آب تولید شده در حال حاضر از تولید نفت در بسیاری از حوضه های بالغ فراتر رفته است. چاهی که زمانی 80 درصد نفت و 20 درصد آب تولید می کرد، می تواند طی یک دهه، این نسبت را به طور کامل معکوس کند. اپراتورها آب بیشتری نسبت به نفت برداشت می کنند و هزینه تصفیه آن - از 0.50 دلار تا بیش از 5.00 دلار در هر بشکه - مستقیماً به حاشیه میدان می رود. فشارهای نظارتی، به ویژه بر روی چاه های تزریق کلاس II در ایالات متحده و تخلیه دریایی در اروپا، اپراتورها را مجبور می کند یا استانداردهای سخت گیرانه تر را رعایت کنند یا مسیرهای استفاده مجدد را پیدا کنند که منطقی اقتصادی است.
این دیگر یک مشکل دفع زباله نیست. این یک چالش اصلی تولید است. قطار تصفیه مناسب، که به درستی با برنامه های شیمیایی تطبیق داده شده است، تعیین می کند که آیا این قطع آب 10 بشکه به یک تعهد تبدیل می شود یا منبعی برای افزایش بازیافت نفت، آبیاری، یا استفاده مجدد صنعتی. با توجه به اینکه حجم آب تولیدی جهانی به بیش از 250 میلیارد بشکه در سال می رسد، این تصمیم بر ترازنامه و مجوز بهره برداری تأثیر می گذارد.
راهنمای زیر فراتر از لیست تجهیزات حرکت می کند. این به شما نشان میدهد که چگونه پروفایلهای آلاینده را با فناوریهای تصفیه نقشه برداری کنید، چگونه بازدارندههای مقیاس و بیوسیدها را با شیمی واقعی آب هماهنگ کنید، و محرکهای اصلی هزینه در کجا زندگی میکنند - نه تنها در تجهیزات سرمایهای، بلکه در چرخههای جایگزینی غشاء، مصرف مواد شیمیایی و شدت انرژی. جداول داده در هر بخش به شما امکان می دهد گزینه ها را در یک نگاه مقایسه کنید.
1. انواع فاضلاب در عملیات نفت و گاز
عملیات نفت و گاز سه جریان فاضلاب تولید می کند که از نظر ترکیب به شدت متفاوت هستند. در نظر گرفتن آنها به عنوان یک دسته واحد، طراحی بیش از حد یا عملکرد ضعیف را تضمین می کند. بیشترین حجم تا حد زیادی آب تولید شده است - آب تشکیلاتی که با هیدروکربن ها به سطح می آید. فاضلاب پالایشگاه و فاضلاب سیال حفاری آلاینده های مختلفی را اضافه می کند و منطق فرآیند خود را می طلبد.
آب تولید شده شور است، اغلب با کل جامدات محلول (TDS) بیش از 100000 میلی گرم در لیتر در سازندهای عمیق. این روغن باقیمانده، مواد جامد معلق، مواد آلی محلول و مواد رادیواکتیو طبیعی (NORM) را حمل می کند. پساب پالایشگاه حاوی روغن امولسیون شده، فنل ها، سولفیدها و آمونیاک است - آلاینده هایی که قبل از تخلیه نیاز به تصفیه بیولوژیکی یا اکسیداسیون پیشرفته دارند. ضایعات سیال حفاری، در عین حال، دارای خاک رس، باریت، و پلیمرهای مصرف شده با اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) است که می تواند به بالای 50000 میلی گرم در لیتر برسد.
| پارامتر | آب تولید شده | فاضلاب پالایشگاه | فاضلاب سیال حفاری |
|---|---|---|---|
| TDS (mg/L) | 1000 – 300000 | 500 - 5000 | 2000 – 40000 |
| TSS (mg/L) | 50 - 5000 | 30 - 300 | 1000 – 10000 |
| روغن و گریس (میلی گرم در لیتر) | 20 - 2000 | 50 - 1000 | 100 - 5000 |
| فلزات سنگین | متغیر (Ba, Sr, Fe) | کم | متغیر |
| NORM (pCi/L) | تا 1000 قابل تشخیص است | هیچ کدام | ردیابی |
| COD (mg/L) | 500 - 8000 | 200 - 3000 | 5000 – 60000 |
تطبیق توالی درمان صحیح با هر جریان از ناهماهنگی های گران قیمت جلوگیری می کند. یک پساب پالایشگاهی با TDS پایین ممکن است با یک بیوراکتور غشایی بیولوژیکی مناسب باشد. یک جریان آب تولید شده از چاه حوضه پرمین با 120000 میلی گرم در لیتر TDS و باریم بالا به سرعت سیستم اسمز معکوس را خراب می کند مگر اینکه با آنتی اسکالانت تخصصی و یک پیکربندی غشایی مقاوم در برابر رسوب. هنگامی که پتانسیل پوسته پوسته شدن سولفات باریم بالا باشد، انتخاب آنتی اسکالانت تصمیم اولیه طراحی می شود.
2. فن آوری های تصفیه اولیه: جداسازی نفت از آب
هر قطار درمانی با حذف روغن فله شروع می شود. هدف بسیار ساده است - کاهش غلظت روغن در آب از صدها یا هزاران میلی گرم در لیتر به کمتر از 10 تا 20 میلی گرم در لیتر - اما فیزیک اندازه قطرات تعیین می کند که کدام فناوری کار می کند. روغن آزاد با نیروی جاذبه جدا می شود. روغن امولسیون شده بدون شناورسازی گاز یا امولسیون شیمیایی تکان نمی خورد.
جداکنندههای API از نیروی جاذبه در حوضهای طولانی و کم عمق استفاده میکنند و میتوانند قطرات روغن بزرگتر از 150 میکرون را حذف کنند و به غلظتهای روغن آزاد در حدود 50 تا 100 میلیگرم در لیتر دست پیدا کنند. رهگیرهای صفحه راه راه (CPI) سطح سطح را افزایش می دهند و حد قطرات پایینی را تا حدود 30 میکرون کاهش می دهند، با روغن خروجی در محدوده 30-50 میلی گرم در لیتر. هیچ یک از این فناوری ها روغن امولسیون شده را به خوبی کنترل نمی کند. اینجاست که فلوتاسیون هوای محلول (DAF) و فلوتاسیون گاز القایی (IGF) وارد میشوند. DAF حبابهای هوای میکرونی را معرفی میکند که به قطرات روغن به کوچکی 10 تا 20 میکرون میچسبند و در صورت ترکیب با منعقد کنندههای شیمیایی، روغن پساب کمتر از 10 میلیگرم در لیتر تولید میکنند. IGF از حباب های نیتروژن یا سوخت-گاز بزرگتر استفاده می کند و در فراساحلی رایج است که در آن فضا محدود است و بار هیدرولیکی متغیر است.
| Technology | حداقل اندازه قطرات (μm) | روغن خروجی (mg/L) | زمان نگهداری هیدرولیک (دقیقه) | انرژی (kWh/m³) | ردپای معمولی |
|---|---|---|---|---|---|
| جداکننده API | 150 | 50 - 100 | 90 - 120 | کم | بزرگ |
| جداکننده CPI | 30 | 30-50 | 30-60 | کم | متوسط |
| DAF (فلوتاسیون هوای محلول) | 10-20 | 5-15 | 15-30 | 0.05 - 0.15 | متوسط |
| IGF (فلوتاسیون گاز القایی) | 15-30 | 10-25 | 5-15 | 0.10 - 0.30 | فشرده |
اپراتورها اغلب DAF را پس از CPI برای کنترل روغن امولسیون شده و محافظت از غشاهای پایین دست قرار می دهند. معیار کلیدی فقط درصد حذف روغن نیست - بلکه غلظت روغن است که وارد سیستم غشایی می شود. پساب DAF به طور مداوم زیر 10 میلی گرم در لیتر روغن و 10 میلی گرم در لیتر TSS پیش شرطی برای عملکرد پایدار RO است. بدون این، تمیز کردن مکرر شیمیایی و جایگزینی زودهنگام غشاء باعث صرفه جویی در سرمایه از حذف مرحله فلوتاسیون می شود.
3. درمان پیشرفته: فیلتراسیون غشایی و تبخیر
هنگامی که روغن و مواد جامد معلق به سطوح پایین برسند، چالش باقی مانده شوری و مواد آلی محلول است. خط تقسیم غلظت TDS است. برای آب تولید شده در سطح یا کمتر از 40000 میلی گرم در لیتر TDS، اسمز معکوس (RO) می تواند با یک پیش تصفیه خوب طراحی شده، 70 تا 75 درصد بازیابی را به دست آورد. بیش از 100000 میلی گرم در لیتر TDS، فشار اسمزی یا به یک مرحله حرارتی - تبخیر یا تبلور فشرده سازی بخار مکانیکی (MVC) - یا یک سیستم تبخیر RO هیبریدی نیاز دارد.
RO مصرف انرژی کمتری را ارائه می دهد، معمولاً 2-4 کیلووات ساعت در متر مکعب برای خوراک شور، که در شوری آب دریا به 6-8 کیلووات ساعت در متر مکعب می رسد. سیستم های تبخیر 10 تا 25 کیلووات ساعت در متر مکعب مصرف می کنند، اما می توانند 95٪ بازیابی را داشته باشند و وقتی با یک کریستالایزر جفت شوند، یک کیک نمک خشک تولید می کنند. مبادله انرژی در مقابل سرمایه است. یک اسکید RO هزینه سرمایه پایینی به ازای هر واحد ظرفیت دارد، اما تعویض غشا هر 3 تا 5 سال و پیش تصفیه گسترده به کل هزینه مالکیت میافزاید. اواپراتورها هزینه اولیه بالاتری دارند اما پیش تصفیه ساده تر و عمر دارایی طولانی تری دارند.
| پارامتر | اسمز معکوس | تبخیر MVC |
|---|---|---|
| حد TDS خوراک (میلی گرم در لیتر) | 40000 | > 100000 |
| نرخ بازیابی (%) | 70-75 | 90-95 |
| مصرف انرژی (kWh/m³) | 2-8 | 10-25 |
| هزینه سرمایه ($/m³·day) | 800 تا 1500 دلار | 2500 تا 5000 دلار |
| چرخه تعویض غشا | 3-5 سال | N/A |
| نیاز پیش درمان | گسترده (روغن < 1 میلی گرم در لیتر، SDI < 3) | متوسط (روغن < 5 میلی گرم در لیتر، TSS < 10 میلی گرم در لیتر) |
| TDS تراوش معمولی (mg/L) | < 500 | < 10 |
رسوب غشاء RO در آب تولید شده سه مسیر مجزا را دنبال می کند. پوسته پوسته شدن غیر آلی از سولفات باریم، سولفات استرانسیم و کربنات کلسیم نیاز به یک آنتی اسکالانت بازدارنده آستانه با دوز 3-5 میلی گرم در لیتر دارد. رسوب آلی ناشی از هیدروکربن ها و پلیمرهای محلول، سیستم را وادار می کند تا با شار محافظه کارانه کار کند - 12-15 L/m²·h نقطه شیرین است - و نیاز به تمیز کردن قلیایی دوره ای دارد. رسوب زیستی از باکتری های کاهنده سولفات (SRB) مخرب ترین است و یک بیوفیلم را تشکیل می دهد که در برابر روش های معمول CIP مقاومت می کند. دوز شوک دوره ای یک بیوسید غیر اکسید کننده، همراه با یک بیوسید هدفمند عامل پاک کننده اسیدی برای مقیاس و یک پاک کننده قلیایی برای مواد آلی، جریان تراوش نرمال را در 10٪ از خط پایه نگه می دارد. کامل سیستم تصفیه آب RO باید این نقاط تزریق مواد شیمیایی را به صورت استاندارد در بر داشته باشد، نه به عنوان افزودنی های اختیاری.
4. درمان شیمیایی: بازدارنده های رسوب، بیوسیدها و پاک کننده ها
شیمی آب، نه اندازه تجهیزات، اغلب هزینه واقعی تصفیه را تعیین می کند. در آب تولید شده با کلسیم بالا و باریم بالا، یک بازدارنده مقیاس نامناسب میتواند به دوز 50 درصدی بالاتر نیاز داشته باشد - یا به طور کامل از کار بیفتد - که باعث ایجاد لایهای از مقیاس سولفات سخت روی سطوح غشایی میشود که نیاز به تمیز کردن شدید اسیدی دارد و ماهها عمر غشا را کاهش میدهد. انتخاب بیوسید به طور مشابه بر نرخ خوردگی تأثیر می گذارد، به ویژه در خطوط تزریق فولاد کربن که در آن یک اکسید کننده بیش از حد تهاجمی می تواند لوله را سریعتر از باکتری هایی که می کشد، سوراخ کند.
انتخاب بازدارنده مقیاس به شاخص مقیاس بندی بستگی دارد. برای آب تولید شده با سختی بالاتر از 500 میلی گرم در لیتر به عنوان CaCO3 و باریم > 10 میلی گرم در لیتر، مهارکننده های مبتنی بر فسفات در معرض خطر تشکیل لجن فسفات کلسیم در دماهای بالا هستند. کوپلیمرهای کربوکسیله سولفونات و ترکیبات فسفینو کربوکسیلیک اسید، مهار بهتری را در دوز فعال 2 تا 5 میلی گرم در لیتر در محدوده pH وسیع تری ارائه می دهند. میزان دوز (mg/L) را می توان به صورت زیر تخمین زد: دوز = 0.02 × (سختی کل) 0.5 × (غلظت باریم)، با هر دو مقدار بر حسب میلی گرم در لیتر. این فرمول ساده اپراتورها را قبل از آزمایش jar به محدوده صحیح وارد می کند.
کنترل میکروبی SRB و باکتری های تولید کننده اسید (APB) را هدف قرار می دهد. زیستکشهای اکسیدکننده مانند کلر و برم در آبهای تمیز و کم سولفید مؤثر هستند، اما محصولات جانبی ضدعفونی تولید میکنند و در صورت مصرف بیش از حد میتوانند خوردگی حفرهای را تسریع کنند. در مزارع با سطح سولفید بالا، الف بیوسید غیر اکسید کننده مانند آمونیوم ایزوتیازولینون یا گلوتارآلدئید-کواترنری آمونیوم SRB را بدون افزودن اکسیژن به سیستم از بین می برد. بیوسیدهای برم فعال جامد یک حد وسط عملی را ارائه می دهند - آزادسازی کنترل شده برم با پتانسیل خوردگی کمتر نسبت به سفید کننده - و به ویژه در مکان های دورافتاده که جابجایی کلر مایع یک بار ایمنی است، ارزشمند هستند. نظارت بر نرخ خوردگی با کوپن ها یا پروب های مقاومت قطبی خطی، و نگه داشتن خوردگی عمومی زیر 0.1 میلی متر در سال، تأیید می کند که برنامه زیست کش این دارایی را نمی خورد.
5. انطباق با مقررات و استراتژی های استفاده مجدد
چشم انداز نظارتی به شدت بین تزریق در خشکی و تخلیه خارج از ساحل تقسیم می شود. در ایالات متحده، برنامه کنترل تزریق زیرزمینی (UIC) EPA بر چاه های دفع کلاس II نظارت دارد. محرک اصلی یکپارچگی مکانیکی است، نه یک محدودیت روغن خاص. با این حال، مواد جامد معلق و روغن به طور غیرمستقیم از طریق خطر انسداد تشکیل تنظیم می شوند و بسیاری از ایالت ها محدودیت 30 میلی گرم در لیتر کل روغن و گریس را برای تزریق مجدد آب تولیدی اعمال می کنند. در فراساحل، کنوانسیون اروپایی OSPAR الزام میکند که نفت در آب به طور میانگین ماهانه کمتر از 30 میلیگرم در لیتر برای تخلیه آب تولیدی باشد، با هدف 15 میلیگرم در لیتر. در خاورمیانه، تخلیه مایع صفر (ZLD) به طور فزایندهای برای تولید خشکی برای حفظ آب سفرههای زیرزمینی الزامی میشود، که منجر به پذیرش قطارهای تبخیر-بلورسازی بدون در نظر گرفتن هزینه میشود.
| منطقه | روش | محدودیت روغن (میلی گرم در لیتر) | حد TSS (mg/L) | سایر الزامات کلیدی |
|---|---|---|---|---|
| ایالات متحده آمریکا (خشکی، کلاس II UIC) | تزریق چاه عمیق | 30 (محدودیت حالت معمولی) | 50 | تست یکپارچگی مکانیکی، مدیریت NORM |
| اروپا (در خارج از ساحل، OSPAR) | تخلیه دریا | 30 (میانگین ماهانه)، 15 هدف | - | تجزیه و تحلیل روغن پراکنده، آزمایش سمیت |
| خاورمیانه (خشکی) | ZLD یا شارژ آبخوان | تخلیه صفر | تخلیه صفر | کریستالایزر متمرکز کننده آب نمک مورد نیاز است |
استفاده مجدد از آب، انطباق را از یک مرکز هزینه به یک استراتژی تامین تبدیل می کند. آب تولید شده با TDS کمتر از 500 میلی گرم در لیتر می تواند محصولات مقاوم به نمک را در مناطق خشک آبیاری کند. در 1000 تا 3000 میلی گرم در لیتر TDS، می تواند به عنوان آرایش برج خنک کننده در پالایشگاه ها عمل کند یا آب تزریقی را برای افزایش بازیابی روغن فراهم کند. در شوری های بالاتر، می توان از آن برای شکستگی هیدرولیکی استفاده کرد و تقاضای آب شیرین را کاهش داد. طراحی قطار درمانی برای یک هدف استفاده مجدد خاص - به جای زدن یک عدد تخلیه عمومی - اغلب هزینه کل را کاهش می دهد زیرا مراحل پولیش اندازه مناسبی دارند.
6. تجزیه و تحلیل هزینه: انتخاب قطار درمانی مناسب
یک پروژه تصفیه آب 1000 مترمکعبی در روز با دو پیکربندی رایج انجام می شود: تبخیر DAF RO یا DAF MVC. اولی برای TDS متوسط به خوبی کار می کند. دومی بر زمینه های با TDS بالا غالب است. اعداد زیر برای خوراک 100000 میلی گرم در لیتر TDS با 250 میلی گرم در لیتر روغن و 500 میلی گرم در لیتر TSS پس از جداسازی اولیه است. بزرگترین شگفتی برای اپراتورها سرمایه نیست - هزینه مواد شیمیایی به عنوان درصدی از OpEx سالانه است. در یک کارخانه RO، مواد شیمیایی (ضد اسکالانت، بیوسید، پاک کننده ها) به طور معمول 15 تا 25 درصد از هزینه های عملیاتی سالانه را تشکیل می دهند، اما اغلب به عنوان یک آیتم خطی باقی می مانند.
| دسته هزینه | DAF RO (TDS < 40k) | تبخیر DAF MVC |
|---|---|---|
| مخارج سرمایه ای | 1.8 تا 2.4 میلیون دلار | 3.8 تا 5.5 میلیون دلار |
| هزینه انرژی سالانه | 180000 تا 350000 دلار | $450,000 - $900,000 |
| هزینه شیمیایی سالانه | 120000 تا 200000 دلار | 80000 تا 120000 دلار |
| تعویض غشا (تجمعی) | 300000 تا 500000 دلار (بیش از 5 سال) | $0 |
| نگهداری سالانه | 60000 تا 100000 دلار | 90000 تا 150000 دلار |
| کل TCO 5 ساله | 3.1 تا 4.9 میلیون دلار | 7.1 تا 10.6 میلیون دلار |
هزینه های شیمیایی را می توان بهینه کرد. تغییر از یک آنتی اسکالانت فسفونات عمومی به یک کوپلیمر کربوکسیله مناسب می تواند دوز را تا 30 درصد در آب با باریم بالا کاهش دهد. استفاده از بیوسید برم جامد به جای گلوتارآلدئید مایع، حمل و نقل شیمیایی و نگهداری پمپ دوز را کاهش می دهد. در کارخانه های بزرگتر، کاهش 10 درصدی در هزینه مواد شیمیایی به طور مستقیم به حاشیه عملیاتی کاهش می یابد، که اغلب از کل هزینه سالانه یک قرارداد نگهداری پیشگیرانه فراتر می رود.
7. مراحل بعدی برای چالش آب تولید شده شما
تصفیه موثر آب نفت و گاز به ترتیب است: آب را مشخص کنید، استفاده مجدد یا هدف دفع را تعیین کنید، سپس فناوری و مواد شیمیایی را با آن ماتریس خاص مطابقت دهید. بهترین گیاه جهانی وجود ندارد. بهترین کارخانه، کارخانه ای است که در آن پیش تصفیه، غشاء و لغزش های شیمیایی طوری طراحی شده اند که به جای خرید از سه کاتالوگ، به صورت یک واحد کار کنند.
- تجزیه و تحلیل کامل آب - یونهای اصلی، باریم، استرانسیوم، TSS، روغن و گریس، تعداد SRB، و NORM در صورت وجود - را از آزمایشهای آزمایشگاهی مستقل، نه تنها از سیاهههای مربوط به میدان تاریخی، دریافت کنید.
- یک آزمایش jar inhibition scalant و یک آزمایش شبیه ساز رسوب غشایی را با نرخ بازیابی هدف اجرا کنید. هم نوع آنتی اسکالانت و هم دوز آن را تایید کنید.
- قطار درمانی انتخابی را در مقیاس 5 تا 10 مترمکعب در روز برای حداقل 2000 ساعت، از جمله یک چرخه تمیز کردن کامل غشاء، قبل از متعهد شدن به Capex در مقیاس کامل، هدایت کنید.
- در مورد قراردادهای تامین مواد شیمیایی که شامل ممیزی های عملکرد دوره ای و پشتیبانی در محل می شود، مذاکره کنید، نه فقط درام در دروازه.
قطار درمانی یک سیستم زنده است. شیمی آب با افزایش سن مزرعه تغییر می کند - شوری افزایش می یابد، سطح باریم رانش می شود و جمعیت SRB تکامل می یابد. بررسی فصلی دادههای نرمالشده غشاء، کوپنهای خوردگی و شاخصهای مقیاسبندی، کارخانه را از رفتن به حالت اطفای حریق واکنشی باز میدارد. اپراتورهایی که مواد شیمیایی را بهعنوان یک تصمیم کلیدی مهندسی، نه خرید کالا، در نظر میگیرند، بهطور مداوم هزینههای انتقال آب به ازای هر بشکه را در طول عمر میدان کاهش میدهند.
