隴東油田井場(chǎng)石油類物質(zhì)自然遷移規(guī)律研究

張海玲楊 琴趙 敏

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田油氣工藝研究院；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室）

隴東油田井場(chǎng)石油類物質(zhì)自然遷移規(guī)律研究

張海玲1，2楊 琴1，2趙 敏1，2

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田油氣工藝研究院；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室）

油田開發(fā)過程中不可避免有少量原油灑落井場(chǎng)，原油進(jìn)入土壤會(huì)造成和引發(fā)不同程度的污染和危害。文章通過對(duì)不同年代開發(fā)的油井井場(chǎng)土壤剖面進(jìn)行取樣分析，研究了原油在以黃綿土為主的井場(chǎng)土壤中的遷移規(guī)律和分布特征，為該地區(qū)土壤環(huán)境治理提供科學(xué)依據(jù)。

石油污染；自然遷移；隴東油田；黃綿土

0 引 言

隴東地區(qū)土壤主要有黃綿土、黑壚土、新積土等7類，黃綿土分布最廣，占全區(qū)面積的74.8%［1］，該區(qū)域干旱少雨，土壤貧瘠，植被覆蓋率低，整體生態(tài)環(huán)境脆弱，環(huán)境承載力有限，對(duì)污染較為敏感［2］。石油開采過程中少量原油會(huì)灑落于井場(chǎng)土壤中，研究原油在土壤中的遷移特性和空間分布特征，可以為石油開采區(qū)域環(huán)境保護(hù)和污染防治提供技術(shù)依據(jù)。

1 研究方法

選取隴東地區(qū)馬嶺油田的A油井（1980年開井）、華慶油田的B油井（1998年開井）和西峰油田的西C（2007年開井）的3處井場(chǎng)，取井場(chǎng)土壤樣品進(jìn)行分析，所采樣品來自于不同年代開發(fā)的油井，分布于隴東油區(qū)主要開發(fā)區(qū)塊，具有時(shí)間和空間上的代表意義。

1.1 樣品采集

在距離井口5，20，40，60 m處開取樣剖面，剖面深度1.2 m，沿剖面在0，5，20，50 cm深度取樣，分析樣品中原油及飽和烴、芳烴、非烴、瀝青質(zhì)及多環(huán)芳烴代表物質(zhì)苯并芘（BaP）含量。

1.2 測(cè)試方法

飽和烴、芳烴、非烴、瀝青質(zhì)分析：SY／T 5119—2008《巖石中可溶有機(jī)物及原油族組分分析》。原油含量分析：《土壤和固體廢棄物監(jiān)測(cè)分析技術(shù)》（化學(xué)工業(yè)出版社）。苯并芘（BaP）分析：SY／T 5119—2008《巖石中可溶有機(jī)物及原油族組分分析》和GC-MS聯(lián)用儀。

2 結(jié)果與討論

2.1 井場(chǎng)土壤中石油類污染物空間分布

油井剖面石油類物質(zhì)分布變化，橫向以距離井口5，20，40，60 m不同距離處，在深度5，20，50 cm樣品中檢測(cè)到石油類物質(zhì)含量見表1。

表1 井場(chǎng)剖面土壤中原油含量檢測(cè) mg／kg

從表1可看出，橫向上，原油遷移范圍主要集中在40 m內(nèi)，污染程度與距井口距離成反比，隨著距離加長(zhǎng)，石油類含量迅速下降，無論是1980年開始投用的采油井A，還是2007年投用的采油井C，水平方向距離井口60 m時(shí)，已降至安全水平之下（300 mg／kg）。

縱向上，原油進(jìn)入土壤后，在降雨、微生物降解、土壤內(nèi)部毛細(xì)作用等影響下，由表層向深層遷移［3］，主要集中在地表之下0～40 cm，在0～5 cm處含量最高。隨著深度增加，石油類物質(zhì)含量迅速降低。但在同一深度距離井口相同距離的地方，華慶井場(chǎng)石油類含量均低于馬嶺剖面的含量。西峰井場(chǎng)距井口20 m處深20 cm及以下剖面原油含量變化無規(guī)律，是因?yàn)樵谠撈拭嫣幱?.5 m深的污泥池，池中存放過的原油對(duì)土壤產(chǎn)生了影響。

2.2 井場(chǎng)土壤原油中石油類物質(zhì)分布特征

原油中的石油類主要為飽和烴、芳烴、非烴和瀝青類物質(zhì)，其在原油中質(zhì)量組成不同，性質(zhì)差別也較大，故在同一類型的吸附介質(zhì)（土壤）中其遷移和轉(zhuǎn)化速度不同［4］，分析和研究其在土壤中的分布規(guī)律，可提高井場(chǎng)土壤污染治理的針對(duì)性。表2是馬嶺、西峰井場(chǎng)剖面土壤樣品的檢測(cè)值。

表2 馬嶺、西峰井場(chǎng)剖面土壤樣品檢測(cè)值 mg／kg

從表2可看出，馬嶺、西峰剖面相對(duì)應(yīng)位置的樣品中飽和烴的含量平均約為芳烴含量的4～7倍，原油中不同類型化合物的分布規(guī)律在表層富集，隨著深度和距離井口距離的增加，含量逐漸降低。距井口20 m處剖面各組分的檢測(cè)值，飽和烴14.80～723.80 mg／kg；芳烴1.32～164.20 mg／kg；非烴含量為21.32～681.31 mg／kg；瀝青含量1.51～1 405.87 mg／kg，比5 m處剖面的含量高。石油類物質(zhì)含量，富集范圍在0～20 cm。表2中西峰井場(chǎng)剖面土壤中石油類含量變化總的趨勢(shì)與馬嶺井場(chǎng)一致，但距井口20 m處在20～100 cm富集，是由于在距井口20 m處存在污油池的緣故。

圖1是西峰距井口20 m處土壤剖面石油類物質(zhì)及其各組分與深度的關(guān)系，可以看出，從20～100 cm處，最高含量達(dá)到66 120 mg／kg，在100 cm處出現(xiàn)第二個(gè)峰值56 451 mg／kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于表層的1 040 mg／kg。

2.3 井場(chǎng)土壤剖面芳香烴分布特征

在西峰、馬嶺、華慶井場(chǎng)土壤剖面不同深度的樣品中均檢測(cè)到萘、菲、聯(lián)苯、屈、苯并芘和三芳甾烷等六個(gè)系列的芳香烴類物質(zhì)，但相對(duì)峰度略有差異。以西峰井場(chǎng)土壤中苯并芘含量為例，見表3。苯并芘含量0.021～0.792 mg／kg，平均含量為0.296 mg／kg，馬嶺井場(chǎng)剖面平均含量0.546 mg／kg，華慶井場(chǎng)剖面苯并芘平均含量0.553 mg／kg。苯并芘在土壤中來源廣泛，且所測(cè)土壤樣品中苯并芘含量大部分很低（＜1.0 mg／kg），說明該研究區(qū)未受苯并芘污染。

圖1 西峰距井口20 m處土壤剖面石油類物質(zhì)及其各組分與深度的關(guān)系

表3 西峰井場(chǎng)土壤剖面土壤苯并芘分析

2.4 井場(chǎng)土壤中原油自然遷移規(guī)律研究

以所選取的井場(chǎng)為例，分析原油在以黃綿土為主的土壤中的自然遷移規(guī)律。

2.4.1 橫向遷移規(guī)律

以馬嶺井場(chǎng)為例，土壤剖面原油橫向遷移變化，在水平方向距離井口0，20，40，60 m處，深度為5，20，50 cm的剖面上石油類物質(zhì)的檢測(cè)值做橫向遷移的變化趨勢(shì)，如圖2所示。

由圖2可看出，在5，20 cm處石油類物質(zhì)的遷移變化符合負(fù)指數(shù)方程（y＝ae－bx），相關(guān)系數(shù)均大于0.99，隨水平距油井的距離增大石油類含量迅速降低。在50 cm處變化規(guī)律不明顯，但整體已經(jīng)降低到安全水平（300 mg／kg）范圍之內(nèi)。

2.4.2 原油縱向遷移規(guī)律

依次在距馬嶺井場(chǎng)5，10，40，60 m處選取土壤剖面的不同深度（0，20，40，60，80，100，120 cm）作石油類物質(zhì)濃度與土壤深度的關(guān)系，如圖3所示。

圖2 馬嶺井場(chǎng)橫向上深度5，20，50 cm處石油類物質(zhì)橫向遷移特征曲線

井場(chǎng)表層石油類濃度達(dá)1 000～100 000 mg／kg，5 cm深處剖面石油類物質(zhì)表層最大值18 567.22 mg／kg，此后向深層逐層遞減，20 cm處為2 206 mg／kg，50～100 cm處平均約110 mg／kg，其深度與石油類濃度擬合的負(fù)指數(shù)方程為：

式中，y為石油類物質(zhì)濃度，x為土層深度。圖3縱向上四個(gè)典型剖面上石油類物質(zhì)濃度與其土壤深度均滿足負(fù)指數(shù)方程。前三個(gè)剖面相關(guān)系數(shù)R均在0.9以上，第四個(gè)剖面相關(guān)性不太明顯，但整體水平隨著土層深度的增加而減小。

華慶油井10 m處土壤剖面不同深度（0，20，40，60，80，100，120 cm）石油類濃度與深度關(guān)系（亦滿足負(fù)指數(shù)方程）如圖4所示，得知石油開采量的多少與土壤受污染的程度呈正相關(guān)。

圖3 馬嶺剖面石油類物質(zhì)與土層深度的關(guān)系

圖4 華慶油井10 m處土壤剖面石油類濃度與深度關(guān)系

西峰井場(chǎng)10，40 m處石油類變化不規(guī)律，以距離井口10 m處為例，該處土壤剖面的石油類含量低于馬嶺與華慶油田井場(chǎng)相對(duì)應(yīng)處的含量，雖然該處有4口油井，但其開采時(shí)間為2007年，而馬嶺處為1980年，華慶處為1998年，由此可知，土壤受污染的程度與石油開采時(shí)間的長(zhǎng)短也呈正相關(guān)。

3 結(jié) 論

◆井口周圍的石油類物質(zhì)含量與油井開采時(shí)間和井場(chǎng)油井?dāng)?shù)量呈正相關(guān)，開采年限越長(zhǎng)，含量越高；油井?dāng)?shù)越多，污染物含量也越高。

◆原油在橫向上主要集中在距井口40 m范圍內(nèi)，其中距油井0～10 m含量最高，隨著水平距離的增大而減少，在40 m之外降低到安全水平之內(nèi)。整體上石油類物質(zhì)濃度與水平距離符合負(fù)指數(shù)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)在0.9以上。

◆縱向上原油主要集中在0～40 cm內(nèi)，表層0～5 cm深度內(nèi)含量最高，沿土層深度按負(fù)指數(shù)規(guī)律（R＞0.9）迅速降低，到50 cm深度基本降至安全水平以下。

◆井場(chǎng)土壤剖面樣品中飽和烴的含量平均約為芳烴含量的4～7倍，飽和烴、芳烴在土壤中的分布趨勢(shì)與石油污染物在土壤中的分布趨勢(shì)一致。

［1］ 耿春香，路帥.西北地區(qū)土壤中石油類污染物的垂直滲透規(guī)律［J］.環(huán)境污染與防治，2003（1）：61-62.

［2］ 何其華，何永華，包維楷.干旱半干旱區(qū)山地土壤水分動(dòng)態(tài)變化［J］.山地學(xué)報(bào)，2003，21（2）：149-156.

［3］ 薛強(qiáng)，梁冰，劉曉麗.有機(jī)污染物在土壤中遷移轉(zhuǎn)化的研究進(jìn)展［J］.土壤與環(huán)境，2002，11（1）：90-93.

［4］ 李曉華，許嘉琳，王華東.污染土壤環(huán)境中石油組分遷移特征研究［J］.中國(guó)環(huán)境科學(xué)，1998，18（增刊）：54-58.

1005-3158（2014）06-0007-04

2012-12-28）

（編輯 王蕊）

10.3969／j.issn.1005-3158.2014.06.003

張海玲，2006年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）資源與信息學(xué)院環(huán)境科學(xué)專業(yè)，碩士，現(xiàn)在中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司油氣工藝研究院從事油氣田安全環(huán)保技術(shù)研究工作。通信地址：陜西省西安市未央?yún)^(qū)明光路長(zhǎng)慶油田油氣工藝研究院，710018