隴東石油開發(fā)地下水資源環(huán)境保護對策

孔繁洲

1.隴東石油開發(fā)基本情況

隴東是長慶油田的主產(chǎn)區(qū)，石油資源儲量28.47億噸。隴東油區(qū)主要是長慶油田公司在甘肅省慶陽市境內(nèi)的油田區(qū)塊，有采油二廠、采油七廠、超低滲油藏第一、第二、第四項目部和馬嶺、華池、城壕、樊家川、南梁、鎮(zhèn)北、西峰等14個油田，66個開發(fā)區(qū)塊。長慶油田總生產(chǎn)區(qū)域5萬多km²，在慶陽市的慶城縣、華池縣、環(huán)縣、鎮(zhèn)原縣、合水縣、寧縣、西峰區(qū)、正寧縣8縣1區(qū)均有生產(chǎn)油井。長慶油田組建于1970年，最初名稱為長慶油田指揮部，指揮部機關(guān)當初設(shè)在原慶陽地區(qū)寧縣的長慶橋，1971指揮部遷到原慶陽地區(qū)慶城縣北關(guān)，1998年長慶油田機關(guān)搬遷到西安市未央?yún)^(qū)，但石油主產(chǎn)區(qū)仍然在慶陽市。以慶陽市為主產(chǎn)區(qū)的隴東石油開發(fā)從1970年開始至今已有30多年的歷史，石油職工人數(shù)由當初的30多人發(fā)展到今天的10萬人，生產(chǎn)油井數(shù)量現(xiàn)在有9369口，其中采二廠就有4000多口。2010年長慶油田生產(chǎn)油氣當量3500萬噸，“十二五”末油氣當量將突破5000萬噸，屆時隴東油田就成為當之無愧的“西部大慶”。

隴東石油開發(fā)初期在華池縣和慶城縣都出現(xiàn)過單井日產(chǎn)原油超過200噸的高產(chǎn)油井，以慶城縣馬嶺9井日產(chǎn)258噸原油為最高，但隨時間的推移油井出油出現(xiàn)從高產(chǎn)到低產(chǎn)的變化，到了2010年長慶油田以開發(fā)超低滲油藏為主，新打的油井產(chǎn)量最高在35噸，日產(chǎn)10噸以下的油井也有相當?shù)臄?shù)量。長慶油田在隴東近年來的產(chǎn)能情況見表1。

表1　長慶油田近年產(chǎn)能規(guī)模表

2.隴東石油開發(fā)水資源利用現(xiàn)狀情況

隴東石油開發(fā)區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部，石油開采目的層是中生界三疊系上三疊統(tǒng)延長組。油井深度隨布井位置的不同，井深度從1500m~ 4000m不等。隴東油田屬于滲透系數(shù)小于0.5毫達西的低滲高含水油田，原油生產(chǎn)總流程是：鉆井→試油壓裂→注水→堵水→解堵→二次壓裂→新井投產(chǎn)。由于油井一般無自然產(chǎn)能，因此，要采用對目的層超前注水、早期強化注水、不穩(wěn)定注水、沿裂縫強化注水和定向井水水量分層注水等技術(shù)以獲得相對穩(wěn)定的產(chǎn)能。一般注水壓力都在18MPa~20MPa。在地面生產(chǎn)上采用大井組→增壓站（注水站）→聯(lián)合站（作業(yè)區(qū)）模式。原油開采、輸送全過程對水有非常強的依賴性，簡單形象的可以表述為：隴東石油開發(fā)的過程就是用水換油的過程。

隴東石油開采過程中注水井與油井在同一井場布設(shè)，注水的目的層與油井的目的層一致。注水的水源井有的布設(shè)在油井井場，有的布設(shè)遠離油井井場，主要是根據(jù)地下水賦存特點、富水區(qū)域、水質(zhì)情況及注水要求來決定。隴東油田石油開采注水井主要開采白堊系下白堊統(tǒng)保安群宜君洛河組（K₁）l承壓水，水源井深度一般為600m~1500m。從水源井抽水到地面后要經(jīng)過水質(zhì)處理達到SY/T5329-94水質(zhì)標準再供給注水井用于注水。根據(jù)《鄂爾多斯盆地地下水勘查研究》成果，隴東地區(qū)宜君洛河組（K₁l）承壓水含水層以上依次還有環(huán)河組（K₁h）、羅漢洞組（K^l₁h）和黃土塬潛水層（含河谷階地潛水層）三個主要含水層，注水井和注水水源井鉆打時均要依次穿越黃土塬潛水層或河谷階地潛水層、羅漢洞組（K^l₁h）含水層和環(huán)河組（K₁h）含水層才能達到宜君洛河組（K₁l）含水層，其中注水井還要穿越宜君洛河組（K₁l）含水層達到上三疊統(tǒng)延長組。隴東地區(qū)黃土塬潛水層和河谷階地潛水層地下水埋藏較淺，接受大氣降水補給，經(jīng)過黃土層過濾自凈作用水質(zhì)較好，是本區(qū)域生活用水的主要水源，黃土塬潛水層和含河谷階地潛水層以下的三層承壓水含水層在該區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展中供水意義也非常重要，鎮(zhèn)原縣生活用水全部用羅漢洞組（K^l₁h）承壓水，環(huán)縣、寧縣、西峰區(qū)部分地區(qū)用羅漢洞組（K^l₁h）、環(huán)河組（K₁h）、宜君洛河組（K₁l）承壓水解決生活用水問題。

隴東石油開采過程中水源井和注水井對于穿越非目的含水層的保護措施是采用多級套管＋封井水泥結(jié)構(gòu)。以水源井為例，每一口水源井鉆井工程設(shè)計中，一開采用￠406.4mm表套封堵黃土塬潛水層和含河谷階地潛水層，二開采用￠374mm套管封堵環(huán)河組（K^h₁）含水層，其止水和和封堵的關(guān)鍵位置是套管的底部，一般止水材料是海帶和黏土球。

截止2010年，隴東油田累計油井、水源井和注水井總數(shù)9369口，其中：水源井250多口，注水井2000多口，2010年用水量1600萬m³。2008年至2010年用水量情況見表2。

表2　隴東油田原油產(chǎn)量與用水量表

3.隴東石油開發(fā)對地下水的影響及存在的問題

隴東地區(qū)地下水包括黃土塬潛水（河谷階地潛水）和深層承壓水兩部分。黃土塬潛水（河谷階地潛水）在本區(qū)域分布不連續(xù)，區(qū)域性很強。隴東地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)屬于天環(huán)坳陷和伊陜斜坡的交匯帶，80%以上的區(qū)域位于伊陜斜坡的東南角，不足20%的區(qū)域位于天環(huán)坳陷的南端，因此，深層地下水具有典型的承壓水盆地流場特點，有盆地周邊呈現(xiàn)向心式流向盆地中央并向馬蓮河方向匯集，受地下水分水嶺的作用，承壓水主流方向從環(huán)縣北部指向南部寧縣的長慶橋一帶。承壓水賦存于白堊系碎屑巖裂隙和孔隙之中，其補給源復雜，補給的地質(zhì)年代漫長，資源量相對比較豐富。羅漢洞組承壓水水質(zhì)最好，宜君洛河組承壓水水質(zhì)次之，環(huán)河組承壓水水質(zhì)較差。

隴東石油開發(fā)對地下水的影響及存在的問題主要有以下幾方面。

3.1

油井、注水井、水源井鉆井施工過程中各含水層水體交換和串層問題，造成上含水層水體漏失及差水質(zhì)水體對好水質(zhì)水體的影響。

3.2

由于水源井和注水井布設(shè)受油井布設(shè)的制約，使水源井布井的合理性受到影響，造成地下水局部地區(qū)有超采問題。

3.3

由于油井的原油抽油過程中存在井管破損問題，造成原油對含水層水體的污染。

3.4

油井井場機器設(shè)備運行、檢修流出的污油、污水及廢液滲入地表，造成黃土層潛水的污染。

3.5

油田開采注水將白堊系地層承壓水強行注入白堊系之下的三疊系地層，減少了白堊系承壓水的總量，改變了地下水水文地質(zhì)條件，有誘發(fā)地下水條件惡化和不良地質(zhì)問題的可能。

4.地下水資源保護對策

4.1

制定地下水利用規(guī)劃和地下水管理辦法，在隴東石油開發(fā)中嚴格執(zhí)行地下水總量控制和用水效率控制紅線制度。根據(jù)《鄂爾多斯盆地地下水勘查研究》成果，隴東地區(qū)深層承壓水水資源量為5.77億m³，可開采量為3.66億m³，分解到各含水層資源量和可開采量見表3，要以此為依據(jù)進行總量控制。另外，從表3看出，隴東地區(qū)宜君洛河組承壓水可開采量為23354萬m³，十分有限，要嚴格按照甘肅省新頒布的原油生產(chǎn)用水定額3.69m³/噸和天然氣生產(chǎn)用水定額0.2m³/噸下達企業(yè)生產(chǎn)用水計劃，使隴東石油生產(chǎn)用水總量“十二五”末控制在2745萬m³以內(nèi)，在“十三五”末控制在5490萬m³以內(nèi)。水行政主管部門要根據(jù)地下水總量控制和效率控制紅線，組織編制隴東石油開發(fā)中地下水利用保護詳細規(guī)劃，合理劃定開采區(qū)、限制開采區(qū)、禁止開采區(qū)、保護區(qū)，以影響半徑R=500m的限制條件規(guī)定區(qū)域打井密度，嚴格執(zhí)行單井水資源論證和取水許可制度，對超計劃用水和超定額用水實行上浮水資源費和累進加價政策，加大對地下水管理力度。

表3　白堊系含水層地下水資源量和可開采量表

表4　隴東石油和天然氣開發(fā)需水量預測表

4.2

加強油井、注水井、水源井鉆井施工過程中套管封堵、止水防漏技術(shù)和措施的落實。要從鉆井工程的設(shè)計抓起，設(shè)計上必須采用先進的水層封堵工藝和技術(shù)；制定油井、注水井、水源井施工水層封堵專項操作規(guī)程，嚴把施工質(zhì)量關(guān)。針對以往油井、注水井、水源井水層封堵措施落實情況只是油井建設(shè)單位和施工單位知情的狀況，建立水行政主管部門與環(huán)保部門聯(lián)合派人旁站監(jiān)督簽字許可和責任追究制度，實行對油井、注水井、水源井水層封堵措施落實問題，在沒有水行政主管部門和環(huán)保部門現(xiàn)場監(jiān)督認可的情況下不予進行竣工驗收的程序，徹底防止和杜絕地下水串層現(xiàn)象的發(fā)生。

4.3

建立油井、注水井、水源井水層封堵狀態(tài)和地下水水質(zhì)跟蹤監(jiān)測制度。對生產(chǎn)油井在原油提升過程中出現(xiàn)套管、油管破損和地下輸油管道破損所造成的地下水污染問題，要通過配套建設(shè)井場地下水觀測井的措施，跟蹤各層地下水水質(zhì)變化情況，隨時掌握油井生產(chǎn)和輸油設(shè)施是否處于正常狀態(tài)，判斷油井井管、輸油管道破損位置，發(fā)現(xiàn)問題立即維修改造，治理污染。對于井場地下水觀測井的建設(shè)要列入油田開發(fā)計劃，與油井同時設(shè)計，同時施工，配套建設(shè)。井場地下水觀測井的觀測資料要實行月報制，及時上報水行政主管部門和環(huán)保部門。

4.4

開展對白堊系承壓水高壓注入三疊系的問題進行專題科學研究。目前，對這一問題的直觀考慮是：隴東石油開發(fā)將白堊系地下水抽出來回注到三疊系地層，可能會造成區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化，尤其是對地層壓力平衡有一定的影響，到底會不會引起該地區(qū)與之關(guān)聯(lián)的地質(zhì)災害還需要進行專題研究，才能得出結(jié)論，這是一個新的命題，也是事關(guān)全局的大課題。建議盡早得到關(guān)注和開展研究工作。

（作者為慶陽市水務局副局長、高級工程師）