華北平原某油田采油井密集區(qū)水土污染特征分析

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(河南省地礦局第一地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450045)

華北平原某油田近三十年的油氣開發(fā)，試油、洗井、油井大修、堵水、松泵、下泵等井下作業(yè)和油氣集輸、油箱或其它運(yùn)輸工具的滲漏以及地下儲油罐的泄漏，都會造成油類經(jīng)包氣帶土層進(jìn)人地下水中，危害地下水和土壤資源。石油烴中含有多種致癌、致畸和致突變的化學(xué)物質(zhì)，最常見的為苯系物(BTEX)，即苯、甲苯、乙苯、二甲苯的混合物，其中苯和甲苯是致癌物質(zhì)[1]。為查明油田采油井密集區(qū)的采油場地、輸油管線對地下水的污染程度、分布特征，依托中國地質(zhì)調(diào)查局開展的地質(zhì)大調(diào)查項目，進(jìn)行了相關(guān)方面的專題研究工作。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處黃河下游沖積平原，地形較平坦。海拔高程48.5～63.0 m，西南高，東北低，坡降為0.34‰。根據(jù)成因類型和形態(tài)，地貌可分為現(xiàn)代黃河灘地、黃河泛流平地、黃河故道高地、決口扇形地等四種1類型。區(qū)內(nèi)500 m范圍內(nèi)沉積了巨厚松散地層，為地下水的儲存和運(yùn)移提供了良好條件，劃分為淺層、深層(第2、第3組承壓含水巖組)。結(jié)合本次研究對象為淺層地下水，現(xiàn)主要介紹淺層含水層組。

淺層含水巖組主要由全新統(tǒng)及上更新統(tǒng)兩個巖組組成，底板埋深93～140 m。淺層地下水總體徑流方向為NNW，以豐收渠為界，豐收渠以東地下水總體流向向北，水力坡度0.4‰～1.2‰；豐收渠以西，南部總體流向向西，水力坡度0.6‰～3.1‰；北部總體流向偏向西北，部分排入金堤河，水力坡度0.4‰～0.8‰。水化學(xué)類型分布有HCO3型、HCO3·Cl(HCO3·SO4)型、SO4·Cl(Cl·SO4)型。

區(qū)內(nèi)出露地層均為第四系全新統(tǒng)黃河沖積物(Qhal)，耕植層土壤主要為砂質(zhì)潮土，它是發(fā)育在黃土性河流沉積物母質(zhì)上，經(jīng)地下水參與成土過程，在旱耕熟化條件下形成的土壤。成土過程受水流分選作用影響，因沉積時期不同質(zhì)地層次排列也有不同。

2 樣品采集與測試

本次工作選取油田油井密集區(qū)主要為采油一廠、采油四廠及輸油管線等9個場地，采集9個水樣，包括1個地表積水樣；31組土樣，包括8個鉆孔剖面的24組土樣。水樣、土樣測試指標(biāo)按《地下水污染調(diào)查評價規(guī)范》(DD2008-01)要求的測試項目進(jìn)行測試。

3 地下水污染特征分析

根據(jù)8個地下水樣品的測試數(shù)據(jù)來看(表1)，有4個檢出石油烴，檢出率為50%，檢出的石油烴的含量為120～1 661 μg/L，檢出含量平均值為708.75 μg/L。檢出的4個樣品點(diǎn)中，兩個點(diǎn)含量大于300 μg/L(《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》石油烴標(biāo)準(zhǔn))，分別為某村西南廢棄油井西北水井和某村西1 km路東水井。此外，在廢棄油井場地降雨積水檢出的石油烴含量高達(dá)5 229 μg/L，是《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》石油烴標(biāo)準(zhǔn)的17倍。

表1 水樣測試數(shù)據(jù)一覽表

注：評價檢出限：苯：0.5 μg/L；甲苯：0.5 μg/L；苯并[a]芘：0.2 μg/L[2]。

在8組地下水樣品中共有5組樣品檢出其他有機(jī)物，為苯、甲苯和苯并[a]芘，均為芳烴類。檢出的有機(jī)物含量較低，多為目標(biāo)檢出限的1～5倍；同時，除HA09076點(diǎn)甲苯含量(1.59 μg/L)高出評價檢出限外，其他有機(jī)物都未超出評價檢出限。

通過對檢出石油烴和其他有機(jī)物對比，地下水中如檢出石油烴，同時也會檢出其他有機(jī)物，存在一定的相關(guān)性。另外，分析發(fā)現(xiàn)高石油烴含量地下水中多檢出苯并[a]芘，低含量則檢出苯和甲苯，具體原因有待進(jìn)一步分析。

圖1 地下水石油烴及參考指標(biāo)含量對照圖

有研究認(rèn)為[3]，地下水中氯化物、耗氧量、礦化度、總硬度可以作為石油烴污染的參考標(biāo)準(zhǔn)，在地下水石油烴重污染點(diǎn)，氯化物、耗氧量、礦化度、總硬度等指標(biāo)也較高，以此對所采樣品石油烴污染進(jìn)行相關(guān)印證。以此對地下水樣品的這些指標(biāo)進(jìn)行對比分析(圖1)，除HA09080樣品相關(guān)性非常好外，其他樣品不明顯。考慮到本區(qū)地下水為氯化物或硫酸鹽氯化物的高礦化度水，上述石油烴污染參考標(biāo)準(zhǔn)在本區(qū)使用存在一定的局限性。根據(jù)前期調(diào)查，后崗上西1km路東樣品點(diǎn)僅距管道1m，管道曾出現(xiàn)石油穿孔泄露事故，可確認(rèn)此井地下水已經(jīng)受到石油烴的污染。

4 土壤石油烴污染特征分析

根據(jù)土壤樣品的石油烴測試數(shù)據(jù)來看(表2)，在石油開采場地油井旁地表(采樣深度為0.2 m或0.3 m)石油烴基本都有檢出，檢出含量差別很大，含量較低樣品采用色譜法檢測，檢出范圍為31.1～192 mg/kg；較高的高于萬分之一以上，則采用重量法檢測，檢出范圍為0.06%～4.93%。泥漿坑石油烴檢出含量也較高，為0.51%。

對7號場地內(nèi)不同地塊進(jìn)行對比(表3)，除距油井14m處的點(diǎn)(編號HAT09088)未檢出外，其他距油井2 m、10 m、30 m的點(diǎn)都有檢出，整體檢出含量較低，含量為31.1～192 mg/kg，且距離油井最近的2 m點(diǎn)(編號HAT09086)含最低，而距油井30 m點(diǎn)(編號HAT09090)含最高。同時對場地內(nèi)4個剖面對比(圖2)，Ⅳ和Ⅵ剖面在0～0.8 m，石油烴含量隨深度的增加不斷增大，如Ⅳ剖面由54.6 mg/kg增大到111 mg/kg，在1～1.5 m處未檢出，Ⅵ剖面由192 mg/kg增大到0.8%；Ⅲ剖面在0～0.3 m，石油烴檢出含量為31.1 mg/kg，而在0.5～1.5 m處未檢出；Ⅴ剖面與Ⅲ剖面正好相反，0～0.3 m未檢出，而在0.5～0.8 m處檢出，含量為38.6 mg/kg。

表2 開采場地地表土樣測試數(shù)據(jù)一覽表

表3 7號采油場地不同剖面土樣測試數(shù)據(jù)一覽表

圖2 7號場地不同剖面土壤石油烴含量對比圖

由此看出，采油場地采油井周圍石油烴檢出含量較高，檢出含量多高于萬分之一以上；同時，在同一場地內(nèi)，由于油井鉆井、開采、閉井等過程對石油開采場地擾動較大，造成了石油烴在場地的不同地點(diǎn)、不同深度的含量極不均勻，具有很大的不確定性。

輸油管線穿孔的兩個場地石油烴測試數(shù)據(jù)來看(表4)，路西(1號)場地由于噴灑原油污染的土壤已經(jīng)被置換，在0～1.5 m內(nèi)未檢測出石油烴。路東(2號)場地地下雖對污染的土壤進(jìn)行了置換，地表檢出含量也只為59.5 mg/kg，但隨深度的增大，輸油管(1 m以下)附近土壤顏色逐漸變黑，石油烴含量由0.3～0.6 m檢出的0.4%增大到輸油管附近的4.19%。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，輸油管道現(xiàn)在仍然有穿孔，且有油氣的溢出。

表4 輸油管線場地土樣測試數(shù)據(jù)一覽表

采油場地附近農(nóng)田和石油土壤污染治理場地石油烴測試數(shù)據(jù)來看(表5)，只在采油場地附近農(nóng)田地表(0～0.2 m)處檢出，含量為266 mg/kg，而兩個場地其他深度樣品都未檢出。

表5 農(nóng)田和治理場地土樣測試數(shù)據(jù)一覽表

5 采油井密集區(qū)水土污染特征分析

通過對采油井密集區(qū)采油場地及輸油管線穿孔附近土壤檢測來看，土壤中石油烴含量較高，部分點(diǎn)檢出含量高于萬分之一以上，采用重量法百分比表達(dá)，對周圍地下水存在潛在影響。從附近地下水石油烴檢出情況來看，樣品檢出率雖然較高，但筆者分析認(rèn)為，檢出點(diǎn)主要位于以下兩種類型場地。

第一種類型，為采油井場地原生態(tài)環(huán)境破壞點(diǎn)，代表點(diǎn)為某村西南廢棄油井場地內(nèi)的兩個井都檢測出石油烴，且含量較高。該場地實施池塘開挖工程，對場地原開采時的地表土層及泥漿坑進(jìn)行了粉碎挖掘，破壞了原有的石油烴存在生態(tài)環(huán)境。在雨季，場地低洼經(jīng)常形成積水，浸泡、沖刷場地內(nèi)的油泥、油塊等，石油烴以非水相液體(NAPL)的形式富集在積水中，這在地表積水樣品得到了驗證，檢測的石油烴含量高達(dá)5229 μg/L。此外，本區(qū)地下水水位很淺，一般為4 m左右，雨季約1 m，利于地表水的入滲，形成石油烴的污染。

第二種類型，為石油污染事故點(diǎn)，代表點(diǎn)為某村西1 km路東輸油管道穿孔附近。該輸油管道埋藏深度約有1 m，穿孔造成原油的大量泄漏，造成輸油管道

周圍變成黑色油泥，檢測出的石油烴占4.19%。此外，本地區(qū)地下水水位較淺，雨季約為2 m，地下水基本接近輸油管道，從而造成對地下水石油烴的污染。此外，在次井北150 m處地下水流向下游，編號為HA09079水井中沒有檢測出石油烴，而氯化物、耗氧量、礦化度、總硬度等參考指標(biāo)變化也不明顯，可見石油烴的影響范圍有限。

6 結(jié)論與建議

6.1 結(jié)論

(1)本次采集的9個地下水樣品中，有4個檢出石油烴，檢出率為50%，檢出的石油烴的含量為120～1 661μg/L，有2個樣品含量大于300 μg/L(《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》石油烴標(biāo)準(zhǔn))；有5個樣品檢出其他有機(jī)污染組分，為苯、甲苯和苯并[a]芘，均為芳烴類，檢出的含量較低，多為目標(biāo)檢出限的1～5倍。

(2)采油井周圍土壤中石油烴檢出含量較高，檢出含量多高于萬分之一以上，采用重量法百分比表達(dá)；在同一場地內(nèi)不同地點(diǎn)、不同深度土壤石油烴含量極不均勻，具有很大的不確定性；輸油管道穿孔對土壤污染嚴(yán)重，輸油管(1 m以下)附近土壤顏色變黑，石油烴檢出含量高達(dá)4.19%；石油開采已經(jīng)對采油場地附近農(nóng)田造成污染，某處農(nóng)田地表(0～0.2 m)處檢出石油烴含量為266 mg/kg。

(3)調(diào)查區(qū)內(nèi)地下水石油烴污染主要是采油場地原生態(tài)的破壞和事故性污染造成。

6.2 建議

結(jié)合本次研究，區(qū)內(nèi)地下水石油烴污染主要是采油場地原生態(tài)的破壞和事故性污染造成。因此，在采油井開采過程中妥善處理落地原油，盡量將場地環(huán)境與周圍環(huán)境隔開，尤其是雨季后的地表積水。對輸油管線定期進(jìn)行檢查和維修，并對事故造成的石油污染土壤進(jìn)行完全置換，從根本上消除對地下水的污染隱患。由于本區(qū)特殊的地質(zhì)環(huán)境，在進(jìn)行采油場地原生態(tài)的破壞前，應(yīng)進(jìn)行必要得防護(hù)措施，防止產(chǎn)生二次污染。對已經(jīng)污染的地下水，可根據(jù)實際情況，采用曝氣技術(shù)、臭氧氧化技術(shù)、水力截獲技術(shù)、生物技術(shù)等手段進(jìn)行處理[4]。

[1]王業(yè)耀，孟凡生.石油烴污染地下水原位修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].化工環(huán)保.2005.25(2)：117-120.

[2]中國地質(zhì)調(diào)查局.地下水污染調(diào)查評價技術(shù)要求[S].2010：35.

[3]劉榮芳，陳鴻漢，等.某油田地下水污染特征分析[J].地下水.2007.29(3)：62-66.

[4]郭華明，王焰新. 地下水有機(jī)污染治理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].地質(zhì)科技情報.1999.18(2)：69-72.