Tecnologías avanzadas para el tratamiento y la reutilización del agua producida

Tecnologías avanzadas para el tratamiento y la reutilización del agua producida

El agua producida (PW) es el flujo de residuos líquidos de mayor volumen generado por la industria petrolera. Históricamente, el tratamiento de PW se ha limitado a la extracción de aceite libre y de sólidos suspendidos, utilizando tecnologías de separación física, y la inyección en pozos de eliminación.

Sin embargo, debido a las nuevas regulaciones combinadas con las restricciones geológicas y la escasez local del agua, la impulsión para tener una mayor fracción del PW más ampliamente tratada y reutilizada finalmente está aumentando. Por otra parte, el aumento de la aplicación de procesos intensivos en agua para extraer recursos no convencionales de petróleo y gas, en particular en las jergas de pizarra y las arenas bituminosas, ha aumentado la necesidad de un tratamiento rentable y la reutilización de PW para reducir las captaciones de agua dulce.

Por lo tanto, la industria petrolera está investigando nuevas tecnologías de tratamiento de PW dado que las tecnologías de separación física tradicionalmente usadas en el pasado son, en la mayoría de los casos, incapaces de producir agua de calidad adecuada para reemplazar las reservas de agua dulce.

Este trabajo presenta los resultados de una investigación de laboratorio llevada a cabo por el Centro Mundial de Sostenibilidad de Agua ConocoPhillips (GWSC), donde se evaluaron como métodos de tratamiento diversos procesos de tratamiento (procesos de membrana, bioreactores de membrana (MBR), destilación de membrana y ozonización) Para PW de diferentes campos de petróleo y gas.

Las principales conclusiones de este documento son:

• Los procesos de membrana y evaporadores térmicos están actualmente operando dentro de la industria petrolera en aplicaciones de tratamiento y reutilización de PW a escala completa.

• Los resultados preliminares de las investigaciones realizadas por GWSC confirmaron el potencial de Filtración de Membranas, MBRs y Ozonización para tratar PW y producir un efluente adecuado para su reutilización. La destilación de membrana puede tener potencial a largo plazo. Se está llevando a cabo más investigación.

• Si se implementan con éxito, las tecnologías mencionadas contribuirán a proporcionar a la industria petrolera una amplia gama de tecnologías para tratar y reutilizar de manera rentable los PW.

Introducción

El agua producida (PW) es el flujo de residuos líquidos de mayor volumen generado por la industria petrolera. El American Petroleum Institute (API) estimó que en 1995, 18 millones de barriles de PW se generaron en los Estados Unidos sólo de instalaciones en tierra [1]. Las cifras publicadas en 2011 [2] y 2007 [3] muestran que en todo el mundo se generaron entre 70 y 100 mil millones de barriles de PW en 2007. El mismo informe también proyecta un aumento constante de la PW generada en los Estados Unidos hasta 2025.

En la actualidad, la mayoría de los PW generados a nivel mundial en instalaciones en tierra se reinyectan al suelo en pozos de desecho y, por lo tanto, las instalaciones de tratamiento están diseñadas principalmente para eliminar aceite y grasa dispersos (O & G) y sólidos suspendidos (SS). En las operaciones extraterritoriales, debido a que la práctica común es descargar el PW tratado al mar, el principal objetivo del tratamiento es reducir el O & G a niveles aceptables y mitigar los impactos de toxicidad en la fauna y flora acuáticas. Como consecuencia, los métodos de tratamiento de PW aplicados en la industria petrolera se limitan históricamente a tecnologías de separación física tales como el separador API, coalescadores o hidrociclones. En la mayoría de los casos, estas tecnologías no son capaces de producir un efluente compatible con las normas de calidad del agua para el reciclaje beneficioso en la propia industria petrolera o la reutilización en, por ejemplo, riego u otros procesos industriales.

Una combinación de factores, incluyendo nuevas regulaciones, restricciones geológicas y escasez de agua local, está poniendo una enorme presión sobre los operadores de la industria petrolera para encontrar nuevas formas de tratar y manejar PW que promueve la conservación del agua y la sostenibilidad. Como ejemplo, los operadores canadienses de arenas petrolíferas que usan más de 500.000 m3 de agua al año tienen que tratar y reciclar 75-90% de los PW generados. En 2008, por ejemplo, las operaciones mineras en Canadá retiraron 151 millones de m3 de agua dulce de los ríos [2]. Además, para operaciones de fracturación en campos de gas de esquisto, también se requieren grandes volúmenes de agua (hasta 15.000 m3 / pozo) para perforar los pozos y para formar los líquidos de fracturación [4]. Con un tratamiento adecuado, existe la oportunidad de que los PW tratados y el agua de retorno reemplacen estos volúmenes significativos de agua extraída de lagos, ríos y acuíferos en las operaciones de producción.

La industria petrolera está desarrollando esfuerzos cada vez mayores para desarrollar y adoptar tecnologías avanzadas que sean capaces de seguir tratando a PW para producir un efluente compatible con las normas de calidad del agua para la reutilización benéfica. Esto finalmente conducirá a beneficios significativos para la conservación del agua en varios sectores clave de petróleo y gas en crecimiento:

• Cuando se inyecta PW actualmente en pozos, se reducirán los volúmenes de inyección, disminuyendo los impactos ambientales;

• Si las aguas residuales generadas en operaciones intensivas en agua (por ejemplo, recursos no convencionales y arenas petrolíferas) son tratadas y reutilizadas, reducirá dramáticamente los volúmenes de agua dulce requeridos;

• Hay evidencia creciente de que la recuperación mejorada del petróleo puede ser más eficiente y productiva si el agua inyectada es tratada con tecnologías avanzadas para alcanzar niveles específicos de salinidad.

Sin embargo, el tratamiento de PW y la producción de un efluente de buena calidad es un reto. Las características de PW pueden variar considerablemente. Por ejemplo, los sólidos disueltos totales (TDS) pueden variar de> 100.000 mg / L en aguas de Flowback de los pozos de gas de esquisto a menos de 3.000 mg / L en los PW de los pozos de metano del lecho de carbón [5, 6]. Sin embargo, como una amplia generalización, los constituyentes que ofrecen las mayores preocupaciones desde el punto de vista del tratamiento son el contenido orgánico (en particular la fracción disuelta) y la salinidad. Además, PW de los campos de gas tienden a tener mayores concentraciones de hidrocarburos aromáticos de bajo peso molecular de PW de los campos de petróleo, por lo que estos significativamente más tóxicos [2]. Por lo tanto, para tratar PW a un estándar de calidad del agua que permite su reutilización, las Tecnologías Avanzadas de Tratamiento de Agua (AWTTs) tienen que ser aplicadas, solo o en combinaciones.

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