油氣終端登陸管線的地下水環(huán)境影響評價

鄧兵杰 閆文娟 陳袁袁

(中海石油環(huán)保服務(天津)有限公司)

0 引 言

油氣終端是指建造在陸地上的處理海上油氣田(群)開采出來的油、氣、水或其混合物的油氣初加工廠。作為海洋石油開發(fā)重要配套設施，為了便于接收海上油氣，多選址于濱海區(qū)域，以油氣管線連接海上油田群的生產(chǎn)物流。

油氣登陸管線途經(jīng)的濱海地區(qū)由于地勢低緩，是水分鹽分的匯集區(qū)，加之濱海灘涂復雜的土壤環(huán)境和地下水環(huán)境，其物理因素、化學因素和生物因素均可導致油氣管道發(fā)生腐蝕。一旦發(fā)生油品泄漏污染地下水，隨著地下水的流向遷移，不可避免出現(xiàn)石油類對近岸海洋環(huán)境造成影響，且地下水污染具有隱蔽性和難逆轉(zhuǎn)性的特點，地下水流速緩慢，自然循環(huán)更新周期長，一旦污染就難以修復[1]。加之濱海地區(qū)地下水、地表水以及海水之間的水力聯(lián)系密切，海陸相互作用研究已成為目前地學研究領域的熱點問題；濱海地區(qū)地下水環(huán)境一旦被污染，將對濱海地下水環(huán)境保護和污染修復造成嚴峻的挑戰(zhàn)[2-3]。

針對建設項目的地下水環(huán)境影響預測評價，能預先評估可能造成的地下水污染的程度、范圍和遷移規(guī)律，對污染預防和修復具有重要意義。

本文選定HJ 610—2016《環(huán)境影響評價技術導則 地下水環(huán)境》[4]實施以來，某新建油氣終端廠的地下水環(huán)境影響評價為例，針對油氣混輸?shù)顷懝芫€發(fā)生原油泄漏的狀況，開展地下水環(huán)境影響分析。

1 工程概況

某終端廠擬建于雷州半島某工業(yè)園區(qū)內(nèi)。項目登陸油氣混輸管道為雙層保溫鋼管，內(nèi)管16″，外管20″，采用API(美國石油協(xié)會)5L X65 HFW(高頻電阻焊)管線，保溫層厚度50 mm，設置3LPE(三層聚乙烯復合結構)外防腐涂層。管道采用直埋方式敷設，埋深1.2 m，總長900 m，輸送的原油密度為844 kg/m3。在油氣終端的近廠區(qū)域有3個拐點，原油登陸管線示意見圖1。

圖1 原油登陸管線示意

2 區(qū)域概況

終端場地位于海積平臺上，東部為火山臺地(海蝕階地)及少量現(xiàn)代河流沉積地貌。

2.1 地形地貌

區(qū)內(nèi)總體地勢為東高西低略向北部灣傾斜的趨勢，自然標高在0～20 m，海岸線走向呈北西向。發(fā)育有海積和海蝕階地、砂堤砂地和海漫灘，局部有海汊相隔。

2.1.1 構造特征

本區(qū)在區(qū)域新構造位置上，處于中新生代雷瓊斷陷盆地中部。區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，且繼承性活動明顯；區(qū)內(nèi)盆地(凹陷)眾多，且斷塊差異運動顯著。區(qū)內(nèi)絕大部分地區(qū)地表被第四紀火山巖風化土及松散沉積物覆蓋，斷裂構造形跡出露少，僅在火山口和局部海岸帶或陸地沖溝內(nèi)有零星出露。區(qū)內(nèi)的基底斷裂發(fā)育，主要有北東向、北西向和東西向三組斷裂，形成網(wǎng)狀的構造格架。

2.1.2 地層巖性

調(diào)查評價區(qū)地表未見第三系地層，但在深孔中有揭露。本區(qū)第四系覆蓋全區(qū)地表，且發(fā)育較全。采用兩分法把第四系劃分為更新統(tǒng)和全新統(tǒng)，并根據(jù)區(qū)內(nèi)巖性、巖相特征和成因、地貌等資料，進一步劃分出六個地層組，即更新世湛江組、石茆嶺組、徐聞組；全新世北海組、新寮組、曲界組。

2.2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)調(diào)查評價區(qū)地層建造特征，火山活動規(guī)律，含水層巖性特征，地下水賦存條件及水動力特征，將區(qū)內(nèi)地下水劃分為松散巖類孔隙水和火山巖類孔洞(隙)裂隙水兩大類。根據(jù)賦存特征，又可將松散巖類孔隙水劃分為淺層潛水-微承壓水和中深層承壓水。

依據(jù)水文地質(zhì)勘探成果和收集的相關勘探資料可知，淺層潛水-微承壓水下部存在粉質(zhì)黏土層，其分布連續(xù)穩(wěn)定，厚度大于5.0 m，是區(qū)內(nèi)淺層和中、深層地下水之間良好的隔水層；深層承壓水指埋深30 m以下的松散巖類孔隙水，其水量豐富，是區(qū)內(nèi)生活飲用水的主要開采層，開采深度在200 m左右；區(qū)域水文地質(zhì)剖面見圖2。

圖2 水文地質(zhì)剖面

因區(qū)內(nèi)沒有工業(yè)和農(nóng)業(yè)開采地下水的問題，而生活飲用水開采量相對十分有限，因此中深層承壓水水動力場基本處于天然狀態(tài)。

從地下水環(huán)境影響評價工作的目的出發(fā)，該項目地下水研究目標含水層為火山巖類孔洞(隙)裂隙潛水、松散巖類孔隙潛水和松散巖類微承壓水。

2.3 地下水補徑排特征

2.3.1 火山巖類孔洞(隙)裂隙水

項目區(qū)域大氣降雨為火山巖類孔洞(隙)裂隙潛水的唯一補給來源。

2.3.2 松散巖類孔隙水

在調(diào)查評價區(qū)西南部北海組地層沉積區(qū)，上部的松散巖類孔隙潛水和下部的火山巖類孔洞(隙)裂隙潛水水力聯(lián)系密切，兩者之間雖然有粉質(zhì)黏土存在，但在咸淡水分界線附近該層逐漸殲滅，而在咸水分布區(qū)內(nèi)，該層粉質(zhì)黏土因沖蝕等作用亦不連續(xù)。因此該區(qū)的松散巖類孔隙潛水既接受養(yǎng)殖、曬鹽水體的垂直入滲補給，又接受東北側(cè)火山巖類孔洞(隙)裂隙潛水的側(cè)向徑流補給。

受區(qū)內(nèi)地形地貌和玄武巖底板形態(tài)控制，區(qū)內(nèi)火山巖和松散巖類潛水由東北向西南方向徑流，最終排入北部灣海水。

3 地下水污染預測

3.1 工況分析

海洋油氣登陸管線作為海上油氣生產(chǎn)物流進入油氣終端的輸送末端，多有埋深高程和壓力的變化，此段管道鋪設受終端廠區(qū)地理位置制約，常在較短距離內(nèi)發(fā)生較多拐點，因此會有更多焊縫產(chǎn)生，導致腐蝕概率增加。這些點位相對容易發(fā)生泄漏，造成非正常狀況下的地下水潛在污染因素。

本油氣終端的登陸管道在近廠區(qū)域有3個拐點，假定2#拐點發(fā)生泄漏，原油密度為844 kg/m3。

輸油管道滲漏量采用中國石油天然氣集團有限公司王新等的估算方法進行計算[5]。

上游站場到泄漏點壓力損失計算：

(1)

式中：Ps為壓力損失，Pa；Pup為上游站場壓力，Pa；Pdown為下游站場壓力，Pa；l1為上游站場距滲漏點距離，m；l2為下游站場距滲漏點距離，m；ρl為輸送介質(zhì)密度，kg/m3；g為重力加速度，取值9.8；Hup為上游站場相對下游站場高程差，m。計算所需參數(shù)見表1。

表1 管道計算相關參數(shù)

泄漏點處管道內(nèi)壓計算：

Pl=Pup-Ps+ρlg(Hup-Hx)

(2)

式中：Pl為泄漏點處壓力，Pa；Hx為泄漏點相對下游站場高程差，m。

本次計算中Hx=0。

泄漏點泄漏速率計算：

(3)

(4)

式中：qs為關閥前油品泄漏速率，kg/s；Cd為泄漏系數(shù)，取值0.65；Ah為泄漏孔的橫截面積，m2；Pa為外部環(huán)境壓力，取值101 325 Pa。

計算中取泄漏孔徑為0.002 m。

通過計算，qs為0.09 kg/s。

3.2 預測模型

結合該區(qū)域的地形地貌特征、水文地質(zhì)條件，此狀況下管道發(fā)生漏油對該區(qū)域地下水流場沒有明顯的影響，評價區(qū)內(nèi)含水層的基本參數(shù)(如滲透系數(shù)、有效孔隙度等)不變，依據(jù)HJ 610—2016《環(huán)境影響評價技術導則 地下水環(huán)境》的要求，地下水環(huán)境影響預測采用一維穩(wěn)定流二維平面連續(xù)點源模型，公式[4]如下：

(5)

(6)

式中：x，y為計算點處的位置坐標；t為時間，d；C(x，y，t)為t時刻點x，y處的示蹤劑質(zhì)量濃度，mg/L；M為承壓含水層的厚度，m；mt為單位時間注入示蹤劑的質(zhì)量，kg/d；u為水流速度，m/d；n為有效孔隙度，量綱為1；DL為縱向x方向的彌散系數(shù)，m2/d；DT為橫向y方向的彌散系數(shù)，m2/d；π為圓周率；K0(β)為第二類零階修正貝塞爾函數(shù)；W(u2t/4DL，β)為第一類越流系數(shù)井函數(shù)。

3.3 計算參數(shù)

地質(zhì)介質(zhì)中溶質(zhì)運移主要受滲透系數(shù)在空間上變化的制約，即地質(zhì)介質(zhì)的結構影響。這一空間變化影響地下水流速，從而影響到溶質(zhì)的對流與彌散。通?？障督橘|(zhì)中的彌散度隨著溶質(zhì)運移距離的增加而加大，這種現(xiàn)象為水動力彌散尺度效應[6]。水動力彌散系數(shù)取經(jīng)驗值0.5 m2/d。

本場地地下水實際流速計算公式如下：

U=K·I/n

(7)

式中：U為地下水實際流速，m/d；K為滲透系數(shù)，m/d；I為水力坡度；n為有效孔隙度。

本評價中收集及實測的水文地質(zhì)參數(shù)見表2。

表2 地下水實際流速計算參數(shù)

3.4 預測結果

以石油類為污染物，其標準參照GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅲ類水體規(guī)定限值，標準限值為0.05 mg/L，檢出下限為0.01 mg/L。預測在非正常狀況情景下，石油類在地下水中的遷移過程，明確石油類運移至海岸線時間和超標的時間。

陸管拐點2#位于廠區(qū)邊界，距離南側(cè)海岸線300 m。當陸管拐點2#油氣滲漏污染地下水時，100 d內(nèi)地下水中石油類污染縱向(x方向)擴散距離為52 m，1 000 d內(nèi)地下水中石油類污染縱向(x方向)擴散距離為170 m，第2 944 d地下水中石油類污染物擴散至海岸線，出現(xiàn)檢出濃度，第3 291 d海岸線污染物出現(xiàn)超標現(xiàn)象。登陸管線泄漏原油在地下水中不同時間運移預測結果見圖3。

圖3 登陸管線泄漏原油在地下水中不同時間運移預測結果

4 結束語

通過對濱海油氣終端油氣登陸管線所經(jīng)地區(qū)地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構造等水文地質(zhì)條件的調(diào)查和綜合分析，針對海洋油氣終端中的原油登陸管線泄漏情景，結合HJ 610—2016《環(huán)境影響評價技術導則 地下水環(huán)境》的相關要求，進行了地下水環(huán)境影響分析。重點分析了石油類在地下水中運移至海岸線和超標的時間，對濱海地區(qū)地下水環(huán)境管理和污染預防具有重要指示意義，亦為濱海地區(qū)地下水環(huán)境影響評價的開展提供了良好的實踐案例。