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摘要：大慶油田已進入特高含水開發階段，產量下降，水量上升，水系統投資和運行費用持續增加，降本增效困難；化學驅逐步轉為薄差層，長垣扶余油層和外圍致密油開發動用，對水處理提出更高要求；采出水精細處理、壓裂返排液循環利用技術急需攻克；老化站場數量多，安全環保隱患大，節能降耗任務艱巨。面對諸多挑戰，水系統需要提前謀劃，控投資、降成本、保水質、增效益，研發儲備適用技術，助力油氣業務高質量持續發展。“十四五”期間及今后更長時期，應充分利用水系統已建設施剩余能力，控制新建站場數量；挖掘化學驅站場潛力，降低處理站驅油劑濃度，減輕處理難度，提高水質達標率；聚驅、三元驅及外圍采出水處理站建設規模有進一步優化空間，可節省建設投資15%以上；注水站新建、維修改造工程中推廣應用大流量柱塞泵，提高效率10%以上，大幅降低注水單耗，投資回收期不到2年。目前正處于油田大力推進數字化建設的有利時機，要努力實現智能注水、智能水務、數字化排澇等目標，水系統技術進步和技術創新將邁上新的臺階。
伴隨大慶油田60年的開發建設，水系統始終為油氣業務發展提供強勁助力，建設了龐大的油田注水、驅油劑配制注入、采出水處理、消防、市政供排水、防洪排澇等專業地面工程系統。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、精細注水、有效注水”的總體要求，推動“高質量發展”和“綠色礦山建設”目標，大慶油田對水系統加大技術和資金投入，積極推廣新工藝新技術，強化生產運行管理，水質達標率、注水系統效率不斷提高，取得了顯著的效果。標準化、模塊化、橇裝化設計模式的深入開展，在促進水系統管道地面敷設、縮短建設周期等方面起到了積極的作用?；瘜W驅采出水處理優化簡化、特低滲透采出水處理技術、破板結過濾技術、新型注水節能技術的推廣應用，為水系統提質增效、節省占地、節約建設投資做出了突出貢獻。電催化氣浮技術、旋流氣浮技術、新型微生物處理技術的研發攻關，為水系統“十四五”技術發展做了前期的技術儲備。大慶油田已進入特高含水開發階段，水系統面對諸多挑戰，如何控投資、降成本、保水質、增效益，需要提前謀劃，研發、儲備適用技術，助力油氣業務高質量可持續發展。
（1）產量下降，水量上升，水系統投資和運行費用持續增加，降本增效困難。由表1[1]可見，“十四五”末，產油量由目前的3000×104t/a下降至2500×104t/a，注水量由7.15×108m3/a上升到7.95×108m3/a，年增幅1100×104~2200×104m3，采出水量由5.60×108m3/a上升到6.33×108m3/a，年增幅970×104~2000×104m3。隨著含水率的增高，水量逐年增加，新建站場數量增多，水系統在產能、老改工程中的投資比例逐步增大，目前復合驅產能水系統投資占地面工程投資比例50%左右（不包括采油工程計入地面投資），優化簡化、降本增效的壓力會越來越大。（2）化學驅開發逐步轉為薄差層，對采出水處理提出更高要求。“十四五”聚合物驅和三元復合驅共安排注入井6854口，驅油化學劑用量逐年遞增，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]。化學驅開發層位變差，配制、稀釋用水要求提高，深度處理采出水需求增加，對水質要求更加嚴格。化學驅產水量增加，對已建采出水處理系統沖擊增大。（3）非常規油藏開發力度加大，采出水精細處理、壓裂返排液循環利用技術急需攻克。長垣扶余油層和外圍致密油開發動用、外圍特低滲透油層開發力度加大，越來越多的采出水需要處理至含油質量濃度≤5mg/L、懸浮固體質量濃度≤1mg/L、粒徑中值≤1μm，滿足特低滲透油藏注水標準[2]，經濟適用的采出水精細處理技術需進一步攻關。非常規油藏開發力度加大，大規模壓裂逐年增多，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，制約水質達標率提高。水資源短缺會制約非常規油藏開發，國家對水資源的保護力度加大，工業用地下水開采將逐步禁止。（4）站場數量眾多，安全環保隱患大，節能降耗任務艱巨。水系統站場數量多，相對地老化站場數量也多，安全環保隱患大，維修改造工作量大。隨著國家安全環保法規的嚴厲，站場改造難度會明顯增大。水系統是耗能大戶，尤其是注水系統，大慶油田平均注水單耗為5.93kWh/m3，按2019年注水量7×108m3測算，油田注水每年耗電41.51×108kWh，節能空間大。
2技術對策及建議
2.1充分挖掘利用已建設施剩余能力
注水系統、采出水處理系統目前均有部分剩余能力，應充分利用，控制新建站場數量，節省建設投資。同時充分利用已建管網連通性好的優勢及化學驅開發周期短的優勢，適當增補連通管道，挖掘化學驅站場潛力，強化站場均衡運行。實現水驅、聚驅、三元驅采出水處理站之間原水、處理后水連通，挖掘化學驅采出水處理能力，減少新建工程量；同時降低處理站原水聚合物等驅油劑濃度，減輕處理難度，提高水質達標率。實現水驅、化學驅注水管網連通，提高注水站運行負荷，優化注水泵運行組合，有效降低注水系統單耗。
2.2優化建設規模
1998年，聚合物驅工業化推廣以后，水驅采出水處理站串入聚合物，導致處理工藝不適應。為保證注水水質，長垣水驅采出水處理站、深度處理站運行負荷控制在80%以內，設計參數執行水驅標準。具體界定如下：水驅采出水處理站聚合物含量不大于150mg/L時（初期為20mg/L）按水驅參數設計；深度處理站對聚合物含量未做具體約束，設計參數執行水驅標準。規定執行近20年，各類采出水處理站建設規模均按運行負荷不超過80%確定。建議重新梳理規模確定原則，如果聚驅采出水處理站、三元驅采出水處理站、外圍采出水處理站不按20%能力預留，該類站場可節約建設投資15%左右。同時，壓裂返排液、注水管道沖洗水、洗井水等工業廢水如何計入規模，需要界定是按最大日產水量、平均日產水量，還是按緩存削峰后的產水量，數值差異越大，對處理站確定規模的影響越大。
2.3推廣應用新型過濾罐
過濾罐是油田采出水處理的關鍵設備，處理效果的好壞直接關系到水質是否達標，間接影響注水開發效果。新型過濾罐結構如圖1所示。針對油田在用過濾罐存在的問題，研發出新型“布水破板結過濾器”[3]，能夠解決油田生產中存在的問題，處理效果有保證，降低過濾罐投資40%以上，具有很好的推廣應用前景。其優點有以下幾點：①取消過濾罐攪拌器，內部結構實現濾層破板結功能，節省設備造價和運行費用；②解決了濾罐憋壓、濾料再生困難的問題，減少濾料流失；③優化了過濾罐內部結構，反沖洗時有利污染物排出；④無轉動部件，簡化運行操作，有利于實現自動控制；⑤油田企業可以自主生產，提高關聯企業效益。2019年在“杏北三元-6采出水處理站”應用10臺，運行效果優于現有過濾罐，反沖洗再生順暢，單臺設備造價43.60萬元（在用濾罐77.87萬元）。以油田每年新建、更新300臺過濾罐測算，設備采購投資可節省1億元以上。
2.4優選采出水精細處理技術
大慶油田在運采出水精細處理站4座，處理后水質為“5.1.1”標準，運行現狀見表3。中空纖維超濾膜廣泛應用于市政供水等領域的深度處理，工程應用多，膜成本低，化學清洗周期長，但耐油品等污染能力弱，需要的預處理流程長。陶瓷超濾膜耐污染能力強，操作壓力高，產水能力強，壽命長；缺點是膜成本高，化學清洗周期短，運行能耗高。4座處理站預處理工藝不同，膜種類也不完全相同，可比性不高，需要進一步總結、優化，為今后同類工程建設提供借鑒。
2.5加大高效注水泵應用力度
注水泵是耗能大戶，各油田圍繞離心注水泵節能降耗一直在不斷探索，高壓變頻調速、液力耦合器調速、前置泵變頻調速、泵結構改造（切削葉輪、涂膜、加減級）等技術均有不同程度應用，達到了較好的節能效果，但還沒有公認的節能技術可推廣。因為結構限制，離心注水泵效率達到78%已接近極限。國家標準《機動往復泵》GB/T9234—2018規定柱塞泵額定排出壓力≤20MPa時，泵效率≥87%；排出壓力20~31.5MPa時，泵效率≥86%，較離心注水泵機組提高效率10%以上。隨著國內制造業的發展，大流量柱塞泵已形成系列[4]，為注水節能降耗創造了條件。勝利油田、中原油田應用30多臺大流量柱塞泵代替離心泵注水，節能效果顯著，平均不到2年收回改造投資。大慶油田在聚北十二注水站、北Ⅲ-2注水站各應用1臺150m3/h、16MPa柱塞泵，2015年投產，節能效果良好，目前因為系統水量調整停用。朝一聯注水站應用1臺105m3/h、17MPa柱塞泵[5]，運行近2年，運行平穩，節能效果好。建議注水站新建、維修改造工程中推廣應用大流量柱塞泵，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，特點是產水地點分散，污染物多，水質水量波動大。目前模式是建設廢液收集儲池，罐車拉運或臨時管道收集，緩沖削峰后輸至臨近的采出水處理站或集輸系統，處理合格后與地層產水統一回注。壓裂返排液成分復雜，處理難度較三元采出水大，對采出水處理站場沖擊大，嚴重影響處理站水質達標。建議壓裂返排液采用復配方式，循環利用，將廢液產生量降到最低，對采出水等地面系統的沖擊降到最低，減輕注水水質達標壓力。
2.7注水水質標準的建議
大慶油田注水水質標準執行Q/SYDQ0605—2006《大慶油田油藏水驅注水水質指標及分析方法》中水質指標部分，目前存在問題較多。注水水質主要控制指標見表4。（1）現行企業標準Q/SYDQ0605—2006中水質指標部分為大慶油田水驅注水水質標準，標準中規定“含聚合物注水和三元驅注水暫時參照執行該方法”。（2）該標準目前已拆分為2個企業標準，水質指標部分繼續執行Q/SYDQ0605—2006標準，水質分析方法部分執行《大慶油田油藏水驅注水水質分析方法》Q/SYDQ0309—2018[6]。（3）標準只界定了注入水中聚合物含量，當含聚質量濃度≥20mg/L時執行含聚合物注水指標。因為執行困難，現行企業標準Q/SYDQ0639—2015《大慶油田地面工程建設設計規定》修訂時[7]，針對采出水處理增加“當含聚質量濃度<150mg/L時，按照水驅參數及工藝設計；當150mg/L≤含聚質量濃度≤450mg/L時，按照普通聚驅參數及工藝設計；當含聚質量濃度>450mg/L時，按照高濃度聚驅參數及工藝設計”等相關規定。（4）標準中未界定三元復合驅驅油劑的含量，目前執行含聚合物注水水質指標。注水水質指標是采出水處理系統、注水系統的關鍵設計參數，在用企業標準不完善之處較多，現行行業標準SY/T5329—2012《碎屑巖油藏注水水質指標及分析方法》[8]中對高滲透層注水水質指標已放寬（與SY/T5329—1994比較），建議修訂大慶油田注水水質標準。
3結束語
嚴峻的開發形勢對水系統提出了更高的要求，但挑戰與機遇并存，在提質增效、助力主業發展的前提下，油田水系統的技術創新和技術進步也將邁上新的臺階。采出水處理系統應進一步簡化工藝流程，優化設計參數，推廣應用小型高效處理設備，確保處理水質達標，力爭做到水量增投資不增。注水系統應充分利用油田推進數字化建設的有利時機，優化系統運行，促進管理提升，加大高效節能設備應用力度，早日實現智能注水、智慧注水目標，大幅降低注水單耗。
作者:楊清民 單位:大慶油田工程有限公司
