某石油泄漏场地抽注水井优化设计数值模拟研究

葛 华，贺 志

（1.中国石油天然气股份有限公司西南管道分公司，四川 成都 610017；2.中国石油天然气股份有限公司管道大连输油气分公司辽阳输气站，辽宁 辽阳 111214）

某石油泄漏场地抽注水井优化设计数值模拟研究

葛 华1，贺 志2

（1.中国石油天然气股份有限公司西南管道分公司，四川 成都 610017；2.中国石油天然气股份有限公司管道大连输油气分公司辽阳输气站，辽宁 辽阳 111214）

文章中石油渗漏治理措施主要采用地下水异位修复的代表性措施-地下水抽出处理措施。利用数值模拟软件M0DFL0W建立地下水流数值模型及溶质运移模型，模拟不同布井方案下污染水浓度变化的趋势。根据模拟布井方案，结合现场实际情况，在渗漏区域进行抽注水方案设计，寻求最利于减少污染物并能达到修复目标值的抽出-处理最优方案。

渗漏；治理；数值模拟；抽注水

2013年1月，渗漏场地附近农民进行农田灌溉时，在距成品油输送管道东侧约150m的灌溉井里发现了油水混合物，立即将此情况报告了中石油管辖公司。公司迅速启动各项紧急预案，展开了渗漏处置工作。当地政府相关部门也成立了渗漏指挥领导小组，同时报当地公安及环保等部门。经现场调查后，确定是由密封胶垫老化失效，造成管道渗漏成品油进入地下，并通过土壤下渗到地下水面附近扩散，导致附近灌溉井中出现油水混合物。

1 治理采取的地下水修复措施

本次渗漏治理措施主要采用地下水异位修复的代表性措施-地下水抽出处理措施。通过井内抽水，形成以抽水井为漏斗的地下水流场，使地下水污染范围得到一定的控制。根据场地内地下水的流速、流向和渗透性，地下水系统和水文地质概念模型，利用地下水数值模拟软件MODFLOW建立地下水流数值模型及溶质运移模型，模拟不同布井方案下污染水浓度变化的趋势。根据模拟布井方案，结合现场实际情况，在渗漏区域进行抽注水方案设计。

2 抽注水井优化设计方案

2.1 模型范围及边界条件概化

本次模拟计算依据已查明的污染范围、深度和污染物浓度特点，针对抽出处理技术中井类型、总抽水量、注水量，降深与抽水时间之间的关系进行定量分析计算，在排除不了其它确定因素基础上对模型进行通用的、简单的概化。

模型范围：以地下水污染范围（0.5km×0.7km）为边界向四周外扩约0.5km，即1km（东西宽）×1.25km（南北长），面积共计1.25km2。

边界条件概化：本次模拟将研究区的西部及东部概化为第二类边界条件，北部和南部概化为第一类边界条件（见图1）。上部为接受大气降水、田间灌溉入渗的补给边界，下部为接受其下伏承压水越流补给的补给边界。

图1 模型平面网格剖分及边界条件概化

2.2 模型参数选取

建立数值模型的关键是模型参数的确定，通常情况通过野外和室内试验确定。本次渗透系数是根据渗漏区所做水文地质勘察工作获取的参数范围合理选取，其他参数取值主要根据水文地质试验及收集的相关资料类比确定，具体参数见表1。

表1 模型参数取值

2.3 模型的识别与验证

模型校验是运移模拟的灵魂，是进一步模拟预测的基础，制约着结论预测的合理性。本次模拟的地下水位线与实测的地下位线基本吻合（见图2、图3），因此模型验证结果证明所建立的数学模型、边界条件、水文地质参数和源汇项的确定都是较为合理的。初始污染羽根据实际的污染范围进行校验（见图4），可以在此基础上进行下一步抽注水方案的优化设计。

2.4 确定最优抽注水方案

根据现场已有的13口抽水井，新增加3口注水井，井深20m，结合现场的实际污染情况及前期处理情况，将场内所有井的抽注结合方式进行调整，并通过数值模拟的方法寻求最利于减少污染物并能达到修复目标值的抽出-处理最优方案。

通过对不同方案的模拟计算，最终确定最优的抽注水井布置方式，即在漏油点附近新增3口注水井，场地内的抽7和抽8作为注水井，抽6作为抽水井，其余抽1、抽2、抽3、抽4、抽5、抽9、抽10全部抽水，井的布设见图5，控制水位降深不超过5m。其中，设计的注水井注水量为200m3/d，抽6抽水量为300m3/d，抽5和抽9的抽水量为150m3/d，抽4和抽10抽水量为120m3/d，抽1、抽2和抽3的抽水量为130m3/d。抽水井降深大于5m时停止抽水，停后观测水位（每隔半小时观测1次），当水位上升至距初始水位1m时，再次进行抽水，如此反复。使油迹聚集于降落漏斗范围内，并根据孔内积油的情况抽取表面油迹，通过吸油达到减少含水层中油迹含量，阻止油迹向周边径流和扩散，并逐步缩小油迹范围（见图5）。

根据设计的最优抽注水方案对场地污染羽及污染浓度变化的模拟结果见图6～14。根据数值模拟的结果显示，

模拟过程中，随着抽注水的进行，工作区污染羽的面积总体上随时间的增加逐渐减小，开始时间污染物浓度变化较大，时间越长，污染物浓度变化越小，大约在1460天左右达到修复目标值。此种方案下污染物浓度减小所用的时间最短，抽出-处理效果最好。

图2 实测地下水等水位线

图3 模拟地下水等水位线

图4 模型初始污染羽平面图

图5 抽注水井布设平面图

图7 第90天污染羽及污染物浓度变化

图8 第180天污染羽及污染物浓度变化

图9 第270天污染羽及污染物浓度变化

图10 第365天污染羽及污染物浓度变化

图11 第545天污染羽及污染物浓度变化

图12 第730天污染羽及污染物浓度变化

图13 第1000天污染羽及污染物浓度变化

图14 第1460天污染羽及污染物浓度变化

3 结束语

数值模拟只是预测污染物未来的运移趋势，由于各种主观及客观原因，模拟的结果和实际情况存在一定的误差，不能完全准确地反映污染物达到目标值的时间和浓度值，后续治理阶段应根据现场实际情况和检测报告的实际浓度作为处置关闭的时间。

[1]陈世琳，兰为民，王辉.注水井实时分析优化系统的研究及应用[J],中国石油和化工，2011.

[X937]

A

2096-2789（2016）11-0007-03

葛华（1964-），男，研究方向：油气储运工程的设计及管理。