郑自宽

(甘肃省水文水资源勘测局,甘肃 兰州 730000)

1 概况

水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源,是支撑经济社会持续发展不可替代的重要资源。董志塬地下水是该区域水资源的重要组成部分,是董志塬城乡居民生活和工农业用水的重要供水水源,也是维系董志塬生态系统的重要要素。

董志塬石油开发是长庆石油勘探局陇东油田公司于2001年新开发的油田,该油田属特低渗透油田,预测地质储量 4.0亿 t,采取注水开发模式。目前主要开发区块是白马区和董志区,至 2008年底,油区开发面积达 276.5 k m2,共钻探油水井 4 026眼,其中采油井 3 023眼,注水井 993眼。随着长庆油田对董志塬石油的大规模开发和油田企业产能建设的不断发展,生产用水量和废污水排放量必将快速增加,这对堪称“天下黄土第一塬”,塬面本来就无地表水利用,仅靠开采地下潜水供给董志塬区约 70万居民和 280多个学校、机关单位、企事业单位的生产、生活与工作用水,水资源紧缺,生态环境脆弱的董志塬经济社会发展、水资源可持续利用、水环境有效保护等,提出新的严峻挑战。本文通过调查评价董志塬石油开发对地下水资源的影响研究,提出了加强董志塬石油开发区水资源保护的对策。

2 区域自然地理概况

董志塬是甘肃省庆阳市政府所在地,位于陕甘宁三省区交汇处 ,介于东经 107°26′～ 107°51′,北纬 35°19′～ 36°06′之间,是黄土高原保存面积最大,黄土层最厚的塬面,堪称世界上最大的黄土塬,面积为 812 k m2。董志塬地处泾河北岸,介于马莲河和蒲河两大河流之间,含庆城县、合水县、宁县的一部分和西峰区的全部。董志塬地貌属于剥蚀堆积地貌类型,塬面地势平坦,呈北向南倾斜,坡度 7‰ ～10‰,塬面中间高,四周低,塬面海拔在 1 200～1 500 m,塬面四周被沟谷切割深达 200 m。董志塬自成一个独立的水文地质单元,深厚的黄土层是一种非均质、各向异性的孔隙裂隙含水层,其垂直节理发育,潜水主要由地面承接大气降水下渗垂直补给,承压水属鄂尔多斯盆地中的白垩系承压水。董志塬深居内陆,远离海洋,处于半湿润和半干旱区的过渡地带,温带大陆性季风气候,多年平均降水量 536.2 m m,多年平均水面蒸发量 1 613.1 mm,多年平均气温 8.6℃。

3 董志塬地下水资源开发利用现状

董志塬地下水资源主要为第四系黄土潜水和白垩系承压水。董志塬潜水属塬区黄土孔隙裂隙类潜水,其水质良好,是当地居民理想的生活饮用水源,但开发利用的潜力有限。罗汉洞组承压水水质较好,埋藏深度在 250～350 m,可作为饮用水源地保护开采。环河组与洛河组承压水埋藏深度分别在 350～890 m、890～1300 m之间,由于其埋藏深度较大、水质矿化度高(一般在 1～5 g/L)、使其开发利用成本高,不易开发利用,仅作为石油开采注水和工业生产用水水源。

3.1 董志塬潜水资源开发利用现状

根据《甘肃省庆阳地区地下水资源图说明书》(1997年)和《董志塬地下水资源调查评价》(2008年)结果表明:董志塬地下潜水天然资源量为 8 339.39万 m3/a,多年平均降水补给潜水总量为 4 789.36万 m3/a。董志塬现有开采潜水机井共 1 048眼(系机关单位自备饮用、村民饮用和农灌水源井),其中停用的 91眼,正常使用的 957眼。塬区机井开采利用潜水量为 1 106.58万 m3/a(含石油开发耗用潜水285.61万 m3/a),塬边泉眼和沟道排泄潜水量为 3 794.0万m3/a,董志塬每年共开采利用和排泄潜水总量为 4 900.58万m3/a,即董志塬潜水天然资源量每年以 111.22万 m3递减,致使董志塬潜水水位持续下降,特别是西峰老城区潜水水位降速较快,平均降速为 0.68 m/a,水位降落漏斗面积由 2002年的 10.5 k m2扩大到 2008年的 28.53 k m2。

3.2 董志塬承压水资源开发利用现状

据《甘肃省庆阳地区地下水资源图说明书》表明,董志塬承压水主要为白垩系承压水,含水层自上而下分别为罗汉洞组、环河组及洛河组。由于按董志塬地貌划分计算承压水各含水层组水资源量比较困难,即按区域面积比估算白垩系承压水在董志塬区域的水资源量,天然补给量为 658.5万 m3/a,弹性储存量为 5 557.1万 m3,允许开采量为 740.4万m3/a。

至 2008年底,长庆油田在董志塬区的白马区块与董志区块,共部署产能 150万 t/a,钻井 4 026眼,其中采油井 3 023眼,注水井 993眼,总用水量达 901.47万 m3/a(含石油开发耗用潜水 285.61万 m3/a)。其中,①开采深层承压水用于增加地层能量,给采油目的层注水 611.81万 m3/a;②钻油井、注水井开发阶段,以利用当地农灌或人饮潜水井作为石油生产用水水源,用水量达 279.4万 m3/a(据调查资料计算,2006年共钻油井和水井 1 270眼,钻 1眼生产井需用新鲜水量约 2 200 m3);③生产用水量主要是西一联、西二联油气处理厂耗用水量,需用水量 4.05万 m3/a(分别用水量 77 m3/d、34 m3/d);④生活用水量主要是倒班、基地职工生活用水量,需用水量 6.21万 m3/a(按 170 m3/d计)。

4 地下水水质现状

4.1 潜水水质现状

根据《董志塬地下水资源调查评价》(2008年),在董志塬区共选定 50个潜水水源井,作为监测分析董志塬区潜水水质状况的控制点,依据综合评价法进行现状水质评价,其综合分值F在 2.13～2.18之间,水质级别为良好。按照《地下水质量标准》(G B/T 14848-93)划分,董志塬潜水水质为Ⅱ水质,能够达到生活饮用、农业灌溉等多种用水水质要求。依据《生活饮用水卫生标准》(G B 5749-2006)评价,除六价铬含量偏高外(未超标),其它监测项目均未超出标准,全部达到了生活饮用水卫生标准,水质多年无明显变化,未受石油开采影响。

4.2 承压水水质现状

董志塬地下承压水属白垩系承压水,其主要补给区在子午岭以东地区,在基岩裸露地区,可直接接收大气降水和地表水的入渗而形成浅层潜流,一部分形成潜水排泄在当地河谷,另一部分沿着岩层径流逐渐变为承压水,由北东向南西方向运动。董志塬承压水水质在垂直和水平方向上变化比较复杂,在补给区(子午岭以东)地下水矿化度为 1 g/L左右,环河组承压水从径流区到汇流区矿化度由 1.91 g/L剧增到 5 g/L。洛河组承压水的补给,从径流区到汇流区其矿化度在由东部、北部向西南部运移过程中,随径流途径的加长而逐渐增高。

根据《甘肃省庆阳市重点区域地下水变化情况调查报告》(甘肃省地质环境监测院、2009年 5月),在董志塬的白马区块、董志区块,考虑油井分布、开采层位、油田水源井分布及村民集中居住点等情况,布设 12口承压水水质监测采样井位,进行水质分析评价:其结果包括石油类、挥发酚、高锰酸盐指数、溶解性总固体均能满足《地下水质量标准》(G B/T 14848-93)Ⅲ类标准,但矿化度高,约在 3～5 g/L,C r 6+超标 0.02倍,总大肠菌群超标 8.3倍,氯化物超标 2.8倍。总体情况是董志塬承压水水质较差,局部地区承压水受到一定程度的污染,主要污染物为氨氮、总大肠菌群、氯化物等。污染原因与人类活动、污水排放,农业污染源和地表水污染等因素有关。

5 石油开发对地下水环境的影响

5.1 注水对地下水的影响

注水多为分离的含油污水,或为矿化度较高的承压水,经过处理后一般矿化度和硬度还是较高,并含有溶解氧、硫化氢、二氧化碳、硫酸盐等还原菌和腐生菌。在注水过程中易产生沉淀而堵塞污水处理系统与地层孔隙,导致注水不畅,严重时易造成注水污染地表水及潜水。同时,易造成污水处理系统及管道的腐蚀穿孔,也可能使回注水层渗漏,污染地下水。

5.2 油水串层对地下水的影响

指不同埋深的地层之间发生油气与有开采价值的地下水混合,造成地下水污染的现象。一般是由于开采过程中井壁腐蚀穿孔,形成浅层地下水与深层油气的通道,出现油气水的混合现象。

5.3 井喷事故对地下水的影响

在钻穿高压油气层时,因处理措施不当,极易造成井喷,大量油气散逸到周围环境和土壤表层中,严重污染环境,在长时段内,由于降雨下渗会对地下水产生影响。

5.4 管道及设备腐烂穿孔引起的原油泄漏事故

多发生在油田投产若干年后,事故发生时会有大量原油溢出,对环境造成污染。人为破坏等因素也会造成管道破裂,使原油泄漏,污染环境,当原油进入包气带,会因渗透作用对浅层地下水产生影响。

5.5 钻井质量事故对地下水的影响

如果钻井时固井质量不高,封闭不严,可使原油从油层上升进入含水层而污染地下水,也成为地表污水进入地下含水层的通道,使污染物随地下径流扩散迁移,致使地下水的污染长期无法恢复。

6 保护对策

6.1 保证固井质量

保证固井质量是保护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环结构,表层套管固井水泥浆返至地面,这样在浅地层带形成两层套管,单层水泥环的保护措施,确保安全封闭此深度内的地下含水层。

6.2 采用防腐性管材

套管上的穿孔可能成为原油上升污染地下水的通道,而白垩系的地下水腐蚀性较强,因此,必须选用防腐性强的管材作为采油管材。

6.3 加大董志塬区地下水资源保护力度

在塬区划定地下水限采区和禁采区,落实地下水年度可采总量和井点总体布局计划,严格地下水取水许可审批手续,使地下水的取用有章可循,杜绝盲目开采和超量开采。同时采取集雨回灌措施,以逐渐恢复超采区地下水水位。

6.4 建立地下水动态监测系统

在董志塬区、沟谷布设水质监测井位和断面,建立地下水监测系统,掌握地下水的水量和水质动态变化规律。

6.5 大力提倡节约用水,提高水资源利用效率

广泛宣传节约用水,使群众深刻认识到董志塬水资源短缺的严峻形势,树立节水意识。在居民生活用水中,大力推广使用节水设施和器具,引导居民一水多用。在工业用水中,要实行计划用水,提高重复利用率,降低耗水量和污水排放量,提高水资源利用效率。

[1]董志塬地下水资源调查评价[R],2008.

[2]甘肃省庆阳市重点区域地下水变化情况调查报告[R],2009.

[3]甘肃省庆阳地区地下水资源图说明书[R],1997.