Produced Water Treatment for mature offshore gas fields

Samenvatting
Bij nagenoeg uitgeputte gasvelden worden hulpstoffen gebruikt om de productie te continueren. Deze hulpstoffen dragen bij aan de stabiliteit van de emulsie van gascondensaat in het productiewater, maar hierdoor is het gascondensaat moeilijk te scheiden van het water. Bij de lozing van productiewater mag er niet meer dan 30 ppm gascondensaat in zitten. De stabiliteit van de emulsie maakt het steeds lastiger om aan deze eis te voldoen en de huidige scheidingsmethoden, die op verschil in dichtheid zijn gebaseerd, zijn vaak ontoereikend. In dit project zijn drie technieken onderzocht, te weten elektrocoagulatie, membraancontractortechnologie en (ad)sorptietechnologie. Deze laatste technologie lijkt het meest kansrijk voor toepassing in nagenoeg uitgeputte gasvelden.

Doel
In een voorgaand project is er een selectie van potentieel geschikte technieken voor het verwijderen van gascondensaat uit productiewater gemaakt en geëvalueerd. Deze technieken voldoen aan de volgende aanvullende voorwaarden voor offshore toepassingen 

1. Beperkt ruimtebeslag;

2. Beperkt gewicht;

3. Zo weinig mogelijk gebruik makend van hulpstoffen (logistiek); 
4. Geschikt voor aanwezige/beschikbare utilities (stoom, elektriciteit). 

Doel van dit project was het nader evalueren van twee van de eerder geselecteerde technieken, te weten elektrocoagulatie en membraancontactortechnologie. Op verzoek van het projectconsortium is daar de (Ad)sorptietechnologie aan toegevoegd.

Resultaten
Hieronder volgt een korte beschrijving van de technieken en de bevindingen. 

Elektrocoagulatie: Dit is een elektrochemisch proces waarbij metaalelektrodes (b.v. ijzer of aluminium) worden gebruikt. Deze elektrodes lossen op en vormen het onoplosbare metaalhydroxide. Tegelijkertijd wordt er aan de andere elektrode waterstofgas gevormd. Gascondensaatdruppels coalesceren en binden zich aan de metaalhydroxidevlokken, terwijl het waterstofgas ertoe bijdraagt dat de vlokken zich naar het oppervlak bewegen. 

Bij deze technologie is het mogelijk om gascondensaat in een wateremulsie te verwijderen tot onder het niveau van 30 ppm. Het nadeel is dat er slib wordt gevormd dat als afval moet worden afgevoerd. Het is daarom van belang dat de stroomcondities zo worden ingesteld dat er een minimale hoeveelheid slib ontstaat, terwijl er toch voldoende gascondensaat wordt verwijderd. 

Membraancontactortechnologie: Hierbij wordt de emulsie van gascondensaat in water gescheiden van een gascondensaatfase met een hydrofoob membraan. De emulsiefase wordt op een geringe overdruk gehouden t.o.v. de gascondensaatfase. Tevens wordt er een elektrisch veld over het membraan aangelegd om het transport van de geladen gascondensaatdeeltjes naar het membraan te versnellen, en daarmee de coalescentie en permeatie door het membraan. Doel is dat het gascondensaat door de poriën van het membraan gaat terwijl de waterfase achterblijft waarbij het hydrofobe membraan werkt als coalescent voor de gascondensaatdruppels. 

Alhoewel het proces nog niet geoptimaliseerd is, lijkt het transport van gascondensaat door het membraan te traag te gaan, waardoor een groot membraanoppervlak vereist is. Het elektrisch veld lijkt de gascondensaatverwijdering te versnellen. Gezien de criteria voor offshore toepassingen (met name beperkt ruimtebeslag) is deze methode niet geschikt.

(Ad)sorptietechnologie: Deze technologie wordt nu in offshore toepassingen gebruikt voor het verwijderen van gascondensaat uit productiewater. Er is onvoldoende bekend over de relatie tussen de aard van de emulsie en de werking van de adsorptiemiddelen die worden gebruikt. Er zijn experimenten gedaan met de in de praktijk toegepaste adsorptiemiddelen en verschillende emulsiesamenstellingen. Doel was om een indruk te krijgen van de interactie tussen adsorptiemiddel en emulsiesamenstelling. 

De geselecteerde adsorptiemiddelen voor het experiment komen uit verschillende groepen; actief kool, kleiachtig materiaal en polymeer materiaal. Het experimenteel programma is uitgevoerd met schudproeven (dus geen kolom) om een zo goed mogelijk beeld te krijgen van de intrinsieke sorptiecapaciteit van het materiaal. De toegepaste modelemulsie bestond uit zowel een alifaat- als een aromaat mengsel. De werking van de sorptiemiddelen is bepaald aan de hand van de sorptie van het aromaat mengsel. 

Er werd in de schudproeven van de aromaatverwijdering geen duidelijk verschil tussen de prestaties van de geselecteerde middelen waargenomen. Behalve voor actief kool, daarmee werden meer aromaten verwijderd onder vergelijkbare omstandigheden dan met de andere adsorptiemiddelen. De belading bedroeg circa 0,2 gram gascondensaat/gram actief kool. Het uitgevoerde onderzoek draagt bij aan de kennis van het breken van emulsies. Deze kennis is ook toepasbaar in andere segmenten waar emulsies voorkomen (b.v. voedingsmiddelenindustrie).

De verdere ontwikkeling van deze laatste scheidingstechnologie draagt bij aan de duurzame winning van gas uit gasvelden die nagenoeg uitgeput zijn.