Sự nứt vỡ bằng thủy lực (Hydraulic fracturing) hoặc 'fracking' là một quá trình được sử dụng trong ngành công nghiệp dầu khí để nâng cao năng suất khai thác của một giếng dầu hoặc khí gas. Nó liên quan đến việc nứt gãy đá bằng cách sử dụng nước (trộn với cát và một số hóa chất) vào một giếng khoan dưới áp suất cao và thường được sử dụng trong các loại đá phiến sét và các nguồn không thuận lợi khác.
Fracking thường được sử dụng với phiến đá đệm của giếng dầu / khí đốt. Tất cả nguồn dầu hoặc khí đều được tìm thấy trong các phiến đệm đá khác nhau và thường khó khăn để khai thác hiệu quả nếu một công ty khoan dầu hoặc khí đốt không sử dụng kỹ thuật nứt thủy lực. Đây là lý do tại sao nó được gọi là một kỹ thuật "well stimulation". Mặc dù quá trình này đã được sử dụng trong 50 năm qua, gần đây nó đã trở nên nổi bật trong cuộc tranh luận công khai tại Hoa Kỳ và mối quan tâm về hậu quả của việc sử dụng nó quá phổ biến.
Quá trình 'fracking' liên quan đến khoan một giếng khoan sâu dưới lòng đất. Đệm đá bị phá vỡ bằng các vật liệu nổ tạo ra các vết nứt nhỏ trong đá giúp cho dầu và khí thoát khỏi đệm vào trong giếng khoan. Đá cần có độ xốp thấp để sự nứt vỡ bằng thủy lực hiệu quả kinh tế tốt. Nếu không có vết nứt thủy lực, sẽ không sản xuất đủ dầu và khí đáng để khai thác.
Nước, cát và một số hóa chất được bơm xuống giếng với áp lực để đảm bảo các vết nứt này sẽ được mở rộng. Cát là yếu tố khiến các vết nứt mở rộng thường chỉ có một vài milimet. Một lượng lớn nước (hàng triệu gallon) được sử dụng trong một lần nứt và nước có thể đến từ nhiều nguồn khác nhau, ví dụ. nước ngọt, nước mặn hoặc nước tái sử dụng từ một quá trình fracking trước đó.
Các hóa chất có thể được thêm vào nước với mục đích bổ sung được liệt kê trong Phụ lục E của báo cáo EPA fracturing năm 2011. Tóm tắt lại trong bảng 4.
Figure6 is taken from the EPA report into hydraulic fracturing, page 13.
Figure7 is taken from the EPA report into hydraulic fracturing, page 13
Hầu hết các hoá chất được thêm vào là những chất được sử dụng trong các quy trình công nghiệp khác sử dụng nước để duy trì tính toàn vẹn của giếng khoan, ví dụ chất hoạt động bề mặt, chất ức chế ăn mòn, bộ điều khiển pH và bộ giảm ma sát.
Các chất diệt trùng được thêm vào nước để ngăn ngừa sự hình thành các vi khuẩn trong nước có thể dẫn đến sự ăn mòn axit hoặc tạo ra các hợp chất gốc sulfua. Sự phát triển của vi khuẩn có thể làm giảm năng xuất giếng dầu và khí gas, và có thể có nguồn gốc từ nhiều nguồn khác nhau bao gồm nguồn nước và chất tẩy.
Proppant là thuật ngữ được sử dụng cho cát (hoặc các hợp chất khác) để duy trì các khe nứt mở.
Table 4 lists the types of chemicals added to the water and its purpose. It is taken from the EPA report, page 29.
Trong số các hoá chất được thêm vào nước, chất phân tích chính phải được kiểm tra tại chỗ trước khi diệt khuẩn. Chúng được kiểm tra tại chỗ do sự biến động của chúng khiến cho việc lấy mẫu và kiểm tra ở nơi khác là không phù hợp.
Chất diệt trùng thường được sử dụng bao gồm ClO2, Cl, Isothiazolone và glutaraldehyde. Một lần nữa đây là các chất diệt khuẩn cũng thường được sử dụng trong các quy trình khác bằng nước như tháp giải nhiệt.
Định lượng thuốc diệt khuẩn thường tự động bằng cách sử dụng phương pháp xục khí trong dòng, điều khiển lượng chất diệt khuẩn tùy thuộc vào tốc độ dòng chảy của nước. Phương pháp off-line thứ cấp thường được thực hiện để hiệu chỉnh đầu dò và kiểm tra hạ nguồn điểm phun để đảm bảo chất diệt khuẩn ở nồng độ chính xác trước khi nước được bơm vào giếng khoan.
Việc kiểm tra các chất diệt khuẩn trong nước có thể là một thách thức do đang có xu hướng sử dụng nước tái sử dụng để nút thủy lực. Các phương pháp thử màu truyền thống (như phương pháp DPD để xác định nồng độ Clo hoặc ClO2) có thể tốn nhiều thời gian và gây khó khăn cho kỹ sư; có thể không cho kết quả nhất quán khi nước có chất rắn hòa tan / lơ lửng cao. Các phương pháp khác như ORP thân thiện với người sử dụng nhưng bị thiếu tính chọn lọc và thường không thể được sử dụng để định lượng.
  |
Có một xu hướng đang gia tăng trong các công ty xử lý nước đó là sử dụng các phương pháp mới như cảm biến điện tích dùng một lần như ChlordioXense. Những phương pháp này có lợi thế là sự đơn giản và không dễ bị nhiễu như các phương pháp đo màu.
Là nước chảy ngược trở lại bề mặt trong và sau khi hoàn thành quy trình nứt gãy thủy lực. Nó bao gồm chất lỏng được sử dụng để nứt đá phiến và chứa đất sét, các chất phụ gia hóa học, ion kim loại hòa tan và chất rắn hòa tan (TDS). Nước này trông giống bùn do các thành phần hạt ở mức cao.
Hầu hết nước phát sinh xuất hiện trong các giai đoạn đầu của quá trình fracking trong khi phần còn lại xuất hiện trong khoảng thời gian từ ba đến bốn tuần. Khối lượng thường ít hơn một nửa khối lượng đã được bơm tăng áp vào giếng. Phần còn lại của nước bị hấp thụ trong phiến đá.
Ngược lại, 'nước phát sinh' xuất hiện tự nhiên trong các phiến đá được tìm thấy ở bề mặt giếng khoan. Nước này có nhiều TDS và các ion kim loại như canxi, sắt và magiê. Nó cũng chứa các hydrocarbon hòa tan cùng với các chất phóng xạ tự nhiên (NORM).
Trước đây, nước thải này là từ quá trình fracking được xử lý trong hồ bốc hơi lớn. Tuy nhiên hiện nay, việc này là không thể chấp nhận được và nước thải phải được xử lý như chất thải công nghiệp. Lựa chọn cho các công ty là "phun trực tiếp" vào mặt đất nước đến độ sâu dưới đáy và giữa các lớp đá không thấm nước, hoặc xử lý và thải bỏ nước vào nước mặt. Cả hai phương pháp thường sử dụng xử lý nước với chất diệt khuẩn.
Xét nghiệm nồng độ chất diệt khuẩn trong nước thải đôi khi là không thể nếu không có lọc nước. Nhu cầu sinh học BOD của nước cũng rất cao do lượng kim loại hòa tan cao. Do đó các chất diệt khuẩn như chlorine dioxide thường được pha với nước ngọt ở nồng độ lên tới 20mg / l và được đưa vào nước phát sinh hay nước chảy ngược. Giống như phương pháp xử lý nước ngọt được mô tả ở trang trước, phương pháp điện cực trực tuyến được sử dụng để điều khiển tỷ lệ liều và phương pháp thứ hai như Palintest ChlordioXense dùng để hiệu chỉnh đầu dò và cung cấp phương pháp kiểm tra thứ phát.
Có một xu hướng đang gia tăng trong ngành xử lý nước để thu hồi các hydrocarbon có mặt trong nước phát sinh. Việc sử dụng chất diệt khuẩn như ClO2 giúp làm tăng tỷ lệ thu hồi dầu vì làm cho chất rắn kết tủa ra khỏi dung dịch và các hydrocacbon sẽ lắng xuống phía trên chất lỏng đã được xử lý.
ClO2 hoạt động như một chất khử để phá vỡ nhũ tương thông qua quá trình oxy hóa hóa học, cho phép nước tách ra khỏi các hydrocacbon còn dư, các hóa chất xử lý và các hạt hiện có.
Nước "sạch" thường có chất lượng tốt để được tái sử dụng tại nơi khác hoặc được xử lý bằng cách đinh lượng trực tiếp. Các hydrocacbon sau đó có thể được tách ra và, trong khi bùn rắn được lấy ra và vận chuyển đến một hệ thống nước thải tiêu chuẩn.
Hình ảnh nước phát sinh (bên phải) được xử lý bằng chlorine dioxide (bên trái).
Việc sử dụng nứt thủy lực trong lĩnh vực khai thác dầu mỏ và khí đốt đang gia tăng, đặc biệt là ở Mỹ, và việc sử dụng nó gần như chắc chắn sẽ lan sang các nước khác.
Chất diệt trùng là một phần cơ bản của nước fracking, và xử lý nước thải từ quá trình này.
Các phương pháp định lượng nồng độ chất diệt trùng cả trong nước cấp và nước thải trước tiên được chấp nhận từ ngành công nghiệp nước uống. Cả hai phương pháp đo màu và ORP, mặc dù hữu ích, nhưng đều có những hạn chế của nó và do đó các phương pháp mới như ChlordioXense đang được ngành dầu khí chấp nhận.
Để biết thêm thông tin về chủ đề này, xin liên hệ chúng tôi.
