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Apr 02, 2024

Eine Neubewertung der Rolle von kolloidalem Eisen im produzierten Wasser aus Schieferabbau – Ein Überblick über Felddaten und Literatur (Teil B)

Dieses Papier ist Teil B einer zweiteiligen Serie. Teil A enthält eine Einführung, Hintergrundchemie von Eisen und Eisenoxiden in produziertem Wasser, die Herkunft von Eisen in Schieferwasser und die Messung von

Dieses Papier ist Teil B einer zweiteiligen Serie. Teil A umfasst eine Einführung, Hintergrundchemie von Eisen und Eisenoxiden in produziertem Wasser, die Herkunft von Eisen in aus Schiefer produziertem Wasser, die Messung von Eisen in produziertem Wasser und Feldbeobachtungen von Eisen in aus Schiefer produziertem Wasser.

Teil B befasst sich mit durch Eisen verursachten Anlagenproblemen, durch Eisen verursachten Injektivitätsproblemen und der Linderung kolloidaler Eisenprobleme. Die Zusammenfassung von Teil A ist enthalten, und der Abschnitt „Schlussfolgerungen“ von Teil B befasst sich mit beiden Papieren.

In diesem Artikel werden die Eigenschaften von Eisenverbindungen (wie Eisenoxide, Eisenhydroxide und Eisensulfide) und ihre Auswirkungen auf die Wasseraufbereitung aus Schieferwasser untersucht, wobei der Schwerpunkt auf der kolloidalen Form dieser Verbindungen liegt (kleine Partikelgröße, hohe Oberflächenladung). Mit diesen Verbindungen im Produktionswasser ist eine Vielzahl von Problemen verbunden, darunter Emulsionsstabilisierung, ölbeschichtete Feststoffe, Belagbildung in Separatoren, Feststoffe in Rohrleitungen und Verstopfung von Wasserentsorgungsformationen. Bei der konventionellen Öl- und Gasförderung sind die Rolle von Eisen und die Strategien zur Eindämmung dieser Probleme hinreichend bekannt.

In der aufstrebenden Schieferindustrie ist die Situation ganz anders. Nicht nur sind die Eisenkonzentrationen deutlich höher als in konventionell hergestelltem Wasser, auch die kolloidalen Eigenschaften von Eisenverbindungen werden nur von einer Handvoll Spezialisten erkannt. Darüber hinaus sind im produzierten Wasser auch andere kolloidale Partikel wie Ton und Schluff in hohen Konzentrationen vorhanden. Die Aufbereitung von produziertem Wasser zur Entfernung von Feststoffen im permischen Schiefer produzierten Wasser ist eher ein Glücksfall.

Zu dieser Erkenntnis kamen wir vor ein paar Jahren, als wir Formationsverstopfungen in Entsorgungsbrunnen im Perm testeten. Dies war unser erster Ausflug in die Eigenschaften von produziertem Wasser im Perm. Wir haben die Qualität des produzierten Wassers für etwa ein Dutzend Felder gemessen, bei denen die Injektivität abgenommen hatte. In neun dieser Felder enthielt das produzierte Wasser hohe Konzentrationen an kleinen Partikeln, einen zähen Biofilm in den Abscheidern und eine Filterkuchenbildung mit geringer Permeabilität gemäß dem Barkman-Davidson-Test. Es dauerte fast ein Jahr, die eisenbezogenen Mechanismen zu verifizieren, da Daten und Wissen über die Eigenschaften des produzierten Wassers im Perm rar sind. Dieser Artikel versucht, die Situation zu verbessern, indem er das Wissen über kolloidales Eisen in produziertem Wasser zusammenfasst. Letztlich hofft man, dass diese Arbeit bei der Entwicklung neuer kosteneffektiver Behandlungsstrategien für die Wiederverwendung und/oder Injektion zur Entsorgung von produziertem Wasser helfen wird.

Im Allgemeinen besteht eine der wirksamsten Möglichkeiten zur Beseitigung von Problemen im Zusammenhang mit schwebenden Eisenpartikeln darin, das Eindringen von Luft in die Anlagen zu verhindern. Durch die Eliminierung von Sauerstoff bleibt das gelöste Eisen im produzierten Wasser gelöst und verursacht keine Verstopfungen und andere Probleme. Diese Strategie wird häufig in konventionellen Kohlenwasserstoffanlagen eingesetzt.

Beispielsweise kam es in der Chevron Kern River-Anlage in Bakersfield, Kalifornien, zu Korrosionsproblemen und Schwierigkeiten beim Erreichen der Öl- und Wasserziele für Durchlaufdampferzeugerkessel bei der Schwerölförderung. Es wurde ein zweijähriges Projekt durchgeführt, um die Anlagen zu modernisieren, um das Eindringen von Luft an Flanschen, Pumpen und Gasüberlagerungssystemen zu verhindern und Luftüberlagerungssysteme durch Gasüberlagerungssysteme zu ersetzen. Durch die Eliminierung des Eindringens von Luft sanken die Korrosionsraten von durchschnittlich mehreren Mil pro Jahr auf weniger als eins. Dadurch wurde die Eisenquelle in den Anlagen reduziert und die Bildung eisenstabilisierter Schwerölbestandteile, einschließlich öliger Feststoffe, verringert. Die Entfernung von Öl aus dem produzierten Wasser wurde verbessert.

Mehrere Beispiele sind von Shell-Anlagen im Golf von Mexiko erhältlich, wo mehrstufige horizontale Flotation unter Verwendung druckloser Wemco-Einheiten zum Einsatz kommt. Diese Flotationseinheiten verfügen über Gummidichtungen, die gelegentlich ausgetauscht werden müssen, um eine gute Abdichtung gegen das Eindringen von Luft zu gewährleisten. Wenn die Wemco-Einheiten renoviert und neue Dichtungen eingebaut werden, wird das Eindringen von Luft und damit die Eisenausfällung reduziert und das Auftreten von Glanz und Ausblühungen verringert.

Es ist im Allgemeinen nicht praktikabel, Sauerstoff aus dem Wasser zu entfernen, das für die hydraulische Frakturierung von permischem Schiefer verwendet wird. Die Wassermengen sind zu groß. Das sauerstoffarme Wasser müsste in einer sauerstofffreien Umgebung gelagert werden. Somit enthält die hydraulische Frakturierungsflüssigkeit Sauerstoff und der anfängliche Rückfluss enthält oxidiertes Eisen. Darüber hinaus gibt es in den meisten Schieferölanlagen keinen Versuch, Sauerstoff in der Öl-/Förderwasser-Trennanlage zu eliminieren. Die allgemeine Regel besteht darin, Waffenrohre und Lagertanks mit Luft statt mit Gas zu bedecken.

Wenn gelöstes Eisen zunächst oxidiert, bildet es Flocken aus Eisenoxyhydroxiden. Zusätzlich zu den Eisenflocken können sich durch die Wechselwirkung zwischen Eisen und EPS (extrazelluläre polymere Substanzen) verschiedene gelartige, emulgierte und vernetzte Verbindungen bilden. Bakterielles EPS ist Teil des sessilen biologischen Lebensraums, der in Kohlenwasserstoffverarbeitungsanlagen wächst. Eisen/EPS-Komplexe können Probleme in der Öl/Wasser-Trennanlage verursachen, wenn sie sich als Polster oder Matte an der Öl-Wasser-Grenzfläche des Waffenlaufseparators oder der Lagertanks ansammeln. In herkömmlichen Anlagen stellt die Installation einer „Schnittstellenentlüftung“ ein wirksames Werkzeug für die Bediener dar, um die Schnittstelle regelmäßig zu entleeren, um das Pad zu entfernen (Walsh 2019). Wenn dies nicht geschieht, neigt das Pad dazu, sich zu „festsetzen“ (zu verhärten). Dies geschieht, wenn das Eisen stärker oxidiert wird und sich von einem weichen, flockigen, flocken- oder gelartigen Material zu einem stark EPS-vernetzten, härteren und zäheren Material verändert.

Eisenverbindungen spielen bei Problemen mit der Injektivität und Formationsschädigung sowohl bei Entsorgungsbrunnen als auch bei Wiederverwendungsanwendungen eine Rolle. Eine der wichtigen Erkenntnisse ist, dass Größenausschlussregeln, die zur Vorhersage von Porenhalsverstopfungen verwendet werden, keine genauen Prädiktoren für kolloidale Eisenpartikel in Schieferabbaugebieten sind. Gemäß den anerkannten Größenausschlussregeln sollten kleine Partikel „nicht verbrückend“ sein. Mit anderen Worten: Partikel, die im Vergleich zum Porenhalsdurchmesser der Formation klein sind, sollten nicht in der Lage sein, eine Brücke über den Porenhals zu bilden. Die betriebliche Erfahrung zeigt jedoch, dass dies der Fall ist. Daher unterliegen kolloidale Partikel nicht den Größenausschlussregeln.

Ein Blick auf den Ursprung der Größenausschlussregeln erleichtert das Verständnis der Situation. Im Jahr 1989 führten Pautz und Crocker Sandpackungsstudien durch, bei denen die Sandkorngröße und der Schadstoffpartikeldurchmesser systematisch variiert wurden. Durch die Variation dieser beiden Variablen wurden indirekt auch Porendurchmesser und Permeabilität variiert. In Abb. 1 ist der Porendurchmesser gegen die Formationspermeabilität aufgetragen.

Von etwa 1994 bis 2000 haben Bennion et al. (1998, 2000, 1994) definierten Mechanismen zur Beeinträchtigung von Injektionsbrunnen und stellten Richtlinien zur Verhinderung von Beeinträchtigungen sowie Strategien zur Minderung von Beeinträchtigungen bereit, wenn diese dennoch auftreten. Bei der Bereitstellung eines derart umfassenden Leitfadens wurde jedoch ein wichtiges Detail übersehen.

In Abb. 2 zeigen Bennion et al. (1998, 2000, 1994) behaupten, dass kleine Partikel (sogenannte „nicht verbrückende Feststoffe“) keine Verstopfung verursachen. Der Größenausschluss ist der einzige berücksichtigte Mechanismus. Diese Ansicht ignoriert eine Vielzahl von Arbeiten, die zeigen, dass kolloidale Partikel, die kleiner als 1/10 des Porenhalsdurchmessers sind, aufgrund der Oberflächenladung, der Lösungschemie, der Brownschen Bewegung und der Van-der-Waals-Kräfte, die bei kolloidalen Partikeln auftreten, zu Verstopfungen führen können. Darüber hinaus wurden auch die Auswirkungen der Ölbenetzung der Partikel und ihres Transports durch das poröse Medium nicht berücksichtigt. Beide Faktoren müssen für den Transport von produziertem Wasser durch poröse Medien im Schieferabbau berücksichtigt werden. Angesichts dieser Überlegungen sind Größenausschlussregeln möglicherweise nicht anwendbar, um den Rückgang der Injektivität der Salzwasserentsorgungsbrunnen (SWD) vorherzusagen, in denen kolloidale Partikel vorhanden sind. Das Problem besteht darin, dass die Bennion-Ansicht, die 20 bis 25 Jahre alt ist, immer noch in der Entwurfsarbeit angewendet und in der Öl- und Gasliteratur zitiert wird.

Eine vereinfachte Sicht auf kolloidale Eisenpartikel wäre, dass sie „klebrig“ sein können. Sie haften am Formationsgestein und aneinander. Bei einem Injektionsschema können sich kolloidale Eisenpartikel im Laufe der Zeit ansammeln und Poren im Formationsgestein verstopfen, obwohl sie gemäß den Größenausschlussregeln als nicht verbrückende Feststoffe gelten würden. Eisenoxyhydroxide, Eisensulfid und Tonpartikel sind häufige Beispiele für kolloidale Materialien in produziertem Wasser. Ihre Auswirkungen auf die Beeinträchtigung von Injektionsbohrungen müssen in einem frühen Stadium der Feldentwicklung ermittelt werden, um kostspielige und häufige Stimulations- und Sanierungsmaßnahmen zu vermeiden.

Wenn Eisen zunächst oxidiert, bildet es Flocken aus Eisenoxyhydroxiden. Diese Flocken haben meist eine orange Farbe und neigen dazu, Gasblasen einzufangen, wodurch sie auf dem Wasser schwimmen. Sie sind im Perm allgegenwärtig. Das Flockenmaterial kann nicht durch Filtration entfernt werden, da der Filter schnell verstopft. Es wurde festgestellt, dass die Flotation mit gelöstem Gas einigermaßen gut funktioniert. Wenn dieses Flockenmaterial in das Injektionsloch fließen kann, führt dies letztendlich zu einer Beeinträchtigung, auch wenn die Partikel klein sind. Wie unten erläutert, ist dies eine Folge der kolloidalen Eigenschaften der Flocken. Wenn es zu einer Beeinträchtigung kommt, ordnet der Hersteller einen Säureauftrag an. Für die SWD-Bohrlöcher im Perm-Becken liegen vielfältige Betriebserfahrungen vor. Einige Brunnen erfordern keine häufige Sanierung, um die Injektivität aufrechtzuerhalten. Andere Brunnen erfordern alle ein bis zwei Monate eine Säurebehandlung. Beachten Sie, dass bei den meisten Wasserentsorgungsvorgängen die Injektion bei oder über dem Bruchdruck des Reservoirs erfolgt.

Eine typische Säurearbeit (Brunnensanierung) dauert nur wenige Stunden und ist relativ kostengünstig. Es sollte jedoch betont werden, dass die tatsächlichen Kosten einer Sanierungsmaßnahme die Kosten umfassen müssen, die mit der Bewirtschaftung des produzierten Wassers während der Zeit verbunden sind, in der der Brunnen zur Aufbereitung geschlossen ist

Ähnliche Effekte wurden bei Wasserfluteinsätzen beobachtet. Potter und Dibble (1985) veröffentlichten eine Studie über den Einfluss kolloidaler Eisenpartikel auf die Injektivität von Wasserfluten. Die Verstopfung des Porenhalses durch kleine Eisenpartikel folgte dem erwarteten Verstopfungsverhalten von kolloidalen Partikeln und nicht von neutralen Partikeln, die sich gemäß Größenausschluss verhalten.

Von 1985 bis 2000 präsentierten Sharma und Mitarbeiter (Pang und Sharma 1995, 1997; Sharma et al. 1997, 2000; Iwasaki 1937; van Oort 1993; Sharma et al. 1985; Sharma Yortsos 1987) ein mathematisches Modell für Injektivität, das explizit berücksichtigt Berücksichtigung des kolloidalen Partikelverhaltens. Das Modell wurde entwickelt, um Injektivitätsprobleme in einer Wasserflut zu erklären (Sharma et al. 1997). Das Modell könnte Feldbeobachtungen erklären, bei denen sich die Schadstoffpartikel im eingespritzten Wasser wie kolloidale Partikel verhielten (oberflächengeladen und sehr fein, 2 bis 3 Mikrometer oder weniger). Die Anlage war vor Sharmas Arbeit auf der Grundlage von Größenausschlüssen konzipiert worden. Es kam zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten.

Mithilfe von Laborexperimenten konnten die beteiligten Beeinträchtigungsmechanismen ermittelt werden. Kuhnen et al. (2000) veröffentlichten eine Studie zum Transport und zur Ablagerung von Eisenoxidpartikeln in einer Säulensandpackung. Die Sandkörner waren mehr als 2.400 Mal größer als die Schadstoffpartikel. In einem solchen System hätte der Größenausschluss im Wesentlichen keine Rückhaltung von Eisenoxidpartikeln und keine Verstopfung der Sandpackung vorhergesagt.

Stattdessen führten, wie in Abb. 3 dargestellt, starke kolloidale Kräfte zu einer schnellen Verstopfung, abhängig von der kolloidalen Beschaffenheit des eingespritzten Wassers. Dies zeigt sich beispielsweise am Verhalten der offenen Dreiecke. Die horizontale Ausrichtung der offenen Dreiecke weist darauf hin, dass die Partikel nahezu vollständig zurückgehalten wurden. Dies würde schließlich zu Formationsschäden führen.

Es gibt verschiedene etablierte Methoden, mit denen festgestellt werden kann, ob kolloidale Partikel vorhanden sind. Zunächst kann die Partikelgrößenverteilung gemessen werden. Zu den Techniken gehören optische Mikroskopie und Tischmessungen wie die Verwendung eines Coulter-Zählers. Es können auch Inline-Geräte verwendet werden, die von Canty, Jorin, Advanced Sensors usw. geliefert werden. Sobald die Größe ermittelt wurde, kann die Filtration mit einem Millipore-Filter gemessen werden, um die Durchlässigkeit des Filterkuchens zu bestimmen. Barkman und Davidson stellen eine Standardtestmethode bereit, die problemlos im Feld durchgeführt werden kann. Aus kolloidalen Partikeln gebildete Filterkuchen sind typischerweise sehr dicht und nicht porös. Es stehen mobile Kernflut- und Sandpack-Testgeräte zur Verfügung. Wenn diese Tests durchgeführt werden, können verschiedene Stufen der Wasseraufbereitung bewertet werden, um die erforderliche Mindestqualitätsspezifikation für die Wasseraufbereitung zu bestimmen. Sobald die Möglichkeit einer Beeinträchtigung durch kleine Partikel erkannt wird, stehen zahlreiche Informationen zur Verfügung.

Eine Erkenntnis ist, dass Größenausschlussregeln für nichtkolloidale Partikel gut funktionieren, aber wenn die Partikel klein sind, ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen und eine erhebliche Oberflächenladung aufweisen, kann es leicht zu Verstopfungen kommen. Wie bereits erwähnt, kann diese Situation sowohl bei der Wasserentsorgung als auch bei Überschwemmungen zu Problemen führen. Im letzteren Fall besteht die Gefahr einer Beschädigung einer kohlenwasserstoffhaltigen Formation, was ein sehr kostspieliges Problem sein kann. Die meisten Eisenverbindungen bilden kolloidale Niederschläge. Hierzu zählen die Eisenhydroxide und Eisensulfid. Diese Verbindungen wurden zusammen mit Ton in relativ hohen Konzentrationen im aus Schiefer geförderten Wasser gefunden, was zu Schäden am Entsorgungsbrunnen führen kann.

Bisher lag der Schwerpunkt der Diskussion auf Wasser, das suspendierte Feststoffe enthält, die wassernass sind, ohne dass Öl auf der Partikeloberfläche vorhanden ist. Ein Beispiel hierfür ist eine Meerwasserflut, die suspendierte Ton-, Schlick- und Eisenpartikel enthält. Beispiele hierfür sind auch Korrosionsprodukte wie Eisenhydroxide und Eisensulfid. Bei der Reinjektion von produziertem Wasser kann es zur Agglomeration von Partikeln kommen, die durch klebrige Ölflecken zusammengehalten werden. Schieferformationen produzieren tendenziell eher leichtes Öl als Öle, die Asphalten und Harze enthalten, die dazu neigen, klebrig zu sein. Dennoch können auch bei der Schieferproduktion Agglomerate entstehen, die schwere Schäden in der Formation verursachen können. Es ist schwierig, genau vorherzusagen, wann dies der Fall sein wird. In solchen Fällen sind in der Regel Kernflutexperimente und Pilotstudien erforderlich, bevor der Entwurf endgültig festgelegt wird. Sobald die Produktion beginnt, kann eine chemische Behandlung (Netzmittel, Asphaltinhibitoren) erforderlich sein, die teuer sein kann.

Eine der Qualitätsspezifikationen des Zusatzwassers für die hydraulische Frakturierung ist die Entfernung des gesamten Eisens. Bei der hydraulischen Frakturierung mit Slickwater ist die Entfernung von Eisen erforderlich, um eine Zersetzung des Polymers zu verhindern. Sharma und Bjornen (2018) diskutieren verschiedene Methoden zur Entfernung von Eisen im Rückfluss- und Produktionswasser. Ein wirksames Verfahren besteht darin, das Eisen mithilfe eines Oxidationsmittels wie Wasserstoffperoxid, Ozon oder hypochloriger Säure auszufällen und zu entfernen. Zur Entfernung der Eisenflocken kann dann eine Klär-/Flotationsanlage eingesetzt werden.

Einige Abhilfemaßnahmen wurden bereits besprochen. Einige Betreiber haben Probleme mit der Öl/Wasser-Schnittstelle. Wie oben erwähnt, besteht in erster Linie die Notwendigkeit, strenge mikrobiologische Kontrollstrategien anzuwenden, um die Produktion von EPS und die Korrosion zu reduzieren. Die Bediener injizieren etwas Mineralsäure wie HCl oben in den Waffenlaufabscheider. Die Säure löst einen Teil des Eisens und hilft, das Polster aufzubrechen. Auch das Anheben der Schnittstelle, das Herausdrücken des Polsters aus der Oberseite des Waffenlaufs und das „Rollen“ des Inhalts sind Möglichkeiten, das Problem zu lösen. Das Entleeren der Schnittstelle mithilfe einer Schnittstellenentlüftung funktioniert gut. Das häufige Entfernen dieses Materials erleichtert die Leistung der Öl-/Wasser-Trennanlage erheblich. Der Einsatz von aromatischen Lösungsmitteln, gegenseitigen Lösungsmitteln und Chelatbildnern funktioniert ebenfalls gut, kann jedoch etwas teuer sein. Solugen Inc. hat Chelatbildner auf Basis natürlicher Produkte zu reduzierten Kosten entwickelt.

Zur Beseitigung von Eisenproblemen stehen ausgefeilte chemische Ansätze zur Verfügung. In einer frühen Studie zeigte Crowe (1985), dass Zitronensäure, EDTA (Ethylendiamintetraessigsäure) und NTA (Nitrilotriessigsäure) bei hohen Temperaturen bis zu 3.000 mg/L Fe+3 in verbrauchter Säure halten können. Chelatisiertes Eisen verhält sich wie gelöstes Eisen und verstopft die Porenräume nicht. Chelatbildende Chemikalien sind zwar sehr wirksam bei der Aufnahme und Bindung von Eisen, sie sind jedoch teuer und eignen sich vor allem für die eisenreiche Umgebung einer Bohrlochsäuerung.

Es ist schwierig, die Anzahl der Brunnen/Anlagen, die mit EPS/Eisenmatrix kontaminiert sind, genau abzuschätzen. Serviceunternehmen berichten, dass das EPS/Eisen-Material eine Öl-in-Wasser-Emulsion bildet, die sich durch eine Mineralsäurebehandlung nicht reinigen lässt. Kombinationen aus organischen Lösungsmitteln, Tensiden, in Stufen mit Chlordioxid, Hypochlorit oder anderen oxidativen Chemikalien können bei der Entfernung dieser Emulsion wirksam sein. Es können auch Kombinationen oxidativer Chemikalien zusammen mit Tensiden verwendet werden. Diese Behandlungen sind teurer als Säurebehandlungen. Wenn mehrere Stufen erforderlich sind, erfordern diese auch eine längere Abschaltzeit. Dennoch sind sie in der Regel in der Lage, die Injektivität bei reduziertem Injektionsdruck wiederherzustellen und bleiben bis zu 6 Monate oder länger wirksam.

Einige selektive Erkenntnisse können aus anderen problematischen Produktionsregionen wie Westkanada importiert werden. Als primäre Verstopfungsmechanismen werden hauptsächlich kolloidales Eisen und kolloidales Paraffinwachs identifiziert. Slickwater-Fracking-Programme, bei denen recycelte Produktionssole verwendet wird, enthalten häufig eine bestimmte Menge an korrosionsbasiertem Eisen. Bei der Handhabung und dem Pumpen von Stützmittel aus Tanks und durch Rohrleitungen während des Fracking-Prozesses wird durch Abrieb unbeabsichtigt eine große Menge Eisen aufgenommen. Da einige Solen sauer sind und typischerweise einen pH-Wert von 5,5 bis 6,8 haben, kehrt ein Großteil dieses korrosionsbasierten Eisens beim Frack-Flowback an die Oberfläche zurück. Ölfeuchte Eisenfeststoffe verursachen zusammen mit Silikaten und Salz graue, wachsartige Emulsionen, die Klumpen bilden und eine Vielzahl von Phasentrennungsproblemen verursachen. In Gegenwart von Sauerstoff fallen Verbindungen wie Eisenoxyhydroxide, Eisenoxide und Eisensulfide (in sauren Systemen) aus und beginnen aus der Lösung herauszufallen (oder werden mit organischen Ablagerungen wie Maltenharzen und/oder Paraffinwachs gebunden). die Oberflächenschlämme bilden können. Eine Kombination aus kolloidalem Eisen und Wachs in einer elektrokinetisch stabilisierten Suspension kann in Salzlösung (oft durch Beutelfilter in Mikrometergröße) in das Injektionsleitungssystem transportiert werden. Bei anschließender Abkühlung und Druckänderungen beginnt diese kolloidale Suspension zu aggregieren und bildet größere Niederschläge, die sich in der Pipeline ablagern und/oder in Entsorgungsbrunnen zu Schäden an der Bohrlochhaut führen können. VerdeChem Technologies hat mehrere maßgeschneiderte Antifoulant-Chemikalien entwickelt, um die schädlichen Auswirkungen dieser kolloidalen Suspensionen wirksam zu behandeln und abzuschwächen (siehe Produktbeschreibungen und Fallgeschichten unter www.verdechem.com). Durch die kontinuierliche Injektion von SCi7775 (Antifouling-Chemie) und CD100i oder CD235i (Lösungsmittel/Dispergiermittel für Paraffinwachs) konnten die oft hohen Betriebskosten, die mit häufigen Filterwechseln, Anlagenstörungen/-abschaltungen und den damit verbundenen Transportkosten verbunden sind, kosteneffektiv gesenkt werden.

Diese Überprüfung von Felddaten und Labordaten zur Kolloidchemie demonstriert und verknüpft mehrere wichtige Konzepte, die die Rolle von kolloidalem Eisen bei der Bewirtschaftung des produzierten Wassers betreffen, insbesondere in Schieferfeldern, in denen der Eisengehalt normalerweise hoch ist. Die Schieferfelddaten sind einigermaßen aktuell. Die Labordaten, die das Verhalten von kolloidalem Eisen definieren, sind Jahrzehnte alt. Daher besteht eines der erhofften Ergebnisse dieses Artikels darin, diese parallelen Ideen miteinander zu verbinden.

Das wichtigste diskutierte Konzept ist die Rolle von Eisen bei der Porenblockierung und Formationsschädigung, obwohl suspendierte Eisenpartikel typischerweise viel kleiner sind als die durch Größenausschlussregeln festgelegten Grenzwerte. Frisch ausgefälltes Eisen besteht typischerweise aus kolloidalen Partikeln (klein und oberflächengeladen), die sich an Porenwänden festsetzen und sich mit der Zeit ansammeln können.

Die wichtigsten Schlussfolgerungen aus dieser Studie zu Eisen in Schieferwasser sind nachstehend zusammengefasst.

Zur weiteren Lektüre

Eine Neubewertung der Rolle von kolloidalem Eisen in produziertem Wasser aus Schieferbetrieben – Eine Überprüfung von Felddaten und Literatur (Teil A), JM Walsh und KM Bansal, JPT, Öl- und Gasanlagen.

JM Walsh, Produced Water, Band 1: Fundamentals, IngramSpark Pub. (2019).

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DB Bennion, FB Thomas, D. Imer, T. Ma, „Water Quality Considerations Resulting in the Impaired Injectivity of Water Injection and Disposal Wells“, PETSOC-2000-067, Vortrag gehalten auf der Canadian International Petroleum Conference, Calgary (2000) . https://doi.org/10.2118/2000-067

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MM Sharma, S. Pang, KE Wennberg, L. Morgenthaler, „Injectivity Decline in Water Injection Wells: An Offshore Gulf of Mexico Case Study“, SPE 38180, Vortrag gehalten auf der SPE European Formation Damage Conference, Den Haag (1997). https://doi.org/10.2118/38180-MS

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John Walsh, PhD, SPE, ist seit mehr als 30 Jahren als Wasserspezialist für die vorgelagerte Öl- und Gasindustrie tätig. Er hat kürzlich ein Buch mit dem Titel Produced Water veröffentlicht. Derzeit ist er leitender Technologe für Worley, Advisian. Zuvor war er Direktor für Forschung und Entwicklung bei CETCO Energy Services. Im Jahr 2010 zog er sich von Royal Dutch Shell zurück, wo er 21 Jahre lang tätig war. Er war der globale Experte für das Thema Upstream-Wasser. Bis vor Kurzem war er Präsident der Produced Water Society. Er war Mitglied des SPE-Vorstands und ist designierter Dozent für SPE-Kurse. Er hat einen Doktortitel in Chemieingenieurwesen von der Johns Hopkins University. Er ist unter [email protected] erreichbar.

Kris M. Bansal, PhD, SPE, verfügt über Fachwissen in der Entwicklung optimaler technischer Lösungen, die eine Systemintegration und Schnittstelle mit mehreren Disziplinen von der Lagerstätte bis zu den Topsides im vorgelagerten Öl- und Gasbetrieb erfordern. Nach 30 Dienstjahren ging er kürzlich als Engineering Fellow von ConocoPhillips in den Ruhestand, wo er als globaler Fachexperte im Upstream-Wassermanagement tätig war. Er unterrichtete Wasserflutschulen und hielt Problemlösungsseminare für den Technologietransfer in den Betrieb und die Technik ab. Bevor er zu ConocoPhillips kam, verbrachte Bansal sechs Jahre bei Saudi Aramco im Bereich Betriebstechnik, drei Jahre in der Aktivkohleforschung bei Calgon und acht Jahre in der akademischen Forschung. Er hat SPE-Kurse zum Wassermanagement im Schieferabbau unterrichtet. Er hat einen Master- und Ph.D.-Abschluss in physikalischer Chemie sowie einen Master-Abschluss in Chemieingenieurwesen. Er kann unter [email protected] erreicht werden.