油田生產(chǎn)過程水資源消耗分析及節(jié)水措施

陳釗（大慶油田水務(wù)公司）

現(xiàn)階段，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在原油生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)了“聚合物驅(qū)動”、“微生物驅(qū)動”、“蒸汽驅(qū)動”和“三元復(fù)合驅(qū)動”技術(shù)，但是，注水驅(qū)動技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛，是石油生產(chǎn)的主要驅(qū)動技術(shù)。然而，注水驅(qū)動卻需要消耗大量的水資源，盡管我國的各大油田都在發(fā)展過程，都形成了一套完整的生產(chǎn)供水系統(tǒng)，但由于水資源利用不充分，部分地區(qū)存在水資源供給不足的現(xiàn)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(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在部分儲層內(nèi)油水井間形成了低效循環(huán)場，導(dǎo)致大量注入水沿高滲透、高含水優(yōu)勢通道無效或低效循環(huán)，使得油田注水量大幅度增加[2]。所以，為了保證原油的生產(chǎn)，用水量也呈顯著上升趨勢，就造成了油田的生產(chǎn)和水資源節(jié)約的矛盾不斷凸顯。

1 油田生產(chǎn)過程水資源消耗分析

1.1 用水結(jié)構(gòu)

在我國的各大油田中，其最主要的經(jīng)營業(yè)務(wù)為石油天然氣勘探開發(fā)，但不僅限于此。油田還會為油氣生產(chǎn)配備相應(yīng)的輔助業(yè)務(wù)，包括：工程建設(shè)、技術(shù)服務(wù)、化工生產(chǎn)、煉化，甚至是礦區(qū)的建設(shè)等。所以，油田既是石油天然氣能源生產(chǎn)企業(yè)，同時，也是耗能企業(yè)。

D油田是北方規(guī)模較大的油田，其原油含水率達(dá)98%以上，油田涉及了工程建設(shè)、化工生產(chǎn)等輔助業(yè)務(wù)。以D油田的整體2021年用水量為例，用水結(jié)構(gòu)情況見表1。

表1 D油田各項業(yè)務(wù)用水結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(chǎn)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(qū)服務(wù)為非工業(yè)用水，其水資源消耗量為1 325.69×104m3，占總數(shù)的6.42%，工業(yè)用水占93.58%。綜上，D油田水資源消耗主要在原油勘探開發(fā)、生產(chǎn)及相關(guān)的建設(shè)和技術(shù)服務(wù)活動中。

1.2 水資源利用現(xiàn)狀

通過結(jié)合D油田2021年的生產(chǎn)開發(fā)建設(shè)情況，對2020—2021年水資源利用情況的數(shù)據(jù)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(chǎn)的配套工程建設(shè)項目減少，同時，在油田高含水率實(shí)際情況下，2021年注水、注聚的規(guī)模也較2020年有所擴(kuò)大。

1.3 存在問題

1.3.1 生產(chǎn)裝置老化，技術(shù)落后

我國各大油田的開發(fā)受當(dāng)時經(jīng)濟(jì)水平和生產(chǎn)技術(shù)等條件的限制，其中，一些油田生產(chǎn)起步于中國石油勘探開發(fā)之初，工業(yè)技術(shù)落后，石油石化生產(chǎn)裝置陳舊。以致相關(guān)的工藝流程不能滿足現(xiàn)代化油田生產(chǎn)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(fā)到現(xiàn)在，一些設(shè)備裝置嚴(yán)重老化，管道滲水、漏水嚴(yán)重，水資源在輸送過程就存在大量的浪費(fèi)，產(chǎn)生無效供水量十分巨大。例如：新建電廠及部分現(xiàn)有電廠能實(shí)現(xiàn)生活污水和工業(yè)廢水“零排放”[3]。但是油田生產(chǎn)過程中自備電廠由于冷卻技術(shù)和裝置的落后，使冷卻水在循環(huán)過程中被消耗，造成浪費(fèi)。

另外，油田附屬的廢水處理裝置也存在著老化嚴(yán)重的現(xiàn)實(shí)情況，諸如裝置設(shè)計不合理、設(shè)備無法滿足油田生產(chǎn)需要等現(xiàn)象也普遍存在。處理的污水不符合回注的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致油田生產(chǎn)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(tǒng)存在問題

油田在各項生產(chǎn)活動中，產(chǎn)生的廢水水質(zhì)較為復(fù)雜，一些含油高濃度的有機(jī)物，還有一些含有原油、有毒有害的物質(zhì)，特別是化工生產(chǎn)中產(chǎn)生的乙醛、苯酚、甲苯等有害物質(zhì)，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(jìn)行無害化處理，然后進(jìn)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(jié)約水資源的利用。

1）廢水處理過程中清污混流。在油氣生產(chǎn)中，清水和廢水分流不徹底，造成污水處理現(xiàn)場或裝置中進(jìn)水量大增，嚴(yán)峻考驗污水處理能力，當(dāng)污水處理能力不足時，出口的廢水清水混合水質(zhì)不能達(dá)到回注和排放標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)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(qū)動采油的水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，將對采油裝置、輸油管道等產(chǎn)生巨大影響，也直接影響到原油生產(chǎn)。

2）廢水缺乏預(yù)處理。石油生產(chǎn)過程中產(chǎn)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(jī)物質(zhì)，成分十分復(fù)雜。在這種情況下，廢水在處理前應(yīng)做好預(yù)處理工作。一套固定的廢水處理工藝對廢水成分的復(fù)雜行和廢水處理的承受能力是一定的，一旦成分復(fù)雜的污水大量進(jìn)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(zhì)。所以，必須在廢水深度處理前進(jìn)行預(yù)處理，保證廢水成分和水量符合水處理設(shè)備承受能力。

3）廢水處理自動化程度低。現(xiàn)階段，我國各油田新建了一批廢水處理場站，用來對生產(chǎn)中的廢水進(jìn)行處理，采用了很多新的技術(shù)。但是，就整體而言，絕大部分的廢水處理設(shè)備設(shè)施都不能對個別重要的指標(biāo)進(jìn)行自動化的檢測檢驗工作，也沒有采取自動調(diào)節(jié)廢水進(jìn)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(shè)備設(shè)施運(yùn)行情況，也無法獲悉廢水處理的程度。嚴(yán)重影響了廢水處理的效率和合格率。

1.3.3 節(jié)水意識不足

我國的油氣生產(chǎn)企業(yè)一般都是規(guī)模大的國有企業(yè)，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(jìn)。在油田企業(yè)要進(jìn)行節(jié)能減排的相關(guān)工作中，企業(yè)職員在這方面的積極性不是很高相當(dāng)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(jié)約水資源的意識不足，責(zé)任心不強(qiáng)，節(jié)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(fèi)。

1.3.4 供水系統(tǒng)規(guī)劃不合理

我國多數(shù)油田不僅僅產(chǎn)生設(shè)備老化、技術(shù)落后的問題，還存在著油田建設(shè)之初就缺乏合理的規(guī)劃設(shè)計問題。正因為存在這樣的規(guī)劃設(shè)計問題，才使油田的節(jié)水減排的工作開展并不順利，從根本上限制了節(jié)水工作的實(shí)施。其具體表現(xiàn)在排水系統(tǒng)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(zhì)的廢水進(jìn)行區(qū)分處理，無法做到應(yīng)用最經(jīng)濟(jì)的方式方法，來處理廢水，從而提高廢水的回收率，以達(dá)到節(jié)水目標(biāo)。

1.3.5 水資源管理體系不成熟

各油田在長期的生產(chǎn)建設(shè)過程中，形成了一套規(guī)章制度，但是，針對節(jié)能節(jié)水方面，存在較為詳細(xì)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(chǎn)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(xiàn)在：某些油田企業(yè)缺少相關(guān)的計量器具，或者沒有建立合理的計量檢定校準(zhǔn)周期，無法對相關(guān)水資源進(jìn)行監(jiān)視和測量，這樣產(chǎn)生廢水處理量和清水使用量計量不準(zhǔn)確或者缺失的現(xiàn)象，造成了水資源的浪費(fèi)。此外，油田企業(yè)還缺乏有效的節(jié)水績效的制定、評價和考核工作，也沒有建立相應(yīng)的懲罰和獎勵制度，來規(guī)范員工對企業(yè)的節(jié)水工作。

2 節(jié)水措施

既然油田生產(chǎn)生活過程對水的需求不會大規(guī)模減少，就只能通過各種技術(shù)手段進(jìn)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(dá)到節(jié)水減排的的目標(biāo)，主要做好“開源”和“節(jié)流”工作[6]。

2.1 廢水的深度處理

油田在生產(chǎn)過程中會排放出含有各類物質(zhì)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(jī)離子，其pH值在5.0～7.0。這些復(fù)雜成分組成的廢水對環(huán)境是破壞性的，所以必須經(jīng)過深度處理后，才能排放或使用。以油田煉化業(yè)務(wù)板塊為例，根據(jù)對典型煉化企業(yè)取水和排污統(tǒng)計分析，污水量一般為該企業(yè)取水量的75%左右[7]。油田產(chǎn)生的廢水在經(jīng)過處理后排放是最常見的方式，但是，處理廢水使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，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(fù)利用的重要關(guān)鍵過程?，F(xiàn)階段，油田產(chǎn)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(biāo)滿足國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，用于循環(huán)冷卻補(bǔ)充水、油田注水驅(qū)動注入水等。隨著反滲透技術(shù)的不斷發(fā)展，油田也通過膜分離技術(shù)工藝來實(shí)現(xiàn)廢水的深度處理。若能將產(chǎn)生的廢水處理后再利用，則可有效解決廢水產(chǎn)生量大與配液用水需求量大的矛盾，在降低生產(chǎn)成本和減少環(huán)保隱患方面具有重要意義[8]。目前，經(jīng)過深度處理的廢水已經(jīng)廣泛應(yīng)用于配置鉆井液、壓裂液和油田注水開發(fā)，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(huán)保隱患。D油田2021年各業(yè)務(wù)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(yè)務(wù)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(chǎn)技術(shù)

油田開展油氣生產(chǎn)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(fèi)。清潔生產(chǎn)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(hù)環(huán)境的實(shí)用生產(chǎn)方法和措施[9]。隨著我國對環(huán)境保護(hù)的持續(xù)關(guān)注，清潔生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。例如：

1）在油田化工生產(chǎn)業(yè)務(wù)中，可以采用加氫工藝替代堿洗、酸洗等技術(shù)工藝，這樣就可以節(jié)約大量的清水。據(jù)統(tǒng)計，使用過去的技術(shù)工藝，生產(chǎn)柴油過程中，每噸原油產(chǎn)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(chǎn)生廢水為0.025 t，僅為原工藝四分之一，節(jié)水效果十分明顯，某煉油廠采用清潔生產(chǎn)技術(shù)后用水結(jié)構(gòu)見表3。

表3 某煉油廠采用清潔生產(chǎn)技術(shù)后用水結(jié)構(gòu)Tab.3 Water structure of a refinery after adopting cleaner production technology

2）在油田自備電廠、化工廠內(nèi)，還能夠采用循環(huán)冷卻和空氣冷卻來淘汰直流冷卻和水冷卻，通過實(shí)現(xiàn)各裝置間的熱聯(lián)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(chǎn)建設(shè)過程中產(chǎn)生的廢水，一部分可以采用凝結(jié)水回收技術(shù)來處理，既能夠節(jié)約高質(zhì)量的脫鹽水，還能夠?qū)⒂酂峄厥赵倮?。凝結(jié)技術(shù)工藝采用先進(jìn)的過濾技術(shù)來除去水中還有的鐵銹等固體顆粒物質(zhì)、原油和懸浮物后，可以直接返輸回高壓鍋爐，回收率可達(dá)95%以上。

2.3 對用水系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃、優(yōu)化

節(jié)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(qiáng)油田水資源的全面統(tǒng)籌與規(guī)劃，合理使用水資源。對用水系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃和優(yōu)化，可以直接針對油田在過去建設(shè)中，污水混流、清污混流的弊端。我國油田在建設(shè)初期，在用水系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)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(tǒng)末端對廢水的處理，而沒有做到對油田用水系統(tǒng)的整體優(yōu)化。油田應(yīng)該在統(tǒng)籌自身主營和輔助業(yè)務(wù)后，對過去的廢水集中處理方式進(jìn)行改進(jìn)，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(qiáng)油田用水管理，規(guī)范管理流程

油田企業(yè)是用水大戶，如何節(jié)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(zhàn)，其必須在水資源的管理上不斷加強(qiáng)，才能配合新的技術(shù)工藝，一同在節(jié)約用水方面產(chǎn)生合力。油田應(yīng)該建立一個專業(yè)的部門來管理相關(guān)的水務(wù)工作，包含了工藝技術(shù)、設(shè)備設(shè)施、水源管理、系統(tǒng)設(shè)計、廢水回收再利用等方面的工作。這一專業(yè)的部門通過梳理相關(guān)的水務(wù)管理流程，結(jié)合已在使用的水資源管理規(guī)章制度，建立規(guī)范化的用水、廢水處理等流程，同時也包括了用水監(jiān)督、考核等相應(yīng)的管理辦法，并實(shí)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(jié)水監(jiān)測和輸水管道檢測

油田在生產(chǎn)中運(yùn)營了大量的輸水管道，而且絕大部分為埋地的鋼質(zhì)管道。這些管道會因介質(zhì)的沖刷、浸泡而產(chǎn)生內(nèi)部腐蝕；也會因外部防腐層的破壞而被外部環(huán)境腐蝕；同樣也能由于地質(zhì)的沉降而產(chǎn)生變形，這些原因都能造成輸水管道產(chǎn)生泄漏點(diǎn)，從而浪費(fèi)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(yè)方面應(yīng)該對注水管道腐蝕現(xiàn)狀及成因進(jìn)行動態(tài)把握[10]。各油田一方面應(yīng)該積極開展節(jié)水監(jiān)測，對勘探開發(fā)、油氣生產(chǎn)、產(chǎn)能建設(shè)等各項業(yè)務(wù)所消耗的水資源進(jìn)行監(jiān)測，有利于獲得水資源使用的具體情況，并發(fā)現(xiàn)水資源利用的不合理之處，為接下來的用水規(guī)劃作出指引。另一方面，油田相關(guān)管理部門應(yīng)梳理在用的輸水管道，建立相應(yīng)的管理臺賬，大力鋪開管道的檢測工作，運(yùn)用管道絕緣電阻檢測技術(shù)、漏磁內(nèi)檢測技術(shù)來查找輸水管道內(nèi)外腐蝕的隱患，對已泄漏和已產(chǎn)生局部或全面腐蝕的管段進(jìn)行維修，避免水資源的浪費(fèi)。

3 結(jié)束語

通過運(yùn)用新的清潔生產(chǎn)技術(shù)、加強(qiáng)油田廢水深度處理后的再利用，可以從技術(shù)層面減少清水的使用量，并大量應(yīng)用凈化的廢水；而通過針對用水系統(tǒng)實(shí)施統(tǒng)一的規(guī)劃、用水流程的規(guī)范等管理層面的加強(qiáng)和優(yōu)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(chǎn)過程中必不可少，無法完全替代，只有在源頭上實(shí)施控制，在輸送過程中加以監(jiān)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(chǎn)經(jīng)營業(yè)務(wù)上真正做到節(jié)約用水，減少污水排放。再者，配合以強(qiáng)力專業(yè)的管理手段，合理的獎懲措施，就能夠不斷激發(fā)員工節(jié)約用水的意識，共同為油田水資源的節(jié)約做出重大努力。