Prueba de biocidas en el fracturamiento hidráulico

Resumen

Fractura hidráulica o 'fracking' es un proceso utilizado en la industria de petróleo y gas para mejorar la productividad de un aceite o de gas bien. Implica la fracturación de roca con agua (mezclada con arena y algunos productos químicos) inyectado en un pozo bajo alta presión y se utiliza comúnmente en shale gas y otras fuentes 'no convencionales' de petróleo y gas.

No convencionales de petróleo y Gas fuentes

Fracturamiento hidráulico se utiliza generalmente en camas de gas de esquisto, gas de aceite apretado camas o camas de gas de carbón. Todos son fuentes de petróleo o de gas que se encuentran en diferentes tipos de formación rocosa y son por lo general difícil para una empresa hacer económico sin fracturación hidráulica de perforación de gas o petróleo. Por esta razón que se conoce como una técnica de 'estimulación bien'. Aunque el proceso ha sido utilizado en los últimos 50 años, recientemente es prominente en el debate público debido a la expansión de la técnica en los Estados Unidos y las preocupaciones sobre las consecuencias de su uso generalizado.

Agua utilizada en el 'Fracking'

El proceso de 'fracking' implica la perforación de que un pozo agujero subterráneo profundo, a menudo con una etapa horizontal cuando un lecho de roca es particularmente bajo. La roca es fracturada luego utilizando explosivos que crean pequeñas fisuras en la roca que ayudan el flujo de petróleo y gas fuera de la cama en el pozo. Es la baja porosidad de la roca que requiere el fracturamiento hidráulico para hacer un bien económico. Sin fracturación hidráulica, el pozo no produciría suficiente petróleo y gas a hacer vale la pena hacer.

Agua, arena y algunos productos químicos son inyectados al pozo bajo presión para garantizar estas fisuras que abren bajo la enorme presión causada por las formaciones de roca por encima de la cama de roca blanco. Es la arena que sostiene las fisuras abiertas a menudo unos pocos milímetros de ancho. Una gran cantidad de agua (millones de galones) se utiliza en una sola frack y el agua puede provenir de muchas fuentes diferentes, por ejemplo, agua dulce, agua saladas o reciclado de agua de un anterior proceso de fracturamiento hidráulico.

 

Los productos químicos que pueden agregarse al agua y el propósito detrás de su adición se enumeran en el Apéndice E del informe de la EPA en el fracturamiento hidráulico de 2011. Puede encontrar una versión resumida en el cuadro 4.

 

 

Figura 6 se tiene el informe de la EPA en fracturamiento hidráulico, página 13.

 

 

Figura 7 se tiene el informe de la EPA en fracturamiento hidráulico, página 13

 

La mayoría de los productos químicos agregados son los normalmente utilizados en otros procesos industriales que utilizan agua y se añaden para mantener la integridad del pozo, por ejemplo, tensioactivos, inhibidores de corrosión, reguladores de pH y reductores de fricción.

Los biocidas se añaden al agua para evitar la acumulación de bacterias en el agua que puede llevar a la corrosión ácida o la creación de compuestos de sulfuro en. Crecimiento bacteriano puede afectar la producción de pozos de petróleo y gas y puede ser introducido en el fluido de fracturamiento hidráulico de diversas fuentes como la fuente de agua y el apuntalante. Apuntalante es que el término usado para la arena (o de otros compuestos) espera que abren las fisuras.

                                   

La tabla 4 se enumeran los tipos de productos químicos agregados al agua y su propósito. Se toma del informe de la EPA, página 29.

  

Prueba de agua dulce utilizado en el fracturamiento hidráulico

De los productos químicos añadidos al agua, el analito principal que se debe probar en el sitio antes de la inyección es el biocida. Ellos son probados en sitio debido a su volatilidad inherente que hace muestreo y fuera del sitio de prueba inadecuado.

Biocidas que se utilizan incluyen isotiazolona, glutaraldehído, cloro y dióxido de cloro. Otra vez estas son biocidas de uso frecuente en otros procesos industriales utilizando agua como torres de refrigeración.

La tasa de dosificación de biocidas es a menudo automatizada usando un método amperométrico en línea que añade el biocida en cantidades controladas, dependiendo de la velocidad de flujo del agua a introducirse al pozo de la fuente de agua. Secundario de método se realiza generalmente para calibrar la línea en la punta de prueba y como cheque aguas abajo del punto de inyección para biocida está presente en la concentración correcta en el líquido antes de que finalmente se inyecta en el pozo.

 

Pruebas de biocidas en el agua la puede ser difícil debido en parte a la tendencia creciente del uso de agua reciclada para núcleos de frack. Más tradicionales métodos colorimétricos de la prueba (como el método DPD para la cuantificación de cloro o concentraciones de dióxido de cloro) pueden ser desperdiciador de tiempo y difícil para los ingenieros; no pueden dar resultados consistentes donde el agua es alto en sólidos disueltos/suspendido. Otros métodos como ORP (potencial de oxidación-reducción) son fácil de usar pero sufren de una falta de selectividad y a menudo no se puede utilizar como una herramienta cuantitativa.

Ha habido una tendencia creciente dentro de las empresas de tratamiento de agua (que tienden a ser subcontratado por la empresa de perforación para administrar la dosificación de biocidas en el agua) a utilizar nuevos métodos como los sensores amperométricos desechables ya utilizados por el ChlordioXense. Estos métodos tienen la ventaja de ser fácil de utilizar y no son susceptibles a resultados inexactos, como se ha visto con métodos colorimétricos.

Prueba de agua 'Producidos' en el fracturamiento hidráulico

Reflujo de agua es el agua que fluye a la superficie durante y después de la terminación de fracturamiento hidráulico. Consiste en el fluido utilizado para fracturar la pizarra y contiene arcillas, aditivos químicos, los iones metálicos disueltos y sólidos totales disueltos (TDS). El agua tiene un aspecto turbio de altos niveles de partículas en suspensión. La mayor parte del reflujo se produce en las etapas iniciales del proceso de fracturamiento hidráulico mientras que el resto puede ocurrir más de una semana tres periodo de tiempo. El volumen de recuperación es generalmente menos de la mitad del volumen que se inyectó inicialmente en el pozo. El resto del líquido sigue siendo absorbido en la formación de la pizarra.

En cambio, ' agua ' es producida naturalmente agua que se encuentra en formaciones de esquisto que fluye a la superficie durante toda la vida entera del gas bien. Esta agua tiene altos niveles de TDS e iones metálicos como el calcio, hierro y magnesio. También contiene hidrocarburos disueltos junto con el natural materiales radiactivos (norma).

Históricamente, esta aguas residuales del proceso de fracturamiento hidráulico fue eliminada en estanques de evaporación grande. Esto sin embargo se ha convertido en socialmente inaceptable y las aguas residuales deben ser tratadas como residuos industriales de la misma manera que se trata el agua de otros procesos industriales. Las opciones disponibles para empresas de tratamiento de agua la industria del petróleo y el gas son bien 'inyección directa' en el suelo a profundidades por debajo de la mesa de agua y entre las capas de roca impermeable, o el tratamiento y la disposición del agua en la superficie del agua. Ambos métodos a menudo emplean tratamiento de agua con biocidas.

Prueba de concentración de biocidas en las aguas residuales puede ser imposible sin filtrar el agua que generalmente conduce a una reducción en el biocida para determinar la verdadera concentración en el líquido es difícil. La demanda de biocida del líquido también es muy alta debido a la cantidad de metales disueltos presentes. Por lo tanto, biocidas como el dióxido de cloro son generalmente mezclados con agua en concentraciones de hasta 20 mg/l y dosificados en el agua producido o reflujo. Como con el tratamiento de agua dulce que se describe en la página anterior, un método de sonda amperométrica en línea se utiliza para controlar la tasa de dosificación y un método secundario tales como el Palintest ChlordioXense utilizado para calibrar la sonda y proporcionar un método de comprobación secundaria.

Hay una tendencia creciente dentro de la industria de tratamiento de agua para recuperar el hydocarbons que están presentes en el agua de producción y venderlos en el mercado abierto. El uso de biocidas como el dióxido de cloro ayuda a aumentar la tasa de recuperación de aceite como tratamiento hace que los sólidos a precipitado fuera de solución y los hidrocarburos para instalarse en la parte superior del líquido tratado.

El dióxido de cloro actúa como un Desemulsificante para romper emulsiones a través de oxidación química, permitiendo que el agua separar hidrocarburos residuales, productos químicos y la materia particulada presente.


El agua suele ser de una buena calidad suficiente para ser reutilizada en otro sitio de frack o eliminarse mediante inyección directa. Los hidrocarburos pueden despumados y vendidos a las compañías petroleras, mientras que el lodo sólido es retirado y transportado a una planta de aguas residuales estándar.

La imagen de agua de producción (a la derecha) tratados con dióxido de cloro (a la izquierda).

 

Resumen

El uso de fracturamiento hidráulico como un proceso para incrementar los rendimientos de los núcleos de gas y petróleo está aumentando, especialmente en los Estados Unidos, y su uso casi con toda seguridad se extenderá a otros países.

Los biocidas son parte fundamental del fluido de fracturamiento hidráulico sí mismo y el tratamiento de las aguas residuales del proceso.

Principalmente se han adoptado métodos de prueba para la cuantificación de las concentraciones de biocida en el agua dulce y las aguas residuales de la industria de agua potable donde la matriz de agua es de una composición mucho 'más limpia'. Métodos colorimétricos y ORP, aunque útiles, tienen sus inconvenientes y así nuevos métodos como la ChlordioXense son ser fácilmente adoptados por la industria de petróleo y gas.

      

 


Aldo Zaffalon
Aldo Zaffalon

Author

Water treatment automation expert, with over 25 years of experience in industrial water treatment automation, marketing, sales and engineering.



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