logo
专注油气领域
与独立思考者同行

淡水价贵,“重复利用”或成开发商救命稻草

淡水价贵,“重复利用”或成开发商救命稻草

近年来,非常规资源开发过程中的水资源管理工作逐渐成为大家非常关注的话题。为了提高项目的经济性,市场上出现了一些相关的最佳实践做法。

来自 | Woriloil
编译 | 白小明 影子

非常规资源开发过程中水资源管理方面的改进工作,主要受两个因素驱动:

1)淡水资源价格日益攀升;
2)对产出水处理工作的监管压力日益增大。

长久以来,压裂所用淡水的采购价格与攀升的成本和复杂的物流相关。随着工业、农业以及居民对有限淡水资源的需求日益增加,为了采购压裂所需的淡水,油气公司不得不被迫接受攀升的水价。

随着淡水价格的上涨,同时当局对油气公司的监管压力也在增加,特别是针对已经常规化的采用注入井处理生产水的情况。针对污水处理井的监管正变得愈加严格,国家监管机构已经采取措施来降低传统产出水和返排水处理对社区造成的影响。2016年9月,在俄克拉荷马州Pawnee附近发生5.8级地震后,32口注入井被封井。2016年11月俄州另一次地震也使得监管者将另外7口注入井关闭。2017年1月,加利福尼亚州监管机构关停了Central Valley的30口活跃注入井。

对于油气运营公司来说,这两个因素使得新的水资源管理最佳实践对降低成本并提高利润变得非常重要。随着油价徘徊在60美元/桶左右,油气公司正在努力提高压裂作业的生产力和效率,这也进一步促进了水资源管理方面的革新。在当前形势下,合理的水资源管理对于获得项目的整体成功非常关键。

改变态度

2013年由哈里伯顿和XTO Energy公司主导的一项研究发现,总溶解固体(TDS)含量高达285,000mg/L(盐度28.5%)的产出水,可以在水力压裂过程中形成合理的交联流变特性,与使用总溶解固体含量仅为20,000 ppm(盐度2%)的普通压裂水相当。进一步的研究也证实了这一发现,一些学者表示,相比于总悬浮固相含量(TSS),产出水TDS含量较高已经不再是一个限制因素,而且还可以通过不同的过滤技术进一步有效降低其含量。

日益上涨的成本让产出水和返排水(现成的且可以重复使用)开始成为各个公司的新选择。可以通过简单的计算做一解释,如果将压裂作业后的淡水,以及所有的产出水注入地下,公司会产生运输、处理和存储成本,而且还需要支付购买后续作业所需的淡水费用。淡水成本均价为0.75美元/桶,处理费用在0.50~2.50美元/桶之间。因此,重复利用产出水比购买淡水经济性更好。

随着对重复利用产出水作为淡水替代品的可行性,以及重复利用水资源相关的成本优势这两者的认识程度的不断提高,油气公司开始承认,对于非常规油气资源的开发,产出水和返排液的重复利用已经成为整体水资源管理的关键环节。

这种趋势在Permian盆地尤为明显,在这里前瞻性的水资源管理是油田整体开发计划的重要组成部分。在该区域,作业公司聚焦于水处理设施和系统,这些设施可为增产作业提供具有成本效益的水资源。随着行业趋向于重复利用水资源,涌现出了一些生产水和返排水循环利用相关的最佳实践。

最佳实践

TETRA Technologies是一家行业领先的、与油气作业公司合作,在Permian盆地实施最佳的水资源基础设施规划设计的公司。公司水资源管理的核心战略是合理布局作业区域内的各设备组件。图1展示了公司近期部署的一个重复利用项目的水资源基础设施的布局情况。所有设备都布局在几个活跃的压裂现场附近(5)。

淡水价贵,“重复利用”或成开发商救命稻草

图1.Permian盆地水资源管理基础设施

支持该水资源管理基础设施的规划设计,包括预估整个油田生产周期内的产出水总量、完井阶段所需的压裂水总量。其他规划考虑包括采用的增产液类型,以及符合设计规范的水处理类型。以上每个因素对于整体的水处理策略来说都是非常重要。

产出水处理

产出水首先被泵送到集中布局的集水和处理实施,在此,产出水被存储在地上储罐,并开始循环处理的流程。通常,Permian的产出水TDS和TSS的含量较高。其他属性还包括分散油和油脂、溶解气和细菌、以及生产中所用的化学品(如灭微生物剂)残留量、污垢和缓蚀剂、破乳剂和反向破乳剂。

在规划设计阶段,进行全面的水质分析非常重要,可以通过分析识别水与压裂液系统的整体兼容性。该分析是水处理设计的基础。通常,处理的第一阶段是采用传统的过滤方法去除悬浮固体,利用灭微生物剂控制细菌。强氧化杀菌剂可以有效去除铁和硫化物,控制TSS和残余油,提高产出水的整体水质,以便用于重复利用和循环利用。

处理的第二阶段在油水分离装置中完成,采用由TETRA Technologies公司提供的被称为Orapt的新型原油回收技术实现,如图2。这种独立的、移动式设备,通过加入一种化学添加剂后,可以加速分离,最终形成仅含50~100ppm少量油的水。Orapt系统可为作业公司节约处理费用,同时还可以从出售收集的油中获利。在一些案例中,出售回收油产生的利润甚至可以支付Orapt的服务费。

淡水价贵,“重复利用”或成开发商救命稻草

图2.新型油水分离装置

公司解决的另一难题是混合,这一步骤涉及将产出水与其他水混合,以满足作业公司最终的压裂液体系设计规范的需求。公司采用了一个正在申请专利的水混合控制器和一套已经专利化的混合管汇,来确保循环水连续满足整体压裂液规范。混合管汇使作业公司能够随时任意添加化学品,控制精度很高。自动化混合装置如图3所示。

淡水价贵,“重复利用”或成开发商救命稻草

图3.自动化混合系统,包含:1)淡水入口;2)产出水入口;3)自动混合控制器;以及4)混合管汇

产出水循环利用的关键成功因素之一是TDS含量以及在给定阶段水质的连续性。可以通过定制压裂化学品系统,从而利用高含TDS的水。在实际应用中,能够用于配置压裂液的产出水的数量,主要由可用的产出水量和运输成本驱动。

通常,在实际应用地区,产出水的供应量不会太充足,因此作业公司需要将产出水和其他水混合。这些新型的、复杂的压裂液系统具有一致的TDS和氯化物含量。水中TDS和氯化物含量大幅高于或者低于所需值,会影响交联效果,需要增加化学品的用量而降低成本效益,从而抵消重复利用产出水节约的成本。

混合的目的是利用所有可用的产出水。因为在合理利用的前提下,这都可以起到节约成本的效果。为了实现最大化重复利用,混合后的水必须有一致的水质,并且TDS和氯化物含量稳定。混合液体最基本的方法就是按特定比例,将两种或多种已知数量的组分混合到一个容器内,随即开始扩散混合。

然后将水从容器中泵出,实时输送至压裂设备。这种简单的混合设计通常会造成在罐或者坑内液体的分层,密度较大的产出液沉淀到底部。由于输送泵通常从底部抽液,因此密度较大、高含TDS的流体将先被泵出。随着罐内液面的降低,泵送至压裂设备的液体的TDS含量将会下降。

另外,如果产出水在被卡车运输至存储区的同时,正在进行压裂作业,则水质将不可避免地处于一直变化的状态。常规应对方法是分批处理工艺,但这样一来就很难有效实现实时压裂泵送。此外,这种方法通常增大了混合流体的差异性,这会导致脱砂或者不可预见的增产后果。

更新后的方法

针对Permian 盆地和其他一些地方,TETRA Technologies采纳了一种更高效的技术。这种方法利用了流体以湍流方式通过管道时的能量来加速流体混合。这主要通过将流体泵入到一个三通管道或者多入口管汇实现,每个输入流体的排量可控,从而整体的体积比例也可控。如果在通过混合装置后,输水系统设计和水力参数满足要求,能够形成湍流,则通常可以获得均质的混合效果。采用此方法,可以实时调节流体体积比例,但因为水源不同,混合液体的TDS含量会不同。

公司的压裂水混合系统包括自动化混合控制器和混合管汇,如图4、5。这些设备的联合使用可以带来参数精确的混合过程和一致的混合质量,混合后的液体可以直接泵入压裂罐或者输送到其他地方。该系统可以实时进行多个水源的精确、连续混合,无需中间储罐。

淡水价贵,“重复利用”或成开发商救命稻草

图4.整体压裂水混合系统中的组件之一自动化混合控制器

淡水价贵,“重复利用”或成开发商救命稻草

图5.系统另一组件混合管汇

混合管汇保证所有出口的液体具有连续的混合特性,之后混合流体进入管汇主体,再通过其中一个出口继续传输,或者通过多个小出口流向压裂罐。另外也可以使用化学注入口将化学添加剂加入到混合腔的上游。

混合控制器用于增强产出水的循环,在某些情况下可使产出水一并重复利用。它可以在混合后有效测量预定的混合参数,局部自动调节流体排量至设定值。测量数据可以大幅降低压裂水水质的差异性,通过控制器实时调节混合比例可以降低流入液体的差异性(无论是实际水质造成的还是排量变化造成的)。最终的混合压裂水保持在可接受的参数范围内,且保证产出水利用的最大化,最大限度提高重复利用率。

现场使用这种技术后,可以同时测量混合水和进水水质,该方法记录了混合“前”、“后”的数据,实时展示趋势变化。能够提供不同水源如何一步步混合的实时可视化参考是非常宝贵的,因为可以通过趋势预判与水质有关的非预期事件的发生或是降低其影响。可以利用记录的数据生成工作报告,核实系统是否按要求工作。同时,混合数据可以传送到SCADA系统,用于实时监控。通常,当井下出现问题时会先从水上找原因,因此,如果能够证明混合环节是在按计划进行,就可为压裂现场的问题排查节约大量宝贵的时间。

结论

在Permian盆地,整合不同的作业公司、压裂公司、压裂体系和水质的相关工作随时存在变数。一些公司在其特定的应用环境下不考虑混合精度,而另一些公司则需要考虑。然而,目前所有各方都赞同在非常规资源地区采用先进的水资源管理对于项目的成功至关重要。

根据平均的集水和处理速度,重复利用产出水,每桶可节约高达2美元的成本。在近期的一个针对4口多分支井台的项目中,重复利用压裂混合水使作业公司的产出水利用率从25%提高到了50%,对压裂施工效果没有影响,在整个井台的施工中至少减少了60万桶淡水的使用,这直接为用户在集水和处理水方面节约了150万美元的成本。

您也有让人挠头的难题需要解决,或是优质技术想要找应用市场吗?如果有的话,欢迎联系小编微信或邮箱,也许能找到一剂良药。

二丫:131-3255-0596;zhanglingyu@raiborn.com
大安:131-3203-1392;lishian@raiborn.com

For English, Please click here (展开/收缩)

未经允许,不得转载本站任何文章:

二丫
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(北京),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。如需获取更多技术资料,请联系二丫(QQ295900524;微信13132550596)

评论 抢沙发