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【系列專題】頁巖油生存有道:水處理的奧妙(2)

【系列專題】頁巖油生存有道:水處理的奧妙(2)

水是萬物之源,更是頁巖油氣持久發展的關鍵。

來自 | E&P
編譯 | 二丫 張德凱

如果你讓任何一個在非常規頁巖油場的操作工說出一個苦惱他們的最基本問題,那相信至少有一半以上的回答會有關于水。由于有限的淡水供應、公眾和監管力度的逐漸增加以及少而且遠的廢水處理途徑,頁巖操作工正面臨著日益嚴峻的環境和經濟壓力。

雖然水力壓裂技術促進了美國頁巖氣資源的開發,但是也大大增加了油氣行業的用水量。美國地質調查局的報告表明,在過去的十幾年中,壓裂作業的平均年度用水量從每口油氣井17 .7萬加侖增加到了每口油井400多萬加侖,每口氣井510多萬加侖。

華爾街日報曾報道,油氣生產商為了降低成本、維持油氣供應量,在水資源保護和廢水循環利用方面投入了許多金錢和精力。即使在當今低油價的情況下,油氣生產商們仍然在努力處理這些廢水,不惜縮減其他方面的開支。

技術升級,水管理、處理工藝得到優化

【系列專題】頁巖油生存有道:水處理的奧妙(2)

Gradiant Energy Services提供多種水處理工藝,包括游離化合物殺菌、選擇性化學分離、游離氣體濃縮器等。該方案將鹽、水與電力結合,在形成的混合溶液中實現硫酸鹽還原菌和生酸細菌的凈化。Gradiant Energy Services的殺菌系統可移動,且處理量高達到120bbl/min,通過使用該技術,即可確保開發商重新注入井中或是作用于油藏的廢水無菌。

合理的殺菌方案可以長效抑制細菌存在誘發的相關問題,例如H2S腐蝕。選擇性化學分離主要用于處理產出水/回流水,之后將處理過的鹽水繼續用于壓裂作業,該技術采用了Gradiant Energy Services公司的特殊算法,得到理想的化學藥劑使用量,配合層狀澄清器實現廢水的凈化,目前該裝置的最大處理量為10,000 bbl/d。此外,Gradiant Energy Services的氣體濃縮器是一種蒸發系統,通過將廢水中的游離氣體蒸發脫除減少作業現場廢水處理體積,能夠顯著降低廢水運輸量。同樣,該設備可移動,且通過濕法將廢水體積減小。在氣體的蒸發過程中,Gradiant Energy Services的專利技術(泡罩塔)可有效防止固體顆粒的揮發,氣體揮發裝置的處理量約為1,000 bbl/d。

新型支撐劑減少產出水量,提高產量

【系列專題】頁巖油生存有道:水處理的奧妙(2)

Hexion公司的AquaBond支撐劑全部為樹脂涂層沙粒,具有多種粒徑規格,包括20/40, 30/50和40/70。相比于常規支撐劑,AquaBond支撐劑顆粒的化學樹脂涂層技術能夠降低地層水的產出量,同時保持油氣產量不受影響。通過減少廢水儲存、處理量,降低了成本,無形中增加了開發商的收益。除了減少地層水產出這一特點,AquaBond支撐劑的Stress Bond技術同時也具備其他樹脂涂層支撐劑的特點,包括支撐劑回流控制、抑制支撐劑碎屑生成、最小化支撐劑嵌入地層以及提高油氣產量等。

使用AquaBond支撐劑可有效提高油氣產量。正如在Granite Wash區塊的應用案例所示,相比于常規支撐劑,AquaBond在12個月的應用中平均提高產量36%,效果非常明顯。這些支撐劑通過降低采出水產量,提高油氣產量,達到了最大化油田收益、降低桶油成本的目的。目前,AquaBond支撐劑在北美得到了大規模應用,尤其是在產出水多的地區??傊?,AquaBond既能降低廢水產量及處理費用,又能提高油氣產出,開發商收益明顯提高。

新型分離系統有效將廢水中原油分離

【系列專題】頁巖油生存有道:水處理的奧妙(2)

采用微生物技術技術處理前后(2小時)對比圖

鑒于非常規油氣藏完井、開采等過程的巨大耗水量,廢水循環/處理重要性日益凸顯。Locus Bio-Energy Solutions LLC利用該公司的專利技術,成功開發了一套微生物廢水處理技術,對于分離回流水及采出水中的原油非常有效。該技術環境友好,無污染,在廢水回收利用及采出水回注等應用中均有應用。新產品可迅速去乳化廢水中夾帶的原油,使固體雜質(如結構、細沙等)迅速從鹽水中分離。當原油被分離后,只需以機械的方式將其收集,無需擔心雜質存在等問題,在以上整個過程中都不適用有毒化學物質,并且操作簡單。

水平油水分離罐替代傳統卸油罐及轉移泵

【系列專題】頁巖油生存有道:水處理的奧妙(2)

NOV推出的水平油水分離罐不僅能提高IOR,還能帶來其他方面收益。該設備主要用于替代常規/高級垂直油水分離罐,效率更高,在其設計中還充分考慮了壓裂回流液及含鹽廢水處理問題。目前,新型水平油水分離罐在Permian Basin和Marcellus Shale都已得到應用。結果顯示,單個水平油水分離器作用相當于多個卸油罐、垂直油水分離器和轉移泵。相對于傳統的垂直油水分離罐,水平設備的原油回收率更高,且所用時間更短。我們都知道,隨著壓裂作業頻率逐漸增加,廢水中的固體含量也更高,這也意味著更高頻率的儲油罐清洗作業。為了解決這一問題,NOV推出了固體雜質流態化解決方案Tore,可在水平油水分離罐匯總迅速將固體雜質分離,同時不會對油水分離造成影響。此外,水平油水分離罐還結合了NOV的含鹽廢水優化方案,此前該方案多用于優化廢水品質及低雜質原油的獲得。如果將NOV的WaterWolf動態原油回收系統與脫砂模塊結合,那么整個廢水處理過程將會更加的高效。

新型技術有效脫除難溶有機/無機雜質

【系列專題】頁巖油生存有道:水處理的奧妙(2)

OriginClear公司的Electro Water Separation(EWS)能夠有效移除難溶的有機/無機雜質,如采出水中的分散油滴和懸浮固體雜質等。EWS系統主要使用電流與陽極形成電場,打破油/水乳液平衡,使懸浮的固體雜質或油滴聚合并漂浮于水面,之后即可輕松回收利用或直接當作雜質處理。近日,OriginClear公司為EWS新增加了一個模塊—Advanced Oxidation,利用原技術的電場可移除廢水中可溶性雜質,包括氨、H2S、金屬離子及其他難以移除的化學物質。通過EWS的整個處理過程,Advanced Oxidation能夠有效殺菌,并將重金屬離子及可溶性有機雜質氧化去除。

將以上兩種技術結合得到的EWS:AOx是一款模塊化、節能、連續且易于操作的廢水處理方案。EWS:AOx適用于所有類型廢水的處理,由于其處理流程位于過濾器和過濾膜之前,EWS:AOx不僅能提升處理后的水質,還能顯著延長其他水處理設備的使用壽命。在實際應用中,EWS:AOx能夠Colorado氣井廢水渾濁度降低99.9%,其他雜質如固體顆粒、碳氫化合物均低于環保標準,在West Texas,Monterey和Niobrara的應用中也得到了相同的結果。

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