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NOV壓裂返排設備去繁就簡、物盡其用

壓裂返排設備繁雜?回收率低?NOV去繁就簡 物盡其用

傳統處理返排液的SWD設施需要配備大量配套設備,還需要大量使用化學品,且原油回收率低。NOV經過優化的SWD設施,具有簡單高效的水力系統,占地面積小,降低了資金成本,減少了操作成本,提高了油污回收率,提高了操作人員的安全性。

來自 | NOV
編譯 | 白小明

為了處理壓裂后大量的返排水,來自NOV工藝與流程技術部門的專家們,研究出了一種經過優化的鹽水處理設備設計,該設計選擇了最新的配套設備,采用了更安全、更高效的布局。

由于美國現有大量已鉆成但未完井的油氣井,水力壓裂成了北美地區進行油氣開采的第一個作業步驟。壓裂時會產生大量的返排水,需要作業公司增加注水井和鹽水處理(saltwater disposal,SWD)設施的數量和能力。

在過去5年的頁巖氣大發展時期,大家認識到大多數返排水高含油,且水成分復雜,污染物較多,這對常規的SWD設施帶來了挑戰。NOV研發出了一種經過優化的SWD設備設計,幫助作業公司應對這些挑戰,通過選擇全新的設備,形成更安全、更高效的作業環境,從而改變行業對SWD的認識。

針對優化后的現場布局,NOV推薦采用的設備包括:

壓裂返排設備繁雜?回收率低?NOV去繁就簡 物盡其用

1.臥式油水分離罐:遠比傳統或者增強型立式油水分離罐更高效,NOV的臥式油水分離罐專門為處理鹽水而設計。一套單獨的臥式油水分離罐,可以替代傳統的多個泄油罐、油水分離罐、輸油泵。系統采用了獨特的聯機固相清除工藝,可以避免清罐作業,徹底避免了將水重新泵入罐內,能夠得到更干凈、更干燥的原油。

2.Moyno? 泄油泵:Moyno泵的非剪切運動是最理想的泄油方式,利于形成較大的油滴,便于回收。該泵可以在10分鐘內完成一個標準油罐的泄流作業,Moyno螺桿泵技術在業內有超過85年的成功使用歷史。

3.WaterWolf? 動態油污回收系統:NOV創新的WaterWolf動態油污回收系統是一款革命性的水處理系統,可以在單級處理過程中回收產出水中的油污和懸浮固體,無需使用昂貴的化學品和過濾設備。這種撬裝的方案結合了非剪切運動螺桿泵和除油除砂水力旋流器,具有高效的油污回收能力,每10000桶產出水最多可以回收額外的20桶油。

4.Tore? Trap撬裝除砂設備:ToreTrap撬裝設備是另一款高效固相清除系統,與WaterWolf采用的部分組件相同。最小可以清除10~15微米的固相,ToreTrap除砂器可以在不中斷作業的情況下清除固相。流體中的固相清除得越多,更換過濾設備的頻率就越低,也就避免了清罐作業,降低了泵和注水井出現故障的幾率。

5.罐:根據客戶現場需求,罐的材質可以為鋼材或者玻璃纖維;每個罐都配有底座、走道、階梯等輔助設備,方便操作;罐的體積可從400桶到1000桶。

6.注入泵:NOV有超過一個世紀的泵制造歷史,擁有頂級的注入泵生產線。有往復泵和多級離心注入泵可供選擇,可靠的泵系統由公司全球技術支持團隊作后盾。

7.玻璃纖維管:NOV的普通接頭管材和連續管久負盛名,并且有全球團隊可以提供技術支持,復合材料系統的目的是提高效率、可靠性并降低成本。NOV研發出了抗腐蝕的管材,既輕便又易于安裝。

8.井口:NOV設計并制造一系列的井口和采油/采氣樹總成,可滿足各種井下環境和完井作業要求。所有井口系統的制造滿足API 6A標準,制造工廠通過了API Q1和ISO 9001認證。

最優化設計

傳統的SWD設施配有大量的罐、立式油水分離罐以及一套離心泵系統,為了分離油和水需要使用大量的化學品。離心泵的剪切作用和低效的立式油水分離罐將共同影響油的回收量,影響設備處理能力。固相含量的增加將增加清罐次數,可能引起環境污染,增加操作人員和承包商的安全風險。

優化后的SWD現場設計,具有簡單高效的水力系統,占地面積小,降低了資金成本,減少了操作成本,提高了油污回收率,優化了井的注入能力,降低了復雜性,提高了操作人員的安全性。

Marcellus工廠重設計

為服務Marcellus頁巖市場,ClearWater Solutions公司2014年在俄亥俄州Cambridge以東建造了一個SWD工廠。該工廠的設計遵循傳統經驗,配備了離心泵泄油系統以及5個用于卡車泄油和儲水的壓裂罐。使用第二個離心泵將鹽水從罐內泵入到2個立式油水分離罐,緊接著再泵入10個污水罐中。

與大多數公共SWD設施一樣,ClearWater Solutions公司的收入主要來自于處理費。該公司若想獲得更高的投資回報很大程度上取決于銷售回收油的額外收入。工廠經營的第一年,公司只回收并銷售了一卡車油。另外,清理積累在壓裂罐內的固相顆粒以及每60天就要從井內清理未回收的油等這些作業大幅增加了公司的作業成本。

ClearWater Solutions公司認識到處理設施應該回收更多的油,而現有的傳統設備無法實現這一目的后,咨詢了NOV工程團隊,NOV向其證明了螺桿泵(PCP)可以凝聚鹽水中的油滴,同時NOV改進了其WaterWolf動態油污回收系統。有了相關數據后,ClearWater決定采用PCP技術升級其泵泄油站。公司建造了兩條配有Moyno PCP的新卡車泄油道。

然而,單獨加入新泵并非完整的解決方案。位于工廠前面的壓裂罐同時收集油和固相,因而需要定期清理,影響了油的回收。該公司決定采用臥式油水分離罐(HGB)替換壓裂罐,以避免清罐作業,提高油污回收率。

在德克薩斯州南部的Eagle Ford 頁巖SWD工廠內,NOV首次引入了HGB設計,并進行了調試。HGB基于壓力容器設計,配有Tore聯機除砂系統,其安裝緊靠PCP泄油站,避免了在注入泵前進一步泵水和剪切油。

見證結果

2016年2月,NOV 在ClearWater工廠內測試了Moyno PCP泄油站和HGB。過去一年,當油罐上的液位傳感器首次升高時,操作人員立刻注意到了變化。

新系統運行一個星期后,公司就從系統收集并銷售了一卡車高品質油。在新系統調試后的頭4個月里,每月平均收集1~2卡車高品質油,且沒有進行過清罐作業。

ClearWater Solutions公司副總裁Brad Erdman稱,相比早期的每年僅回收1皮卡油,目前平均每年可以收集24~36皮卡的高品質油。

由于可以在入井以前收集更多的油,公司的總體操作成本下降了,在關井酸化處理前,可使油井生產更長的時間。

Erdman表示,以前每60天需要進行酸化作業,而現在只需一個季度進行一次,甚至頻率更低,兩次酸化作業的時間間隔幾乎延長了1倍。另外,過濾設備的使用數量也減少了,進一步減少了作業成本。

繼續建設

基于新的優化后的SWD流程,ClearWater Solutions公司目前正在建設第二套處理設施,引入了Moyno PCP和HGB設計。另外,新設施將采用堅固的、防腐蝕的玻璃纖維管材系統,以及NOV優化后的SWD流程的新成員EZ Skim。該技術正在申請專利,主要用于HGB,以簡化從污水罐中回收油的作業步驟。通過開關3個閥,操作人員可以將罐設置為撇油模式,然后離開現場,進行其它作業。

EZ Skim設備將水位設置得恰到好處,可以回收所有的浮油,而不會溢出,也不會損壞設備,且不會分散操作人員的精力,操作人員可以進行其它更重要的操作,如配合車道上排列成隊的卡車。

撇出的油返回到HGB,然后形成干燥的原油,不會污染銷售罐里的油。一旦一個罐裝滿油后,可以用泄油管排空,無需將寶貴的油壓入注入泵。這使操作人員可以將所有罐清空到最低位,獲得最大的容量,以接收來自下一波入站卡車運來的水。

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