某石油泄漏場地抽注水井優化設計數值模擬研究

葛 華，賀 志

（1.中國石油天然氣股份有限公司西南管道分公司，四川 成都 610017；2.中國石油天然氣股份有限公司管道大連輸油氣分公司遼陽輸氣站，遼寧 遼陽 111214）

某石油泄漏場地抽注水井優化設計數值模擬研究

葛 華1，賀 志2

（1.中國石油天然氣股份有限公司西南管道分公司，四川 成都 610017；2.中國石油天然氣股份有限公司管道大連輸油氣分公司遼陽輸氣站，遼寧 遼陽 111214）

文章中石油滲漏治理措施主要采用地下水異位修復的代表性措施-地下水抽出處理措施。利用數值模擬軟件M0DFL0W建立地下水流數值模型及溶質運移模型，模擬不同布井方案下污染水濃度變化的趨勢。根據模擬布井方案，結合現場實際情況，在滲漏區域進行抽注水方案設計，尋求最利于減少污染物并能達到修復目標值的抽出-處理最優方案。

滲漏；治理；數值模擬；抽注水

2013年1月，滲漏場地附近農民進行農田灌溉時，在距成品油輸送管道東側約150m的灌溉井里發現了油水混合物，立即將此情況報告了中石油管轄公司。公司迅速啟動各項緊急預案，展開了滲漏處置工作。當地政府相關部門也成立了滲漏指揮領導小組，同時報當地公安及環保等部門。經現場調查后，確定是由密封膠墊老化失效，造成管道滲漏成品油進入地下，并通過土壤下滲到地下水面附近擴散，導致附近灌溉井中出現油水混合物。

1 治理采取的地下水修復措施

本次滲漏治理措施主要采用地下水異位修復的代表性措施-地下水抽出處理措施。通過井內抽水，形成以抽水井為漏斗的地下水流場，使地下水污染范圍得到一定的控制。根據場地內地下水的流速、流向和滲透性，地下水系統和水文地質概念模型，利用地下水數值模擬軟件MODFLOW建立地下水流數值模型及溶質運移模型，模擬不同布井方案下污染水濃度變化的趨勢。根據模擬布井方案，結合現場實際情況，在滲漏區域進行抽注水方案設計。

2 抽注水井優化設計方案

2.1 模型范圍及邊界條件概化

本次模擬計算依據已查明的污染范圍、深度和污染物濃度特點，針對抽出處理技術中井類型、總抽水量、注水量，降深與抽水時間之間的關系進行定量分析計算，在排除不了其它確定因素基礎上對模型進行通用的、簡單的概化。

模型范圍：以地下水污染范圍（0.5km×0.7km）為邊界向四周外擴約0.5km，即1km（東西寬）×1.25km（南北長），面積共計1.25km2。

邊界條件概化：本次模擬將研究區的西部及東部概化為第二類邊界條件，北部和南部概化為第一類邊界條件（見圖1）。上部為接受大氣降水、田間灌溉入滲的補給邊界，下部為接受其下伏承壓水越流補給的補給邊界。

圖1 模型平面網格剖分及邊界條件概化

2.2 模型參數選取

建立數值模型的關鍵是模型參數的確定，通常情況通過野外和室內試驗確定。本次滲透系數是根據滲漏區所做水文地質勘察工作獲取的參數范圍合理選取，其他參數取值主要根據水文地質試驗及收集的相關資料類比確定，具體參數見表1。

表1 模型參數取值

2.3 模型的識別與驗證

模型校驗是運移模擬的靈魂，是進一步模擬預測的基礎，制約著結論預測的合理性。本次模擬的地下水位線與實測的地下位線基本吻合（見圖2、圖3），因此模型驗證結果證明所建立的數學模型、邊界條件、水文地質參數和源匯項的確定都是較為合理的。初始污染羽根據實際的污染范圍進行校驗（見圖4），可以在此基礎上進行下一步抽注水方案的優化設計。

2.4 確定最優抽注水方案

根據現場已有的13口抽水井，新增加3口注水井，井深20m，結合現場的實際污染情況及前期處理情況，將場內所有井的抽注結合方式進行調整，并通過數值模擬的方法尋求最利于減少污染物并能達到修復目標值的抽出-處理最優方案。

通過對不同方案的模擬計算，最終確定最優的抽注水井布置方式，即在漏油點附近新增3口注水井，場地內的抽7和抽8作為注水井，抽6作為抽水井，其余抽1、抽2、抽3、抽4、抽5、抽9、抽10全部抽水，井的布設見圖5，控制水位降深不超過5m。其中，設計的注水井注水量為200m3/d，抽6抽水量為300m3/d，抽5和抽9的抽水量為150m3/d，抽4和抽10抽水量為120m3/d，抽1、抽2和抽3的抽水量為130m3/d。抽水井降深大于5m時停止抽水，停后觀測水位（每隔半小時觀測1次），當水位上升至距初始水位1m時，再次進行抽水，如此反復。使油跡聚集于降落漏斗范圍內，并根據孔內積油的情況抽取表面油跡，通過吸油達到減少含水層中油跡含量，阻止油跡向周邊徑流和擴散，并逐步縮小油跡范圍（見圖5）。

根據設計的最優抽注水方案對場地污染羽及污染濃度變化的模擬結果見圖6～14。根據數值模擬的結果顯示，

模擬過程中，隨著抽注水的進行，工作區污染羽的面積總體上隨時間的增加逐漸減小，開始時間污染物濃度變化較大，時間越長，污染物濃度變化越小，大約在1460天左右達到修復目標值。此種方案下污染物濃度減小所用的時間最短，抽出-處理效果最好。

圖2 實測地下水等水位線

圖3 模擬地下水等水位線

圖4 模型初始污染羽平面圖

圖5 抽注水井布設平面圖

圖7 第90天污染羽及污染物濃度變化

圖8 第180天污染羽及污染物濃度變化

圖9 第270天污染羽及污染物濃度變化

圖10 第365天污染羽及污染物濃度變化

圖11 第545天污染羽及污染物濃度變化

圖12 第730天污染羽及污染物濃度變化

圖13 第1000天污染羽及污染物濃度變化

圖14 第1460天污染羽及污染物濃度變化

3 結束語

數值模擬只是預測污染物未來的運移趨勢，由于各種主觀及客觀原因，模擬的結果和實際情況存在一定的誤差，不能完全準確地反映污染物達到目標值的時間和濃度值，后續治理階段應根據現場實際情況和檢測報告的實際濃度作為處置關閉的時間。

[1]陳世琳，蘭為民，王輝.注水井實時分析優化系統的研究及應用[J],中國石油和化工，2011.

[X937]

A

2096-2789（2016）11-0007-03

葛華（1964-），男，研究方向：油氣儲運工程的設計及管理。