特高含水開發(fā)階段水系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)及技術(shù)對策

大慶油田工程有限公司

伴隨大慶油田60年的開發(fā)建設(shè)，水系統(tǒng)始終為油氣業(yè)務(wù)發(fā)展提供強(qiáng)勁助力，建設(shè)了龐大的油田注水、驅(qū)油劑配制注入、采出水處理、消防、市政供排水、防洪排澇等專業(yè)地面工程系統(tǒng)。目前大慶油田注水能力284.8×104m3/d，采出水處理能力407.2×104m3/d，聚合物配制注入能力48.16×104t/a，供水能力116.6×104m3/d，防洪排澇能力803.5×104m3/d。

“十二五”、“十三五”以來，按照“注好水、注夠水、精細(xì)注水、有效注水”的總體要求，推動(dòng)“高質(zhì)量發(fā)展”和“綠色礦山建設(shè)”目標(biāo)，大慶油田對水系統(tǒng)加大技術(shù)和資金投入，積極推廣新工藝新技術(shù)，強(qiáng)化生產(chǎn)運(yùn)行管理，水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、注水系統(tǒng)效率不斷提高，取得了顯著的效果。

標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、橇裝化設(shè)計(jì)模式的深入開展，在促進(jìn)水系統(tǒng)管道地面敷設(shè)、縮短建設(shè)周期等方面起到了積極的作用?；瘜W(xué)驅(qū)采出水處理優(yōu)化簡化、特低滲透采出水處理技術(shù)、破板結(jié)過濾技術(shù)、新型注水節(jié)能技術(shù)的推廣應(yīng)用，為水系統(tǒng)提質(zhì)增效、節(jié)省占地、節(jié)約建設(shè)投資做出了突出貢獻(xiàn)。電催化氣浮技術(shù)、旋流氣浮技術(shù)、新型微生物處理技術(shù)的研發(fā)攻關(guān)，為水系統(tǒng)“十四五”技術(shù)發(fā)展做了前期的技術(shù)儲(chǔ)備。

大慶油田已進(jìn)入特高含水開發(fā)階段，水系統(tǒng)面對諸多挑戰(zhàn)，如何控投資、降成本、保水質(zhì)、增效益，需要提前謀劃，研發(fā)、儲(chǔ)備適用技術(shù)，助力油氣業(yè)務(wù)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。

1.各組治療前細(xì)胞免疫功能指標(biāo)比較：HBO組、藥物吸入組患者的免疫指標(biāo)與正常對照組比較都有不同程度的降低。HBO組和藥物吸入組患者IL-2R、淋轉(zhuǎn)率、CD3、CD4與正常對照組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。見表1。

1 面臨困難和挑戰(zhàn)

（1）產(chǎn)量下降，水量上升，水系統(tǒng)投資和運(yùn)行費(fèi)用持續(xù)增加，降本增效困難。由表1[1]可見，“十四五”末，產(chǎn)油量由目前的3 000×104t/a下降至2 500×104t/a，注水量由7.15×108m3/a上升到7.95×108m3/a，年增幅1 100×104～2 200×104m3，采出水量由5.60×108m3/a上升到6.33×108m3/a，年增幅970×104～2 000×104m3。隨著含水率的增高，水量逐年增加，新建站場數(shù)量增多，水系統(tǒng)在產(chǎn)能、老改工程中的投資比例逐步增大，目前復(fù)合驅(qū)產(chǎn)能水系統(tǒng)投資占地面工程投資比例50%左右（不包括采油工程計(jì)入地面投資），優(yōu)化簡化、降本增效的壓力會(huì)越來越大。

（2）化學(xué)驅(qū)開發(fā)逐步轉(zhuǎn)為薄差層，對采出水處理提出更高要求。“十四五”聚合物驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)共安排注入井6 854口，驅(qū)油化學(xué)劑用量逐年遞增，聚合物由19.79×104t/a增加至34.18×104t/a，表面活性劑由14.40×104t/a增加至20.87×104t/a，堿由27.02×104t/a增加至36.92×104t/a[1]。化學(xué)驅(qū)開發(fā)層位變差，配制、稀釋用水要求提高，深度處理采出水需求增加，對水質(zhì)要求更加嚴(yán)格。化學(xué)驅(qū)產(chǎn)水量增加，對已建采出水處理系統(tǒng)沖擊增大。

2019年在“杏北三元-6采出水處理站”應(yīng)用10臺(tái)，運(yùn)行效果優(yōu)于現(xiàn)有過濾罐，反沖洗再生順暢，單臺(tái)設(shè)備造價(jià)43.60萬元（在用濾罐77.87萬元）。以油田每年新建、更新300臺(tái)過濾罐測算，設(shè)備采購?fù)顿Y可節(jié)省1億元以上。

同時(shí)，壓裂返排液、注水管道沖洗水、洗井水等工業(yè)廢水如何計(jì)入規(guī)模，需要界定是按最大日產(chǎn)水量、平均日產(chǎn)水量，還是按緩存削峰后的產(chǎn)水量，數(shù)值差異越大，對處理站確定規(guī)模的影響越大。

因?yàn)橥獾亟?jīng)銷商經(jīng)常會(huì)將外地的石榴拉到懷遠(yuǎn)地區(qū)進(jìn)行銷售。因此，懷遠(yuǎn)縣政府可以規(guī)劃土地建立多個(gè)懷遠(yuǎn)石榴銷售市場，只有經(jīng)過審核確認(rèn)的懷遠(yuǎn)石榴才能在市場內(nèi)銷售。并且只能在市場內(nèi)進(jìn)行石榴交易。通過官方渠道宣布市場地點(diǎn)，其余在市場外銷售的石榴都是仿冒的懷遠(yuǎn)石榴。以此杜絕外地石榴以次充好的情況發(fā)生。

2 技術(shù)對策及建議

2.1 充分挖掘利用已建設(shè)施剩余能力

規(guī)定執(zhí)行近20年，各類采出水處理站建設(shè)規(guī)模均按運(yùn)行負(fù)荷不超過80%確定。建議重新梳理規(guī)模確定原則，如果聚驅(qū)采出水處理站、三元驅(qū)采出水處理站、外圍采出水處理站不按20%能力預(yù)留，該類站場可節(jié)約建設(shè)投資15%左右。

實(shí)現(xiàn)水驅(qū)、聚驅(qū)、三元驅(qū)采出水處理站之間原水、處理后水連通，挖掘化學(xué)驅(qū)采出水處理能力，減少新建工程量；同時(shí)降低處理站原水聚合物等驅(qū)油劑濃度，減輕處理難度，提高水質(zhì)達(dá)標(biāo)率。實(shí)現(xiàn)水驅(qū)、化學(xué)驅(qū)注水管網(wǎng)連通，提高注水站運(yùn)行負(fù)荷，優(yōu)化注水泵運(yùn)行組合，有效降低注水系統(tǒng)單耗。

2.2 優(yōu)化建設(shè)規(guī)模

1998年，聚合物驅(qū)工業(yè)化推廣以后，水驅(qū)采出水處理站串入聚合物，導(dǎo)致處理工藝不適應(yīng)。為保證注水水質(zhì)，長垣水驅(qū)采出水處理站、深度處理站運(yùn)行負(fù)荷控制在80%以內(nèi)，設(shè)計(jì)參數(shù)執(zhí)行水驅(qū)標(biāo)準(zhǔn)。具體界定如下：水驅(qū)采出水處理站聚合物含量不大于150 mg/L時(shí)（初期為20 mg/L）按水驅(qū)參數(shù)設(shè)計(jì)；深度處理站對聚合物含量未做具體約束，設(shè)計(jì)參數(shù)執(zhí)行水驅(qū)標(biāo)準(zhǔn)。

注水系統(tǒng)、采出水處理系統(tǒng)目前均有部分剩余能力，應(yīng)充分利用，控制新建站場數(shù)量，節(jié)省建設(shè)投資。同時(shí)充分利用已建管網(wǎng)連通性好的優(yōu)勢及化學(xué)驅(qū)開發(fā)周期短的優(yōu)勢，適當(dāng)增補(bǔ)連通管道，挖掘化學(xué)驅(qū)站場潛力，強(qiáng)化站場均衡運(yùn)行。水系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷見表2。

（4）站場數(shù)量眾多，安全環(huán)保隱患大，節(jié)能降耗任務(wù)艱巨。水系統(tǒng)站場數(shù)量多，相對地老化站場數(shù)量也多，安全環(huán)保隱患大，維修改造工作量大。隨著國家安全環(huán)保法規(guī)的嚴(yán)厲，站場改造難度會(huì)明顯增大。水系統(tǒng)是耗能大戶，尤其是注水系統(tǒng)，大慶油田平均注水單耗為5.93 kWh/m3，按2019年注水量7×108m3測算，油田注水每年耗電41.51×108kWh，節(jié)能空間大。

在國內(nèi)建筑行業(yè)快速發(fā)展和國民對居住品質(zhì)要求日益提升的背景下，城市住宅小區(qū)給排水設(shè)計(jì)要做到經(jīng)濟(jì)合理、經(jīng)久耐用、安全環(huán)保，還需設(shè)計(jì)人員緊跟時(shí)代步伐，加強(qiáng)自身學(xué)習(xí)，不斷提升業(yè)務(wù)能力和綜合素質(zhì)。本文筆者闡釋了自己的一點(diǎn)淺陋認(rèn)識(shí)，旨在拋磚引玉，引起業(yè)內(nèi)人士對住宅小區(qū)給排水設(shè)計(jì)的重視，以共同促進(jìn)我國給排水事業(yè)的發(fā)展。

2.3 推廣應(yīng)用新型過濾罐

大慶油田注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行Q/SY DQ0605—2006《大慶油田油藏水驅(qū)注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》中水質(zhì)指標(biāo)部分，目前存在問題較多。注水水質(zhì)主要控制指標(biāo)見表4。

（3）非常規(guī)油藏開發(fā)力度加大，采出水精細(xì)處理、壓裂返排液循環(huán)利用技術(shù)急需攻克。長垣扶余油層和外圍致密油開發(fā)動(dòng)用、外圍特低滲透油層開發(fā)力度加大，越來越多的采出水需要處理至含油質(zhì)量濃度≤5 mg/L、懸浮固體質(zhì)量濃度≤1 mg/L、粒徑中值≤1 μm，滿足特低滲透油藏注水標(biāo)準(zhǔn)[2]，經(jīng)濟(jì)適用的采出水精細(xì)處理技術(shù)需進(jìn)一步攻關(guān)。非常規(guī)油藏開發(fā)力度加大，大規(guī)模壓裂逐年增多，壓裂用水需求增大，壓裂返排液等廢液量劇增，對采出水處理站場沖擊大，制約水質(zhì)達(dá)標(biāo)率提高。水資源短缺會(huì)制約非常規(guī)油藏開發(fā)，國家對水資源的保護(hù)力度加大，工業(yè)用地下水開采將逐步禁止。

農(nóng)村基層統(tǒng)計(jì)工作需要健全的機(jī)構(gòu)支持，這是完成農(nóng)村基層統(tǒng)計(jì)工作的前提和保證。相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)部門要引起充分的重視，安排專職人員來完成農(nóng)村統(tǒng)計(jì)工作，并配備專門的監(jiān)督和指導(dǎo)人員，讓農(nóng)村基層的統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu)更加完善和健全。

圖1 新型過濾罐結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of new filter tank

2.4 優(yōu)選采出水精細(xì)處理技術(shù)

大慶油田在運(yùn)采出水精細(xì)處理站4座，處理后水質(zhì)為“5.1.1”標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行現(xiàn)狀見表3。

中空纖維超濾膜廣泛應(yīng)用于市政供水等領(lǐng)域的深度處理，工程應(yīng)用多，膜成本低，化學(xué)清洗周期長，但耐油品等污染能力弱，需要的預(yù)處理流程長。陶瓷超濾膜耐污染能力強(qiáng)，操作壓力高，產(chǎn)水能力強(qiáng)，壽命長；缺點(diǎn)是膜成本高，化學(xué)清洗周期短，運(yùn)行能耗高。4座處理站預(yù)處理工藝不同，膜種類也不完全相同，可比性不高，需要進(jìn)一步總結(jié)、優(yōu)化，為今后同類工程建設(shè)提供借鑒。

表3 采出水精細(xì)處理站運(yùn)行現(xiàn)狀Tab.3 Operating status of fine treatment station for produced water

2.5 加大高效注水泵應(yīng)用力度

注水泵是耗能大戶，各油田圍繞離心注水泵節(jié)能降耗一直在不斷探索，高壓變頻調(diào)速、液力耦合器調(diào)速、前置泵變頻調(diào)速、泵結(jié)構(gòu)改造（切削葉輪、涂膜、加減級(jí)）等技術(shù)均有不同程度應(yīng)用，達(dá)到了較好的節(jié)能效果，但還沒有公認(rèn)的節(jié)能技術(shù)可推廣。

本文旨在揭示數(shù)值格式的適度耗散可由色散-耗散條件確定. 作為演示驗(yàn)證, 將色散-耗散條件用于減弱以往發(fā)展的加權(quán)基本無振蕩格式WENO-CU6-M2[15]所造成的偽波, 通過數(shù)值算例給出該格式的兩種直接改進(jìn)并加以對比確認(rèn).

因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)限制，離心注水泵效率達(dá)到78%已接近極限。國家標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)動(dòng)往復(fù)泵》GB/T 9234—2018規(guī)定柱塞泵額定排出壓力≤20 MPa時(shí)，泵效率≥87%；排出壓力20～31.5 MPa時(shí)，泵效率≥86%，較離心注水泵機(jī)組提高效率10%以上。隨著國內(nèi)制造業(yè)的發(fā)展，大流量柱塞泵已形成系列[4]，為注水節(jié)能降耗創(chuàng)造了條件。勝利油田、中原油田應(yīng)用30多臺(tái)大流量柱塞泵代替離心泵注水，節(jié)能效果顯著，平均不到2年收回改造投資。大流量柱塞泵應(yīng)用現(xiàn)場如圖2所示。

圖2 大流量柱塞泵應(yīng)用現(xiàn)場Fig.2 Application field of high flow piston pump

大慶油田在聚北十二注水站、北Ⅲ-2注水站各應(yīng)用1臺(tái)150 m3/h、16 MPa柱塞泵，2015年投產(chǎn)，節(jié)能效果良好，目前因?yàn)橄到y(tǒng)水量調(diào)整停用。朝一聯(lián)注水站應(yīng)用1臺(tái)105 m3/h、17 MPa柱塞泵[5]，運(yùn)行近2年，運(yùn)行平穩(wěn)，節(jié)能效果好。建議注水站新建、維修改造工程中推廣應(yīng)用大流量柱塞泵，可有效降低注水單耗。

2.6 壓裂返排液循環(huán)利用

油田綜合廢液包括壓裂返排液、洗井廢水、注水干線沖洗水等，特點(diǎn)是產(chǎn)水地點(diǎn)分散，污染物多，水質(zhì)水量波動(dòng)大。目前模式是建設(shè)廢液收集儲(chǔ)池，罐車?yán)\(yùn)或臨時(shí)管道收集，緩沖削峰后輸至臨近的采出水處理站或集輸系統(tǒng)，處理合格后與地層產(chǎn)水統(tǒng)一回注。

習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，要 “講好中國故事、傳播好中國聲音，向世界展現(xiàn)真實(shí)、立體、全面的中國，提高國家文化軟實(shí)力和中華文化影響力”[11]。湖南紅色文化資源豐富多樣，具有重要的旅游價(jià)值、歷史價(jià)值和人文價(jià)值。在 “一帶一路”建設(shè)背景下，湖南充分發(fā)揮 “一帶一部”的區(qū)位發(fā)展優(yōu)勢和生態(tài)資源優(yōu)勢，立足源遠(yuǎn)流長、底蘊(yùn)深厚的湖湘文化，不斷探索湖南紅色文化資源創(chuàng)新發(fā)展的策略，讓紅色文化真正地 “走出去”，能夠進(jìn)一步地展示中國形象、弘揚(yáng)中國精神，讓世界更多人們清晰地了解中國共產(chǎn)黨治國理政的故事、中國人民奮斗圓夢的故事、中國堅(jiān)持和平發(fā)展合作共贏的故事，從而提升中華文化的國際話語權(quán)。

壓裂返排液成分復(fù)雜，處理難度較三元采出水大，對采出水處理站場沖擊大，嚴(yán)重影響處理站水質(zhì)達(dá)標(biāo)。建議壓裂返排液采用復(fù)配方式，循環(huán)利用，將廢液產(chǎn)生量降到最低，對采出水等地面系統(tǒng)的沖擊降到最低，減輕注水水質(zhì)達(dá)標(biāo)壓力。

2.7 注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的建議

過濾罐是油田采出水處理的關(guān)鍵設(shè)備，處理效果的好壞直接關(guān)系到水質(zhì)是否達(dá)標(biāo)，間接影響注水開發(fā)效果。新型過濾罐結(jié)構(gòu)如圖1所示。針對油田在用過濾罐存在的問題，研發(fā)出新型“布水破板結(jié)過濾器”[3]，能夠解決油田生產(chǎn)中存在的問題，處理效果有保證，降低過濾罐投資40%以上，具有很好的推廣應(yīng)用前景。其優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：①取消過濾罐攪拌器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)濾層破板結(jié)功能，節(jié)省設(shè)備造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用；②解決了濾罐憋壓、濾料再生困難的問題，減少濾料流失；③優(yōu)化了過濾罐內(nèi)部結(jié)構(gòu)，反沖洗時(shí)有利污染物排出；④無轉(zhuǎn)動(dòng)部件，簡化運(yùn)行操作，有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；⑤油田企業(yè)可以自主生產(chǎn)，提高關(guān)聯(lián)企業(yè)效益。

（1）現(xiàn)行企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY DQ0605—2006中水質(zhì)指標(biāo)部分為大慶油田水驅(qū)注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定“含聚合物注水和三元驅(qū)注水暫時(shí)參照執(zhí)行該方法”。

表4 不同標(biāo)準(zhǔn)注入層滲透率注水水質(zhì)指標(biāo)對比Tab.4 Index comparison of injected water quality under different standards of injection lay permeability

（2）該標(biāo)準(zhǔn)目前已拆分為2個(gè)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)指標(biāo)部分繼續(xù)執(zhí)行Q/SY DQ0605—2006標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)分析方法部分執(zhí)行《大慶油田油藏水驅(qū)注水水質(zhì)分析方法》Q/SY DQ0309—2018[6]。

很多人擔(dān)心口服短效避孕藥的安全性。隨著藥物劑量的變化，目前藥物的雌孕激素水平已經(jīng)處于比較低的一個(gè)有效劑量，對人體是非常安全的。它可以作為育齡健康女性的常規(guī)避孕方式。

（3）標(biāo)準(zhǔn)只界定了注入水中聚合物含量，當(dāng)含聚質(zhì)量濃度≥20 mg/L時(shí)執(zhí)行含聚合物注水指標(biāo)。因?yàn)閳?zhí)行困難，現(xiàn)行企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY DQ0639—2015《大慶油田地面工程建設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)定》修訂時(shí)[7]，針對采出水處理增加“當(dāng)含聚質(zhì)量濃度＜150 mg/L時(shí)，按照水驅(qū)參數(shù)及工藝設(shè)計(jì)；當(dāng)150 mg/L≤含聚質(zhì)量濃度≤450 mg/L時(shí)，按照普通聚驅(qū)參數(shù)及工藝設(shè)計(jì)；當(dāng)含聚質(zhì)量濃度＞450 mg/L時(shí)，按照高濃度聚驅(qū)參數(shù)及工藝設(shè)計(jì)”等相關(guān)規(guī)定。

（4）標(biāo)準(zhǔn)中未界定三元復(fù)合驅(qū)驅(qū)油劑的含量，目前執(zhí)行含聚合物注水水質(zhì)指標(biāo)。

那時(shí)《射雕英雄傳》正火，年輕小伙子對黃蓉的迷戀，漸漸發(fā)展到了現(xiàn)實(shí)生活中。梳著一條大辮子的楊蓉，成了他們身邊的蓉兒。

注水水質(zhì)指標(biāo)是采出水處理系統(tǒng)、注水系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，在用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不完善之處較多，現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》[8]中對高滲透層注水水質(zhì)指標(biāo)已放寬（與SY/T 5329—1994比較），建議修訂大慶油田注水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)束語

嚴(yán)峻的開發(fā)形勢對水系統(tǒng)提出了更高的要求，但挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存，在提質(zhì)增效、助力主業(yè)發(fā)展的前提下，油田水系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步也將邁上新的臺(tái)階。采出水處理系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)一步簡化工藝流程，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，推廣應(yīng)用小型高效處理設(shè)備，確保處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)，力爭做到水量增投資不增。注水系統(tǒng)應(yīng)充分利用油田推進(jìn)數(shù)字化建設(shè)的有利時(shí)機(jī)，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行，促進(jìn)管理提升，加大高效節(jié)能設(shè)備應(yīng)用力度，早日實(shí)現(xiàn)智能注水、智慧注水目標(biāo)，大幅降低注水單耗。