油氣田開發(fā)水資源高效利用探討

楊述

（新疆油田公司石西油田作業(yè)區(qū)，新疆 克拉瑪依 834000）

1 油氣田水資源開發(fā)利用中存在的主要問題解析

1.1 廢水注入的風(fēng)險

在開展油氣田生產(chǎn)階段中，廢水的形成長期存在且無法全面規(guī)避。而伴隨著油氣田生產(chǎn)技術(shù)的不斷革新與改進(jìn)，專業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)體量有了顯著的提升，這也出現(xiàn)了廢水系統(tǒng)體量無法有效順應(yīng)生產(chǎn)需求的情況。固井不良、油屋損壞等問題對周邊環(huán)境的地下水與有關(guān)的土壤形成很大的環(huán)境隱患并帶來顯著的環(huán)境風(fēng)險。

1.2 地下水管理力度亟待提升

因為多種外部因素的共同影響，也導(dǎo)致相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)為有效控制好生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)地下水的環(huán)境品質(zhì)，特別是有針對性地建立基于地下水質(zhì)量的專項數(shù)據(jù)系統(tǒng)。針對于地下水環(huán)境質(zhì)量的主要簡化信息更多是體現(xiàn)在初期的生產(chǎn)調(diào)研報告當(dāng)中。此種運(yùn)作背景之下，無疑無法有效契合對地下水資源嚴(yán)密監(jiān)管的需求，同時更是會面對著較為嚴(yán)峻的環(huán)境風(fēng)險。

1.3 鉆井

鉆井廢水是開展鉆井運(yùn)作階段中對水環(huán)境帶來核心影響的污染物。鉆井廢水本質(zhì)上是鉆井液高倍稀釋之下所產(chǎn)生的，其中主要包含有沖洗鉆井平臺、鉆具、定期進(jìn)行內(nèi)部泥漿清洗的水資源、下鉆階段造成的鉆井液損耗、鉆井液運(yùn)作循環(huán)系統(tǒng)滲漏所引發(fā)的廢水、沖洗鉆井巖屑的廢水等。通常其普遍具有著氫離子濃度指數(shù)較高、有機(jī)、無機(jī)污染物含量相對較高等特點，此些廢水通過井場地面管道排到專項的處理池中。在通常情況下，廢水通過系統(tǒng)化地處理之后可以運(yùn)用于調(diào)配鉆井液。完井運(yùn)作之后，鉆井廢水保存于井場的專項處理池之中。在相對干燥的區(qū)域亦或者是夏季，鉆井廢水通過一定周期的自然蒸發(fā)與滲漏，便可以充分恢復(fù)到起初的井場地貌；而在下雨量相對較高的時節(jié)，鉆井廢水往往無法實現(xiàn)自然的蒸發(fā)及滲漏，廢水較長周期存放在專項處理池之中，在雨季廢水較為容易溢出同時對周邊水環(huán)境帶來負(fù)面影響。廢鉆井泥漿的產(chǎn)生主要來自于鉆井與完井兩項進(jìn)程，核心包括有以下幾個方面：（1）因為地層性質(zhì)的改變，鉆井液性能需求不同而更替鉆井液體系所產(chǎn)生的鉆井液；（2）完井階段井筒內(nèi)部被更替而出的鉆井液；（3）鉆井運(yùn)作完畢之后廢棄到井場的鉆井液；（4）鉆井液循環(huán)系統(tǒng)的跑、冒、滲漏所產(chǎn)生的鉆井液。

1.4 采氣與集輸

采油、采氣等過程中影響水質(zhì)的核心污染物包含有采油氣廢水與落地原油。其中，采油廢水是油氣田開發(fā)從地層采集而進(jìn)行的。一般而言，去除油氣層之外也同時包含有水層的存在，亦或者是油氣層中自身就擁有著共生水。在開展采油氣階段，水層中的水分亦或者是氣層的共生水會伴隨著油氣一同開采而變成采油氣廢水，當(dāng)中需要包括有石油類、有機(jī)物等。采油氣與集輸落地原油具體所指的是采氣階段中，沒有進(jìn)入集輸管線而散落在多區(qū)域的伴生原油，落地后與地面的水源、砂石等組成混合物。這當(dāng)中，一些原油滲透到土壤之后，也會造成對土壤與地下水體的嚴(yán)重污染，因為井場土油池未進(jìn)行規(guī)范化的養(yǎng)護(hù)，落地原油會伴隨著地表直接流入到河流，這無疑會在很大程度上對地表水體帶來較為嚴(yán)重的負(fù)面影響。

1.5 井下作業(yè)

井下作業(yè)主要包含有修井、壓裂、酸化等多樣化的舉措，每一項工藝都會產(chǎn)生一定的污染物，這當(dāng)中，影響水環(huán)境的核心污染物是作業(yè)廢水與落地原油。這當(dāng)中，作業(yè)廢水除了包含有井下作業(yè)階段諸如的外部添加劑之外，也同時包含有井下的污染物，同時其主要的特征包括以下幾個方面：懸浮物含量相對較高，井底擁有著大批量的懸浮固體與泥沙會隨著洗井水返排而出；包含有大批量的有機(jī)物；色度相對較深，通常呈現(xiàn)出重黑的顏色特征。井下運(yùn)作落地原油，包含在修井、壓裂等諸多的運(yùn)作流程中，從井口帶出的原油；起下油管、抽油桿散落在地面的原油等。

1.6 其他

油氣田的開發(fā)是一項多工序整合性的生產(chǎn)過程。除了鉆井、采油、集輸?shù)群诵纳a(chǎn)運(yùn)作流程之外，同時還包括有地面建設(shè)、運(yùn)輸?shù)容o助類型的生產(chǎn)活動，相關(guān)活動所排出的廢水也無疑會在很大程度上對水環(huán)境帶來負(fù)面性的影響。

2 自然水資源的科學(xué)化運(yùn)用舉措介紹

2.1 全面推廣應(yīng)用節(jié)水鉆探技術(shù)

針對于部分自然水資源較為匱乏的區(qū)域來說，普通的鉆井技術(shù)在生產(chǎn)運(yùn)作中需要面對較為嚴(yán)重的水資源過度損耗問題，所以需要進(jìn)一步優(yōu)化鉆探技術(shù)，特別是需要深入運(yùn)用具有綠色化特征的節(jié)水鉆探技術(shù)，以實現(xiàn)水資源的高效化運(yùn)用。

轉(zhuǎn)變鉆井循環(huán)介質(zhì)類型。首先，可有效運(yùn)用泡沫鉆井液。其是借助專業(yè)化的機(jī)械攪拌設(shè)施將氣體填入到鉆井液之中，運(yùn)用活性劑來有效控制氣液界面的整體張力，切實將大氣泡轉(zhuǎn)變成為結(jié)構(gòu)細(xì)小化的氣泡，并實現(xiàn)將氣泡均衡地布控在鉆井液當(dāng)中，以真正意義上形成平穩(wěn)可泵的多相硬膠泡沫。此種類型的鉆井液與常規(guī)的鉆井液相對比而言，其可將水資源的損耗量整體降低約三分之一。同時，可有效運(yùn)用立足于孔內(nèi)底層區(qū)域循環(huán)的綠色鉆探技術(shù)。此項技術(shù)是立足于孔內(nèi)底層水區(qū)域循環(huán)的水資源節(jié)約思維，運(yùn)用指定的地表水渠道井下潛水泵可推動井內(nèi)地層水的區(qū)域循環(huán)，以切實達(dá)到全面控制地表水損耗的目標(biāo)，整體的水資源損耗降低控制可高達(dá)八成。

2.2 壓裂運(yùn)作深入運(yùn)用節(jié)水壓裂技術(shù)

（1）轉(zhuǎn)變壓裂運(yùn)作介質(zhì)的類型。第一，二氧化碳泡沫壓裂。通常而言，泡沫壓裂所運(yùn)用的專項壓裂液是由液化二氧化碳、氣泡添加劑等構(gòu)成。在朝井下開展注入操作的實際階段當(dāng)中，伴隨著內(nèi)部溫度的提升，特別是高于標(biāo)準(zhǔn)的臨界溫度之后，二氧化碳也會發(fā)生物理反應(yīng)，出現(xiàn)與水基壓裂液形成泡沫效果。通過具體的生產(chǎn)實踐證明，此類泡沫壓裂生產(chǎn)用水的體量僅僅是普通水力壓裂的六分之一。第二，液態(tài)二氧化碳壓裂。此種壓裂是運(yùn)用超臨界二氧化碳取代水資源作為壓裂液，在不加入水資源亦或者是其他外加劑的背景下，運(yùn)用液態(tài)二氧化碳作為支撐劑的傳輸液，將支撐劑灌入地層的方式。早在20世紀(jì)80年代，國外已經(jīng)運(yùn)用以液態(tài)二氧化碳為基礎(chǔ)的壓裂液系統(tǒng)開展存儲層的改進(jìn)，而在上個世紀(jì)的九十年代進(jìn)一步運(yùn)用以液態(tài)二氧化碳為核心的壓裂系統(tǒng)開展相應(yīng)操作，也被實踐證明具有著顯著的節(jié)水效果。第三，液化石油氣壓裂。其主要是運(yùn)用丙烷作為核心的壓裂介質(zhì)來取代水資源的綠色壓裂方式。液化石油氣在較高壓力的整體影響之下會形成凝膠狀的結(jié)構(gòu)物體，其具有著較為優(yōu)異的粘稠度。與水資源有著區(qū)別的地方在于，液化石油氣可以與地下存儲的油氣類能源進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，同時不會被鹽類等物質(zhì)所溶解，其與油氣資源在一同回歸到地上時，也較為有效地消除了有毒物質(zhì)的排放。

（2）革新與調(diào)控水力壓裂技術(shù)。此項技術(shù)是油氣田生產(chǎn)體量增加過程中較為經(jīng)常運(yùn)用到的代表性技術(shù)，在壓裂完畢之后，通常會約15%以上不等的液體會被返排到地上。相關(guān)液體的產(chǎn)生無疑會在很大程度上給相關(guān)的生產(chǎn)企業(yè)帶來諸多的負(fù)面問題，這當(dāng)中主要包含有生產(chǎn)與環(huán)境防護(hù)成本的顯著提升、地下水污染嚴(yán)重化等諸多的問題。所以，對水力壓裂技術(shù)開展有效地革新與調(diào)控，以全面控制對水資源的運(yùn)用體量是現(xiàn)有技術(shù)條件下進(jìn)一步亟需改進(jìn)的重點問題所在。

而為了有效改建壓力管網(wǎng)、全面控制水資源運(yùn)用與全面生產(chǎn)能力，致力于全球石油開發(fā)服務(wù)的美國貝克休斯公司融合了專業(yè)化的模型系統(tǒng)、泵注技術(shù)與支撐劑工藝，研發(fā)一項行之有效的壓裂技術(shù)，其名為AscentTM。其的有效結(jié)合運(yùn)用于油氣田生產(chǎn)過程中，顯著控制了油田水資源與壓裂液的整體運(yùn)用體量，特別是水資源的運(yùn)用體量整體縮減了約兩成左右。

3 加強(qiáng)廢水的可循環(huán)化運(yùn)用

3.1 深入研發(fā)并運(yùn)用可回收清潔工作液體系

（1）綠色型鉆井液處理劑材料與鉆井液體系?？捎脕碜鳛榫G色型鉆井液處理劑的原材料基本來自于某些植物的內(nèi)部成分，比如淀粉、纖維素等，其獲取的渠道較為廣泛、性價格比高，更為關(guān)鍵的是可高效化實現(xiàn)生物降解。其中最具代表性的包括有硫酸鹽鉆井液、合成基鉆井液等。

（2）聚合物體系壓裂液。其主要是以2-丙烯酰胺作為核心構(gòu)成，依據(jù)在非離子表面活性劑上融入不飽和鍵，運(yùn)用專用乳液聚合的有效模式，在指定溫度與壓力環(huán)境之下以進(jìn)一步合成優(yōu)質(zhì)的壓裂液主劑；有效運(yùn)用表面活性劑基團(tuán)之間的接入作用力，可以推動性成為多維結(jié)構(gòu)，以可展現(xiàn)出較為突出的攜砂功能。聚合物壓裂排液通過較為簡易的過濾拋砂處理之后，便可以真正意義上實現(xiàn)重復(fù)循環(huán)利用。

3.2 處理后調(diào)配工作液體

結(jié)合我國某大型油田舉例，其開展油田生產(chǎn)通常是運(yùn)用叢式組亦或者是水平來開發(fā)運(yùn)作，這不僅需要可觀體量的水資源來開展配液操作，同時后續(xù)也會產(chǎn)生較大批量的生產(chǎn)廢水。倘若可以將廢水進(jìn)行科學(xué)的處理后實現(xiàn)再次循環(huán)利用，這無法可以更好控制對水資源的嚴(yán)重?fù)p耗問題，特別是在管控油田生產(chǎn)成本支出與環(huán)境方面也會起到較為積極的促進(jìn)作用。

（1）科學(xué)化調(diào)配工作液。鉆井液運(yùn)用的性能很大程度上與配漿水的性質(zhì)緊密關(guān)聯(lián)，特別是水資源中的各類雜質(zhì)都會對鉆井液的性能帶來較為顯著性的影響。所以，在開展廢水回收與重復(fù)利用調(diào)配鉆井液的前期，可妥善運(yùn)用諸如化學(xué)沉淀法來對其開展全面化地處理。

（2）合理調(diào)配壓裂液。生產(chǎn)廢水中的氫離子濃度指數(shù)、金屬陽離子等都是影響調(diào)配壓裂液的核心因素?？山柚炷恋怼⒕珳?zhǔn)化過濾等方式對以上指標(biāo)開展管控，對酸化壓裂廢水還需要進(jìn)一步提升諸如中和等預(yù)處理流程的科學(xué)性。

3.3 運(yùn)用于油田注水的開發(fā)

注水開發(fā)是保持地層基礎(chǔ)壓力、提升原油采集率的關(guān)鍵方法。特別是對于地理環(huán)境相對嚴(yán)苛的某些油田生產(chǎn)區(qū)域而言，因為油層整體的滲透率較為不理想，倘若將生產(chǎn)的廢水經(jīng)過科學(xué)處理之后作為回注水，不單單可以有效解決注水需求開發(fā)的目的，也可有效降低多余廢水所帶來的負(fù)面性問題。因此而言，可以結(jié)合低滲透油藏注水水質(zhì)的要求，可以在儲層敏感性評定的基礎(chǔ)上，對油田廢水運(yùn)用殺菌防垢等技術(shù)開展有針對性地處理。

某某采油廠稀油處理廠采用微生物處理采出水處理裝置，處理后采出水指標(biāo)穩(wěn)定在出水含油量為0mg/L、懸浮物4～9mg/L，整個項目實現(xiàn)了“五減三省”良好效果。五減是：減少水質(zhì)波動，“倍加清”特種微生物對來水中的油等污染物進(jìn)行充分降解，出水水質(zhì)好，波動小，水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。減少化學(xué)藥劑，微生物處理工藝，不需要添加凈水劑、絮凝劑、殺菌劑等化學(xué)藥劑，不產(chǎn)生二次污染，只需經(jīng)電解鹽水殺菌，即能達(dá)到油田注水標(biāo)準(zhǔn)。減少污泥產(chǎn)量，經(jīng)微生物處理后，污水中的有毒有害物質(zhì)得到徹底降解，其最終產(chǎn)物為H2O和CO2等無機(jī)物，污泥減量效果良好。減少日常運(yùn)行、維護(hù)工作量，微生物處理規(guī)模3000m3/d，處理工藝各設(shè)備之間高度集中，建設(shè)工程量小、占地面積小，操作簡單，全自動處理流程。減少施工工作量，采出水采用模塊化撬裝工藝，即可以根據(jù)生產(chǎn)情況，增減模塊，又能實現(xiàn)模塊化移動、拆卸，重復(fù)利用。三?。阂皇俏⑸锕に囁幚硐啾仍炷两邓幚砉に囐M(fèi)用二是微生物工藝處理后產(chǎn)生的污泥具有活性、環(huán)保，減少外排污染，省去拉泥費(fèi)用。三是微生物處理工藝模塊化，減少施工費(fèi)用。

4 結(jié)語

綜上所述，在開發(fā)油氣田過程中，需要切實關(guān)注對生產(chǎn)用水與生產(chǎn)廢水的科學(xué)化運(yùn)用。第一，優(yōu)化工作液體系，以推動廢水“免處理”的再次運(yùn)用。對所產(chǎn)生廢水的處理無法規(guī)避地會引發(fā)二次廢物的產(chǎn)生，這無疑進(jìn)一步提升了應(yīng)對安全亦或者是環(huán)境問題的解決成本。所以，可以借助科學(xué)化調(diào)控工作液體系，以更好運(yùn)用油氣田生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢水；第二，創(chuàng)建油氣田開發(fā)水資源管理的專項體系。伴隨著如今油田生產(chǎn)集成化模式的深入應(yīng)用，集中大規(guī)模的水資源運(yùn)用、排水頻次提升，鉆井、壓裂、產(chǎn)出水構(gòu)成了較為完善的水系統(tǒng)，切實做好對水資源的科學(xué)化管控，可進(jìn)一步提升水資源的利用率，以有效解決油氣田開發(fā)與水資源緊缺之間存在的問題。以更好保證油氣田階段中，水資源得到科學(xué)化的運(yùn)用與保護(hù)。