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NOV压裂返排设备去繁就简、物尽其用

压裂返排设备繁杂?回收率低?NOV去繁就简 物尽其用

传统处理返排液的SWD设施需要配备大量配套设备,还需要大量使用化学品,且原油回收率低。NOV经过优化的SWD设施,具有简单高效的水力系统,占地面积小,降低了资金成本,减少了操作成本,提高了油污回收率,提高了操作人员的安全性。

来自 | NOV
编译 | 白小明

为了处理压裂后大量的返排水,来自NOV工艺与流程技术部门的专家们,研究出了一种经过优化的盐水处理设备设计,该设计选择了最新的配套设备,采用了更安全、更高效的布局。

由于美国现有大量已钻成但未完井的油气井,水力压裂成了北美地区进行油气开采的第一个作业步骤。压裂时会产生大量的返排水,需要作业公司增加注水井和盐水处理(saltwater disposal,SWD)设施的数量和能力。

在过去5年的页岩气大发展时期,大家认识到大多数返排水高含油,且水成分复杂,污染物较多,这对常规的SWD设施带来了挑战。NOV研发出了一种经过优化的SWD设备设计,帮助作业公司应对这些挑战,通过选择全新的设备,形成更安全、更高效的作业环境,从而改变行业对SWD的认识。

针对优化后的现场布局,NOV推荐采用的设备包括:

压裂返排设备繁杂?回收率低?NOV去繁就简 物尽其用

1.卧式油水分离罐:远比传统或者增强型立式油水分离罐更高效,NOV的卧式油水分离罐专门为处理盐水而设计。一套单独的卧式油水分离罐,可以替代传统的多个泄油罐、油水分离罐、输油泵。系统采用了独特的联机固相清除工艺,可以避免清罐作业,彻底避免了将水重新泵入罐内,能够得到更干净、更干燥的原油。

2.Moyno™ 泄油泵:Moyno泵的非剪切运动是最理想的泄油方式,利于形成较大的油滴,便于回收。该泵可以在10分钟内完成一个标准油罐的泄流作业,Moyno螺杆泵技术在业内有超过85年的成功使用历史。

3.WaterWolf™ 动态油污回收系统:NOV创新的WaterWolf动态油污回收系统是一款革命性的水处理系统,可以在单级处理过程中回收产出水中的油污和悬浮固体,无需使用昂贵的化学品和过滤设备。这种撬装的方案结合了非剪切运动螺杆泵和除油除砂水力旋流器,具有高效的油污回收能力,每10000桶产出水最多可以回收额外的20桶油。

4.Tore™ Trap撬装除砂设备:ToreTrap撬装设备是另一款高效固相清除系统,与WaterWolf采用的部分组件相同。最小可以清除10~15微米的固相,ToreTrap除砂器可以在不中断作业的情况下清除固相。流体中的固相清除得越多,更换过滤设备的频率就越低,也就避免了清罐作业,降低了泵和注水井出现故障的几率。

5.罐:根据客户现场需求,罐的材质可以为钢材或者玻璃纤维;每个罐都配有底座、走道、阶梯等辅助设备,方便操作;罐的体积可从400桶到1000桶。

6.注入泵:NOV有超过一个世纪的泵制造历史,拥有顶级的注入泵生产线。有往复泵和多级离心注入泵可供选择,可靠的泵系统由公司全球技术支持团队作后盾。

7.玻璃纤维管:NOV的普通接头管材和连续管久负盛名,并且有全球团队可以提供技术支持,复合材料系统的目的是提高效率、可靠性并降低成本。NOV研发出了抗腐蚀的管材,既轻便又易于安装。

8.井口:NOV设计并制造一系列的井口和采油/采气树总成,可满足各种井下环境和完井作业要求。所有井口系统的制造满足API 6A标准,制造工厂通过了API Q1和ISO 9001认证。

最优化设计

传统的SWD设施配有大量的罐、立式油水分离罐以及一套离心泵系统,为了分离油和水需要使用大量的化学品。离心泵的剪切作用和低效的立式油水分离罐将共同影响油的回收量,影响设备处理能力。固相含量的增加将增加清罐次数,可能引起环境污染,增加操作人员和承包商的安全风险。

优化后的SWD现场设计,具有简单高效的水力系统,占地面积小,降低了资金成本,减少了操作成本,提高了油污回收率,优化了井的注入能力,降低了复杂性,提高了操作人员的安全性。

Marcellus工厂重设计

为服务Marcellus页岩市场,ClearWater Solutions公司2014年在俄亥俄州Cambridge以东建造了一个SWD工厂。该工厂的设计遵循传统经验,配备了离心泵泄油系统以及5个用于卡车泄油和储水的压裂罐。使用第二个离心泵将盐水从罐内泵入到2个立式油水分离罐,紧接着再泵入10个污水罐中。

与大多数公共SWD设施一样,ClearWater Solutions公司的收入主要来自于处理费。该公司若想获得更高的投资回报很大程度上取决于销售回收油的额外收入。工厂经营的第一年,公司只回收并销售了一卡车油。另外,清理积累在压裂罐内的固相颗粒以及每60天就要从井内清理未回收的油等这些作业大幅增加了公司的作业成本。

ClearWater Solutions公司认识到处理设施应该回收更多的油,而现有的传统设备无法实现这一目的后,咨询了NOV工程团队,NOV向其证明了螺杆泵(PCP)可以凝聚盐水中的油滴,同时NOV改进了其WaterWolf动态油污回收系统。有了相关数据后,ClearWater决定采用PCP技术升级其泵泄油站。公司建造了两条配有Moyno PCP的新卡车泄油道。

然而,单独加入新泵并非完整的解决方案。位于工厂前面的压裂罐同时收集油和固相,因而需要定期清理,影响了油的回收。该公司决定采用卧式油水分离罐(HGB)替换压裂罐,以避免清罐作业,提高油污回收率。

在德克萨斯州南部的Eagle Ford 页岩SWD工厂内,NOV首次引入了HGB设计,并进行了调试。HGB基于压力容器设计,配有Tore联机除砂系统,其安装紧靠PCP泄油站,避免了在注入泵前进一步泵水和剪切油。

见证结果

2016年2月,NOV 在ClearWater工厂内测试了Moyno PCP泄油站和HGB。过去一年,当油罐上的液位传感器首次升高时,操作人员立刻注意到了变化。

新系统运行一个星期后,公司就从系统收集并销售了一卡车高品质油。在新系统调试后的头4个月里,每月平均收集1~2卡车高品质油,且没有进行过清罐作业。

ClearWater Solutions公司副总裁Brad Erdman称,相比早期的每年仅回收1皮卡油,目前平均每年可以收集24~36皮卡的高品质油。

由于可以在入井以前收集更多的油,公司的总体操作成本下降了,在关井酸化处理前,可使油井生产更长的时间。

Erdman表示,以前每60天需要进行酸化作业,而现在只需一个季度进行一次,甚至频率更低,两次酸化作业的时间间隔几乎延长了1倍。另外,过滤设备的使用数量也减少了,进一步减少了作业成本。

继续建设

基于新的优化后的SWD流程,ClearWater Solutions公司目前正在建设第二套处理设施,引入了Moyno PCP和HGB设计。另外,新设施将采用坚固的、防腐蚀的玻璃纤维管材系统,以及NOV优化后的SWD流程的新成员EZ Skim。该技术正在申请专利,主要用于HGB,以简化从污水罐中回收油的作业步骤。通过开关3个阀,操作人员可以将罐设置为撇油模式,然后离开现场,进行其它作业。

EZ Skim设备将水位设置得恰到好处,可以回收所有的浮油,而不会溢出,也不会损坏设备,且不会分散操作人员的精力,操作人员可以进行其它更重要的操作,如配合车道上排列成队的卡车。

撇出的油返回到HGB,然后形成干燥的原油,不会污染销售罐里的油。一旦一个罐装满油后,可以用泄油管排空,无需将宝贵的油压入注入泵。这使操作人员可以将所有罐清空到最低位,获得最大的容量,以接收来自下一波入站卡车运来的水。

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