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压裂废水再利用:贝克BrineCare系统各种井况对症下药

压裂废水重利用 贝克BrineCare系统各种井况对症下药

在北美,用于压裂操作的淡水平均成本在3美元/桶左右。与这相比耗费更高的是压裂水的处理、存储和清理成本,这为运营商带来了很大的烦恼。显然,在压裂操作中重复使用采出废水是一个简单、有效地降低操作成本方案,这能同时降低新鲜淡水使用和废水处理的费用,对运营商具有莫大的吸引力。

来自 | Baker Hughes
编译 | 滕云天

长期以来,压裂工业都面临着一个巨大的挑战:超过30亿桶淡水先后用于油气压裂作业中,继而产出超过250亿桶废水,这就需要运营商花费230多亿美元被用于购置相关设备存储、处理废水,但是,仅有不到2%的废水或回流水可以重复用于压裂作业,这就为运营商增加了成本负担,也会对环境造成巨大危害。

针对上述情况,贝克休斯公司研发出了的BrineCare压裂液,该产品能够根据井况帮助运营商快速选择合适的压裂液系统,操作非常简单,只需要收集生产水样品进行分析即可。根据样品分析结果中固体溶解量(TDS)和目标储层的温度,贝克休斯的压裂液专家就能决定最佳的BrineCare系统,整个过程十分快速高效。

经过多年的研发与现场经验积累,贝克休斯的高效率压裂液BrineCare已在现场压裂作业中使用了上千次,取得了非常瞩目的效果。研发人员说:我们的团队知道如何将生产商的废水变为高性能压裂液,如果筛选系统确认废水需要在压裂前处理,那么我们的专家就会制作一套特定的程序来处理并重复使用这些废水。而且,处理的废水量刚好可以满足压裂作业的需要,所以能够完美平衡压裂液的质量要求和成本要求。有了这些重复利用废水的水力压裂方案,可以精简HSE步骤,降低新鲜淡水的使用成本和废水处理的费用,同时能够得到超高性能的压裂液体系。

BrineCare系列压裂液体系

贝克休斯BrineCare系列的定位是一套简单、易于操作的压裂液系统,共有四种产品,每种产品在使用前都经过预处理,能够轻松应对废水的温度和固体溶解物(TDS)含量变化的问题,可靠性很高。

  1. BrineCare I系统:一款可以在高PH环境下与硼酸盐混合使用的压裂液,在多种油井增产措施的实施过程中具有持续的高性能表现;
  2. BrineCare II系统:一种高性能的瓜尔胶高分子聚合物、硼酸盐混合压裂液,在多种油井增产措施的实施过程中具有持续的高性能表现;
  3. BrineCare III系统:一种高高性能压裂液,在多种生产井增产措施中有着优异表现,该系统可与高精瓜尔胶分子衍生物、贝克专利化学品混合后用于低PH环境;
  4. BrineCare IV系统:在高温井等多种生产井增产措施中有着优异效表现,盖系统尤其对高温和高TDS混合水有较强耐用性。

根据产出水的TDS、温度和现场井况,贝克休斯的压裂液专家能够选出最佳的BrineCare压裂液方案。其中,BrineCare IV 系统可用于300000+mg/L 的固体颗粒物浓度和150℃的高温中,一个项目就能节省约80万美元的淡水购置成本和超过4万桶的淡水。

BrineCare系列对混合水(包括盐水)具有超高的适应性,具有以下优点:

  1. 将产出废水的处理成本降到最低;
  2. 最小化淡水用量;
  3. 适用于淡水匮乏地区;
  4. 可靠性强;
  5. 提高HSE表现。

每一套BrineCare系统都配置了一个特定的温度/TDS范围,根据这种方法,贝克休斯的工程师可以在各种井况下最有效地利用压裂液体系。

案例研究

在新墨西哥州Eddy县的Delaware盆地,一个运营商想要实施一个10级压裂作业,希望采用非常规的完井。原计划压裂用淡水采用地表水,在淡水供应商处购买,然后通过管道或者卡车运到井场。为了降低水源成本、简化物流,运营商希望使用产出废水作为压裂液进行作业。产出废水的先期分析结果显示:TDS范围为250000ppm~300000ppm,废水温度范围为56~68℃。面对如此恶劣的产出废水条件,重复利用的挑战是用废水来创建一个有效的压裂液系统以按照设计性能进行施工并确保对环境无污染。

根据现场情况,贝克休斯的工程师推荐了BrineCare 压裂液解决方案,利用该系统,运营商只需将产出废水稍加处理就可用于压裂作业,不需要考虑固体溶解物浓度和温度变化的影响,简化了产出水净化流程,节约了时间和成本。

推荐的压裂液体都经过特定工作环境的预测验,以确保能在设计压裂环境下安全使用。为保证操作精度,除了进行实验室测试,还要在正式使用前对压裂液进行现场测试。

最终,三天时间内,共使用生产废水42913bbl,经过与BrineCare 混合后注入地下进行压裂操作。在作业过程中,压裂水质量完全与预期波动一致,尤其是当生产商开始从废水储罐底部抽水使用的时候。在压裂作业快结束的时候,向体系中添加了一部分新鲜淡水以保证水量充足能够完成作业。事实证明,多级增产作业中所用的多种化学添加剂没有影响BrineCare I 系统的性能。

综合考虑,Permian盆地使用淡水的总体成本包括水的购置、运输、从井场的回流运输和废水清理成本,总计达到每桶3~8美元。在Permian,现场产水大概有20-40%进行了回流,使用运营商的生产废水对该区块的井进行压裂能在淡水采购、运输等成本上节省超过35万美元,同时还保护了环境。

采用贝克休斯的废水压裂方案并开始实际生产后,在头5个月的生产中产出20156桶油和27931.5万立方英尺的天然气,这些数据与补偿井基本一致,而补偿井全部使用新鲜淡水压裂,节约成本效果明显。

随着环保法规的逐渐严厉,淡水应用受到的限制越来越多,贝克休斯BrineCare废水压裂系统的出现为水力压裂指明了新的方向,该类产品也必将会得到越来越多的重视。

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白矾
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。

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