工程师开发的新方法可以将石油开采的废水重新利用起来，降低开采成本

2022-06-27 14:56:02

随着对新能源需求的增长，与石油和天然气（采出水）共同产生的废水没有减缓的迹象：目前由于地下水迫使岩石破裂并释放沉积物而产生的废水量估计为2.5亿桶/天，而石油为8000万桶/天。

匹兹堡大学斯旺森工程学院（UniversityofPittsburghSwansonSchoolofEngineering）的工程师们正在开发一种新的方法，通过清洁采出水进行再利用来减少钻井和水力压裂对环境的影响，该方法已经在宾夕法尼亚州、德克萨斯州和北达科他州进行了测试。

膜蒸馏是一种新兴的处理复杂、高污染废水的技术。

该项目由土木与环境工程系教授兼系主任Radiav Vidic领导，采用膜蒸馏技术，使钻井工能够过滤和再利用油气工业、农业和其他有益用途中的采出水。

维迪奇说：“制定气田水管理的替代战略至关重要，这将降低总体成本，回收宝贵资源，并减少该行业的环境足迹。

目前，该行业没有财务上可行的选择。

该项目证明了这些选择可以而且确实存在。

”

采出水含有许多杂质，无法在市政设施中进行处理：其含盐量可能是海水的八倍，含有细菌、沙子、泥土、油和油脂，以及天然存在的放射性物质。

目前的采出水管理策略包括注入处理井,从水中回收更多油的处理，并在处理后进行有益的再利用。

注入处理井是最便宜的选择，因此也是最常见的选择，但它会导致生态系统中的水长久流失。

虽然干旱在宾夕法尼亚州的问题比在该国其他地区的问题要小，而在该国其他地区，钻井很普遍，但未用于水力压裂的采出水被运到俄亥俄州进行处理，增加了对运输中燃料使用和排放以及成本的环境担忧。

创建封闭系统：利用余热处理废水

当维迪奇的团队致力于扩大技术规模，以便将这项工作推广到该领域时，皮特和惠灵顿C.卡尔学院的土木和环境工程副教授维卡斯·坎纳（Vikas Khanna）利用建模来设想这些系统在规模上会是什么样子，以及如果该行业采用这项技术，会带来什么样的经济效益。

Khanna说：“我们发现的一件事是，如果你无法在宾夕法尼亚州这样没有注入井的地区处理这些水，你必须将这些水运到其他地方进行处理。

处理水是要花钱的，但只要你把它与‘一切照旧’的选择相比较，你就会开始看到好处。

”

拟议的解决方案利用余热满足技术的热能需求，进一步降低运营成本。

该州东北部那些距离处理井最远的县将从使用该技术中获益最多，每年可节省近1600万美元的处理成本。

从实验室到现场

该项目大约在八年前在实验室开始，并在美国能源部的资助下，首次在得克萨斯州和北达科他州的油田进行了中试规模的测试。

该集团目前已开始在宾夕法尼亚州新斯坦顿的马塞勒斯页岩现场钻井中实施相同的技术。

许多研究人员花时间将这项技术应用到该领域，但目前的团队包括博士候选人Ritesh Pawar和Zhewei（Joey）Zhang。

张说在这个现场项目之前，我们都在膜蒸馏（MD）方面工作了多年。

在实验室里，MD只是指研究课题和实验。

但直到我们用一个中试规模的装置在一个真正的水力压裂现场开始这个项目，我们才意识到这项技术对人类社会和环境的意义。

然而，在马塞勒斯页岩气井中实施该技术时，该团队遇到了一个问题：运营商在其油井中添加表面活性剂，以提高油井的生产率并降低能耗。

表面活性剂会导致膜湿润，从而恶化回收水的质量。

团队回到实验室寻找修复方法。

维迪奇他们正在寻找在膜蒸馏之前去除表面活性剂的处理方法，并在实验室用活性炭吸附取得了一些成功。

虽然我们尚未在现场实施这项技术，但我们已经在实验室验证了我们的结果，并希望这是一个潜在的解决方案。

”

遇到的问题是将工程研究引入该领域的一个重要部分。

这对张和帕瓦尔来说也是一个重要的学习机会，他们必须独立思考，才能将自己的工程技能应用到现实世界中。