油田注水開發(fā)環(huán)境治理保護措施

中勘冶金勘察設(shè)計研究院有限責任公司 唐林川雄，朱巧麗

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，資源需求量日益增加，油田開采需求逐漸增加，在持續(xù)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(xiàn)象，不僅降低了油田開采量，甚至造成難以持續(xù)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(yīng)用，并實現(xiàn)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(yè)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(xù)發(fā)展。同時要結(jié)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(huán)境保護力度，實現(xiàn)油田開采與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

一、注水開發(fā)的意義

原油開采一般需要經(jīng)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(qū)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(qū)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(jīng)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(fā)力度的加大，環(huán)境污染和資源消耗成為油田產(chǎn)能建設(shè)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(huán)境容量很難消納油田采出水，同時，油田進行注水開發(fā)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(jīng)處理達標后回注油藏，在減少環(huán)境污染的同時節(jié)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(jīng)濟效益及環(huán)境效益，其優(yōu)點如下：

（1）用于油田生產(chǎn)的二次采油，提高油田采收率。

（2）對水質(zhì)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(zhì)環(huán)境有效的處理污染物，保護地表水環(huán)境及土壤環(huán)境質(zhì)量。在地表環(huán)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(yè)廢水不外排，而且可以為油田產(chǎn)能開發(fā)建設(shè)提供回注水源，是合理處置采出水的最佳手段。

二、相關(guān)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(huán)境管控要求，相關(guān)文件如下：

（1）《石油天然氣開采業(yè)污染防治技術(shù)政策》中第二部分清潔生產(chǎn)中要求“在開發(fā)過程中，適宜注水開采的油氣田，應(yīng)將采出水處理滿足標準后回注”；第三部分生態(tài)保護中要求“應(yīng)設(shè)立地下水水質(zhì)監(jiān)測井，加強對油氣田地下水水質(zhì)的監(jiān)控，防止回注過程對地下水造成污染”。

（2）《關(guān)于進一步加強石油天然氣行業(yè)環(huán)境影響評價管理的通知》（環(huán)辦環(huán)評函〔2019〕910號）中要求“涉及廢水回注的，應(yīng)當論證回注的環(huán)境可行性，采取切實可行的地下水污染防治和監(jiān)控措施，不得回注與油氣開采無關(guān)的廢水，嚴禁造成地下水污染。在相關(guān)行業(yè)污染控制標準發(fā)布前，回注的開采廢水應(yīng)當經(jīng)處理并符合《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標及分析方法》（SY/T5329）等相關(guān)標準要求后回注，同步采取切實可行的措施防治污染?；刈⒛康膶討?yīng)當為地質(zhì)構(gòu)造封閉地層，一般應(yīng)當回注到現(xiàn)役油氣藏或枯竭廢棄油氣藏。相關(guān)部門及油氣企業(yè)應(yīng)當加強采出水等污水回注的研究，重點關(guān)注回注井井位合理性、過程控制有效性、風險防控系統(tǒng)性等，提出從源頭到末端的全過程生態(tài)環(huán)境保護及風險防控措施、監(jiān)控要求?！?/p>

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

三、采出水回注的主要環(huán)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(tǒng)或污水處理系統(tǒng)進行處理，處理后應(yīng)滿足《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標及分析方法》（SY/T5329）中相應(yīng)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(zhì)。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?；刈⑺斐傻牡叵滤廴竞茈y被發(fā)現(xiàn)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(fā)生泄漏，則會進入土壤環(huán)境中造成污染，回注井井口或井口較近距離的井身發(fā)生泄漏，也會對土壤造成污染，影響土壤環(huán)境質(zhì)量，降低土壤生產(chǎn)力，進而影響植被生長，最終造成生態(tài)環(huán)境的破壞。

四、注水開發(fā)過程中的地下水及土壤環(huán)境保護措施

為了避免注水開發(fā)對地下水及土壤環(huán)境的污染，油田公司采取的環(huán)境保護措施如下：

（一）源頭控制

1.環(huán)境影響評價及竣工環(huán)保驗收

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

2.注水水源及水質(zhì)

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(xiàn)采出水“零排放”，減少地下水取用量，節(jié)約地下水資源，緩解油田開發(fā)區(qū)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(zhì)推薦指標及分析方法》（SY/T5329）中相應(yīng)類型油層的標準限值。在處理達標的基礎(chǔ)上，開展注水水質(zhì)配伍性研究，制定和完善適合不同油藏的回注水水質(zhì)標準并嚴格執(zhí)行，嚴格禁止回注與油氣開采無關(guān)的廢水。

3.選址要求

注水井網(wǎng)設(shè)計階段應(yīng)重點關(guān)注回注井、注水管線選址，各類注水設(shè)施應(yīng)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(qū)等涉及地下水的環(huán)境敏感區(qū)，與地下水環(huán)境敏感區(qū)的具體距離由環(huán)境影響評價文件確定。

4.回注工程設(shè)計及建設(shè)

以預(yù)防為主，加強源頭控制，建設(shè)優(yōu)質(zhì)工程，使用高標準材料，避免泄漏事故的發(fā)生，減少后期養(yǎng)護、維修及污染治理成本。嚴把設(shè)計、材料、施工和檢測關(guān)，合理設(shè)計管柱結(jié)構(gòu)，保證固井質(zhì)量，選用優(yōu)質(zhì)套管；選用高質(zhì)量、高級別的優(yōu)質(zhì)環(huán)保水泥，必要時可采用添加劑來提高水泥性能和適應(yīng)性，鉆井施工應(yīng)選用先進的固井設(shè)備和有經(jīng)驗的施工隊伍，嚴格遵守作業(yè)規(guī)范程序和標準要求，確保優(yōu)質(zhì)高效地完成固井作業(yè)。

表層套管需要全井段進行固井，固井水泥的底部深度應(yīng)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(shù)套管和油管也需要全井段固井，固井過程中選用符合設(shè)計要求的固井水泥并進行固井質(zhì)量檢測。注水井各層套管固井后，要進行固井質(zhì)量測試，在質(zhì)量檢測合格后方可進行下一井段的建設(shè)。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(yīng)設(shè)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(yīng)不小于最大注入壓力。

5.完整性檢測

根據(jù)相關(guān)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(chǎn)套管環(huán)空壓力進行持續(xù)監(jiān)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(chǎn)套管環(huán)空壓力進行監(jiān)測；遠離地層斷裂，規(guī)避風險。注水前應(yīng)通過相應(yīng)的技術(shù)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(chǎn)中應(yīng)對回注井底壓力進行持續(xù)監(jiān)測，井底壓力不得大于最大注入壓力，定期開展回注壓力監(jiān)測。

（二）過程管理

1.加強宣傳教育

油田企業(yè)應(yīng)當以習近平總書記的生態(tài)文明思想為指導，樹立和培育生態(tài)環(huán)境保護的理念和意識。要將當?shù)厝嗣竦目沙掷m(xù)生存和發(fā)展放在第一位，認真學習和研究所在資源國的相關(guān)地下水、土壤環(huán)境法律法規(guī)，并自覺、嚴格地遵守執(zhí)行，同時采取多種形式和方法積極地宣傳教育，加大環(huán)境保護宣傳普及力度，提高對生態(tài)環(huán)境保護重要性的認識，正確認識并處理生態(tài)環(huán)境保護與企業(yè)發(fā)展的關(guān)系，樹立與國際接軌的新的資源觀和發(fā)展觀，樹立清潔開發(fā)、循環(huán)生產(chǎn)的理念。要將生態(tài)環(huán)境保護視為轉(zhuǎn)變企業(yè)發(fā)展方式的戰(zhàn)略舉措，視為建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境友好的生態(tài)型企業(yè)的有利契機，視為服務(wù)當?shù)孛裆?、塑造?yōu)秀企業(yè)形象、建立良好社會關(guān)系、改善企業(yè)經(jīng)營環(huán)境、推進企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。

2.完善管理制度

明確管理責任，設(shè)立專門的回注工程管理機構(gòu)，落實回注井責任到人的管理要求?；刈⒕芾頇C構(gòu)應(yīng)充分掌握其管理的每口回注井具體情況，包括所在區(qū)域或地層信息、回注井設(shè)計參數(shù)、回注參數(shù)、回注過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)等，并掌握建設(shè)項目的環(huán)評資料。管理機構(gòu)應(yīng)該在生產(chǎn)過程中要求回注井負責人定期匯報與回注有關(guān)的各種技術(shù)信息。

精心制訂回注水配伍方案、不斷優(yōu)化注水工藝、嚴格回注水水質(zhì)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(qū)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(diào)控。

應(yīng)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(shù)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(fā)狀況進行綜合分析評價，評價油田注水開發(fā)狀況是否正常。

3.開展環(huán)境監(jiān)測

加強對采出水處理系統(tǒng)出水口、注水站出水口、注水井井口等控制點的水質(zhì)監(jiān)測。定期對上述節(jié)點開展水質(zhì)檢測，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)超標等問題時及時上報管理機構(gòu)并組織實施整改。

結(jié)合環(huán)境影響評價文件提出的監(jiān)測要求，制訂企業(yè)自行監(jiān)測計劃，定期對回注井及輸水管線周邊的水、土壤環(huán)境質(zhì)量開展監(jiān)測。根據(jù)注水工程選址、規(guī)模等實際建設(shè)情況，制訂地下水及土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測方案，包括監(jiān)測點數(shù)量、點位、監(jiān)測頻次、監(jiān)測指標等內(nèi)容。

地下水質(zhì)量監(jiān)測計劃應(yīng)明確監(jiān)測井位置、數(shù)量，監(jiān)測井應(yīng)設(shè)置在注水井網(wǎng)地下水流向的上、下游及側(cè)向。地下水水質(zhì)監(jiān)測是驗證注水開發(fā)是否造成地下水污染的最直接的方式，通過定期監(jiān)測的方式確?；刈⑺廴镜叵滤畷r可以及時發(fā)現(xiàn)，及時處理。

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

4.對污水處理技術(shù)進行合理應(yīng)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(yīng)用污水處理技術(shù)對污水進行有效處置，強化環(huán)境保護效果。一般情況下，油田污水的特征表現(xiàn)為高油量、高鹽量、微生物較多等，基于此，可以結(jié)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(shù)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(xiàn)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(zhì)量；要對設(shè)備質(zhì)量進行合理控制，加強質(zhì)量檢查力度；要加強對水處理系統(tǒng)工作人員的技能培訓，提高技術(shù)能力，確保操作人員的技術(shù)能力可以滿足污水處理設(shè)施的操作要求。只有這樣才能保障油田注水工藝的高質(zhì)量開展，減少對生態(tài)環(huán)境的破壞，促進生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

（三）末端治理

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

1.強化環(huán)境風險管理

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

2.風險防范措施

回注水集輸管線建設(shè)期間，應(yīng)加強對材料和連接件的質(zhì)量檢查，確保使用合格產(chǎn)品。對管道組對連接處進行嚴格的質(zhì)量檢驗，避免因組對連接問題導致回注水泄漏。在注水開發(fā)過程中，應(yīng)定期對輸水管線進行超聲波監(jiān)測，對壁厚不滿足設(shè)計要求的管段進行更換，避免管道破裂的風險；定期監(jiān)測截斷閥、安全閥等管線安全保護設(shè)施，確保管道超壓等情況發(fā)生時的生產(chǎn)安全，在管道發(fā)生破裂時應(yīng)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(tài)下的不利環(huán)境降到最低。嚴禁在管線兩側(cè)各5m范圍內(nèi)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(tǒng)性的地層壓力測試，通過監(jiān)測項目確定地層完整性是否良好；定期進行系統(tǒng)性的回注井機械完整性測試，確?；刈⒕＿\行。

3.風險應(yīng)急措施

回注系統(tǒng)運行過程中如果發(fā)現(xiàn)注水量、注水壓力或環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)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(huán)狀況，發(fā)現(xiàn)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(fā)生斷裂、泄漏事故時，按照制訂好的應(yīng)急方案進行停泵、關(guān)井等操作。應(yīng)急搶修隊根據(jù)應(yīng)急預(yù)案規(guī)定的程序并結(jié)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?；刈⑺孤逗髴?yīng)及時土壤污染治理措施，開展應(yīng)急監(jiān)測，如果受回注水影響的土壤中各項污染因子超過相應(yīng)質(zhì)量標準限值，應(yīng)委托有相應(yīng)處理資質(zhì)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(yīng)將地面設(shè)施全部拆除，對井口按照《廢棄井封井回填技術(shù)指南》（試行）進行封井作業(yè)，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。