油田地下水监测井建设的要求和建议

刘晓丹 李海方 王薏涵 王 磊 李秀敏

(1.中国石油集团安全环保技术研究院有限公司;2.中国石油长庆油田分公司第二采油厂)

0 引 言

国家对地下水污染的日常监管日趋严格[1],生态环境部及相关地方环保部门陆续颁布了一系列地下水监测要求的标准、规范,要求加强污染源头防治和风险管控,保障地下水安全,实现地下水资源可持续利用。各油田企业为落实生态文明思想,纷纷按要求在重点场站建设了地下水监测井,开展长期自行监测工作。由于土壤和地下水污染具有隐蔽、易扩散、治理难度大等特点,所以地下水监测工作的重点在于保护和防范[2]。对于油田企业来说,开展地下水监测井建设十分迫切,可有效掌握地下水水质变化情况,及时发现污染并采取有效措施,切实保障地下水安全。

油田企业地下水监测主要包括两方面:一是所属场站和输油管线在生产运行过程中,由于设备密封不严、管道腐蚀、人员操作不当等原因造成油品泄漏,带来土壤和地下水的污染,重点关注浅层地下水;二是油田采出水回注井应按规范要求设立地下水水质监测井,重点关注深层地下水。本文主要论述油田场站浅层地下水监测井建设工作。

1 地下水监测遵循的主要标准、规范

地下水监测井建设与监测工作主要包括资料收集、现场踏勘、监测井布设、监测井建设、地下水监测和监测井管理等。开展地下水监测工作,需遵循的主要标准、规范见表1。

表1 地下水监测主要标准规范一览表

2 油田监测井布设原则

2.1 监测井布设场站选取原则

油田企业所属场站按功能划分,主要有联合站、输油站、轻烃厂、输气站、天然气净化厂、天然气处理厂、返排液处理站、含油污泥处理站、含油污泥储存点等,场站分布地理位置跨度大,点多面广,生产工艺不同。场站是否需要设置地下水监测井的主要识别要点如下:

1)根据已有资料表明地下水中特征污染物有检出或超标。

2)曾发生污染物泄漏或地下水环境污染事故。

3)运行年限超过10年以上。

4)根据场站生产、储存及运输等设施的完整情况,污染物处置及污染防治设施运行管理状况,识别存在污染的可能。

5)列入当地环保局疑似污染地块名单或者土壤污染重点监管单位名录。

若根据地质勘察报告或水文地质资料,地下水埋藏条件存在以下情况,本文认为不适宜开展地下水监测井建设,可不进行相应监测:

1)场站建设在山上,根据水文地质资料,地下水埋深较深。

2)场站地层为黏土等,渗透性较低(渗透系数小于10-9m/s),不利于污染物迁移。

3)浅层地层有连续的隔水层,若揭穿将会引起污染物下渗。

2.2 监测井井位布设原则

监测井井位布设原则应按照HJ 164—2020《地下水环境监测技术规范》[3]、HJ 1209—2021《工业企业土壤和地下水自行监测 技术指南(试行)》[4]中相关要求执行。针对油田场站工艺、重点设施情况,另外提出以下布设原则:

1)油田场站内的储油罐、水处理装置和沉降罐、导热油炉等设施污染泄漏风险较小,可与其他重点设施合并布点。

2)油田场站存在较大污染泄漏风险的设施为地下污油池、干化池、卸油池等各类地下罐,以及进出站管线和阀组区等,在确保安全的前提下应尽量靠近该类设施。

3)因油田场站生产设施较集中,若不具备在上游布设对照点的条件,可不设置对照点。

4)为减少占地或征地,方便监测井长期管理,监测井尽量布设在场站内。

3 布设点位数量和位置

按照HJ 164—2020《地下水环境监测技术规范》和HJ 1209—2021《工业企业土壤和地下水自行监测 技术指南(试行)》要求,油田场站地下水监测点位(含对照点)可按照至少3个设计,即1个地下水对照点、2个地下水污染扩散监测点。根据场站面积、重点设施分布情况、产排污情况、建设成本等,适当增加1～2个监测点,即布设点位数量可设置为3～5个。监测井布设位置在以上两个规范中有详细论述,可切实指导企业开展监测井布设。

另外,按照以上两个规范要求,企业可对场站邻近区域内已建地下水监测井进行筛查,如果符合标准筛选要求,可以作为地下水对照点或污染物监测井,以节省建井费用。企业也可评估场站地面防渗情况,若符合HJ 610—2016《环境影响评价技术导则 地下水环境》和HJ 964—2018《环境影响评价技术导则 土壤环境(试行)》相关防渗技术要求,可减少监测井数量,但不得少于1个监测井。

油田联合站、转油站、作业废液处理站等典型场站监测井的点位布设可参考图1、图2、图3。

图1 油田联合站的点位布设

图2 转油站的点位布设

图3 作业废液处理站的点位布设

4 监测井建设深度

按照HJ 164—2020《地下水环境监测技术规范》和HJ 1209—2021《工业企业土壤和地下水自行监测 技术指南(试行)》要求,地下水监测以浅层地下水为主,钻孔深度应揭露潜水含水层且不穿透潜水含水层隔水底板。浅层地下水在中国地质科学院水文地质环境地质研究所《华北平原地下水污染调查评价》中给出的定义为:地表以下60 m深度范围内的地下水。另外,根据生态环境部的《重点行业企业用地调查疑似污染地块布点技术规定(试行)》,“若场站地下水埋深大于15 m且上层土壤无明显污染特征,可不设置地下水采样井”。目前,监测井建设深度无明确统一的要求,本文建议需根据场站水文地质条件、建设投资成本、场站重点区域泄漏风险并结合当地环保部门建设要求等综合考虑,确定监测井建设深度。

因为石油行业关注污染物以LNAPL(低密度非水相污染物)为主。当含水层厚度大于3 m时,根据地下水水位波动情况,采样井深度应达到地下水水位以下3～6 m,以确保丰水期和枯水期均能采集到地下水样品。

5 油田企业地下水监测井建设工作建议

1)大部分场站获取的水文地质资料多为建站前的地质勘察报告,因地勘报告中钻井深度较浅,一般约10～20 m,只能判断地勘钻井深度范围内有无地下水,无法准确获知场站地下水埋深。建议油田企业在开展地下水监测井建设工作时,同步委托专业机构开展所属场站的水文地质调查,调查精度以不低于1∶50 000为宜,分析各场站地貌类型与分区、地层岩性、地质构造,包气带岩性、厚度与结构,地下水系统结构、岩性、厚度,含水层、隔水层的岩性结构及空间分布,地下水的补径排条件,为各场站是否适宜建设地下水监测井及监测布点深度提供依据。

2)现有地下水监测规范适用于各行各业,对于油田企业开展监测井建设工作来说针对性不强,企业实施过程中容易存在偏差,建设结果不被当地政府环保部门或者中央环保督查组认可。因此,相关标准制定部门有必要开展针对石油行业的监测规范或指南编制工作。

3)因油田所属场站众多,全部开展地下水监测井建设工作量极大,各省市环保要求不一致,建议和所在地的环保部门密切沟通,分步分阶段推进地下水监测井建设和监测工作,可优先开展地下水埋深15 m以内或者环保要求迫切的场站的监测井建设。后续,根据环保要求逐步开展其他场站的监测井建设。

4)GB 5084—2021《农田灌溉水质标准》、GB 3838—2002《地表水环境质量标准》、GB 5749—2022《生活饮用水卫生标准》等标准,分别对农田灌溉水、地表水、生活饮用水的石油类指标规定限值,但缺少地下水中石油类物质含量标准[5],建议开展地下水中石油类指标限值研究,以确定地下水中石油类有机污染物指标和污染控制值。

5)油田企业点多面广,地域跨度大,目前地下水监测工作还主要停留在单一的建井、定期取样检测上,不便于环保管理人员管理。建议构建地下水监测可视化管理平台,基于GIS软件可展现监测井地理位置、坐标、井深、历年监测数据等信息,并对监测数据变化趋势进行自动分析,实现污染物有检出或超过标准限值自动预警等功能,以便企业管理。

6 地下水监测技术展望

1)对于处于环境敏感区(自然保护区、饮用水水源保护区、珍稀濒危野生动植物保护区等)的地下水监测井,有必要配置石油类污染物在线检测仪器,并建立油田企业实时在线地下水监测系统,实时监测水质情况,超标及时预警,便于企业及时采取处置措施,防止污染进一步扩散。目前地下水石油类污染物检测仪器以感油探头和VOCs在线监测仪为主,感油探头无法随水位波动上下移动,不能及时高效发现污染,VOCs在线监测仪灵敏度比感油探头大幅提高,可及时发现污染并预警,但成本较高,且不易达到防爆级别,不满足站内防爆要求。因此,针对油田企业不同需求,急需开发新型石油类污染物在线监测仪器,为地下水实时在线监测系统的构建奠定基础。

2)对于处于工业园区或者所有权存在转移的地块,当地下水指标超标时,需要确定污染物来源,以划定污染责任,因此,有必要开展地下水污染溯源技术研究。首先,可以开展油品指纹示踪对比研究,采用全油色谱分析、同位素质谱分析等手段,剖析地下水中油品与场地油品的分子指纹组成特征、非烃组成与碳同位素特征,从而明确污染点位烃类的来源。通过研究,建立指纹示踪对比指标体系。其次,若油品指纹对比结果不清晰,可进行地下水污染数值模型反向溯源辨析技术研究,在资料收集、野外现场调查和定性分析等辅助工作的基础上,利用现场实测监测数据,对刻画地下水污染的数值模拟模型进行验证,从而确定含水层中污染源的信息,包括污染源数量、空间位置与释放历史等[6]。现场实测数据越多,实测频率越高,越有利于污染溯源。