民進(jìn)行農(nóng)田灌溉時(shí)，在距成品油輸送管道東側(cè)約150m的灌溉井里發(fā)現(xiàn)了油水混合物，立即將此情況報(bào)告了中石油管轄公司。公司迅速啟動(dòng)各項(xiàng)緊急預(yù)案，展開了滲漏處置工作。當(dāng)?shù)卣嚓P(guān)部門也成立了滲漏指揮領(lǐng)導(dǎo)小組，同時(shí)報(bào)當(dāng)?shù)毓布碍h(huán)保等部門。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查后，確定是由密封膠墊老化失效，造成管道滲漏成品油進(jìn)入地下，并通過(guò)土壤下滲到地下水面附近擴(kuò)散，導(dǎo)致附近灌溉井中出現(xiàn)油水混合物。

1 治理采取的地下水修復(fù)措施

本次滲漏治理措施主要采用地下水異位修復(fù)的代表性措施-地下水抽出處理措施。通過(guò)井內(nèi)抽水，形成以抽水井為漏斗的地下水流場(chǎng)，使地下水污染范圍得到一定的控制。根據(jù)場(chǎng)地內(nèi)地下水的流速、流向和滲透性，地下水系統(tǒng)和水文地質(zhì)概念模型，利用地下水?dāng)?shù)值模擬軟件MODFLOW建立地下水流數(shù)值模型及溶質(zhì)運(yùn)移模型，模擬不同布井方案下污染水濃度變化的趨勢(shì)。根據(jù)模擬布井方案，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在滲漏區(qū)域進(jìn)行抽注水方案設(shè)計(jì)。

2 抽注水井優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

2.1 模型范圍及邊界條件概化

本次模擬計(jì)算依據(jù)已查明的污染范圍、深度和污染物濃度特點(diǎn)，針對(duì)抽出處理技術(shù)中井類型、總抽水量、注水量，降深與抽水時(shí)間之間的關(guān)系進(jìn)行定量分析計(jì)算，在排除不了其它確定因素基礎(chǔ)上對(duì)模型進(jìn)行通用的、簡(jiǎn)單的概化。

模型范圍：以地下水污染范圍（0.5km×0.7km）為邊界向四周外擴(kuò)約0.5km，即1km（東西寬）×1.25km（南北長(zhǎng)），面積共計(jì)1.25km2。

邊界條件概化：本次模擬將研究區(qū)的西部及東部概化為第二類邊界條件，北部和南部概化為第一類邊界條件（見(jiàn)圖1）。上部為接受大氣降水、田間灌溉入滲的補(bǔ)給邊界，下部為接受其下伏承壓水越流補(bǔ)給的補(bǔ)給邊界。

圖1 模型平面網(wǎng)格剖分及邊界條件概化

2.2 模型參數(shù)選取

建立數(shù)值模型的關(guān)鍵是模型參數(shù)的確定，通常情況通過(guò)野外和室內(nèi)試驗(yàn)確定。本次滲透系數(shù)是根據(jù)滲漏區(qū)所做水文地質(zhì)勘察工作獲取的參數(shù)范圍合理選取，其他參數(shù)取值主要根據(jù)水文地質(zhì)試驗(yàn)及收集的相關(guān)資料類比確定，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 模型參數(shù)取值

2.3 模型的識(shí)別與驗(yàn)證

模型校驗(yàn)是運(yùn)移模擬的靈魂，是進(jìn)一步模擬預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)，制約著結(jié)論預(yù)測(cè)的合理性。本次模擬的地下水位線與實(shí)測(cè)的地下位線基本吻合（見(jiàn)圖2、圖3），因此模型驗(yàn)證結(jié)果證明所建立的數(shù)學(xué)模型、邊界條件、水文地質(zhì)參數(shù)和源匯項(xiàng)的確定都是較為合理的。初始污染羽根據(jù)實(shí)際的污染范圍進(jìn)行校驗(yàn)（見(jiàn)圖4），可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行下一步抽注水方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.4 確定最優(yōu)抽注水方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)已有的13口抽水井，新增加3口注水井，井深20m，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際污染情況及前期處理情況，將場(chǎng)內(nèi)所有井的抽注結(jié)合方式進(jìn)行調(diào)整，并通過(guò)數(shù)值模擬的方法尋求最利于減少污染物并能達(dá)到修復(fù)目標(biāo)值的抽出-處理最優(yōu)方案。

通過(guò)對(duì)不同方案的模擬計(jì)算，最終確定最優(yōu)的抽注水井布置方式，即在漏油點(diǎn)附近新增3口注水井，場(chǎng)地內(nèi)的抽7和抽8作為注水井，抽6作為抽水井，其余抽1、抽2、抽3、抽4、抽5、抽9、抽10全部抽水，井的布設(shè)見(jiàn)圖5，控制水位降深不超過(guò)5m。其中，設(shè)計(jì)的注水井注水量為200m3/d，抽6抽水量為300m3/d，抽5和抽9的抽水量為150m3/d，抽4和抽10抽水量為120m3/d，抽1、抽2和抽3的抽水量為130m3/d。抽水井降深大于5m時(shí)停止抽水，停后觀測(cè)水位（每隔半小時(shí)觀測(cè)1次），當(dāng)水位上升至距初始水位1m時(shí)，再次進(jìn)行抽水，如此反復(fù)。使油跡聚集于降落漏斗范圍內(nèi)，并根據(jù)孔內(nèi)積油的情況抽取表面油跡，通過(guò)吸油達(dá)到減少含水層中油跡含量，阻止油跡向周邊徑流和擴(kuò)散，并逐步縮小油跡范圍（見(jiàn)圖5）。

根據(jù)設(shè)計(jì)的最優(yōu)抽注水方案對(duì)場(chǎng)地污染羽及污染濃度變化的模擬結(jié)果見(jiàn)圖6～14。根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果顯示，

模擬過(guò)程中，隨著抽注水的進(jìn)行，工作區(qū)污染羽的面積總體上隨時(shí)間的增加逐漸減小，開始時(shí)間污染物濃度變化較大，時(shí)間越長(zhǎng)，污染物濃度變化越小，大約在1460天左右達(dá)到修復(fù)目標(biāo)值。此種方案下污染物濃度減小所用的時(shí)間最短，抽出-處理效果最好。

圖2 實(shí)測(cè)地下水等水位線

圖3 模擬地下水等水位線

圖4 模型初始污染羽平面圖

圖5 抽注水井布設(shè)平面圖

圖7 第90天污染羽及污染物濃度變化

圖8 第180天污染羽及污染物濃度變化

圖9 第270天污染羽及污染物濃度變化

圖10 第365天污染羽及污染物濃度變化

圖11 第545天污染羽及污染物濃度變化

圖12 第730天污染羽及污染物濃度變化

圖13 第1000天污染羽及污染物濃度變化

圖14 第1460天污染羽及污染物濃度變化

3 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)值模擬只是預(yù)測(cè)污染物未來(lái)的運(yùn)移趨勢(shì)，由于各種主觀及客觀原因，模擬的結(jié)果和實(shí)際情況存在一定的誤差，不能完全準(zhǔn)確地反映污染物達(dá)到目標(biāo)值的時(shí)間和濃度值，后續(xù)治理階段應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和檢測(cè)報(bào)告的實(shí)際濃度作為處置關(guān)閉的時(shí)間。

[1]陳世琳，蘭為民，王輝.注水井實(shí)時(shí)分析優(yōu)化系統(tǒng)的研究及應(yīng)用[J],中國(guó)石油和化工，2011.

[X937]

A

2096-2789（2016）11-0007-03

葛華（1964-），男，研究方向：油氣儲(chǔ)運(yùn)工程的設(shè)計(jì)及管理。