Давление, температура и состав жидкости играют важную роль в количестве металлов и других химических веществ, обнаруженных в сточных водах из газовых резервуаров с гидравлическим разрывом пласта, согласно исследователям штата Пенсильвания.
«Мы надеемся, что эта работа позволит разработать новые способы изучения процессов, происходящих во время гидравлического разрыва пласта, в более контролируемых лабораторных условиях», - сказал Трэвис Таскер, докторант в области инженерии окружающей среды в Пенсильвании и главный исследователь проекта. исследование. «Это также может иметь значение для управления сточными водами, которые возвращаются на поверхность, или для понимания трансформации минералов в скважине, которая может образовывать осадки, закупоривать поры и снижать продуктивность скважины по газу."
Многие газовые образования, такие как сланцы Марселлус, существуют на несколько тысяч футов ниже поверхности в условиях более высокого давления и температуры. Гидравлический разрыв пласта, также известный как гидроразрыв пласта, является распространенным методом добычи природного газа из этих пластов. Фрекинг использует процесс закачки миллионов галлонов смеси, состоящей из песка, воды и химических добавок, в сланцевые пласты под высоким давлением. Эта инъекция вызывает растрескивание сланца и высвобождение захваченных газов. После гидроразрыва химические добавки вместе с металлами, связанными с самим сланцем, возвращаются на поверхность со сточными водами в высоких концентрациях.
Поскольку многие химические вещества, используемые для добычи природного газа, оказывают острое или хроническое воздействие на здоровье людей, важно понимать транспортировку, разложение и трансформацию этих добавок при рассмотрении вопроса об управлении и удалении сточных вод, которые возвращаются в поверхность.
"Общая цель нашего проекта заключалась в том, чтобы понять, как добавки в жидкости для гидроразрыва пласта влияют на мобилизацию металлов из сланца, и как они могут трансформироваться или разлагаться после воздействия высоких давлений и температур во время гидроразрыва пласта", - сказал Таскер.
Чтобы ответить на эти вопросы, команда, в которую входил Tasker; Уильям Бургос, профессор экологической инженерии; Паулина Пиотровски, докторант в области химии и биогеохимии; и Франк Дорман, доцент кафедры биохимии и молекулярной биологии, должен был определить, где в образцах сланцев концентрируются металлы, как состав жидкостей гидроразрыва влияет на подвижность металлов и как жидкости гидроразрыва трансформируются в условиях высокого давления и температуры.
Чтобы определить, где концентрируются металлы, команда собрала образцы глубоких сланцев - с глубины более 4000 футов - в шести местах по всей Пенсильвании и подвергла их воздействию различных растворов, предназначенных для вытеснения металлов из конкретных минералов. внутри сланца. Затем они подвергли образцы сланца воздействию высокого давления и температуры (>3, 000 фунтов на квадратный дюйм и >60 градусов по Цельсию) с синтетической жидкостью для гидравлического разрыва пласта, характерной для многих газовых компаний, которые используют в полевых условиях. Затем полученную жидкость исследовали, чтобы определить, как определенные условия, такие как давление, pH, температура и органический состав, повлияли на судьбу добавок к жидкости для гидроразрыва пласта и мобилизацию металлов из сланца, а также определить, где именно в процессе происходила мобилизация металлов.
«Мы смогли показать, что жидкости с кислотами, окислителями и высокой минерализацией увеличивают количество металлов, извлеченных из сланца после гидроразрыва пласта», - сказал Таскер.
Исследование также показало, что многие добавки, используемые в синтетических жидкостях для гидроразрыва, разлагаются в условиях высокого давления и температуры или поглощаются самим сланцем. Однако поверхностно-активные вещества, обычная добавка во многих бытовых моющих средствах, разлагались лишь минимально при всех испытанных условиях pH, давления, сланца и температуры.
«Это говорит о том, что, хотя многие добавки для гидроразрыва разлагаются в скважине, такие добавки, как поверхностно-активные вещества или, возможно, другие гидрофильные соединения, могут вернуться на поверхность, где их необходимо будет соответствующим образом обработать», - сказал Таскер.
Кроме того, только сочетание сланца и условий высокого давления и температуры привело к почти полному удалению синтетических жидкостей гидроразрыва из раствора.
Эти результаты показывают важность давления, температуры и глины при попытке создать модель для изучения органической трансформации или деградации добавок для гидроразрыва пласта.
После этого исследования исследователи хотели бы посмотреть, как химический состав жидкости для гидроразрыва влияет на механические свойства сланца.
«Наша работа показала, что химический состав жидкости для гидроразрыва действительно влияет на выщелачивание металлов из сланца, что может привести к вторичному осаждению минералов», - сказал Таскер.«Важно понимать, как осаждение минералов и другие минералогические изменения повлияют на общую добычу газа».
Это исследование было опубликовано в журнале Environmental Engineering Science в октябре 2016 года.