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Apr 02, 2024

Une réévaluation du rôle du fer colloïdal dans l'eau produite à partir des opérations de schiste - Une revue des données de terrain et de la littérature (partie B)

Cet article constitue la partie B d’une série en deux parties. La partie A comprend une introduction, la chimie de base du fer et des oxydes de fer dans l'eau produite, les origines du fer dans l'eau produite par les schistes, la mesure de

Cet article constitue la partie B d’une série en deux parties. La partie A comprend une introduction, la chimie de base du fer et des oxydes de fer dans l'eau produite, les origines du fer dans l'eau produite par les schistes, la mesure du fer dans l'eau produite et les observations sur le terrain du fer dans l'eau produite par les schistes.

La partie B couvre les problèmes d'installation causés par le fer, les problèmes d'injectivité causés par le fer et l'atténuation des problèmes liés au fer colloïdal. Le résumé de la partie A est inclus et la section Conclusions de la partie B traite des deux articles.

Cet article passe en revue les propriétés des composés de fer (tels que les oxydes de fer, les hydroxydes de fer et les sulfures de fer) et leur impact dans le traitement de l'eau produite par les schistes, en mettant l'accent sur la forme colloïdale de ces composés (petite taille de particules, charge de surface élevée). Un large éventail de problèmes est associé à ces composés dans l'eau produite, notamment la stabilisation des émulsions, les solides enrobés d'huile, la formation de tampons dans les séparateurs, les solides des pipelines et le colmatage des formations d'évacuation des eaux. Dans la production conventionnelle de pétrole et de gaz, le rôle que joue le fer et les stratégies d’atténuation de ces problèmes sont raisonnablement bien connus.

Dans l’industrie en plein essor du schiste, la situation est tout à fait différente. Non seulement les concentrations de fer sont nettement plus élevées que dans l’eau de production conventionnelle, mais les propriétés colloïdales des composés de fer ne sont reconnues que par une poignée de spécialistes. De plus, d’autres particules colloïdales telles que les argiles et les limons sont également présentes à des concentrations élevées dans l’eau produite. Le traitement de l’eau produite pour éliminer les solides présents dans l’eau produite par les schistes du Permien est plutôt aléatoire.

Nous avons pris conscience de cette réalité il y a quelques années en testant le bouchage de formations dans des puits de stockage du Permien. Il s'agissait de notre première incursion dans les caractéristiques de l'eau produite au Permien. Nous avons mesuré la qualité de l’eau produite dans une douzaine de champs dont l’injectivité était en baisse. Dans neuf de ces champs, l'eau produite contenait de fortes concentrations de petites particules, un biofilm résistant dans les séparateurs et une formation de gâteau de filtration à faible perméabilité selon le test Barkman-Davidson. Il a fallu près d'un an pour vérifier les mécanismes liés au fer, car les données et les connaissances sur les caractéristiques de l'eau produite au Permien sont rares. Cet article tente de rectifier la situation en rassemblant les connaissances sur le fer colloïdal dans l’eau produite. À terme, on espère que ces travaux contribueront au développement de nouvelles stratégies de traitement rentables pour la réutilisation et/ou l'injection de l'eau produite pour son élimination.

En général, l’un des moyens les plus efficaces d’éliminer les problèmes liés aux particules de fer en suspension est d’éliminer l’intrusion d’air dans les installations. En éliminant l'oxygène, le fer dissous restera dissous dans l'eau produite et ne provoquera pas de colmatage ni d'autres problèmes. Cette stratégie est largement utilisée dans les installations d’hydrocarbures conventionnelles.

Par exemple, l'installation de Chevron Kern River à Bakersfield, en Californie, a connu des problèmes de corrosion et des difficultés à atteindre les objectifs en matière de pétrole et d'eau pour les chaudières des générateurs de vapeur à passage unique pour l'extraction de pétrole lourd. Un projet de 2 ans a été mis en œuvre pour moderniser les installations afin d'éliminer l'intrusion d'air au niveau des brides, des pompes et des systèmes de couverture de gaz et pour remplacer les systèmes de couverture d'air par une couverture de gaz. En éliminant l'intrusion d'air, les taux de corrosion sont passés d'une moyenne de plusieurs millimètres par an à moins d'un. Cela a réduit la source de fer dans les installations et a réduit la formation de composants de pétrole lourd stabilisés par le fer, y compris de solides huileux. L'élimination du pétrole de l'eau produite s'est améliorée.

Plusieurs exemples sont disponibles dans les installations de Shell dans le golfe du Mexique où une flottation horizontale à plusieurs étages, utilisant des unités Wemco non pressurisées, est utilisée. Ces unités de flottation sont dotées de joints en caoutchouc qui doivent parfois être remplacés pour assurer une bonne étanchéité contre l'intrusion d'air. Lorsque les unités Wemco sont remises à neuf et que de nouveaux joints sont installés, l'intrusion d'air et, par conséquent, les précipitations de fer, sont réduites, ainsi que l'incidence des reflets et des efflorescences.