渤海油田海上平台生活污水回注地层可行性研究

高 鹏，周 义，高 磊

（中海油研究总院，北京100028）

油气田水处理

渤海油田海上平台生活污水回注地层可行性研究

高 鹏，周 义，高 磊

（中海油研究总院，北京100028）

为积极响应渤海海域清洁生产的倡议，进一步保护海洋环境，提出将海上平台水质较好的灰水处理后经由平台注水系统回注地层的新思路。采用Scalechem软件，模拟预测灰水回注过程中在生产处理流程和注水层位的结垢趋势，并通过实验分析灰水回注对生产处理流程的影响，同时提出应对措施。研究结果表明海上平台灰水回注可行。灰水回注可减少70%以上的生活污水排放量，从而削减生活污水的COD排放总量。

海上平台；生活污水；减排；回注

渤海海域油气资源丰富，为我国最大的海上油田区，拥有采油平台100余座，其中有人平台的生活污水经处理达标后排海。随着人们对海洋环境保护意识的增强，生活污水排放要求日趋严格，国家对生活污水排海COD〔1〕的要求进一步提高。渤海海域较封闭，海水自净能力差，减少生活污水的排放浓度和排放量有助于海洋环境保护。笔者拟解决平台生活污水的减量排放问题，借助平台已有注水设施，探讨渤海海域采油平台生活污水回注地层的可行性。般在340~1 000 mg/L，悬浮物在45~114 mg/L，油脂在13~20 mg/L，其中厨房排水对COD、悬浮物和油脂的贡献较大；黑水COD波动性较小，一般在1 200~1 300 mg/L，悬浮物在500~700 mg/L。灰水和黑水的溶解氧和细菌总数见表1。

表1 灰水和黑水的溶解氧和细菌总数

1 平台生活污水水质

1.1 水质分析

平台生活污水主要分为灰水和黑水，灰水主要包括盥洗排水、淋浴排水、洗衣排水和厨房排水；黑水主要为冲厕水。经测定，平台排放的灰水COD一

由表1可见，灰水的溶解氧高于黑水，由于黑水中存在大肠杆菌〔2〕，黑水细菌总数远高于灰水。

1.2 水量分析

平台生活楼用水时间相对集中，波动性较大。以某定员90人的平台为例，通过连续4 d的监测，平台生活污水排放高峰期一般集中在晚上20：00，排放平峰期一般集中在10：00和16：00；而在早上6：00、中午12：00和晚上18：00会出现生活污水排放小高峰期。平台生活污水排放比例见表2。

表2 某平台生活污水排放比例

由表2可知，灰水排放总量约占总排水量的74%，其中淋浴排水、洗衣排水和厨房排水所占比例较大。

2 生活污水回注地层的可行性探讨

将生活污水作为注水回注地层，须满足以下要求：（1）生活污水与平台采出水配伍性良好；（2）注水水质满足石油行业标准中对注水水质的要求〔3〕。渤海多数油田的注水控制指标为：油15~30 mg/L，悬浮固体5~10 mg/L，悬浮物颗粒中值3~4 μm，硫酸盐还原菌数量≤25 mL-1；铁细菌数量（1~10）×104mL-1，腐生菌数量（1~10）×104mL-1，溶解氧≤0.1 mg/L。

生活污水中黑水水质较差，细菌总数和悬浮物含量较高，考虑到平台卫生要求，不建议将黑水作为回注水源，仅考虑将灰水回注。初步过滤去除毛发和大颗粒悬浮物，通过杀菌和脱氧预处理〔4〕，使灰水在细菌数和氧含量方面满足注水水质要求，而后通过平台已有的生产处理流程和回注流程进一步除油和悬浮物，最终实现回注。

2.1 生活污水与平台采出水的离子组成

通过ICS-2000离子色谱仪（美国戴安公司）对灰水和平台采出水进行全离子分析，结果见表3。

表3 灰水与平台采出水离子组成

由表3可知，灰水的矿化度较低，大部分离子浓度显著低于平台采出水；由于厨房排水和洗衣排水的存在，灰水中Zn2+、Al3+和总磷含量高于平台采出水。灰水和平台采出水的pH接近。

2.2 生活污水与平台采出水混合后Ca2+/Mg2+保有率

灰水经沉淀、过滤处理后，与平台采出水按一定比例混合，分别在70℃下进行24 h结垢配伍性观察。结果发现，经24 h恒温放置混合水样均未发生结垢现象。用离子色谱仪测定混合水样中的Ca2+和Mg2+浓度，结果见表4。

表4 混合水样的Ca2+/Mg2+保有率

由表4可知，经过24 h恒温静置，不同比例混合水样的Ca2+和Mg2+保有率均为100%，即验证灰水与平台采出液混合后无结垢趋势，两者配伍性良好。

2.3 Scalechem软件模拟结垢趋势

2.2 试验仅在常压条件下进行，无法模拟地层高压环境，因此借助Scalechem软件对混合比例为1∶200的水样进行结垢趋势预测。根据注水层预测温度（48℃）和压力（2.7 MPa），模拟结垢趋势随温度和压力的变化，结果见图1、图2。

图1 给定工况温度、工况压力±0.5 MPa的结垢趋势

由图1可知，在工况温度下，混合液和采出液的结垢趋势一致，结垢主体为碳酸钙垢。随着压力的升高，碳酸钙的结垢量呈下降趋势。在工况温度和压力条件下，混合液的碳酸钙垢量略低于采出液，这主要是因为生活污水的引入使混合液中的Ca2+有所降低。

图2 给定工况压力下，工况温度±20℃的结垢趋势

由图2可知，在工况压力下，混合液和采出液的结垢趋势一致，结垢主体为碳酸钙垢，随着温度的升高，碳酸钙的结垢量呈下降趋势。

2.4 生活污水回注对生产流程的影响

渤海油田典型的生产水/注水处理流程主要为斜板+气浮+核桃壳过滤器+双介质过滤器〔5〕，该系统出水水质可满足注水要求。若能保证灰水水质满足生产水处理系统入口要求，即可将灰水有效处理并合格回注。系统入口水质通常要求：油≤2 000 mg/L，悬浮物≤500 mg/L。经过测定得知灰水中的油和悬浮物含量均低于生产水处理系统入口要求数值，但灰水中存在毛发，会影响生产设备的运行，增加维护频率，因此需对灰水进行粗过滤处理，以去除灰水中的毛发。

灰水中的溶解氧和细菌数较高，直接进入生产水/注水处理流程，易引起流程中溶解氧和细菌数超标，很难满足注水水质要求，需研究灰水的杀菌和脱氧措施。经过实验室筛选，确定杀菌剂（TS-890A）效果较好。灰水经滤纸过滤后，加入50 mg/L的TS-890A，采用绝迹稀释法，对杀菌前后水样中硫酸盐还原菌、铁细菌和腐生菌的数量进行测定，结果见表5。

表5 杀菌效果

由表5可知，投加杀菌剂后，可有效降低细菌数量，满足注水要求。

经测定，平台灰水溶解氧一般在6.2~7.1 mg/L，平台采出水溶解氧几乎为零。在不投加脱氧剂的情况下，测定不同混合比例下水样的溶解氧，结果见表6。

表6 不同混合比例下水样的溶解氧

由表6可知，当灰水、采出水的体积比＜1∶50时，不需投加脱氧剂即可满足注水要求。当灰水、采出水的体积比＞1∶50时可通过投加脱氧剂来控制灰水中的溶解氧。

3 结论

（1）平台生活楼的灰水量约占生活污水总量的74%，将灰水处理后回注可减少平台生活污水排放量，从而削减生活污水COD的排海量；（2）灰水矿化度较低，与平台采出水混合后不产生结垢现象；（3）灰水与平台采出液配伍性良好，灰水回注不影响生产流程和地层结垢趋势；（4）初步过滤去除毛发和大颗粒悬浮物，可避免灰水中的毛发或纤维对旋转设备的影响和管道堵塞；对灰水进行加药预处理，可有效去除灰水中的细菌并控制含氧率；（5）经过预处理，灰水可满足生产水/注水处理系统的入口水质要求，与生产水一起进一步处理后可回注地层。

［1］GB 4914—2008海洋石油勘探开发污染物排放浓度限值［S］.

［2］李玉田，闫肃，谢陈鑫.海上平台生活污水处理系统工艺改造实践［J］.广东化工，2014，41（12）：275-276.

［3］SY/T5329—2012碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法［S］.

［4］曾坚贤，石顺存，史红文.絮凝-膜过滤处理生活污水的研究［J］.工业水处理，2004，24（9）：39-42.

［5］田迪.海上平台含油污水处理工艺研究［J］.化学工程与装备，2015（1）：212-213.

Research on the feasibility of the reinjection of domestic sewage to strata from offshore platforms of Bohai Bay Oilfield

Gao Peng，Zhou Yi，Gao Lei
（CNOOC Research Institute，Beijing 100028，China）

In order to actively respond the call of clean production in Bohai Bay Oilfield，further protection measures shouldbeadoptedforthemarineenvironment.Anewconceptthat after the good-quality grey water on offshore platform has been treated，it is to be reinjected to strata via the platform water injection system is proposed.Using a software Scalechem，the scaling tendency of the production treatment process and injection water horizon in the process of grey water reinjection are simulated and predicted.The influences of grey water reinjection on industrial treatment process are analyzed through tests，and，meanwhile，countermeasures are brought forward.The research results show that the grey water reinjection on offshore platform is feasible.More than 70%of domestic sewage discharge capacity can be reduced by grey water reinjection，so as to reduce the domestic sewage COD discharge capacity.

offshore platform；domestic sewage；discharge reduction；reinjection

TU992

A

1005-829X（2016）12-0094-03

高鹏（1966—），高级工程师。电话：010-84522688，E-mail：gaopeng@cnooc.com.cn。

2016-11-01（修改稿）