Пластовая вода, образующаяся при нефтяной и газовой добыче (ПВ), представляет собой мощный поток сточных вод (рассолов), который поднимается из пластов, содержащих углеводороды. Пластовая вода, это смесь морской или пресной воды, которая в течение миллионов лет находилась под углеводородами в пористой пластовой среде; инжекционной воды, небольшого объема сконденсировавшейся воды от добычи газа и остатков реагентов для обработки, которые были добавлены для обеспечения эффективности операций гидроразрыва пласта. На газовых месторождениях закачка воды не используется, что означает, что ПВ на газовом месторождении представляет собой смесь пластовой воды и конденсированной воды. Следовательно, объем ПВ из газового месторождения меньше, чем из нефтяных месторождений. Кроме того, кислотность ПВ из газового месторождения выше, чем из нефтяного месторождения, и это может быть связано с растворенными кислыми газами CO 2 и H 2 S, которые содержатся в газовых месторождениях. Проблемы, связанные с очисткой пластовых вод, становятся все более актуальными. На рисунке 1 представлены практически значимые работы, вошедшие в обзоры по теме «Последние достижения в области технологии очистки воды, полученной из нефти и газа, для устойчивой энергетики — механические аспекты и перспективы технологической химии» (2020).
Поскольку пластовые воды содержат большое количество нежелательных или опасных для природы и человека веществ, вопросы обработки такой воды должны решаться с учетом нормативного регулирования при сбросах воды в природные водоемы или с учетом требований к обработанной воде при ее повторном использовании. Отдельной актуальной задачей является использование ПВ в качестве сырьевого источника для выделения из воды ценных металлов, содержание которых зависит от географического положения и геологического состояния нефтяных и газовых промыслов.
Объемы пластовых вод. Ежедневно глобальный объем пластовых вод при добыче нефти составляет около 250 млн. баррелей (около 40 млн. м3), при этом объем самой нефти составляет около 80 млн. баррелей (около 13 млн. м3).
Объем ПВ зависит от возраста скважин, географического положения, истории месторождения и особенностей применяемой технологии добычи.
Состав пластовых вод. Состав ПВ сложен, в него входят:
— растворенная нефть;
— растворенные углеводороды;
— растворенные газы, в частности сероводород и углекислый газ;
— органические кислоты;
— фенолы;
— металлы;
— стойкие нежелательные соединения,
Эти нежелательные растворенные компоненты нефти содержат широкий спектр стойких органических соединений, таких как бензол, толуол, этилбензол, ксилол, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), фенолы, органические кислоты, парафины, поверхностно-активные вещества, биоциды.
Содержание металлов в пластовых водах нефтяных месторождение (по данным зарубежных источников)
| Металлы | Концентрация, мг/дм3 |
| Ca | 18 — 132 687 |
| Na | 316 — 134 652 |
| K | 8,6 — 14 649 |
| Mg | 4 — 18 145 |
| Fe | < 0,1 — 100 |
| Al | 310 — 410 |
| B | 5 -95 |
| Ba | 0 — 22 400 |
| Cd | < 0,005 — 0,2 |
| Cr | 0,02 — 1,1 |
| Cu | < 0,002 — 1,5 |
| Li | 3 — 50 |
| Mn | < 0,004 — 175 |
| Ni | < 1 — 9,2 |
| Pb | 0,002 — 8,8 |
| Sr | 0,02 — 1 000 |
| Ti | < 0,005 — 0,3 |
| Hg | < 0,001 — 0,15 |
| Ag | < 0,001 — 0,002 |
| Be | 0,001 — 0,004 |
Технологии обработки пластовых вод
Технология очистки пластовых вод должна быть комплексной, обеспечивающей максимальную эффективность при минимальных энергетических затратах и отвечающей регуляторным нормативным требованиям по утилизации воды, ее повторному использованию или требованиям дальнейшей переработки с целью выделения целевых элементов или соединений. На рисунке представлена обобщенная блок-схема, представленная в одном из иностранных обзоров.
Базовые технологии
Технологический процесс выделения целевых элементов из платовых вод должен включать несколько стандарных методов, позволяющих:
— подготовить пластовую воду к эффективному разделения воды и нефти;
— произвести разделение воды и нефти;
— удалить из воды растворенные органические соединения, препятствующие дальнейшему процессу выделения целевых элементов;
— произвести физико-химическое выделение целевых элекментов.
Упрощенная блок-схема обработки пластовой воды с целью выделения целевых элементов представлена на рисунке 5.
Технологический процесс выделения целевых элементов включает:
— блок предварительной обработки на основе магнитного сепаратора;
— нефтеотделитель;
— систему окисления и деструкции растворенных в воде органических зангрязнений на базе TEOD-реакторов;
— блок физико-химического выделения целевого элемента/тов.
Очищенная в процессе выделения целевого элемента вода может быть напарвлена потребителю.
В том случае, когда использованная платовая воды будет отводится в огружающую среду, ее параметры должны удовлетворять следующим требованиям:
-для сброса в поверхностные воды или на грунт:
o Общее содержание углеводородов: 10 мг/л
o pH: 6 – 9
o БПК: 25 мг/л
o ХПК: 125 мг/л
o Общее содержание взвешенных твёрдых частиц: 35 мг/л
o Фенолы: 0.5 мг/л
o Сульфиды: 1 мг/л
o Тяжелые металлы (всего)a: 5 мг/л
o Хлориды: 600 мг/л (в среднем), 1200 мг/л (максимум)
- Технология предварительной очистки воды на основе магнитного сепаратора
Процесс обработки осуществляется при избыточном давлении не более 2,0 Бар. и температуре до 100 C. В качестве основного реакционного компонента используется специально подготовленная водная ферромагнитная жидкость. Подготовка водной ферромагнитной жидкости с магнитными и суперпарамагнитными наночастицами производится в специальном блоке одновременно с технологическим процессом. Данная водная ферромагнитная жидкость в сочетании с присутствующими в ней наночастицами представляет собой уникальный, искусственно полученный материал. Используемая при обработке техническая вода, ферромагнитные частицы, а также компонент защелачивания (NaOH) очищаются, реактивируются и возвращаются в процесс, за исключением стандартных технических потерь.
- Технология очистки воды на основе нефтеотделителей
Технология очистки воды от нефти основана на гравитационном разделении легких нефтепродуктов от воды. После разделения очищенная от воды нефть направляется на дальнейшую транспортировку потребителю. В воде остаются нефтепродукты с концентрацией не превышающей 25 мг/дм3 и растворенные и органические соединения в водном растворе. Совокупное содержание органики в воде после нефтеотделителя должно быть на уровне 100 – 300 мг/дм3основана на гравитационном разделении воды и нефти
- Технология интенсивного окисления (TEOD — Technology of Effectiv Oxidation and Destruction)
Использование окислительных модулей с TEOD-реакторами на ультрафиолетовых лампах мощностью 12 кВт и широким спектром излучения от 200 нм до 450 нм
- Задача по очистке сточных вод нефтяных и газовых месторождения актуальна с экологической и экономической точек зрения
- Конкретная постановка задачи зависит от содержания целевых элементов конкретных месторождений
- Технологические методы существуют и опробованы
- Необходимые технологии по выделению целевых элементов доступны.
- При использовании методов очистки стоков от нефтепродуктов и методов окисления органики в воде (TEOD-технология) возможна разработка конкурентного технологического процесса очистки стоков нефтяных и газовых месторождений и выделения целевых элементов, имеющего экологическую и экономическую значимость.