油田注水開發環境治理保護措施

中勘冶金勘察設計研究院有限責任公司 唐林川雄，朱巧麗

隨著國民經濟的快速發展，資源需求量日益增加，油田開采需求逐漸增加，在持續性的開采過程中，油層自身的能量逐漸減少，導致油層壓力降低，引起極大的地下虧空現象，不僅降低了油田開采量，甚至造成難以持續對油田進行開采的后果。基于此，可以對注水工藝進行合理應用，并實現對原油開采后的地下虧空進行有效彌補，保障其滿足油田開采作業中的油層壓力需求，才能有效提升油田開采量，促進油田的可持續發展。同時要結合具體情況，采取有效的污染處理措施，加強油田注水開采時的環境保護力度，實現油田開采與生態環境的協調發展。

一、注水開發的意義

原油開采一般需要經歷三次開采過程，一次開采為天然能量開采，主要靠地層壓力采油；二次開采向油藏注水以補充地層壓力進行驅油；三次開采主要是通過向油藏注入聚合物或改變水的特性進行驅油。

油田采出水回注屬于深井灌注用于二次采油，即將采出水經過必要處理達到回注標準后通過回注井回注到儲油層，以提高采收率并達到合理處置采出水的目的。

隨著近年來油氣田開發力度的加大，環境污染和資源消耗成為油田產能建設的主要制約因素。油田進入開采中后期時原油含水率較高，采出水水量較大，地表環境容量很難消納油田采出水，同時，油田進行注水開發需要消耗大量的水資源。綜上所述，油田需要將大量的采出水經處理達標后回注油藏，在減少環境污染的同時節約寶貴的水資源。與廢水外排相比，采出水回注具有良好的經濟效益及環境效益，其優點如下：

（1）用于油田生產的二次采油，提高油田采收率。

（2）對水質要求較低，能極大地降低處理難度，減少采出水處置成本。

（3）利用深層地質環境有效的處理污染物，保護地表水環境及土壤環境質量。在地表環境容量問題日益嚴重的情況下，油田將采出水回注不但能使工業廢水不外排，而且可以為油田產能開發建設提供回注水源，是合理處置采出水的最佳手段。

二、相關政策及標準

對于油田采出水回注，我國制定了以污染控制為前提的環境管控要求，相關文件如下：

（1）《石油天然氣開采業污染防治技術政策》中第二部分清潔生產中要求“在開發過程中，適宜注水開采的油氣田，應將采出水處理滿足標準后回注”；第三部分生態保護中要求“應設立地下水水質監測井，加強對油氣田地下水水質的監控，防止回注過程對地下水造成污染”。

（2）《關于進一步加強石油天然氣行業環境影響評價管理的通知》（環辦環評函〔2019〕910號）中要求“涉及廢水回注的，應當論證回注的環境可行性，采取切實可行的地下水污染防治和監控措施，不得回注與油氣開采無關的廢水，嚴禁造成地下水污染。在相關行業污染控制標準發布前，回注的開采廢水應當經處理并符合《碎屑巖油藏注水水質推薦指標及分析方法》（SY/T5329）等相關標準要求后回注，同步采取切實可行的措施防治污染。回注目的層應當為地質構造封閉地層，一般應當回注到現役油氣藏或枯竭廢棄油氣藏。相關部門及油氣企業應當加強采出水等污水回注的研究，重點關注回注井井位合理性、過程控制有效性、風險防控系統性等，提出從源頭到末端的全過程生態環境保護及風險防控措施、監控要求。”

（3）《碎屑巖油藏注水水質推薦指標及分析方法》（SY/T5329）主要針對不同類型的油藏規定了懸浮物、含油率等回注水具體水質要求。

三、采出水回注的主要環境影響

（一）污染因子

油田采出水成分較為復雜，回注前需要通過油田采出水處理系統或污水處理系統進行處理，處理后應滿足《碎屑巖油藏注水水質推薦指標及分析方法》（SY/T5329）中相應標準限值，但處理達標的回注水中仍存在少量石油類、污水處理藥劑、鹽類、懸浮物、重金屬等各類水污染物。

（二）地下水污染途徑

處理達標的采出水回注過程可能對地下水造成污染的情形如下：

（1）回注井泄漏使回注水在注入過程中流竄到井外，對地下水含水層造成污染。

（2）回注油藏封閉性不好使回注水注入地層后，污染物擴散至含水層。

由于回注水中污染物種類較多，一旦泄漏將直接影響地下水含水層的水質。如果影響的是地下水飲用水源，則會導致人體疾病，影響人群生命安全。回注水造成的地下水污染很難被發現并且缺乏有效的治理手段。

（三）土壤污染途徑

回注水在管道輸送過程中若管道破裂發生泄漏，則會進入土壤環境中造成污染，回注井井口或井口較近距離的井身發生泄漏，也會對土壤造成污染，影響土壤環境質量，降低土壤生產力，進而影響植被生長，最終造成生態環境的破壞。

四、注水開發過程中的地下水及土壤環境保護措施

為了避免注水開發對地下水及土壤環境的污染，油田公司采取的環境保護措施如下：

（一）源頭控制

1.環境影響評價及竣工環保驗收

所有包含回注井、注水管線的鉆井及產能建設項目應編制環境影響報告書（表），取得生態環境主管部門出具的環評批復后方可進行開發建設。項目建成后應及時開展企業自主竣工環境保護驗收工作，通過驗收后方可投產運行。建設及生產開發過程中必須認真落實環評文件及批復中提出的各項環境保護措施，并接受相關政府部門的監督檢查。

2.注水水源及水質

提高采出水處理水平，確保達標處理后的采出水100%回注地層，實現采出水“零排放”，減少地下水取用量，節約地下水資源，緩解油田開發區域地下水資源短缺的情況。

采出水處理后必須滿足《碎屑巖油藏注水水質推薦指標及分析方法》（SY/T5329）中相應類型油層的標準限值。在處理達標的基礎上，開展注水水質配伍性研究，制定和完善適合不同油藏的回注水水質標準并嚴格執行，嚴格禁止回注與油氣開采無關的廢水。

3.選址要求

注水井網設計階段應重點關注回注井、注水管線選址，各類注水設施應避讓并盡可能遠離各類集中式飲用水水源、分散式飲用水水源地、特殊地下水資源保護區等涉及地下水的環境敏感區，與地下水環境敏感區的具體距離由環境影響評價文件確定。

4.回注工程設計及建設

以預防為主，加強源頭控制，建設優質工程，使用高標準材料，避免泄漏事故的發生，減少后期養護、維修及污染治理成本。嚴把設計、材料、施工和檢測關，合理設計管柱結構，保證固井質量，選用優質套管；選用高質量、高級別的優質環保水泥，必要時可采用添加劑來提高水泥性能和適應性，鉆井施工應選用先進的固井設備和有經驗的施工隊伍，嚴格遵守作業規范程序和標準要求，確保優質高效地完成固井作業。

表層套管需要全井段進行固井，固井水泥的底部深度應在最低的潛水含水水層以下，固井水泥至少返高到回注層以上75米。技術套管和油管也需要全井段固井，固井過程中選用符合設計要求的固井水泥并進行固井質量檢測。注水井各層套管固井后，要進行固井質量測試，在質量檢測合格后方可進行下一井段的建設。將采油井改造為注水井時，也需要對每個井段進行套管測井，保證改造后的井筒完整性。

回注井應設置封隔器，位置在回注層段以上不超過30m，同時需要確定封隔器有效性，其耐受壓力應不小于最大注入壓力。

5.完整性檢測

根據相關要求使用套管、水泥固井、封隔器；在注水過程中對注入壓力、回注水流量、生產套管環空壓力進行持續監測，定期進行套管機械完整性檢查。

定期對回注井吸水能力和生產套管環空壓力進行監測；遠離地層斷裂，規避風險。注水前應通過相應的技術手段確定地層斷裂壓力，嚴禁注入壓力超過斷裂壓力。定期進行地層壓力測量，在日常生產中應對回注井底壓力進行持續監測，井底壓力不得大于最大注入壓力，定期開展回注壓力監測。

（二）過程管理

1.加強宣傳教育

油田企業應當以習近平總書記的生態文明思想為指導，樹立和培育生態環境保護的理念和意識。要將當地人民的可持續生存和發展放在第一位，認真學習和研究所在資源國的相關地下水、土壤環境法律法規，并自覺、嚴格地遵守執行，同時采取多種形式和方法積極地宣傳教育，加大環境保護宣傳普及力度，提高對生態環境保護重要性的認識，正確認識并處理生態環境保護與企業發展的關系，樹立與國際接軌的新的資源觀和發展觀，樹立清潔開發、循環生產的理念。要將生態環境保護視為轉變企業發展方式的戰略舉措，視為建設資源節約、環境友好的生態型企業的有利契機，視為服務當地民生、塑造優秀企業形象、建立良好社會關系、改善企業經營環境、推進企業可持續發展的有效途徑。

2.完善管理制度

明確管理責任，設立專門的回注工程管理機構，落實回注井責任到人的管理要求。回注井管理機構應充分掌握其管理的每口回注井具體情況，包括所在區域或地層信息、回注井設計參數、回注參數、回注過程中的監測數據等，并掌握建設項目的環評資料。管理機構應該在生產過程中要求回注井負責人定期匯報與回注有關的各種技術信息。

精心制訂回注水配伍方案、不斷優化注水工藝、嚴格回注水水質檢測、強化注水井安全管理。從地下、井筒到地面全方位抓好單井、井組、區塊和油田的全過程注水管理和注水效果分析評價，實時進行注水措施跟蹤調控。

應當建立并不斷完善科學、高效、可控的油田注水管理制度和回注技術標準，明確油田公司、采油廠等各級管理責任。定期對油田注水開發狀況進行綜合分析評價，評價油田注水開發狀況是否正常。

3.開展環境監測

加強對采出水處理系統出水口、注水站出水口、注水井井口等控制點的水質監測。定期對上述節點開展水質檢測，發現水質超標等問題時及時上報管理機構并組織實施整改。

結合環境影響評價文件提出的監測要求，制訂企業自行監測計劃，定期對回注井及輸水管線周邊的水、土壤環境質量開展監測。根據注水工程選址、規模等實際建設情況，制訂地下水及土壤環境質量監測方案，包括監測點數量、點位、監測頻次、監測指標等內容。

地下水質量監測計劃應明確監測井位置、數量，監測井應設置在注水井網地下水流向的上、下游及側向。地下水水質監測是驗證注水開發是否造成地下水污染的最直接的方式，通過定期監測的方式確保回注水污染地下水時可以及時發現，及時處理。

土壤監測點可布設在注水井井口、注水管線沿線，通過定期監測驗證注水工程實施位置是否存在泄漏導致土壤環境質量惡化，以便后續采取治理措施。

4.對污水處理技術進行合理應用

在油田注水開采中，往往會因為各種因素造成水體污染，基于此要合理應用污水處理技術對污水進行有效處置，強化環境保護效果。一般情況下，油田污水的特征表現為高油量、高鹽量、微生物較多等，基于此，可以結合具體情況，采取壓力沉降、水利旋流、重力式隔離罐等除油技術進行處置，也可以利用過濾層、過濾材料等措施對污水中的懸浮性顆粒物進行過濾和吸附，實現對污水凈化的目的。在實際處理過程中，要先對采出水進行沉降，然后對其進行除油操作，最后進行污水過濾，以便對污水中的原油、顆粒進行全面清除，使其符合油田回注標準。在具體操作中，要注重對化學藥劑的合理使用，保障其質量；要對設備質量進行合理控制，加強質量檢查力度；要加強對水處理系統工作人員的技能培訓，提高技術能力，確保操作人員的技術能力可以滿足污水處理設施的操作要求。只有這樣才能保障油田注水工藝的高質量開展，減少對生態環境的破壞，促進生態環境的可持續發展。

（三）末端治理

正常情況下，油田注水開發過程全部密閉，無污染物外排，不會造成不良環境影響。在回注井、注水管線發生泄漏事故時，回注水可能進入地下水及土壤環境中造成污染。因此，注水開發過程中末端治理主要是加強環境風險應急管理。

1.強化環境風險管理

生產運行中應實施油田公司建立的HSE管理體系，確保各類注水設施的正常運行。將注水工程納入油田公司環境風險應急預案中并不斷完善風險防范及應急措施，強化應急響應聯動機制，保障地下水和土壤環境安全。配備應急物資，定期開展應急演習。

2.風險防范措施

回注水集輸管線建設期間，應加強對材料和連接件的質量檢查，確保使用合格產品。對管道組對連接處進行嚴格的質量檢驗，避免因組對連接問題導致回注水泄漏。在注水開發過程中，應定期對輸水管線進行超聲波監測，對壁厚不滿足設計要求的管段進行更換，避免管道破裂的風險；定期監測截斷閥、安全閥等管線安全保護設施，確保管道超壓等情況發生時的生產安全，在管道發生破裂時應當及時截斷管段上下游，最大限度地減少回注水泄露量，將事故狀態下的不利環境降到最低。嚴禁在管線兩側各5m范圍內修筑工程，在管線上方及近旁嚴禁動土開挖和修建超過管道負荷的建筑物。

定期進行系統性的地層壓力測試，通過監測項目確定地層完整性是否良好；定期進行系統性的回注井機械完整性測試，確保回注井正常運行。

3.風險應急措施

回注系統運行過程中如果發現注水量、注水壓力或環境質量監測數據出現異常必須及時上報，并進行注水管柱密封檢查，必要時進行工程測井，檢測套管和管外水泥環狀況，發現套損等情況時必須立即停止注水，修復完成后方可重新投入使用。在注水管線發生斷裂、泄漏事故時，按照制訂好的應急方案進行停泵、關井等操作。應急搶修隊根據應急預案規定的程序并結合實際情況進行搶修，做好人員安全防范工作，把事故造成的損失降到最低。回注水泄露后應及時土壤污染治理措施，開展應急監測，如果受回注水影響的土壤中各項污染因子超過相應質量標準限值，應委托有相應處理資質的單位集中收集、處置污染土壤。

4.回注井封井要求

回注井封井時應將地面設施全部拆除，對井口按照《廢棄井封井回填技術指南》（試行）進行封井作業，按照要求選擇水泥和封井方式，防治回注水在封井后緩慢擴散或泄露對地下水造成污染。