一項頁巖油氣開發(fā)環(huán)保新技術(shù)——移動式膜分離技術(shù)提供高容量水循環(huán)利用
對于頁巖勘探開發(fā)來說，目前在水處理工具組合中可以安裝一個新的現(xiàn)場應(yīng)用工具，其主要是利用振動膜分離技術(shù)對廢水進行過濾回收。
據(jù)估計顯示，每生產(chǎn)一桶非常規(guī)油氣，就需要多達20桶的水，解決多井頁巖資源所需大量水的問題，是當前陸上頁巖開采作業(yè)者面臨最具挑戰(zhàn)性問題之一。因此，受監(jiān)管機構(gòu)和公眾的持續(xù)監(jiān)督、有限的處理方案和不斷增加的成本的激勵，水處理技術(shù)的應(yīng)用如原位電凝聚方法(EC)和紫外線(UV)殺菌方法取得了不同程度的成功，對作業(yè)者降低裝置能耗和生產(chǎn)成本非常有利。
最近，一種獨特設(shè)計、超移動式的膜分離技術(shù)已經(jīng)作為一種具有成本效益的選擇方法出現(xiàn)，主要是針對頁巖氣或頁巖油開發(fā)項目中所使用的水，進行處理或過濾回收，高達80%。雙塔AQUA-VES移動式水處理系統(tǒng)采用錯流振動分離，能夠處理并回收每塔壓裂返排水、廢油氣、采出水和來自鉆井、鉆井完井液和鉆機清洗中的廢水，高達2,500桶。
與一般的系統(tǒng)不同的是，清除一些而不是所有的廢水污染物，新的拖車式水處理技術(shù)在現(xiàn)場應(yīng)用證明，可把所有雜質(zhì)區(qū)別出來，包括總懸浮物(TSS)細菌、氧化金屬、石油、油脂、其它總石油烴(TPH)，夾帶在泥漿內(nèi)的一定比例的總?cè)芙夤腆w(TDS)。
該現(xiàn)場處理系統(tǒng)，采用振動膜過濾技術(shù)，已經(jīng)在二疊紀盆地、Marcellus頁巖、鷹格福特(Eagle Ford)和其它的頁巖中得到有效的應(yīng)用。基于一個完整的水生命周期處理服務(wù)，該系統(tǒng)是唯一一種能夠使用微濾/超濾或納濾，去除極小至0.0005微米(µ)的物質(zhì)。最小固體的去除，可以為持續(xù)的回收掃清障礙，否則將是廢水，這在一些頁巖開采中進行運輸和處理的成本，高達18美元/桶。
膜分離的新方向
多年來，膜濾作為一種水凈化方法使用，主要是由于它通過孔徑選擇和其優(yōu)越的分離能力可以控制分離。傳統(tǒng)的膜取向水處理系統(tǒng)用于頁巖勘探生產(chǎn)，大多采用錯流過濾，要求極高的流速，以保持過濾器清潔。這種方法不僅需要更多的能量來運行，它也只是過濾相對較小比例的總流量。
在傳統(tǒng)的錯流過濾中，湍流生成的大多數(shù)剪切，遠離邊界層，從而有效去除保留顆粒。因此，膜易于塞住，明顯降低流量。另一方面，振動誘導(dǎo)錯流，集中剪切波在膜表面，排斥其它邊界層內(nèi)污染物和固體顆粒。這種方法允許更高濃度的同時，保持長期持續(xù)的速率高于所使用標準過濾系統(tǒng)，達10倍。
這種振動分離方法被設(shè)計成最新一代水處理技術(shù)。新系統(tǒng)使用0.05µ涂有Teflon的膜，能夠不斷振動，這意味著流體速度是由振動控制的而不是由流動控制。因此，來自膜表面剪切波的擴散，使保持懸浮粒子保持在水面上，從而允許更多的液體通過膜運輸。因此，膜仍保持清潔，通過量比常規(guī)過濾技術(shù)高達15倍，新系統(tǒng)允許無限制地過濾相對較大比例的流過物質(zhì)。由于高通量，甚至沒有膜污垢，系統(tǒng)極其節(jié)能，每千加侖的濾液只需要0.27千瓦時。
此外，振動膜分離系統(tǒng)采用表面過濾而不是深度過濾。當膜清洗有必要時，它可以在表面上完成，而這完全沒有拆卸和清洗深度過濾裝置的非生產(chǎn)時間。因為耐用的 Teflon膜涂層可以忍受幾乎所有的清洗化合物，包括強酸和溶劑，它對過去常常用來去除的污染也沒有限制。
如何運行
系統(tǒng)運行到一個16米(53英尺)拖車位置，其可容納橇裝泵機組和兩個膜塔。包含在每個模塊極小的1.3m×1.3m(4英尺×4英尺)的焊盤是不銹鋼塔板，其可容納大約400個持續(xù)不斷的振動微/超濾膜，傳送了112平方米(1,200平方英尺)的交叉流。在處理操作開始之前，特定場地廢水樣品被分析以確定所需過濾和處理的級數(shù)。根據(jù)作業(yè)環(huán)境，這個系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種不同的膜孔徑，從微濾膜到逆向滲透。
在作業(yè)過程中，泥漿進入振動組件的頂部，向下流程中的交替堵塞迫使污水進入交錯流。由于泥漿穿過振動膜和組件可以不斷流動，因而振動產(chǎn)生了離心力，它使較重的物質(zhì)進入敞口槽，沿膜塔板延伸到組件的頂部。分離出來的物質(zhì)下降到槽的底部。同時，清潔濾液被迫向上，它被泵送到壓裂水槽并進行完全回收。
因為只有0.05µ的物質(zhì)或更小的物質(zhì)能夠流過膜塔板，振動膜分離系統(tǒng)有效地提取所有氧化金屬、細菌、懸浮固體、一些TDS和所有碳氫化合物。
現(xiàn)場應(yīng)用比較
與其它工藝進行直接現(xiàn)場比較，該技術(shù)包括EC、UV和蒸發(fā)，實踐證明，它具有獨特的優(yōu)勢，振動膜分離系統(tǒng)可容納的清除污染物的數(shù)量多，也具有多樣性，并且它可以一致地交付清潔的物質(zhì)，因此，所處理的整個80%的泥漿可以重新獲得并回到活躍的水流，以在后續(xù)的鉆井中進行再利用。
除此之外，與水處理系統(tǒng)相比，此新技術(shù)是適于唯一清除所用類型污染物的系統(tǒng)。例如，一些工藝只可去除懸浮物質(zhì)，而另一些只適于提取生物污染物和TDS。況且，振動膜技術(shù)能夠清除TSS、細菌、TPH 、氧化金屬和一些TDS，依據(jù)處理的量，成本低達1.50美元/桶。
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