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Apr 02, 2024

シェール事業からの生成水におけるコロイド鉄の役割の再評価 - 現地データと文献のレビュー (パート B)

この記事は 2 部構成シリーズのパート B です。 パート A には、導入、生成水中の鉄および酸化鉄のバックグラウンド化学、シェール生成水中の鉄の起源、

この記事は 2 部構成シリーズのパート B です。 パート A には、序文、生成水中の鉄および酸化鉄の背景化学、シェール生成水中の鉄の起源、生成水中の鉄の測定、およびシェール生成水中の鉄の現地観察が含まれます。

パート B では、鉄によって引き起こされる設備の問題、鉄によって引き起こされる注入性の問題、およびコロイド鉄関連の問題の軽減について説明します。 パート A の要約が含まれており、パート B の結論セクションでは両方の論文について説明します。

この論文では、鉄化合物 (酸化鉄、水酸化鉄、硫化鉄など) の特性と、これらの化合物のコロイド形態 (粒径が小さく、表面電荷が高い) に重点を置きながら、シェール生成水処理におけるそれらの影響について概説します。 生成水中のこれらの化合物には、エマルションの安定化、油で覆われた固体、分離器内のパッド形成、パイプラインの固体、水処理構造の詰まりなど、幅広い問題が関係しています。 従来の石油とガスの生産において、鉄が果たす役割とこれらの問題の軽減戦略はかなりよく知られています。

急成長するシェール産業では状況が全く異なる。 鉄濃度が従来の生産水よりも大幅に高いだけでなく、鉄化合物のコロイド特性を認識しているのは少数の専門家だけです。 さらに、粘土やシルトなどの他のコロイド粒子も生成水中に高濃度で存在します。 ペルム紀頁岩生成水中の固形分を除去するための生成水処理は、かなり当たり外れがあります。

私たちは数年前、ペルム紀の処分井で地層の詰まりをテストしたときにこの認識に至りました。 これは、ペルム紀の生産された水の特徴に対する私たちの最初の取り組みでした。 私たちは、注入率の低下が見られた約 12 の水田について生産水の水質を測定しました。 バークマン・デイビッドソン試験によると、これらのフィールドのうち 9 つでは、生成水には高濃度の小さな粒子、分離器内の丈夫なバイオフィルム、および低透過性フィルターケーキの形成が含まれていました。 ペルム紀の生成水の特性に関するデータと知識が不足しているため、鉄関連のメカニズムを検証するのにほぼ1年かかりました。 この論文は、生成水中のコロイド鉄に関する知識をまとめることで状況を修正することを試みます。 最終的には、この研究が、生成水の再利用および/または廃棄のための注入のための新しい費用対効果の高い処理戦略の開発に役立つことが期待されています。

一般に、浮遊鉄粒子に関する問題を解決する最も効果的な方法の 1 つは、施設内への空気の侵入を排除することです。 酸素を除去することにより、溶存鉄分は生成水中に溶解したままとなり、目詰まり等の原因となります。 この戦略は、従来の炭化水素施設で広く使用されています。

たとえば、カリフォルニア州ベーカーズフィールドのシェブロン・カーン・リバー施設では、腐食の問題が発生し、重油抽出における貫流蒸気発生器ボイラーの油と水の目標を達成することが困難でした。 フランジ、ポンプ、ガスブランケットシステムでの空気の侵入を排除し、エアブランケットシステムをガスブランケットに置き換えるために設備をアップグレードするための 2 年間のプロジェクトが実施されました。 空気の侵入を排除することで、腐食速度が年間平均数ミルから 1 ミル未満に低下しました。 これにより、施設内の鉄源が減少し、油状固体を含む鉄で安定化された重油成分の生成が減少しました。 生成水からの油の除去が向上しました。

メキシコ湾のシェル施設では、非加圧ウェムコユニットを使用した多段水平浮選機が使用されている例がいくつかあります。 これらの浮選ユニットにはゴム製のガスケットが付いており、空気の侵入を防ぐために時々交換する必要があります。 Wemco ユニットを改修し、新しいガスケットを取り付けると、空気の侵入、つまり鉄の析出が減少し、光沢やブルームの発生が減少します。