华北平原某油田采油井密集区水土污染特征分析
2018-04-25，
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(河南省地矿局第一地质环境调查院，河南 郑州 450045)
华北平原某油田近三十年的油气开发，试油、洗井、油井大修、堵水、松泵、下泵等井下作业和油气集输、油箱或其它运输工具的渗漏以及地下储油罐的泄漏，都会造成油类经包气带土层进人地下水中，危害地下水和土壤资源。石油烃中含有多种致癌、致畸和致突变的化学物质，最常见的为苯系物(BTEX)，即苯、甲苯、乙苯、二甲苯的混合物，其中苯和甲苯是致癌物质[1]。为查明油田采油井密集区的采油场地、输油管线对地下水的污染程度、分布特征，依托中国地质调查局开展的地质大调查项目，进行了相关方面的专题研究工作。
1 研究区概况
研究区地处黄河下游冲积平原，地形较平坦。海拔高程48.5～63.0 m，西南高，东北低，坡降为0.34‰。根据成因类型和形态，地貌可分为现代黄河滩地、黄河泛流平地、黄河故道高地、决口扇形地等四种1类型。区内500 m范围内沉积了巨厚松散地层，为地下水的储存和运移提供了良好条件，划分为浅层、深层(第2、第3组承压含水岩组)。结合本次研究对象为浅层地下水，现主要介绍浅层含水层组。
浅层含水岩组主要由全新统及上更新统两个岩组组成，底板埋深93～140 m。浅层地下水总体径流方向为NNW，以丰收渠为界，丰收渠以东地下水总体流向向北，水力坡度0.4‰～1.2‰；丰收渠以西，南部总体流向向西，水力坡度0.6‰～3.1‰；北部总体流向偏向西北，部分排入金堤河，水力坡度0.4‰～0.8‰。水化学类型分布有HCO3型、HCO3·Cl(HCO3·SO4)型、SO4·Cl(Cl·SO4)型。
区内出露地层均为第四系全新统黄河冲积物(Qhal)，耕植层土壤主要为砂质潮土，它是发育在黄土性河流沉积物母质上，经地下水参与成土过程，在旱耕熟化条件下形成的土壤。成土过程受水流分选作用影响，因沉积时期不同质地层次排列也有不同。
2 样品采集与测试
本次工作选取油田油井密集区主要为采油一厂、采油四厂及输油管线等9个场地，采集9个水样，包括1个地表积水样；31组土样，包括8个钻孔剖面的24组土样。水样、土样测试指标按《地下水污染调查评价规范》(DD2008-01)要求的测试项目进行测试。
3 地下水污染特征分析
根据8个地下水样品的测试数据来看(表1)，有4个检出石油烃，检出率为50%，检出的石油烃的含量为120～1 661 μg/L，检出含量平均值为708.75 μg/L。检出的4个样品点中，两个点含量大于300 μg/L(《生活饮用水卫生标准》
表1 水样测试数据一览表
注：评价检出限：苯：0.5 μg/L；甲苯：0.5 μg/L；苯并[a]芘：0.2 μg/L[2]。
在8组地下水样品中共有5组样品检出其他有机物，为苯、甲苯和苯并[a]芘，均为芳烃类。检出的有机物含量较低，多为目标检出限的1～5倍；同时，除HA09076点甲苯含量(1.59 μg/L)高出评价检出限外，其他有机物都未超出评价检出限。
通过对检出石油烃和其他有机物对比，地下水中如检出石油烃，同时也会检出其他有机物，存在一定的相关性。另外，分析发现高石油烃含量地下水中多检出苯并[a]芘，低含量则检出苯和甲苯，具体原因有待进一步分析。
图1 地下水石油烃及参考指标含量对照图
有研究认为[3]，地下水中氯化物、耗氧量、矿化度、总硬度可以作为石油烃污染的参考标准，在地下水石油烃重污染点，氯化物、耗氧量、矿化度、总硬度等指标也较高，以此对所采样品石油烃污染进行相关印证。以此对地下水样品的这些指标进行对比分析(图1)，除HA09080样品相关性非常好外，其他样品不明显。考虑到本区地下水为氯化物或硫酸盐氯化物的高矿化度水，上述石油烃污染参考标准在本区使用存在一定的局限性。根据前期调查，后岗上西1km路东样品点仅距管道1m，管道曾出现石油穿孔泄露事故，可确认此井地下水已经受到石油烃的污染。
4 土壤石油烃污染特征分析
根据土壤样品的石油烃测试数据来看(表2)，在石油开采场地油井旁地表(采样深度为0.2 m或0.3 m)石油烃基本都有检出，检出含量差别很大，含量较低样品采用色谱法检测，检出范围为31.1～192 mg/kg；较高的高于万分之一以上，则采用重量法检测，检出范围为0.06%～4.93%。泥浆坑石油烃检出含量也较高，为0.51%。
对7号场地内不同地块进行对比(表3)，除距油井14m处的点(编号HAT09088)未检出外，其他距油井2 m、10 m、30 m的点都有检出，整体检出含量较低，含量为31.1～192 mg/kg，且距离油井最近的2 m点(编号HAT09086)含最低，而距油井30 m点(编号HAT09090)含最高。同时对场地内4个剖面对比(图2)，Ⅳ和Ⅵ剖面在0～0.8 m，石油烃含量随深度的增加不断增大，如Ⅳ剖面由54.6 mg/kg增大到111 mg/kg，在1～1.5 m处未检出，Ⅵ剖面由192 mg/kg增大到0.8%；Ⅲ剖面在0～0.3 m，石油烃检出含量为31.1 mg/kg，而在0.5～1.5 m处未检出；Ⅴ剖面与Ⅲ剖面正好相反，0～0.3 m未检出，而在0.5～0.8 m处检出，含量为38.6 mg/kg。
表2 开采场地地表土样测试数据一览表
表3 7号采油场地不同剖面土样测试数据一览表
图2 7号场地不同剖面土壤石油烃含量对比图
由此看出，采油场地采油井周围石油烃检出含量较高，检出含量多高于万分之一以上；同时，在同一场地内，由于油井钻井、开采、闭井等过程对石油开采场地扰动较大，造成了石油烃在场地的不同地点、不同深度的含量极不均匀，具有很大的不确定性。
输油管线穿孔的两个场地石油烃测试数据来看(表4)，路西(1号)场地由于喷洒原油污染的土壤已经被置换，在0～1.5 m内未检测出石油烃。路东(2号)场地地下虽对污染的土壤进行了置换，地表检出含量也只为59.5 mg/kg，但随深度的增大，输油管(1 m以下)附近土壤颜色逐渐变黑，石油烃含量由0.3～0.6 m检出的0.4%增大到输油管附近的4.19%。据现场调查，输油管道现在仍然有穿孔，且有油气的溢出。
表4 输油管线场地土样测试数据一览表
采油场地附近农田和石油土壤污染治理场地石油烃测试数据来看(表5)，只在采油场地附近农田地表(0～0.2 m)处检出，含量为266 mg/kg，而两个场地其他深度样品都未检出。
表5 农田和治理场地土样测试数据一览表
5 采油井密集区水土污染特征分析
通过对采油井密集区采油场地及输油管线穿孔附近土壤检测来看，土壤中石油烃含量较高，部分点检出含量高于万分之一以上，采用重量法百分比表达，对周围地下水存在潜在影响。从附近地下水石油烃检出情况来看，样品检出率虽然较高，但笔者分析认为，检出点主要位于以下两种类型场地。
第一种类型，为采油井场地原生态环境破坏点，代表点为某村西南废弃油井场地内的两个井都检测出石油烃，且含量较高。该场地实施池塘开挖工程，对场地原开采时的地表土层及泥浆坑进行了粉碎挖掘，破坏了原有的石油烃存在生态环境。在雨季，场地低洼经常形成积水，浸泡、冲刷场地内的油泥、油块等，石油烃以非水相液体(NAPL)的形式富集在积水中，这在地表积水样品得到了验证，检测的石油烃含量高达5229 μg/L。此外，本区地下水水位很浅，一般为4 m左右，雨季约1 m，利于地表水的入渗，形成石油烃的污染。
第二种类型，为石油污染事故点，代表点为某村西1 km路东输油管道穿孔附近。该输油管道埋藏深度约有1 m，穿孔造成原油的大量泄漏，造成输油管道
周围变成黑色油泥，检测出的石油烃占4.19%。此外，本地区地下水水位较浅，雨季约为2 m，地下水基本接近输油管道，从而造成对地下水石油烃的污染。此外，在次井北150 m处地下水流向下游，编号为HA09079水井中没有检测出石油烃，而氯化物、耗氧量、矿化度、总硬度等参考指标变化也不明显，可见石油烃的影响范围有限。
6 结论与建议
6.1 结论
(1)本次采集的9个地下水样品中，有4个检出石油烃，检出率为50%，检出的石油烃的含量为120～1 661μg/L，有2个样品含量大于300 μg/L(《生活饮用水卫生标准》
(2)采油井周围土壤中石油烃检出含量较高，检出含量多高于万分之一以上，采用重量法百分比表达；在同一场地内不同地点、不同深度土壤石油烃含量极不均匀，具有很大的不确定性；输油管道穿孔对土壤污染严重，输油管(1 m以下)附近土壤颜色变黑，石油烃检出含量高达4.19%；石油开采已经对采油场地附近农田造成污染，某处农田地表(0～0.2 m)处检出石油烃含量为266 mg/kg。
(3)调查区内地下水石油烃污染主要是采油场地原生态的破坏和事故性污染造成。
6.2 建议
结合本次研究，区内地下水石油烃污染主要是采油场地原生态的破坏和事故性污染造成。因此，在采油井开采过程中妥善处理落地原油，尽量将场地环境与周围环境隔开，尤其是雨季后的地表积水。对输油管线定期进行检查和维修，并对事故造成的石油污染土壤进行完全置换，从根本上消除对地下水的污染隐患。由于本区特殊的地质环境，在进行采油场地原生态的破坏前，应进行必要得防护措施，防止产生二次污染。对已经污染的地下水，可根据实际情况，采用曝气技术、臭氧氧化技术、水力截获技术、生物技术等手段进行处理[4]。
[1]王业耀，孟凡生.石油烃污染地下水原位修复技术研究进展[J].化工环保.2005.25(2)：117-120.
[2]中国地质调查局.地下水污染调查评价技术要求[S].2010：35.
[3]刘荣芳，陈鸿汉，等.某油田地下水污染特征分析[J].地下水.2007.29(3)：62-66.
[4]郭华明，王焰新. 地下水有机污染治理技术现状及发展前景[J].地质科技情报.1999.18(2)：69-72.
