油田生產過程水資源消耗分析及節水措施

陳釗（大慶油田水務公司）

現階段，隨著我國科學技術的不斷發展，在原油生產過程中，出現了“聚合物驅動”、“微生物驅動”、“蒸汽驅動”和“三元復合驅動”技術，但是，注水驅動技術成熟、應用廣泛，是石油生產的主要驅動技術。然而，注水驅動卻需要消耗大量的水資源，盡管我國的各大油田都在發展過程，都形成了一套完整的生產供水系統，但由于水資源利用不充分，部分地區存在水資源供給不足的現象[1]。隨著油田含水率的不斷上升，由于注入水的沖刷，油藏儲層孔隙結構發生變化，在部分儲層內油水井間形成了低效循環場，導致大量注入水沿高滲透、高含水優勢通道無效或低效循環，使得油田注水量大幅度增加[2]。所以，為了保證原油的生產，用水量也呈顯著上升趨勢，就造成了油田的生產和水資源節約的矛盾不斷凸顯。

1 油田生產過程水資源消耗分析

1.1 用水結構

在我國的各大油田中，其最主要的經營業務為石油天然氣勘探開發，但不僅限于此。油田還會為油氣生產配備相應的輔助業務，包括：工程建設、技術服務、化工生產、煉化，甚至是礦區的建設等。所以，油田既是石油天然氣能源生產企業，同時，也是耗能企業。

D油田是北方規模較大的油田，其原油含水率達98%以上，油田涉及了工程建設、化工生產等輔助業務。以D油田的整體2021年用水量為例，用水結構情況見表1。

表1 D油田各項業務用水結構Tab.1 Water structure of D oilfield

2021年，該油田整體用水量20 637.65×104m3，其中，用于原油生產的水資源消耗量占總消耗量的73.28%，占比最高；用于天然氣生產和裝備制造的水資源消耗相對少很多，分別為0.13%和0.21%。

礦區服務為非工業用水，其水資源消耗量為1 325.69×104m3，占總數的6.42%，工業用水占93.58%。綜上，D油田水資源消耗主要在原油勘探開發、生產及相關的建設和技術服務活動中。

1.2 水資源利用現狀

通過結合D油田2021年的生產開發建設情況，對2020—2021年水資源利用情況的數據分析，可以得到2021年水資源消耗量比2020年上升381.05×104m3，用水量增加的主要原因是：2020年受新冠疫情影響，油氣生產的配套工程建設項目減少，同時，在油田高含水率實際情況下，2021年注水、注聚的規模也較2020年有所擴大。

1.3 存在問題

1.3.1 生產裝置老化，技術落后

我國各大油田的開發受當時經濟水平和生產技術等條件的限制，其中，一些油田生產起步于中國石油勘探開發之初，工業技術落后，石油石化生產裝置陳舊。以致相關的工藝流程不能滿足現代化油田生產的需要，資源利用率低，污染物排放量大，并且處理難度也增加。這就造成油田從開發到現在，一些設備裝置嚴重老化，管道滲水、漏水嚴重，水資源在輸送過程就存在大量的浪費，產生無效供水量十分巨大。例如：新建電廠及部分現有電廠能實現生活污水和工業廢水“零排放”[3]。但是油田生產過程中自備電廠由于冷卻技術和裝置的落后，使冷卻水在循環過程中被消耗，造成浪費。

另外，油田附屬的廢水處理裝置也存在著老化嚴重的現實情況，諸如裝置設計不合理、設備無法滿足油田生產需要等現象也普遍存在。處理的污水不符合回注的標準，導致油田生產不得不使用新鮮的清水，造成用水量的上升。

1.3.2 廢水處理系統存在問題

油田在各項生產活動中，產生的廢水水質較為復雜，一些含油高濃度的有機物，還有一些含有原油、有毒有害的物質，特別是化工生產中產生的乙醛、苯酚、甲苯等有害物質，毒性十分大，這些種類的廢水如果直接排放，將會污染江河湖海的水體，也會污染人們賴以生存的地下水源。這就需要油田對這些污水進行無害化處理，然后進行回注或者直接排放。但是，在廢水的處理過程中，也存在著許多問題，從而無法將廢水處理成合格的回注水，不利于節約水資源的利用。

1）廢水處理過程中清污混流。在油氣生產中，清水和廢水分流不徹底，造成污水處理現場或裝置中進水量大增，嚴峻考驗污水處理能力，當污水處理能力不足時，出口的廢水清水混合水質不能達到回注和排放標準，嚴重影響廢水處理后的回注，從而影響廢水的再利用。如果注水驅動采油的水質不達標，將對采油裝置、輸油管道等產生巨大影響，也直接影響到原油生產。

2）廢水缺乏預處理。石油生產過程中產生的廢水不僅僅含有原油，還有一些重金屬元素和有毒有害的有機物質，成分十分復雜。在這種情況下，廢水在處理前應做好預處理工作。一套固定的廢水處理工藝對廢水成分的復雜行和廢水處理的承受能力是一定的，一旦成分復雜的污水大量進入裝置，超出其承受能力的限度，就無法有效清除廢水有害物質。所以，必須在廢水深度處理前進行預處理，保證廢水成分和水量符合水處理設備承受能力。

3）廢水處理自動化程度低。現階段，我國各油田新建了一批廢水處理場站，用來對生產中的廢水進行處理，采用了很多新的技術。但是，就整體而言，絕大部分的廢水處理設備設施都不能對個別重要的指標進行自動化的檢測檢驗工作，也沒有采取自動調節廢水進出量控制的工藝。這樣就無法使管理人員時刻掌握水處理設備設施運行情況，也無法獲悉廢水處理的程度。嚴重影響了廢水處理的效率和合格率。

1.3.3 節水意識不足

我國的油氣生產企業一般都是規模大的國有企業，部分員工的思想觀念一直停留在吃大鍋飯、捧鐵飯碗的意識，沒有與時俱進。在油田企業要進行節能減排的相關工作中，企業職員在這方面的積極性不是很高相當一部分人是抱著服從上級命令的心理[4]。這就造成了這部分員工對節約水資源的意識不足，責任心不強，節約用水的積極性也不高。這往往造成了員工對日常供水管道巡查工作的忽視，不能對小的跑冒滴漏開展正確的處理，以致水資源的浪費。

1.3.4 供水系統規劃不合理

我國多數油田不僅僅產生設備老化、技術落后的問題，還存在著油田建設之初就缺乏合理的規劃設計問題。正因為存在這樣的規劃設計問題，才使油田的節水減排的工作開展并不順利，從根本上限制了節水工作的實施。其具體表現在排水系統不完善，對廢水的回收、收集不徹底、不全面。還有的不便于對不同水質的廢水進行區分處理，無法做到應用最經濟的方式方法，來處理廢水，從而提高廢水的回收率，以達到節水目標。

1.3.5 水資源管理體系不成熟

各油田在長期的生產建設過程中，形成了一套規章制度，但是，針對節能節水方面，存在較為詳細的管理制度，但依靠這樣的管理制度不能稱之為管理體系。特別是在水資源消耗占比最高的原油生產過程的注水工作中，由于缺乏成熟完善的管理體系，使注水工作存在弊端與不足[5]。水資源管理體系不成熟的表現在：某些油田企業缺少相關的計量器具，或者沒有建立合理的計量檢定校準周期，無法對相關水資源進行監視和測量，這樣產生廢水處理量和清水使用量計量不準確或者缺失的現象，造成了水資源的浪費。此外，油田企業還缺乏有效的節水績效的制定、評價和考核工作，也沒有建立相應的懲罰和獎勵制度，來規范員工對企業的節水工作。

2 節水措施

既然油田生產生活過程對水的需求不會大規模減少，就只能通過各種技術手段進步和管理方法的革新來減少清水的使用量。要降低新鮮水用量，達到節水減排的的目標，主要做好“開源”和“節流”工作[6]。

2.1 廢水的深度處理

油田在生產過程中會排放出含有各類物質的廢水，廢水中往往包含了懸浮物、石油、COD，以及大量的Ca2+、Mg2+、等無機離子，其pH值在5.0～7.0。這些復雜成分組成的廢水對環境是破壞性的，所以必須經過深度處理后，才能排放或使用。以油田煉化業務板塊為例，根據對典型煉化企業取水和排污統計分析，污水量一般為該企業取水量的75%左右[7]。油田產生的廢水在經過處理后排放是最常見的方式，但是，處理廢水使其達到排放標準，就會大大增加水處理的成本。廢水的深度處理是水資源重復利用的重要關鍵過程。現階段，油田產生的廢水通常采用混凝沉淀、石英砂過濾、活性炭吸附，以及氧化劑處理等步驟，處理后的廢水指標滿足國家、行業標準的要求，用于循環冷卻補充水、油田注水驅動注入水等。隨著反滲透技術的不斷發展，油田也通過膜分離技術工藝來實現廢水的深度處理。若能將產生的廢水處理后再利用，則可有效解決廢水產生量大與配液用水需求量大的矛盾，在降低生產成本和減少環保隱患方面具有重要意義[8]。目前，經過深度處理的廢水已經廣泛應用于配置鉆井液、壓裂液和油田注水開發，不但有效地緩解了干旱缺水油田的燃眉之急，而且也能夠減少各油田安全環保隱患。D油田2021年各業務板塊廢水深度處理回收使用情況見表2。

表2 D油田2021年各業務板塊廢水深度處理回收使用情況Tab.2 Advanced treatment and recycling of wastewater in each business segment of D oilfield in 2021

2.2 采用清潔生產技術

油田開展油氣生產活動，是無法避免使用水資源的，所以，必須從源頭上控制水資源的浪費。清潔生產是指既可滿足人們的需要又可合理使用自然資源和能源并保護環境的實用生產方法和措施[9]。隨著我國對環境保護的持續關注，清潔生產技術已經發展成熟，并在實際應用中取得了良好的效果。例如：

1）在油田化工生產業務中，可以采用加氫工藝替代堿洗、酸洗等技術工藝，這樣就可以節約大量的清水。據統計，使用過去的技術工藝，生產柴油過程中，每噸原油產生的廢水量為0.1 t，相較之下，采用加氫工藝后，每噸原油產生廢水為0.025 t，僅為原工藝四分之一，節水效果十分明顯，某煉油廠采用清潔生產技術后用水結構見表3。

表3 某煉油廠采用清潔生產技術后用水結構Tab.3 Water structure of a refinery after adopting cleaner production technology

2）在油田自備電廠、化工廠內，還能夠采用循環冷卻和空氣冷卻來淘汰直流冷卻和水冷卻，通過實現各裝置間的熱聯合，并回收低溫余熱，來減少冷卻用清水的使用量。

3）針對油田生產建設過程中產生的廢水，一部分可以采用凝結水回收技術來處理，既能夠節約高質量的脫鹽水，還能夠將余熱回收再利用。凝結技術工藝采用先進的過濾技術來除去水中還有的鐵銹等固體顆粒物質、原油和懸浮物后，可以直接返輸回高壓鍋爐，回收率可達95%以上。

2.3 對用水系統進行統一規劃、優化

節約水資源最根本的方法一是要“變廢為寶”，通過對廢水的凈化處理再利用的方式，減少清水的開采和使用；而另一個就是要加強油田水資源的全面統籌與規劃，合理使用水資源。對用水系統進行統一的規劃和優化，可以直接針對油田在過去建設中，污水混流、清污混流的弊端。我國油田在建設初期，在用水系統的設計規劃中，大部分都采用了末端處理廢水的方式。這種方式只考慮在系統末端對廢水的處理，而沒有做到對油田用水系統的整體優化。油田應該在統籌自身主營和輔助業務后，對過去的廢水集中處理方式進行改進，可以增加廢水處理后的回收利用工藝，既能夠減少清水用量，也能減少廢水排放量。

2.4 加強油田用水管理，規范管理流程

油田企業是用水大戶，如何節約用水和廢水的回收再利用一直是各大油田面臨的主要挑戰，其必須在水資源的管理上不斷加強，才能配合新的技術工藝，一同在節約用水方面產生合力。油田應該建立一個專業的部門來管理相關的水務工作，包含了工藝技術、設備設施、水源管理、系統設計、廢水回收再利用等方面的工作。這一專業的部門通過梳理相關的水務管理流程，結合已在使用的水資源管理規章制度，建立規范化的用水、廢水處理等流程，同時也包括了用水監督、考核等相應的管理辦法，并實施固定頻次的考核，直接約束油田所屬各用水單位。

2.5 開展節水監測和輸水管道檢測

油田在生產中運營了大量的輸水管道，而且絕大部分為埋地的鋼質管道。這些管道會因介質的沖刷、浸泡而產生內部腐蝕；也會因外部防腐層的破壞而被外部環境腐蝕；同樣也能由于地質的沉降而產生變形，這些原因都能造成輸水管道產生泄漏點，從而浪費了水資源。所以，為確保油田注水管道腐蝕問題得以減少，建議油田企業方面應該對注水管道腐蝕現狀及成因進行動態把握[10]。各油田一方面應該積極開展節水監測，對勘探開發、油氣生產、產能建設等各項業務所消耗的水資源進行監測，有利于獲得水資源使用的具體情況，并發現水資源利用的不合理之處，為接下來的用水規劃作出指引。另一方面，油田相關管理部門應梳理在用的輸水管道，建立相應的管理臺賬，大力鋪開管道的檢測工作，運用管道絕緣電阻檢測技術、漏磁內檢測技術來查找輸水管道內外腐蝕的隱患，對已泄漏和已產生局部或全面腐蝕的管段進行維修，避免水資源的浪費。

3 結束語

通過運用新的清潔生產技術、加強油田廢水深度處理后的再利用，可以從技術層面減少清水的使用量，并大量應用凈化的廢水；而通過針對用水系統實施統一的規劃、用水流程的規范等管理層面的加強和優化，“雙管齊下”，共同解決各油田在水資源利用方面的問題。水在油氣生產過程中必不可少，無法完全替代，只有在源頭上實施控制，在輸送過程中加以監視和測量，并在廢水回收再利用上下足功夫，才能在油田各項生產經營業務上真正做到節約用水，減少污水排放。再者，配合以強力專業的管理手段，合理的獎懲措施，就能夠不斷激發員工節約用水的意識，共同為油田水資源的節約做出重大努力。