陆上非常规油气生产中水力压裂液和采出水管理的风险评估技术综述

为了确定与水力压裂和采出水管理相关的水量和水质方面的风险,本文研究了适用于陆上非常规油气生产的不同风险评估技术。有必要通过研究和总结不同的风险评估方法和技术,选择对水生命周期的每个阶段的风险进行全面和综合分析的最恰当方法。文中讨论了有关水资源和采出水管理的各种风险、降低风险的策略以及未来的研究方向。

1 引言

图1 美国最重要的非常规油气产区

本文首先阐述了非常规油气开发过程中的基本要素,然后描述了整个开发过程中水生命周期的不同阶段,包括水量和水质的潜在风险,接着讨论了适用于非常规油气的风险评估技术,对评估结果进行审核以确保没有遗漏,最后展望了非常规油气中风险评估的未来研究方向。

2 非常规油气的开发流程

图2 非常规油气生产的一般流程

3 非常规油气生产中的水生命周期

非常规油气开采中涉及的水生命周期有5个主要阶段。
水生命周期的每个阶段可能存在的风险如表1所示。

表1 水生命周期不同阶段可能存在的风险

压裂液由水(约94%)、支撑剂(约5%)和其他化学添加剂(约1%)组成。其一般构成需要3~12种化学添加剂(图3)。然后,将此压裂液转移到泵车,由泵车将压裂液注入井中。

图3 水力压裂装置

表2 水力压裂液中共同的化学添加剂和相关化学混合物及其浓度

表3 风险评估流程和方法!

4 风险评估

4.1 行业中采用的风险评估方法

表3所列为使用确定性和随机性方法的主要风险评估过程的分类。表4和表5总结了一些最常用的确定性过程和随机过程中的技巧以及它们的类型、优点和缺点。

表4 不同行业中使用的确定性风险评估方法

表5 不同行业中使用的随机性风险评估方法

4.2 油气产业风险评估

表6中展示了已经应用于油气产业的风险评估方法和技术的一些例子。

表6 用于油气产业的风险评估方法和技术

4.3 非常规油气开发的近期风险评估

图4所示为2005年Aven和Kristensen提出的在非常规油气行业进行整体风险评估的一个想法或建议。

图4 开展风险评估的整体性方法构成

5 与非常规油气相关的以往风险评估的结果

5.1 水采集

水资源短缺的缓解可以通过优先应用跨企业的集成用水管理方法,包括最佳方案,投资新技术以及根据区域法规和页岩区块的特定环境属性而设计的本地化策略的应用。

5.2 化学混合

2012年美国环境保护署确认水力压裂中使用的化学品有1000多种,其中27种化学品(表7)是已知或疑似致癌物或列为可能影响饮用水的有害空气污染物。

表7 疑似致癌化学物质、有害空气污染物(HAP)或安全饮用水法案(SDWA)中有规定的化学品和水力压裂中使用的含有这些化学物质的产品的数量

图5是北达科他州卫生局给出的泄漏地点。

图5 2000~2013年间北达科他州的泄露情况

表8列出了压裂液中最常用的7种化学物质,以及它们对健康的影响。

表8 水力压裂液中最常使用的化学物质及其限制和健康影响

5.3 井灌注(水力压裂)

Engelder等人2014年的研究结果表明,由于毛细管和渗透力使流体永久保存在页岩基质内,留在井内的返排液和采出水不会沿自然路径向上运移,因而不会对浅层含水层构成威胁。

5.4 返排液和采出水的产出

返排液和采出水含有高浓度的不同污染物,造成排放和回收等处理方式要达到可接受的水平就变得更加复杂。

表9 典型页岩气井中采出水的有机物含量及其对健康的影响

表10 典型页岩气井中采油废的无机物含量及其对健康的影响及监管水平

5.5 废水处理和废弃物处理

Ferrar等人发现,在宾夕法尼亚州2011年主动停止异地处理之前污水处理厂废水中污染物的浓度是超出质量标准的。停止之后,接收的水体中的污染物浓度下降,说明现场处理比运送到异地工厂处理更有效。

6 未来研究方向

评估非常规油气生产对水质和水量造成的风险的最好方式是通过一种全面的方法,包括分析水生命周期的各个阶段以及社会因素。

7 结论

非常规油气的生产过程耗水量很大,需要大量收集数据来进行风险评估和降低不确定性。除了分析之外,风险缓解策略可以提高安全性,以及减少不同利益相关者的负面看法。
该过程中几个阶段存在的泄漏风险可以通过恰当的处理和管理技术来避免
为了研究缓解水资源短缺和将污染最小化的策略,有必要了解美国非常规油气开发目前存在的水资源问题。

资料来源:Luisa Torres, Om Prakash Yadav, Eakalak Khan. A review on risk assessment techniques for hydraulic fracturing water and produced water management implemented in onshore unconventional oil and gas production. Science of The Total Environment, 2016, 1(539):478-493.

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