高 鵬，周 義，高 磊

（中海油研究總院，北京100028）

油氣田水處理

渤海油田海上平臺(tái)生活污水回注地層可行性研究

高 鵬，周 義，高 磊

（中海油研究總院，北京100028）

為積極響應(yīng)渤海海域清潔生產(chǎn)的倡議，進(jìn)一步保護(hù)海洋環(huán)境，提出將海上平臺(tái)水質(zhì)較好的灰水處理后經(jīng)由平臺(tái)注水系統(tǒng)回注地層的新思路。采用Scalechem軟件，模擬預(yù)測(cè)灰水回注過(guò)程中在生產(chǎn)處理流程和注水層位的結(jié)垢趨勢(shì)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析灰水回注對(duì)生產(chǎn)處理流程的影響，同時(shí)提出應(yīng)對(duì)措施。研究結(jié)果表明海上平臺(tái)灰水回注可行?；宜刈⒖蓽p少70%以上的生活污水排放量，從而削減生活污水的COD排放總量。

海上平臺(tái)；生活污水；減排；回注

渤海海域油氣資源豐富，為我國(guó)最大的海上油田區(qū)，擁有采油平臺(tái)100余座，其中有人平臺(tái)的生活污水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后排海。隨著人們對(duì)海洋環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，生活污水排放要求日趨嚴(yán)格，國(guó)家對(duì)生活污水排海COD〔1〕的要求進(jìn)一步提高。渤海海域較封閉，海水自凈能力差，減少生活污水的排放濃度和排放量有助于海洋環(huán)境保護(hù)。筆者擬解決平臺(tái)生活污水的減量排放問(wèn)題，借助平臺(tái)已有注水設(shè)施，探討渤海海域采油平臺(tái)生活污水回注地層的可行性。般在340~1 000 mg/L，懸浮物在45~114 mg/L，油脂在13~20 mg/L，其中廚房排水對(duì)COD、懸浮物和油脂的貢獻(xiàn)較大；黑水COD波動(dòng)性較小，一般在1 200~1 300 mg/L，懸浮物在500~700 mg/L?；宜秃谒娜芙庋鹾图?xì)菌總數(shù)見(jiàn)表1。

表1 灰水和黑水的溶解氧和細(xì)菌總數(shù)

1 平臺(tái)生活污水水質(zhì)

1.1 水質(zhì)分析

平臺(tái)生活污水主要分為灰水和黑水，灰水主要包括盥洗排水、淋浴排水、洗衣排水和廚房排水；黑水主要為沖廁水。經(jīng)測(cè)定，平臺(tái)排放的灰水COD一

由表1可見(jiàn)，灰水的溶解氧高于黑水，由于黑水中存在大腸桿菌〔2〕，黑水細(xì)菌總數(shù)遠(yuǎn)高于灰水。

1.2 水量分析

平臺(tái)生活樓用水時(shí)間相對(duì)集中，波動(dòng)性較大。以某定員90人的平臺(tái)為例，通過(guò)連續(xù)4 d的監(jiān)測(cè)，平臺(tái)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會(huì)出現(xiàn)生活污水排放小高峰期。平臺(tái)生活污水排放比例見(jiàn)表2。

表2 某平臺(tái)生活污水排放比例

由表2可知，灰水排放總量約占總排水量的74%，其中淋浴排水、洗衣排水和廚房排水所占比例較大。

2 生活污水回注地層的可行性探討

將生活污水作為注水回注地層，須滿足以下要求：（1）生活污水與平臺(tái)采出水配伍性良好；（2）注水水質(zhì)滿足石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)注水水質(zhì)的要求〔3〕。渤海多數(shù)油田的注水控制指標(biāo)為：油15~30 mg/L，懸浮固體5~10 mg/L，懸浮物顆粒中值3~4 μm，硫酸鹽還原菌數(shù)量≤25 mL-1；鐵細(xì)菌數(shù)量（1~10）×104mL-1，腐生菌數(shù)量（1~10）×104mL-1，溶解氧≤0.1 mg/L。

生活污水中黑水水質(zhì)較差，細(xì)菌總數(shù)和懸浮物含量較高，考慮到平臺(tái)衛(wèi)生要求，不建議將黑水作為回注水源，僅考慮將灰水回注。初步過(guò)濾去除毛發(fā)和大顆粒懸浮物，通過(guò)殺菌和脫氧預(yù)處理〔4〕，使灰水在細(xì)菌數(shù)和氧含量方面滿足注水水質(zhì)要求，而后通過(guò)平臺(tái)已有的生產(chǎn)處理流程和回注流程進(jìn)一步除油和懸浮物，最終實(shí)現(xiàn)回注。

2.1 生活污水與平臺(tái)采出水的離子組成

通過(guò)ICS-2000離子色譜儀（美國(guó)戴安公司）對(duì)灰水和平臺(tái)采出水進(jìn)行全離子分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 灰水與平臺(tái)采出水離子組成

由表3可知，灰水的礦化度較低，大部分離子濃度顯著低于平臺(tái)采出水；由于廚房排水和洗衣排水的存在，灰水中Zn2+、Al3+和總磷含量高于平臺(tái)采出水。灰水和平臺(tái)采出水的pH接近。

2.2 生活污水與平臺(tái)采出水混合后Ca2+/Mg2+保有率

灰水經(jīng)沉淀、過(guò)濾處理后，與平臺(tái)采出水按一定比例混合，分別在70℃下進(jìn)行24 h結(jié)垢配伍性觀察。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)24 h恒溫放置混合水樣均未發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象。用離子色譜儀測(cè)定混合水樣中的Ca2+和Mg2+濃度，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 混合水樣的Ca2+/Mg2+保有率

由表4可知，經(jīng)過(guò)24 h恒溫靜置，不同比例混合水樣的Ca2+和Mg2+保有率均為100%，即驗(yàn)證灰水與平臺(tái)采出液混合后無(wú)結(jié)垢趨勢(shì)，兩者配伍性良好。

2.3 Scalechem軟件模擬結(jié)垢趨勢(shì)

2.2 試驗(yàn)僅在常壓條件下進(jìn)行，無(wú)法模擬地層高壓環(huán)境，因此借助Scalechem軟件對(duì)混合比例為1∶200的水樣進(jìn)行結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)。根據(jù)注水層預(yù)測(cè)溫度（48℃）和壓力（2.7 MPa），模擬結(jié)垢趨勢(shì)隨溫度和壓力的變化，結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 給定工況溫度、工況壓力±0.5 MPa的結(jié)垢趨勢(shì)

由圖1可知，在工況溫度下，混合液和采出液的結(jié)垢趨勢(shì)一致，結(jié)垢主體為碳酸鈣垢。隨著壓力的升高，碳酸鈣的結(jié)垢量呈下降趨勢(shì)。在工況溫度和壓力條件下，混合液的碳酸鈣垢量略低于采出液，這主要是因?yàn)樯钗鬯囊胧够旌弦褐械腃a2+有所降低。

圖2 給定工況壓力下，工況溫度±20℃的結(jié)垢趨勢(shì)

由圖2可知，在工況壓力下，混合液和采出液的結(jié)垢趨勢(shì)一致，結(jié)垢主體為碳酸鈣垢，隨著溫度的升高，碳酸鈣的結(jié)垢量呈下降趨勢(shì)。

2.4 生活污水回注對(duì)生產(chǎn)流程的影響

渤海油田典型的生產(chǎn)水/注水處理流程主要為斜板+氣浮+核桃殼過(guò)濾器+雙介質(zhì)過(guò)濾器〔5〕，該系統(tǒng)出水水質(zhì)可滿足注水要求。若能保證灰水水質(zhì)滿足生產(chǎn)水處理系統(tǒng)入口要求，即可將灰水有效處理并合格回注。系統(tǒng)入口水質(zhì)通常要求：油≤2 000 mg/L，懸浮物≤500 mg/L。經(jīng)過(guò)測(cè)定得知灰水中的油和懸浮物含量均低于生產(chǎn)水處理系統(tǒng)入口要求數(shù)值，但灰水中存在毛發(fā)，會(huì)影響生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行，增加維護(hù)頻率，因此需對(duì)灰水進(jìn)行粗過(guò)濾處理，以去除灰水中的毛發(fā)。

灰水中的溶解氧和細(xì)菌數(shù)較高，直接進(jìn)入生產(chǎn)水/注水處理流程，易引起流程中溶解氧和細(xì)菌數(shù)超標(biāo)，很難滿足注水水質(zhì)要求，需研究灰水的殺菌和脫氧措施。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室篩選，確定殺菌劑（TS-890A）效果較好?；宜?jīng)濾紙過(guò)濾后，加入50 mg/L的TS-890A，采用絕跡稀釋法，對(duì)殺菌前后水樣中硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌和腐生菌的數(shù)量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 殺菌效果

由表5可知，投加殺菌劑后，可有效降低細(xì)菌數(shù)量，滿足注水要求。

經(jīng)測(cè)定，平臺(tái)灰水溶解氧一般在6.2~7.1 mg/L，平臺(tái)采出水溶解氧幾乎為零。在不投加脫氧劑的情況下，測(cè)定不同混合比例下水樣的溶解氧，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 不同混合比例下水樣的溶解氧

由表6可知，當(dāng)灰水、采出水的體積比＜1∶50時(shí)，不需投加脫氧劑即可滿足注水要求。當(dāng)灰水、采出水的體積比＞1∶50時(shí)可通過(guò)投加脫氧劑來(lái)控制灰水中的溶解氧。

3 結(jié)論

（1）平臺(tái)生活樓的灰水量約占生活污水總量的74%，將灰水處理后回注可減少平臺(tái)生活污水排放量，從而削減生活污水COD的排海量；（2）灰水礦化度較低，與平臺(tái)采出水混合后不產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象；（3）灰水與平臺(tái)采出液配伍性良好，灰水回注不影響生產(chǎn)流程和地層結(jié)垢趨勢(shì)；（4）初步過(guò)濾去除毛發(fā)和大顆粒懸浮物，可避免灰水中的毛發(fā)或纖維對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備的影響和管道堵塞；對(duì)灰水進(jìn)行加藥預(yù)處理，可有效去除灰水中的細(xì)菌并控制含氧率；（5）經(jīng)過(guò)預(yù)處理，灰水可滿足生產(chǎn)水/注水處理系統(tǒng)的入口水質(zhì)要求，與生產(chǎn)水一起進(jìn)一步處理后可回注地層。

［1］GB 4914—2008海洋石油勘探開(kāi)發(fā)污染物排放濃度限值［S］.

［2］李玉田，閆肅，謝陳鑫.海上平臺(tái)生活污水處理系統(tǒng)工藝改造實(shí)踐［J］.廣東化工，2014，41（12）：275-276.

［3］SY/T5329—2012碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)及分析方法［S］.

［4］曾堅(jiān)賢，石順存，史紅文.絮凝-膜過(guò)濾處理生活污水的研究［J］.工業(yè)水處理，2004，24（9）：39-42.

［5］田迪.海上平臺(tái)含油污水處理工藝研究［J］.化學(xué)工程與裝備，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

高鵬（1966—），高級(jí)工程師。電話：010-84522688，E-mail：gaopeng@cnooc.com.cn。

2016-11-01（修改稿）