非密封放射性物质野外示踪的辐射环境分析

贠彦祺，曹伟，李晨晖，任坤贤，宁兴勤

1.甘肃省核与辐射安全中心（甘肃 兰州 730020）

2.中国石油冀东油田分公司 监督中心（河北 唐山 063000）

放射性同位素测井是利用人工放射性同位素作为示踪剂研究、观察油井技术状况和采油注水动态的测井方法[1]。目前随着国内油田大规模勘探开发及核技术利用的发展,在测井中可以使用的放射性同位素种类不断增多,应用范围也在不断扩大，但野外示踪带来的辐射环境问题也日渐突出。生态环境部在2018年11月5日发布的《关于放射性同位素示踪测井有关问题的复函》（环办法规函〔2018〕1253号）中再一次明确：开展放射性同位素示踪测井活动前，应依法履行环境影响评价审批手续[2]。介绍相关辐射安全管理要求，建立分析野外示踪过程中的γ射线和β射线的辐射剂量率理论计算方法，同时估算示踪过程对职业人员和公众造成的附加剂量，为今后使用非密封放射性物质进行野外示踪试验的油田等单位进行辐射安全管理和环境影响评价提供技术指导。

1 示踪的辐射安全管理要求

1.1 法律法规

示踪的辐射安全管理要求方面的法律法规有：《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国环境影响评价法》《中华人民共和国放射性污染防治法》《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》《放射性同位素与射线装置安全许可管理办法》《放射性同位素与射线装置安全和防护管理办法》。

1.2 示踪的具体法规要求

《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》第三十六条规定：“在室外、野外使用放射性同位素和射线装置的，应当按照国家安全和防护标准的要求划出安全防护区域，设置明显的放射性标志，必要时设专人警戒。”《放射性同位素与射线装置安全许可管理办法》（原国家环境保护总局令第31号）第三十四条规定：“在野外进行放射性同位素示踪试验的单位，应当在每次试验前编制环境影响报告表，并经试验所在地省级环境保护主管部门商同级有关部门审查批准后方可进行。”

生态环境部在2018年11月5日发布的《关于放射性同位素示踪测井有关问题的复函》（环办法规函〔2018〕1253号）中明确放射性同位素示踪测井属于“在野外进行放射性同位素示踪试验”的一种形式。开展放射性同位素示踪测井活动前，应依法履行环境影响评价审批手续。需开展多次有计划的野外示踪试验的，其环境影响评价报告表可在试验前，对同一地质条件环境作一次总体评价，并报送审批。因此使用非密封放射性物质进行野外示踪的油田等单位开展放射性同位素示踪测井活动前，可提前在同一地区制定野外示踪试验计划，明确测井地质条件，可参照以下要素制定试验计划，见表1。

表1 野外示踪试验计划要素一览表

2 示踪辐射环境影响分析

2.1 非密封放射性物质示踪测井的辐射影响分析

正常工况下测井采用的放射性同位素示踪剂为超细陶瓷颗粒状态，测井时先将示踪剂加注泵设备与测井压裂设备注砂管连接好，然后将同位素示踪剂装入加注泵中，随注砂过程自动将示踪剂释放进入被测井中。在此过程中产生的同位素示踪剂废弃包装材料需交有资质的单位处置。

1）计算公式式中：H为距离放射源r m处的照射剂量率，Sv/h；A为源的放射性活度，Ci；Γ为照射量率常数，124Sb取0.98 R·m2/(h·Ci)、192Ir取0.46 R·m2/(h·Ci)·、46Sc取1.09[R·m2/(h·Ci)；r为计算点距源的距离，m；8.76×10-3为伦琴与戈瑞转换系数，针对γ射线其品质因子为1，1Gy数值上等于1Sv。

2）计算结果。按照油田野外示踪常见的注入类型，模拟A井拟注入124Sb（0.05Ci）和46Sc（0.3Ci）两种核素，B井拟注入124Sb（0.04Ci）和192Ir（0.29Ci）两种核素，按照同位素使用量，以点源进行估算，距源不同距离处的照射剂量计算结果见表2。

表2 不同距离处裸源照射剂量

3）非密封放射性物质示踪测井对职业人员的辐射影响分析。使用放射性同位素源进行示踪测井诊断时，操作人员穿戴防护服装拿同位素示踪剂瓶，将放射性示踪剂倒入示踪剂加注泵注设备中，人员距离源约0.5 m，每次操作时间约3 min；之后工作人员在距泵注设备10 m的控制箱地方操作，工作时间约1 h[3]。根据本项目施工作业计划，拟先后进行1次压裂施工并同时进行测井施工。根据表2中距离非密封源0.5 m和10 m处剂量进行估算，单口井一次测井施工对工作人员产生的照射剂量结果见表3。

表3 单口井一次测井施工对工作人员产生的照射剂量

由表3可知：A井测井作业时124Sb、46Sc核素产生的辐射影响分别为每次0.094 mSv、0.597 mSv；B井测井作业时124Sb、192Ir核素产生的辐射影响分别为每次0.073 mSv、0.242 mSv。若同一人操作测井则A井最多测7次，B井最多测15次，该工作人员方可满足年有效剂量管理约束值为5 mSv的限值要求。实际操作过程中工作人员穿戴防护服，并佩带防护眼镜和其他防护用品，工作人员实际所受到辐射剂量将低于估算值。

4）非密封放射性物质示踪测井对公众的辐射影响分析。假设以工作现场为中心，半径30 m的圆形范围警戒区域外的非放射性工作人员和公众在实施装载裸露源过程，每次操作时间3 min，经计算1次公众受到的辐射剂量为1.33×10-4mSv，低于GB 18871—2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》中规定的公众1 mSv/a[4]，是可以接受的。

2.2 示踪剂释入的β射线的辐射环境影响分析

1）计算公式。根据《辐射防护手册（第一分册）》[6]，β粒子空气吸收剂量率：

式中：Dβ为β粒子吸收剂量，mGy/h；为β粒子质量碰撞组织本领，MeV·cm2/g；Φ为β粒子注量率，cm2/s。

其中Φ=s/4πr2，s为源强，Bq；r为计算点距源的距离，cm。

同前面的假设条件相同：辐射工作人员在实施开瓶、分装、注入容器罐过程最近距离源0.5 m，操作时间20 s(最多)。核素124Sb、46Sc、192Ir的β能量最大分别为2.3 MeV、0.35 MeV、0.67 MeV，查表得值分别为124Sb：1.733 MeV·cm2/g、46Sc：1.984 MeV·cm2/g、192Ir：1.726 MeV·cm2/g。

2）计算结果。按照式（2），以点源进行估算，距源不同距离处的照射剂量计算结果见表4。

表4 不同距离处裸源β射线照射剂量

根据国家标准GB 18871—2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》中的相关规定“四肢或皮肤的年剂量为500 mSv”。由表4可知，在距离示踪剂5 cm处的每次皮肤剂量为5.47×10-4mSv；50 cm处的每次皮肤剂量为5.47×10-6mSv。这说明同位素示踪剂在开瓶、分装、罐注过程对操作人员的β射线剂量辐射影响是可接受的。

3）对公众的辐射影响分析。β射线的剂量主要引起皮肤剂量，测井所用的核素为192Ir、124Sb、46Sc。根据其衰变图可知，发生β衰变时产生的β射线，能量最低为0.35 MeV，能量最高为2.3 MeV。能量为0.35 MeV的β射线在空气中的最大射程约1.2 m，能量为2.3 MeV的β射线在空气中的最大射程约3.7 m，在3.7 m附近β射线将锐减至零[5-7]。由此可见，β射线对公众造成的辐射危害相对于γ射线的影响是可忽略的。

3 结论

1）非密封放射性物质野外示踪带来的辐射环境问题日渐突出，生态环境部在2018年11月5日发布的《关于放射性同位素示踪测井有关问题的复函》（环办法规函〔2018〕1253号）中再一次明确开展放射性同位素示踪测井活动前，应依法履行环境影响评价审批手续。介绍了相关辐射安全管理要求，提出了同一地区开展野外示踪试验编制试验计划要素的建议。

2）通过对使用非密封放射性物质进行野外示踪过程中的γ射线和β射线的辐射影响分析，对职业人员和公众造成的附加剂量估算结果表明：采取相应的距离和人员控制措施后，示踪测井对职业人员和公众造成的年有效附加剂量能够满足GB 18871—2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》中规定的相应限值，是可以接受的。