油田生产过程水资源消耗分析及节水措施

陈钊（大庆油田水务公司）

现阶段，随着我国科学技术的不断发展，在原油生产过程中，出现了“聚合物驱动”、“微生物驱动”、“蒸汽驱动”和“三元复合驱动”技术，但是，注水驱动技术成熟、应用广泛，是石油生产的主要驱动技术。然而，注水驱动却需要消耗大量的水资源，尽管我国的各大油田都在发展过程，都形成了一套完整的生产供水系统，但由于水资源利用不充分，部分地区存在水资源供给不足的现象[1]。随着油田含水率的不断上升，由于注入水的冲刷，油藏储层孔隙结构发生变化，在部分储层内油水井间形成了低效循环场，导致大量注入水沿高渗透、高含水优势通道无效或低效循环，使得油田注水量大幅度增加[2]。所以，为了保证原油的生产，用水量也呈显著上升趋势，就造成了油田的生产和水资源节约的矛盾不断凸显。

1 油田生产过程水资源消耗分析

1.1 用水结构

在我国的各大油田中，其最主要的经营业务为石油天然气勘探开发，但不仅限于此。油田还会为油气生产配备相应的辅助业务，包括：工程建设、技术服务、化工生产、炼化，甚至是矿区的建设等。所以，油田既是石油天然气能源生产企业，同时，也是耗能企业。

D油田是北方规模较大的油田，其原油含水率达98%以上，油田涉及了工程建设、化工生产等辅助业务。以D油田的整体2021年用水量为例，用水结构情况见表1。

表1 D油田各项业务用水结构Tab.1 Water structure of D oilfield

2021年，该油田整体用水量20 637.65×104m3，其中，用于原油生产的水资源消耗量占总消耗量的73.28%，占比最高；用于天然气生产和装备制造的水资源消耗相对少很多，分别为0.13%和0.21%。

矿区服务为非工业用水，其水资源消耗量为1 325.69×104m3，占总数的6.42%，工业用水占93.58%。综上，D油田水资源消耗主要在原油勘探开发、生产及相关的建设和技术服务活动中。

1.2 水资源利用现状

通过结合D油田2021年的生产开发建设情况，对2020—2021年水资源利用情况的数据分析，可以得到2021年水资源消耗量比2020年上升381.05×104m3，用水量增加的主要原因是：2020年受新冠疫情影响，油气生产的配套工程建设项目减少，同时，在油田高含水率实际情况下，2021年注水、注聚的规模也较2020年有所扩大。

1.3 存在问题

1.3.1 生产装置老化，技术落后

我国各大油田的开发受当时经济水平和生产技术等条件的限制，其中，一些油田生产起步于中国石油勘探开发之初，工业技术落后，石油石化生产装置陈旧。以致相关的工艺流程不能满足现代化油田生产的需要，资源利用率低，污染物排放量大，并且处理难度也增加。这就造成油田从开发到现在，一些设备装置严重老化，管道渗水、漏水严重，水资源在输送过程就存在大量的浪费，产生无效供水量十分巨大。例如：新建电厂及部分现有电厂能实现生活污水和工业废水“零排放”[3]。但是油田生产过程中自备电厂由于冷却技术和装置的落后，使冷却水在循环过程中被消耗，造成浪费。

另外，油田附属的废水处理装置也存在着老化严重的现实情况，诸如装置设计不合理、设备无法满足油田生产需要等现象也普遍存在。处理的污水不符合回注的标准，导致油田生产不得不使用新鲜的清水，造成用水量的上升。

1.3.2 废水处理系统存在问题

油田在各项生产活动中，产生的废水水质较为复杂，一些含油高浓度的有机物，还有一些含有原油、有毒有害的物质，特别是化工生产中产生的乙醛、苯酚、甲苯等有害物质，毒性十分大，这些种类的废水如果直接排放，将会污染江河湖海的水体，也会污染人们赖以生存的地下水源。这就需要油田对这些污水进行无害化处理，然后进行回注或者直接排放。但是，在废水的处理过程中，也存在着许多问题，从而无法将废水处理成合格的回注水，不利于节约水资源的利用。

1）废水处理过程中清污混流。在油气生产中，清水和废水分流不彻底，造成污水处理现场或装置中进水量大增，严峻考验污水处理能力，当污水处理能力不足时，出口的废水清水混合水质不能达到回注和排放标准，严重影响废水处理后的回注，从而影响废水的再利用。如果注水驱动采油的水质不达标，将对采油装置、输油管道等产生巨大影响，也直接影响到原油生产。

2）废水缺乏预处理。石油生产过程中产生的废水不仅仅含有原油，还有一些重金属元素和有毒有害的有机物质，成分十分复杂。在这种情况下，废水在处理前应做好预处理工作。一套固定的废水处理工艺对废水成分的复杂行和废水处理的承受能力是一定的，一旦成分复杂的污水大量进入装置，超出其承受能力的限度，就无法有效清除废水有害物质。所以，必须在废水深度处理前进行预处理，保证废水成分和水量符合水处理设备承受能力。

3）废水处理自动化程度低。现阶段，我国各油田新建了一批废水处理场站，用来对生产中的废水进行处理，采用了很多新的技术。但是，就整体而言，绝大部分的废水处理设备设施都不能对个别重要的指标进行自动化的检测检验工作，也没有采取自动调节废水进出量控制的工艺。这样就无法使管理人员时刻掌握水处理设备设施运行情况，也无法获悉废水处理的程度。严重影响了废水处理的效率和合格率。

1.3.3 节水意识不足

我国的油气生产企业一般都是规模大的国有企业，部分员工的思想观念一直停留在吃大锅饭、捧铁饭碗的意识，没有与时俱进。在油田企业要进行节能减排的相关工作中，企业职员在这方面的积极性不是很高相当一部分人是抱着服从上级命令的心理[4]。这就造成了这部分员工对节约水资源的意识不足，责任心不强，节约用水的积极性也不高。这往往造成了员工对日常供水管道巡查工作的忽视，不能对小的跑冒滴漏开展正确的处理，以致水资源的浪费。

1.3.4 供水系统规划不合理

我国多数油田不仅仅产生设备老化、技术落后的问题，还存在着油田建设之初就缺乏合理的规划设计问题。正因为存在这样的规划设计问题，才使油田的节水减排的工作开展并不顺利，从根本上限制了节水工作的实施。其具体表现在排水系统不完善，对废水的回收、收集不彻底、不全面。还有的不便于对不同水质的废水进行区分处理，无法做到应用最经济的方式方法，来处理废水，从而提高废水的回收率，以达到节水目标。

1.3.5 水资源管理体系不成熟

各油田在长期的生产建设过程中，形成了一套规章制度，但是，针对节能节水方面，存在较为详细的管理制度，但依靠这样的管理制度不能称之为管理体系。特别是在水资源消耗占比最高的原油生产过程的注水工作中，由于缺乏成熟完善的管理体系，使注水工作存在弊端与不足[5]。水资源管理体系不成熟的表现在：某些油田企业缺少相关的计量器具，或者没有建立合理的计量检定校准周期，无法对相关水资源进行监视和测量，这样产生废水处理量和清水使用量计量不准确或者缺失的现象，造成了水资源的浪费。此外，油田企业还缺乏有效的节水绩效的制定、评价和考核工作，也没有建立相应的惩罚和奖励制度，来规范员工对企业的节水工作。

2 节水措施

既然油田生产生活过程对水的需求不会大规模减少，就只能通过各种技术手段进步和管理方法的革新来减少清水的使用量。要降低新鲜水用量，达到节水减排的的目标，主要做好“开源”和“节流”工作[6]。

2.1 废水的深度处理

油田在生产过程中会排放出含有各类物质的废水，废水中往往包含了悬浮物、石油、COD，以及大量的Ca2+、Mg2+、等无机离子，其pH值在5.0～7.0。这些复杂成分组成的废水对环境是破坏性的，所以必须经过深度处理后，才能排放或使用。以油田炼化业务板块为例，根据对典型炼化企业取水和排污统计分析，污水量一般为该企业取水量的75%左右[7]。油田产生的废水在经过处理后排放是最常见的方式，但是，处理废水使其达到排放标准，就会大大增加水处理的成本。废水的深度处理是水资源重复利用的重要关键过程。现阶段，油田产生的废水通常采用混凝沉淀、石英砂过滤、活性炭吸附，以及氧化剂处理等步骤，处理后的废水指标满足国家、行业标准的要求，用于循环冷却补充水、油田注水驱动注入水等。随着反渗透技术的不断发展，油田也通过膜分离技术工艺来实现废水的深度处理。若能将产生的废水处理后再利用，则可有效解决废水产生量大与配液用水需求量大的矛盾，在降低生产成本和减少环保隐患方面具有重要意义[8]。目前，经过深度处理的废水已经广泛应用于配置钻井液、压裂液和油田注水开发，不但有效地缓解了干旱缺水油田的燃眉之急，而且也能够减少各油田安全环保隐患。D油田2021年各业务板块废水深度处理回收使用情况见表2。

表2 D油田2021年各业务板块废水深度处理回收使用情况Tab.2 Advanced treatment and recycling of wastewater in each business segment of D oilfield in 2021

2.2 采用清洁生产技术

油田开展油气生产活动，是无法避免使用水资源的，所以，必须从源头上控制水资源的浪费。清洁生产是指既可满足人们的需要又可合理使用自然资源和能源并保护环境的实用生产方法和措施[9]。随着我国对环境保护的持续关注，清洁生产技术已经发展成熟，并在实际应用中取得了良好的效果。例如：

1）在油田化工生产业务中，可以采用加氢工艺替代碱洗、酸洗等技术工艺，这样就可以节约大量的清水。据统计，使用过去的技术工艺，生产柴油过程中，每吨原油产生的废水量为0.1 t，相较之下，采用加氢工艺后，每吨原油产生废水为0.025 t，仅为原工艺四分之一，节水效果十分明显，某炼油厂采用清洁生产技术后用水结构见表3。

表3 某炼油厂采用清洁生产技术后用水结构Tab.3 Water structure of a refinery after adopting cleaner production technology

2）在油田自备电厂、化工厂内，还能够采用循环冷却和空气冷却来淘汰直流冷却和水冷却，通过实现各装置间的热联合，并回收低温余热，来减少冷却用清水的使用量。

3）针对油田生产建设过程中产生的废水，一部分可以采用凝结水回收技术来处理，既能够节约高质量的脱盐水，还能够将余热回收再利用。凝结技术工艺采用先进的过滤技术来除去水中还有的铁锈等固体颗粒物质、原油和悬浮物后，可以直接返输回高压锅炉，回收率可达95%以上。

2.3 对用水系统进行统一规划、优化

节约水资源最根本的方法一是要“变废为宝”，通过对废水的净化处理再利用的方式，减少清水的开采和使用；而另一个就是要加强油田水资源的全面统筹与规划，合理使用水资源。对用水系统进行统一的规划和优化，可以直接针对油田在过去建设中，污水混流、清污混流的弊端。我国油田在建设初期，在用水系统的设计规划中，大部分都采用了末端处理废水的方式。这种方式只考虑在系统末端对废水的处理，而没有做到对油田用水系统的整体优化。油田应该在统筹自身主营和辅助业务后，对过去的废水集中处理方式进行改进，可以增加废水处理后的回收利用工艺，既能够减少清水用量，也能减少废水排放量。

2.4 加强油田用水管理，规范管理流程

油田企业是用水大户，如何节约用水和废水的回收再利用一直是各大油田面临的主要挑战，其必须在水资源的管理上不断加强，才能配合新的技术工艺，一同在节约用水方面产生合力。油田应该建立一个专业的部门来管理相关的水务工作，包含了工艺技术、设备设施、水源管理、系统设计、废水回收再利用等方面的工作。这一专业的部门通过梳理相关的水务管理流程，结合已在使用的水资源管理规章制度，建立规范化的用水、废水处理等流程，同时也包括了用水监督、考核等相应的管理办法，并实施固定频次的考核，直接约束油田所属各用水单位。

2.5 开展节水监测和输水管道检测

油田在生产中运营了大量的输水管道，而且绝大部分为埋地的钢质管道。这些管道会因介质的冲刷、浸泡而产生内部腐蚀；也会因外部防腐层的破坏而被外部环境腐蚀；同样也能由于地质的沉降而产生变形，这些原因都能造成输水管道产生泄漏点，从而浪费了水资源。所以，为确保油田注水管道腐蚀问题得以减少，建议油田企业方面应该对注水管道腐蚀现状及成因进行动态把握[10]。各油田一方面应该积极开展节水监测，对勘探开发、油气生产、产能建设等各项业务所消耗的水资源进行监测，有利于获得水资源使用的具体情况，并发现水资源利用的不合理之处，为接下来的用水规划作出指引。另一方面，油田相关管理部门应梳理在用的输水管道，建立相应的管理台账，大力铺开管道的检测工作，运用管道绝缘电阻检测技术、漏磁内检测技术来查找输水管道内外腐蚀的隐患，对已泄漏和已产生局部或全面腐蚀的管段进行维修，避免水资源的浪费。

3 结束语

通过运用新的清洁生产技术、加强油田废水深度处理后的再利用，可以从技术层面减少清水的使用量，并大量应用净化的废水；而通过针对用水系统实施统一的规划、用水流程的规范等管理层面的加强和优化，“双管齐下”，共同解决各油田在水资源利用方面的问题。水在油气生产过程中必不可少，无法完全替代，只有在源头上实施控制，在输送过程中加以监视和测量，并在废水回收再利用上下足功夫，才能在油田各项生产经营业务上真正做到节约用水，减少污水排放。再者，配合以强力专业的管理手段，合理的奖惩措施，就能够不断激发员工节约用水的意识，共同为油田水资源的节约做出重大努力。