Органические вещества в добываемой и пластовой воде при нетрадиционной добыче природного газа из углей и сланцев

Органические вещества в добываемой и пластовой воде при нетрадиционной добыче природного газа из углей и сланцев

Уильям Орем а, , Калин Тату б, Мэтью Варонка а, Гарри Лерх а, Энн Бейтса, Марк Энгл, Линн Кросби, Дженнифер Макинтошd

а Геологическая служба США, Рестон, В.А., США

b Университет фармации и медицины Виктор Бабес, Тимишоара, Румыния

c Геологическая служба США, Эль-Пасо, Техас, США

d Отдел гидрологии и водных ресурсов Университета Аризоны, Тусон, Аризона, США

Ключевые слова: добываемая вода, природный газ, уголь, сланцы, органическое вещество

Аннотация

В этом исследовании были изучены органические вещества в пластовой воде при добыче метана из угольного пласта (МУП) и сланцевого газа со всех концов США. Утилизация добываемых вод при добыче газа в углях и сланцах является важной экологической проблемой из-за больших объемов получаемой воды и переменного качества этой воды. Органические вещества в добытой воде могут быть экологически значимыми как загрязнители, но они мало изучены. Результаты пяти исследований МУП и двух пластов со сланцевым газом (включая сланцы Марцелл (Marcellus Shale)) показывают огромное количество органических химических веществ, присутствующих в добытой и пластовой воде. К классам органических соединений, присутствующим в продуктах и пластовой воде при добыче МУП, относятся: полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), гетероциклические соединения, алкилфенолы, ароматические амины, алкилароматические соединения (алкилбензолы, алкилдифенилы), жирные кислоты с длинной цепью и алифатические углеводороды. Концентрации отдельных соединений колеблются от 1 до 100 мкг / л, но общие ПАУ (класс доминирующих соединений для большинства образцов МУП) составляют от 50 до 100 мкг / л. Общий растворенный органический углерод (ОРОУ) в воде, полученный из МУП, обычно находится в диапазоне 1-4 мг / л. Его появление  этой общей схеме в добываемых водах из отдельных скважин возникает из-за загрязняющих веществ, вводимых в производственную деятельность (масла, жиры, адгезивы и т. д.). Органические вещества в добываемой и пластовой воде из горючих сланцев, не подверженных воздействию химических веществ при добыче, имеют аналогичный диапазон классов соединений, таких как вода, вырабатываемая при МУП, и уровни ОРОУ около 8 мг / л. Однако добываемая вода из месторождения Marcellus Shale с использованием гидравлического разрыва имеет уровни ОРОУ до 5500 мг / л и ряд добавленных органических химикатов, включая растворители, биоциды, ингибиторы образования накипи и другие органические химикаты на уровнях 1000 с мкг / л для отдельных соединений. Уровни этих химических веществ для гидроразрыва пласта и ОРОУ быстро снижаются в течение первых 20 дней рекуперации воды, а некоторый уровень остаточных органических загрязнений остается до 250 дней после гидравлического разрыва. Хотя экологическое воздействие органических веществ в добываемой воде четко не определены, результаты показывают, что следует проявлять осторожность при утилизации и высвобождении добытых вод, содержащих эти органические вещества, в окружающую среду, из-за потенциальной токсичности многих из этих веществ.

1. Введение

 Произведенная вода представляет собой любую воду, полученную из углеводородной (газовой, жидкой) скважины, включая обратную воду, пластовой рассол, конденсат воды из газовой фазы и их смеси (также называемую сопроизведенной водой). Большие объемы добываемой воды могут быть получены из скважин, пробуренных в сверхтвердых пластах, содержащих нефть и природный газ (Clark and Veil, 2009). В угольных пластах, содержащих природный газ (угольный метан или МУП), необходимо удалить воду, чтобы уменьшить гидростатическое давление и позволить газу выделяться из угля для сбора (Veil et al., 2004). Произведенная вода, обычно содержит большие объемы естественной воды (пластовой воды), часто солоноватой до солености рассола, который присутствует в нефтяных и газовых резервуарах и связан с образованием и из которого извлекаются нефть и газ. Во многих случаях, однако, в скважины вводят дополнительную воду для увеличения добычи нефти (Satter et al., 2008) или для операций ГРП для выпуска газа из угля или сланца (EPA, 2010). Гидравлический разлом широко используется как для производства МУП, так и для сланцевого газа. Инъекционная вода способствует добытой воде нефти и газа. Инъекционная вода может поступать из разных источников, в том числе: поверхностные воды, грунтовые воды и вода, полученные из предыдущей добычи нефти и газа и хранящиеся для повторного использования (Gregory et al., 2011). Большая часть вводимой воды возвращается на поверхность в течение первых нескольких дней и упоминается как обратная вода (GWPC и ALL Consulting, 2009). Обратная вода состоит в основном из воды, впрыскиваемой в грунт и смешанной пластовой воды, и часто хранится в прудах или резервуарах для повторного использования (Rassenfoss, 2011). Вливаемая вода может изменять химический состав исходной пластовой воды и, следовательно, добытой воды.