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Apr 02, 2024

셰일 사업에서 생산되는 물에서 콜로이드 철의 역할에 대한 재평가 - 현장 데이터 및 문헌 검토(파트 B)

이 문서는 2부로 구성된 시리즈 중 B부입니다. 파트 A에는 소개, 생산수 내 철 및 산화철의 배경 화학, 셰일 생산수 내 철의 기원, 측정이 포함됩니다.

이 문서는 2부로 구성된 시리즈 중 B부입니다. 파트 A에는 소개, 생산수 내 철 및 산화철의 배경 화학, 셰일 생산수 내 철의 기원, 생산수 내 철 측정, 셰일 생산수 내 철 현장 관찰이 포함됩니다.

파트 B는 철로 인한 시설 문제, 철로 인한 주입성 문제, 콜로이드 철 관련 문제의 완화를 다루고 있습니다. 파트 A의 초록이 포함되어 있으며 파트 B의 결론 섹션에서는 두 논문을 다룹니다.

이 논문에서는 철 화합물(예: 산화철, 수산화철, 황화철)의 특성과 이러한 화합물의 콜로이드 형태(작은 입자 크기, 높은 표면 전하)에 중점을 두고 셰일 생산 수처리에 미치는 영향을 검토합니다. 유제 안정화, 오일 코팅된 고형물, 분리기의 패드 형성, 파이프라인 고형물 및 물 처리 층의 막힘을 포함하여 생산된 물의 이러한 화합물과 관련된 광범위한 문제가 있습니다. 기존의 석유 및 가스 생산에서 철의 역할과 이러한 문제에 대한 완화 전략은 잘 알려져 있습니다.

급성장하는 셰일 산업에서는 상황이 상당히 다릅니다. 철분 농도는 기존의 생산수보다 상당히 높을 뿐만 아니라, 철 화합물의 콜로이드 특성은 소수의 전문가들에 의해서만 인식됩니다. 또한 생성된 물에는 점토, 미사 등의 다른 콜로이드 입자도 고농도로 존재합니다. 페름기 셰일 생산수에서 고형물을 제거하기 위한 생산수 처리는 오히려 성공하거나 실패합니다.

우리는 몇 년 전 페름기 폐기 우물에 연결되는 지층을 테스트할 때 이 사실을 깨달았습니다. 이것은 페름기에서 생산된 물의 특성에 대한 우리의 첫 번째 시도였습니다. 우리는 주입성이 감소한 약 12개 밭에 대해 생산된 수질을 측정했습니다. 이 중 9개 분야에서 생산된 물에는 Barkman-Davidson 테스트에 따르면 고농도의 작은 입자, 분리기의 견고한 생물막 및 낮은 투과성 필터 케이크 형성이 포함되어 있습니다. 페름기에서 생산되는 물의 특성에 대한 데이터와 지식이 부족하기 때문에 철 관련 메커니즘을 검증하는 데 거의 1년이 걸렸습니다. 본 논문은 생산된 물의 콜로이드 철에 대한 지식을 종합하여 상황을 바로잡으려고 시도합니다. 궁극적으로 이 작업이 생산된 물 재사용 및/또는 폐기를 위한 주입을 위한 새로운 비용 효율적인 처리 전략 개발에 도움이 될 것으로 기대됩니다.

일반적으로 부유 철 입자와 관련된 문제를 제거하는 가장 효과적인 방법 중 하나는 시설 내 공기 침입을 제거하는 것입니다. 산소를 제거함으로써 용해된 철은 생성된 물에 용해된 상태로 유지되며 막힘 및 기타 문제를 일으키지 않습니다. 이 전략은 기존 탄화수소 시설에서 광범위하게 사용됩니다.

예를 들어, 캘리포니아주 베이커스필드에 있는 Chevron Kern River 시설은 부식 문제를 겪었고 중유 추출 시 일회성 증기 발생기 보일러의 석유 및 물 목표를 달성하는 데 어려움을 겪었습니다. 플랜지, 펌프, 가스 블랭킷 시스템에서 공기 침입을 제거하고 공기 블랭킷 시스템을 가스 블랭킷으로 교체하기 위해 시설을 업그레이드하는 2개년 프로젝트가 시행되었습니다. 공기 침입을 제거함으로써 부식률은 연간 평균 수 백만에서 1 미만으로 감소했습니다. 이는 시설 내 철 공급원을 감소시키고 유성 고형물을 포함하여 철로 안정화된 중유 성분의 형성을 감소시켰습니다. 생산된 물에서 오일 제거가 향상되었습니다.

가압되지 않은 Wemco 장치를 사용하는 다단계 수평 부유선광이 사용되는 멕시코만의 Shell 시설에서 몇 가지 예를 얻을 수 있습니다. 이러한 부양 장치에는 공기 침입을 방지하기 위해 가끔 교체해야 하는 고무 개스킷이 있습니다. Wemco 장치를 개조하고 새 개스킷을 설치하면 공기 침입과 그에 따른 철 침전이 줄어들고 윤기와 번짐의 발생도 줄어듭니다.