Инженеры разрабатывают метод повторного использования воды, используемой при гидроразрыве пласта и бурении

Прочитано: 349 раз(а)


По мере роста потребности в новых источниках энергии объем сточных вод, образующихся вместе с нефтью и газом (пластовая вода), не показывает признаков замедления: текущий объем сточных вод — результат того, что вода вытесняется под землю для разрушения горных пород и высвобождения отложений — оценивается на уровне 250 млн баррелей в сутки по сравнению с 80 млн баррелей в сутки нефти.

Инженеры из Инженерной школы Суонсона Университета Питтсбурга разрабатывают новый способ снижения воздействия бурения и гидроразрыва на окружающую среду путем очистки пластовой воды для повторного использования, и он уже проходит испытания в Пенсильвании, Техасе и Северной Дакоте.

Мембранная дистилляция — это новая технология , которая может очищать сложные и сильно загрязненные сточные воды. В этом проекте под руководством Радисава Видича, профессора и заведующего кафедрой гражданского и экологического строительства, используется технология мембранной дистилляции , которая позволяет бурильщикам фильтровать и повторно использовать пластовую воду в нефтегазовой промышленности, сельском хозяйстве и других полезных целях.

«Очень важно разработать альтернативные стратегии управления подтоварной водой, которые снизят общие затраты, позволят восстановить ценные ресурсы и уменьшить воздействие этой отрасли на окружающую среду», — сказал Видич. «Сейчас отрасли не представлены финансово осуществимые варианты. Этот проект доказывает, что такие варианты могут существовать и существуют».

Пластовая вода содержит много примесей, препятствующих ее очистке на муниципальных объектах: она может быть в восемь раз более соленой, чем морская вода, и содержать бактерии, песок, грязь, масло и жир, а также природные радиоактивные материалы. Текущие стратегии управления пластовой водой включают закачку в скважины для сброса ; переработка для извлечения большего количества нефти из воды; и полезное повторное использование после обработки.

Закачка в колодец для захоронения является наименее дорогим вариантом и, следовательно, наиболее распространенным, но это приводит к постоянной потере воды из экосистемы. В то время как засуха в Пенсильвании является меньшей проблемой, чем в других частях страны, где преобладает бурение, пластовая вода, которая не используется повторно для гидроразрыва пласта, транспортируется в Огайо для утилизации, что усугубляет экологические проблемы, связанные с использованием топлива и выбросами на транспорте. а также стоимость.

Создание замкнутой системы: очистка сточных вод отходящим теплом

В то время как группа Видича работала над масштабированием технологии, чтобы работа была переведена в полевые условия, Викас Ханна, доцент кафедры гражданского и экологического проектирования в Питте и сотрудник факультета Веллингтона С. Карла, использовал моделирование, чтобы представить, как эти системы будут выглядеть в масштабе. и какая экономическая выгода была бы на самом деле, если бы промышленность приняла эту технологию.

«Одна из вещей, которую мы обнаружили, заключалась в том, что если вы не можете очистить эту воду в таких районах, как Пенсильвания, без нагнетательных скважин, вам нужно перевезти эту воду куда-то еще, чтобы утилизировать ее», — сказал Ханна. «Очистка воды стоит денег, но как только вы сравните ее с вариантом «обычного бизнеса», вы начнете видеть преимущества».

Предлагаемое решение использует отработанное тепло для удовлетворения потребностей технологии в тепловой энергии, что еще больше снижает эксплуатационные расходы. Северо-восточные округа штата — те, что находятся дальше всего от колодцев для захоронения, — получат наибольшую выгоду от использования этой технологии, экономя почти 16 миллионов долларов в год на затратах на утилизацию.

Из лаборатории в поле

Проект начался в лаборатории около восьми лет назад и впервые был запущен в полевых условиях для пилотных испытаний при финансовой поддержке Министерства энергетики США на нефтяных месторождениях Техаса и Северной Дакоты. В настоящее время группа приступила к внедрению той же технологии при бурении сланцевых месторождений Marcellus в Пенсильвании на месторождении в Нью-Стэнтоне, штат Пенсильвания.

Ряд исследователей потратили время на то, чтобы внедрить эту технологию в полевые условия, но в нынешнюю команду входит доктор философии. кандидаты Ритеш Павар и Чжэвей (Джоуи) Чжан.

«Мы оба работали над мембранной дистилляцией (МД) в течение многих лет до этого проекта на месте. В лаборатории МД просто означает исследовательские темы и эксперименты», — сказал Чжан. «Но только когда мы начали этот проект с пилотной установки и на реальном участке гидроразрыва пласта, мы поняли, как много эта технология может значить для человеческого общества и окружающей среды».

Однако при внедрении технологии в скважинах Marcellus Shale команда столкнулась с проблемой: операторы добавляют в свои скважины поверхностно-активные вещества, чтобы повысить производительность скважины и снизить потребление энергии. Поверхностно-активные вещества вызывают смачивание мембраны, что ухудшает качество восстановленной воды. Команда вернулась в лабораторию, чтобы найти исправление.

«Мы рассматриваем варианты очистки для удаления поверхностно-активных веществ перед мембранной дистилляцией и добились определенного успеха в лаборатории с адсорбцией активированным углем», — сказал Видич. «Хотя мы еще не внедрили эту технику в полевых условиях, мы проверили наши результаты в лаборатории и надеемся, что это потенциальное решение».

Возникшие проблемы являются важной частью проведения инженерных исследований в данной области. Они также были важной возможностью обучения для Чжана и Павара, которым приходилось думать на ходу, чтобы применить свои инженерные навыки в реальном мире.

«Мы были в пустыне Техаса, где температура превышала 100º F; мы были на пастбищах Северной Дакоты, где мы увидели первый снег в начале октября; на этот раз мы отправились в Марселлус в сезон, когда дождь никогда не прекращается», — сказал Чжан. «Весь этот опыт не только дает нам лучшее понимание того, что мы узнали и что мы исследуем, но также дает нам возможность устранять проблемы, когда у нас нет всех инструментов в наших руках».

Инженеры разрабатывают метод повторного использования воды, используемой при гидроразрыве пласта и бурении



Новости партнеров