董志塬石油開發(fā)對地下水資源的影響與保護(hù)對策

鄭自寬

(甘肅省水文水資源勘測局,甘肅 蘭州 730000)

1 概況

水資源是基礎(chǔ)性的自然資源和戰(zhàn)略性的經(jīng)濟(jì)資源,是支撐經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)發(fā)展不可替代的重要資源。董志塬地下水是該區(qū)域水資源的重要組成部分,是董志塬城鄉(xiāng)居民生活和工農(nóng)業(yè)用水的重要供水水源,也是維系董志塬生態(tài)系統(tǒng)的重要要素。

董志塬石油開發(fā)是長慶石油勘探局隴東油田公司于2001年新開發(fā)的油田,該油田屬特低滲透油田,預(yù)測地質(zhì)儲量 4.0億 t,采取注水開發(fā)模式。目前主要開發(fā)區(qū)塊是白馬區(qū)和董志區(qū),至 2008年底,油區(qū)開發(fā)面積達(dá) 276.5 k m2,共鉆探油水井 4 026眼,其中采油井 3 023眼,注水井 993眼。隨著長慶油田對董志塬石油的大規(guī)模開發(fā)和油田企業(yè)產(chǎn)能建設(shè)的不斷發(fā)展,生產(chǎn)用水量和廢污水排放量必將快速增加,這對堪稱“天下黃土第一塬”,塬面本來就無地表水利用,僅靠開采地下潛水供給董志塬區(qū)約 70萬居民和 280多個學(xué)校、機(jī)關(guān)單位、企事業(yè)單位的生產(chǎn)、生活與工作用水,水資源緊缺,生態(tài)環(huán)境脆弱的董志塬經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、水資源可持續(xù)利用、水環(huán)境有效保護(hù)等,提出新的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。本文通過調(diào)查評價董志塬石油開發(fā)對地下水資源的影響研究,提出了加強董志塬石油開發(fā)區(qū)水資源保護(hù)的對策。

2 區(qū)域自然地理概況

董志塬是甘肅省慶陽市政府所在地,位于陜甘寧三省區(qū)交匯處 ,介于東經(jīng) 107°26′～ 107°51′,北緯 35°19′～ 36°06′之間,是黃土高原保存面積最大,黃土層最厚的塬面,堪稱世界上最大的黃土塬,面積為 812 k m2。董志塬地處涇河北岸,介于馬蓮河和蒲河兩大河流之間,含慶城縣、合水縣、寧縣的一部分和西峰區(qū)的全部。董志塬地貌屬于剝蝕堆積地貌類型,塬面地勢平坦,呈北向南傾斜,坡度 7‰ ～10‰,塬面中間高,四周低,塬面海拔在 1 200～1 500 m,塬面四周被溝谷切割深達(dá) 200 m。董志塬自成一個獨立的水文地質(zhì)單元,深厚的黃土層是一種非均質(zhì)、各向異性的孔隙裂隙含水層,其垂直節(jié)理發(fā)育,潛水主要由地面承接大氣降水下滲垂直補給,承壓水屬鄂爾多斯盆地中的白堊系承壓水。董志塬深居內(nèi)陸,遠(yuǎn)離海洋,處于半濕潤和半干旱區(qū)的過渡地帶,溫帶大陸性季風(fēng)氣候,多年平均降水量 536.2 m m,多年平均水面蒸發(fā)量 1 613.1 mm,多年平均氣溫 8.6℃。

3 董志塬地下水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

董志塬地下水資源主要為第四系黃土潛水和白堊系承壓水。董志塬潛水屬塬區(qū)黃土孔隙裂隙類潛水,其水質(zhì)良好,是當(dāng)?shù)鼐用窭硐氲纳铒嬘盟?但開發(fā)利用的潛力有限。羅漢洞組承壓水水質(zhì)較好,埋藏深度在 250～350 m,可作為飲用水源地保護(hù)開采。環(huán)河組與洛河組承壓水埋藏深度分別在 350～890 m、890～1300 m之間,由于其埋藏深度較大、水質(zhì)礦化度高(一般在 1～5 g/L)、使其開發(fā)利用成本高,不易開發(fā)利用,僅作為石油開采注水和工業(yè)生產(chǎn)用水水源。

3.1 董志塬潛水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

根據(jù)《甘肅省慶陽地區(qū)地下水資源圖說明書》(1997年)和《董志塬地下水資源調(diào)查評價》(2008年)結(jié)果表明:董志塬地下潛水天然資源量為 8 339.39萬 m3/a,多年平均降水補給潛水總量為 4 789.36萬 m3/a。董志塬現(xiàn)有開采潛水機(jī)井共 1 048眼(系機(jī)關(guān)單位自備飲用、村民飲用和農(nóng)灌水源井),其中停用的 91眼,正常使用的 957眼。塬區(qū)機(jī)井開采利用潛水量為 1 106.58萬 m3/a(含石油開發(fā)耗用潛水285.61萬 m3/a),塬邊泉眼和溝道排泄?jié)撍繛?3 794.0萬m3/a,董志塬每年共開采利用和排泄?jié)撍偭繛?4 900.58萬m3/a,即董志塬潛水天然資源量每年以 111.22萬 m3遞減,致使董志塬潛水水位持續(xù)下降,特別是西峰老城區(qū)潛水水位降速較快,平均降速為 0.68 m/a,水位降落漏斗面積由 2002年的 10.5 k m2擴(kuò)大到 2008年的 28.53 k m2。

3.2 董志塬承壓水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

據(jù)《甘肅省慶陽地區(qū)地下水資源圖說明書》表明,董志塬承壓水主要為白堊系承壓水,含水層自上而下分別為羅漢洞組、環(huán)河組及洛河組。由于按董志塬地貌劃分計算承壓水各含水層組水資源量比較困難,即按區(qū)域面積比估算白堊系承壓水在董志塬區(qū)域的水資源量,天然補給量為 658.5萬 m3/a,彈性儲存量為 5 557.1萬 m3,允許開采量為 740.4萬m3/a。

至 2008年底,長慶油田在董志塬區(qū)的白馬區(qū)塊與董志區(qū)塊,共部署產(chǎn)能 150萬 t/a,鉆井 4 026眼,其中采油井 3 023眼,注水井 993眼,總用水量達(dá) 901.47萬 m3/a(含石油開發(fā)耗用潛水 285.61萬 m3/a)。其中,①開采深層承壓水用于增加地層能量,給采油目的層注水 611.81萬 m3/a;②鉆油井、注水井開發(fā)階段,以利用當(dāng)?shù)剞r(nóng)灌或人飲潛水井作為石油生產(chǎn)用水水源,用水量達(dá) 279.4萬 m3/a(據(jù)調(diào)查資料計算,2006年共鉆油井和水井 1 270眼,鉆 1眼生產(chǎn)井需用新鮮水量約 2 200 m3);③生產(chǎn)用水量主要是西一聯(lián)、西二聯(lián)油氣處理廠耗用水量,需用水量 4.05萬 m3/a(分別用水量 77 m3/d、34 m3/d);④生活用水量主要是倒班、基地職工生活用水量,需用水量 6.21萬 m3/a(按 170 m3/d計)。

4 地下水水質(zhì)現(xiàn)狀

4.1 潛水水質(zhì)現(xiàn)狀

根據(jù)《董志塬地下水資源調(diào)查評價》(2008年),在董志塬區(qū)共選定 50個潛水水源井,作為監(jiān)測分析董志塬區(qū)潛水水質(zhì)狀況的控制點,依據(jù)綜合評價法進(jìn)行現(xiàn)狀水質(zhì)評價,其綜合分值F在 2.13～2.18之間,水質(zhì)級別為良好。按照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(G B/T 14848-93)劃分,董志塬潛水水質(zhì)為Ⅱ水質(zhì),能夠達(dá)到生活飲用、農(nóng)業(yè)灌溉等多種用水水質(zhì)要求。依據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(G B 5749-2006)評價,除六價鉻含量偏高外(未超標(biāo)),其它監(jiān)測項目均未超出標(biāo)準(zhǔn),全部達(dá)到了生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),水質(zhì)多年無明顯變化,未受石油開采影響。

4.2 承壓水水質(zhì)現(xiàn)狀

董志塬地下承壓水屬白堊系承壓水,其主要補給區(qū)在子午嶺以東地區(qū),在基巖裸露地區(qū),可直接接收大氣降水和地表水的入滲而形成淺層潛流,一部分形成潛水排泄在當(dāng)?shù)睾庸?另一部分沿著巖層徑流逐漸變?yōu)槌袎核?由北東向南西方向運動。董志塬承壓水水質(zhì)在垂直和水平方向上變化比較復(fù)雜,在補給區(qū)(子午嶺以東)地下水礦化度為 1 g/L左右,環(huán)河組承壓水從徑流區(qū)到匯流區(qū)礦化度由 1.91 g/L劇增到 5 g/L。洛河組承壓水的補給,從徑流區(qū)到匯流區(qū)其礦化度在由東部、北部向西南部運移過程中,隨徑流途徑的加長而逐漸增高。

根據(jù)《甘肅省慶陽市重點區(qū)域地下水變化情況調(diào)查報告》(甘肅省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院、2009年 5月),在董志塬的白馬區(qū)塊、董志區(qū)塊,考慮油井分布、開采層位、油田水源井分布及村民集中居住點等情況,布設(shè) 12口承壓水水質(zhì)監(jiān)測采樣井位,進(jìn)行水質(zhì)分析評價:其結(jié)果包括石油類、揮發(fā)酚、高錳酸鹽指數(shù)、溶解性總固體均能滿足《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(G B/T 14848-93)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn),但礦化度高,約在 3～5 g/L,C r 6+超標(biāo) 0.02倍,總大腸菌群超標(biāo) 8.3倍,氯化物超標(biāo) 2.8倍?？傮w情況是董志塬承壓水水質(zhì)較差,局部地區(qū)承壓水受到一定程度的污染,主要污染物為氨氮、總大腸菌群、氯化物等。污染原因與人類活動、污水排放,農(nóng)業(yè)污染源和地表水污染等因素有關(guān)。

5 石油開發(fā)對地下水環(huán)境的影響

5.1 注水對地下水的影響

注水多為分離的含油污水,或為礦化度較高的承壓水,經(jīng)過處理后一般礦化度和硬度還是較高,并含有溶解氧、硫化氫、二氧化碳、硫酸鹽等還原菌和腐生菌。在注水過程中易產(chǎn)生沉淀而堵塞污水處理系統(tǒng)與地層孔隙,導(dǎo)致注水不暢,嚴(yán)重時易造成注水污染地表水及潛水。同時,易造成污水處理系統(tǒng)及管道的腐蝕穿孔,也可能使回注水層滲漏,污染地下水。

5.2 油水串層對地下水的影響

指不同埋深的地層之間發(fā)生油氣與有開采價值的地下水混合,造成地下水污染的現(xiàn)象。一般是由于開采過程中井壁腐蝕穿孔,形成淺層地下水與深層油氣的通道,出現(xiàn)油氣水的混合現(xiàn)象。

5.3 井噴事故對地下水的影響

在鉆穿高壓油氣層時,因處理措施不當(dāng),極易造成井噴,大量油氣散逸到周圍環(huán)境和土壤表層中,嚴(yán)重污染環(huán)境,在長時段內(nèi),由于降雨下滲會對地下水產(chǎn)生影響。

5.4 管道及設(shè)備腐爛穿孔引起的原油泄漏事故

多發(fā)生在油田投產(chǎn)若干年后,事故發(fā)生時會有大量原油溢出,對環(huán)境造成污染。人為破壞等因素也會造成管道破裂,使原油泄漏,污染環(huán)境,當(dāng)原油進(jìn)入包氣帶,會因滲透作用對淺層地下水產(chǎn)生影響。

5.5 鉆井質(zhì)量事故對地下水的影響

如果鉆井時固井質(zhì)量不高,封閉不嚴(yán),可使原油從油層上升進(jìn)入含水層而污染地下水,也成為地表污水進(jìn)入地下含水層的通道,使污染物隨地下徑流擴(kuò)散遷移,致使地下水的污染長期無法恢復(fù)。

6 保護(hù)對策

6.1 保證固井質(zhì)量

保證固井質(zhì)量是保護(hù)油田地下水的有效措施,西峰油田油井井身采用套管和水泥環(huán)結(jié)構(gòu),表層套管固井水泥漿返至地面,這樣在淺地層帶形成兩層套管,單層水泥環(huán)的保護(hù)措施,確保安全封閉此深度內(nèi)的地下含水層。

6.2 采用防腐性管材

套管上的穿孔可能成為原油上升污染地下水的通道,而白堊系的地下水腐蝕性較強,因此,必須選用防腐性強的管材作為采油管材。

6.3 加大董志塬區(qū)地下水資源保護(hù)力度

在塬區(qū)劃定地下水限采區(qū)和禁采區(qū),落實地下水年度可采總量和井點總體布局計劃,嚴(yán)格地下水取水許可審批手續(xù),使地下水的取用有章可循,杜絕盲目開采和超量開采。同時采取集雨回灌措施,以逐漸恢復(fù)超采區(qū)地下水水位。

6.4 建立地下水動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

在董志塬區(qū)、溝谷布設(shè)水質(zhì)監(jiān)測井位和斷面,建立地下水監(jiān)測系統(tǒng),掌握地下水的水量和水質(zhì)動態(tài)變化規(guī)律。

6.5 大力提倡節(jié)約用水,提高水資源利用效率

廣泛宣傳節(jié)約用水,使群眾深刻認(rèn)識到董志塬水資源短缺的嚴(yán)峻形勢,樹立節(jié)水意識。在居民生活用水中,大力推廣使用節(jié)水設(shè)施和器具,引導(dǎo)居民一水多用。在工業(yè)用水中,要實行計劃用水,提高重復(fù)利用率,降低耗水量和污水排放量,提高水資源利用效率。

[1]董志塬地下水資源調(diào)查評價[R],2008.

[2]甘肅省慶陽市重點區(qū)域地下水變化情況調(diào)查報告[R],2009.

[3]甘肅省慶陽地區(qū)地下水資源圖說明書[R],1997.