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Apr 02, 2024

Una rivalutazione del ruolo del ferro colloidale nell'acqua prodotta dalle operazioni di scisto: una revisione dei dati sul campo e della letteratura (Parte B)

Questo articolo è la parte B di una serie in due parti. La Parte A comprende un'introduzione, informazioni di base sulla chimica del ferro e degli ossidi di ferro nell'acqua prodotta, l'origine del ferro nell'acqua prodotta dallo scisto, la misurazione di

Questo articolo è la parte B di una serie in due parti. La parte A comprende un'introduzione, informazioni di base sulla chimica del ferro e degli ossidi di ferro nell'acqua prodotta, le origini del ferro nell'acqua prodotta dallo scisto, la misurazione del ferro nell'acqua prodotta e osservazioni sul campo del ferro nell'acqua prodotta dallo scisto.

La Parte B copre i problemi legati alle strutture causati dal ferro, i problemi di iniettività causati dal ferro e l'attenuazione dei problemi legati al ferro colloidale. È incluso l'abstract della Parte A e la sezione Conclusioni della Parte B affronta entrambi i documenti.

Questo articolo esamina le proprietà dei composti del ferro (come ossidi di ferro, idrossidi di ferro e solfuri di ferro) e il loro impatto nel trattamento delle acque prodotte dallo scisto, con particolare attenzione alla forma colloidale di questi composti (dimensione ridotta delle particelle, elevata carica superficiale). Un'ampia gamma di problemi è associata a questi composti nell'acqua prodotta, tra cui la stabilizzazione dell'emulsione, i solidi rivestiti di olio, la formazione di cuscinetti nei separatori, i solidi delle tubazioni e l'ostruzione delle formazioni di smaltimento dell'acqua. Nella produzione convenzionale di petrolio e gas, il ruolo svolto dal ferro e le strategie di mitigazione di questi problemi sono abbastanza noti.

Nel fiorente settore dello shale, la situazione è abbastanza diversa. Non solo le concentrazioni di ferro sono significativamente più elevate rispetto all'acqua prodotta in modo convenzionale, ma le proprietà colloidali dei composti del ferro sono riconosciute solo da un numero ristretto di specialisti. Inoltre, nell'acqua prodotta sono presenti in alte concentrazioni anche altre particelle colloidali come argille e limi. Il trattamento dell'acqua prodotta per rimuovere i solidi nell'acqua prodotta dallo scisto del Permiano è piuttosto incostante.

Siamo stati portati a questa conclusione un paio di anni fa, quando abbiamo testato la formazione che collegava i pozzi di smaltimento del Permiano. Questa è stata la nostra prima incursione nelle caratteristiche dell'acqua prodotta nel Permiano. Abbiamo misurato la qualità dell’acqua prodotta per circa una dozzina di campi che avevano registrato un calo dell’iniettività. In nove di questi campi l'acqua prodotta conteneva alte concentrazioni di piccole particelle, biofilm resistente nei separatori e formazione di residui di filtrazione a bassa permeabilità secondo il test Barkman-Davidson. Ci è voluto quasi un anno per verificare i meccanismi legati al ferro perché i dati e la conoscenza delle caratteristiche dell'acqua prodotta nel Permiano sono scarsi. Questo articolo tenta di correggere la situazione riunendo le conoscenze sul ferro colloidale nell’acqua prodotta. In definitiva si spera che questo lavoro possa aiutare nello sviluppo di nuove strategie di trattamento economicamente vantaggiose per il riutilizzo e/o l'iniezione dell'acqua prodotta per lo smaltimento.

In generale, uno dei modi più efficaci per eliminare i problemi legati alle particelle di ferro in sospensione è eliminare l’intrusione di aria negli impianti. Eliminando l'ossigeno, il ferro disciolto rimarrà disciolto nell'acqua prodotta e non causerà intasamenti o altri problemi. Questa strategia è ampiamente utilizzata negli impianti convenzionali di idrocarburi.

Ad esempio, l'impianto Chevron Kern River a Bakersfield, in California, ha riscontrato problemi di corrosione e difficoltà a raggiungere gli obiettivi di petrolio e acqua per le caldaie con generatore di vapore a passaggio singolo nell'estrazione di petrolio pesante. È stato implementato un progetto di 2 anni per aggiornare le strutture per eliminare l'intrusione di aria in corrispondenza di flange, pompe e sistemi di polmonazione del gas e per sostituire i sistemi di polmonazione dell'aria con polmonazione del gas. Eliminando l'intrusione di aria, i tassi di corrosione sono scesi da una media di diversi mil all'anno a meno di uno. Ciò ha ridotto la fonte di ferro negli impianti e ha ridotto la formazione di componenti di olio pesante stabilizzati con ferro, compresi i solidi oleosi. La rimozione dell'olio dall'acqua prodotta è migliorata.

Diversi esempi sono disponibili presso gli stabilimenti Shell nel Golfo del Messico dove viene utilizzata la flottazione orizzontale multistadio, utilizzando unità Wemco non pressurizzate. Queste unità di galleggiamento sono dotate di guarnizioni in gomma che occasionalmente devono essere sostituite per garantire una buona tenuta contro l'intrusione di aria. Quando le unità Wemco vengono rinnovate e vengono installate nuove guarnizioni, l'intrusione di aria e, di conseguenza, la precipitazione del ferro, vengono ridotte, così come l'incidenza di lucidi e fioriture.