Развитие устойчивых методов скрещивания с помощью принципов круговой экономики

В контексте добычи ресурсов эти принципы трансформируются в конкретные действия: сокращение отвода пресной воды путем рециркуляции и производства воды, преобразование буровых вырубок в строительные агрегаты, развертывание оборудования, которое можно отремонтировать, а не сломать, и интеграция возобновляемых источников энергии для сокращения эксплуатационных выбросов. Циркулярная модель рассматривает отходы не как неизбежный побочный продукт, а как ресурс, который временно неуместен.

Для операторов гидроразрыва бизнес-кейс является убедительным. Стоимость обработки и повторного использования воды на месте часто ниже, чем транспортировка пресной воды в и вывоз сточных вод, особенно в регионах с дефицитом воды, таких как Пермский бассейн. Аналогичным образом, продление срока службы насосов высокого давления и урановых клапанов путем реконструкции снижает капитальные затраты и узкие места в цепочке поставок. Когда круглая практика масштабируется, они также улучшают общественное признание и облегчают соблюдение нормативных требований, создавая добродетельный цикл операционных и репутационных выгод.

Вода: самая непосредственная возможность круглого пространства

Сокращение использования пресной воды путем переработки

Вода является источником жизненной силы гидравлического разрыва пласта. Одной скважине может потребоваться от 5 до 15 миллионов галлонов воды — этого достаточно, чтобы заполнить почти 25 олимпийских бассейнов. В засушливых регионах конкуренция за пресную воду с сельским хозяйством и муниципалитетами является острой. Мышление круговой экономики напрямую решает эту напряженность, рассматривая воду как многоразовый ресурс, а не расходный материал.

Передовые технологии очистки теперь позволяют операторам перерабатывать воду (жидкость, которая возвращается на поверхность сразу после разрыва) и производить воду (рассол, который появляется в течение продуктивной жизни скважины).

• Обратный осмос — мембраны удаляют растворенные твердые вещества и органические соединения, производя высококачественный пермеат, пригодный для повторного использования в новых работах по разрыву пласта.
• Электрокоагуляция — электрические токи вызывают флокуляции и оседания загрязняющих веществ, что позволяет эффективно разделять масла, металлы и взвешенные твердые вещества.
• Тепловая дистилляция — испарение с тепловым приводом отделяет чистую воду от концентрированного рассола, хотя затраты на энергию остаются барьером для широкого распространения.

В бассейне Делавэр операторы достигли скорости переработки, превышающей 90% для произведенной воды, согласно данным Техасской железнодорожной комиссии. Это резко сокращает спрос на пресную воду и уменьшает объем сточных вод, нуждающихся в глубоководном впрыске - практика, связанная с индуцированной сейсмичностью в Оклахоме и Техасе.

Одним из примечательных примеров является объект Anadarko Petroleum в Эдди Каунти, который обработал и повторно использовал более 4 миллионов баррелей произведенной воды в течение двухлетнего периода. Проект не только сохранил пресную воду, но и устранил тысячи поездок на грузовиках, сократив выбросы дизельного топлива и износ дорог. Такие результаты показывают, что переработка воды не только экологически безопасна - она эффективна с точки зрения эксплуатации.

Сточных вод как ресурс: добыча и выгодное использование

Помимо переработки для разрыва, циркулярная экономика предполагает, что потоки «отходов» являются сырьем для других отраслей промышленности. Производимая вода часто содержит литий, бром и редкоземельные элементы. Такие компании, как Eavor и Standard Lithium, разрабатывают процессы добычи для извлечения этих минералов из рассолов нефтяных месторождений. Литий из добываемой воды может помочь удовлетворить растущий спрос на аккумуляторы для электромобилей, превратив экологическую ответственность в стратегический актив.

Аналогичным образом, очищенная вода все чаще используется для сельскохозяйственного орошения и промышленного охлаждения в таких регионах, как Центральная долина Калифорнии. Хотя нормативные препятствия остаются, пилотные программы показывают, что при надлежащем мониторинге такие приложения могут быть безопасными и полезными. Инициатива Министерства энергетики США по оптимизации производства воды обеспечивает техническое руководство и финансирование этих видов круговых проектов.

Управление отходами за пределами воды

Срезы буровых установок и твердые отходы

Каждая скважина с фрекингом генерирует буровые вырубки — фрагменты породы и почву, выносимые на поверхность во время бурения. В линейной модели эти вырезки вывозятся на свалки, неся затраты и занимая пространство. В них ценится круговой подход. Сливные вырезы могут быть стабилизированы и использованы в качестве дорожной базы, покрытия свалки или сырья для производства цемента. В сланцевой марселлус несколько операторов сотрудничали со строительными фирмами для преобразования черенков в легкий агрегат для бетонных блоков и асфальта.

Один инновационный проект в округе Брэдфорд в Пенсильвании обработал более 100 000 тонн буровых вырубок в инженерном заполнении для расширения шоссе. Резки были экранированы, смешаны с связующими и уплотнены для соответствия спецификациям государственного департамента транспорта. Это позволило избежать платы за удаление свалок, сократить выбросы от грузовых перевозок и произвело полезный продукт - круговой результат учебника.

Повторное использование и перерабатываемые материалы

Проппанты — песок или керамические бусины, используемые для сохранения трещин, — обычно одноразовые. Однако исследования «умных» проппантов, способных к извлечению и повторному использованию, продвигаются. Биоразлагаемые проппанты, изготовленные из полимеров или растительных материалов, предлагают другой круговой путь: они со временем разрушаются, устраняя необходимость удаления и уменьшая повреждение образования. Хотя они все еще находятся на лабораторной стадии, эти материалы согласуются с принципами круговой конструкции, гарантируя, что то, что попадает в землю, может безопасно воссоединиться с естественными циклами.

Между тем, операторы минимизируют отходы, оптимизируя выбор и размещение пропанта. Использование локализованных источников песка и сокращение объема пропанта на стадии за счет инженерных улучшений сокращает как нагрузку на использование материалов, так и на утилизацию. Каждый фунт пропанта, который остается в трещине, - это один фунт, не отправленный на свалку.

Реконструкция оборудования и дизайн для долголетия

Насосы высокого давления, блендерные агрегаты и оборудование скважин испытывают экстремальный износ от абразивных жидкостей и высокого давления. Вместо замены неисправных компонентов операторы передового мышления принимают программы восстановления. Насосы разбираются, изношенные детали заменяются модернизированными материалами, а агрегат восстанавливается до почти новой производительности за долю стоимости нового оборудования. Это продлевает срок службы продукта и снижает спрос на сырье и энергию производства.

Производители оригинального оборудования (OEM) все чаще предлагают модели «оборудование как услуга», где они сохраняют право собственности и ответственность за техническое обслуживание и ремонт. Это сдвигает стимулы к долговечности и ремонтопригодности - базовая круговая стратегия. Например, программа Caterpillar Reman для буровых двигателей восстанавливает более 90% веса машины за счет восстановления, сохраняя тысячи тонн стали, меди и железа в использовании, а не на металлоломных верфях.

Энергоэффективность и возобновляемая интеграция

Сокращение вспышек и захват газа

Принципы круговой экономики распространяются на потоки энергии. Природный газ, вспыхивающий во время завершения скважин, не только теряет энергию, но и способствует изменению климата. По оценкам Всемирного банка, глобальное сжигание выбрасывает более 270 миллионов тонн CO2 в год. Операторы все чаще развертывают мобильные установки для улавливания для преобразования вспышечного газа в сжатый природный газ (CNG) или сжиженный природный газ (LNG), которые затем могут питать буровые установки и гидроразрывные флоты.

В формации Баккен в Северной Дакоте инициатива по смягчению последствий вспышки показала, что захват вспышек газа и его использование для выработки электроэнергии на месте может вытеснить дизельные генераторы, сократив расходы на топливо и выбросы парниковых газов до 50%. Улавливаемый газ также может быть продан на местные газовые рынки, генерируя доход. Это превращает поток отходов в поток дохода - классический круговой результат.

Операции на основе возобновляемых источников энергии

Однако временные солнечные батареи, ветровые турбины и системы хранения аккумуляторов все чаще используются для питания операций на скважинах, особенно в отдаленных районах, где расширение сети дорого. В Пермском бассейне пилотный проект крупного оператора использовал солнечную ферму мощностью 5 МВт для работы на электростанциях в течение шести месяцев, компенсируя 8 000 тонн CO2 и уменьшая потребление дизельного топлива на 2,5 миллиона литров. Когда завершение скважины закончилось, солнечные панели были перемещены на другой участок - окончательный пример повторного использования оборудования.

Сочетание возобновляемых источников энергии с хранением энергии позволяет операторам сгладить спрос на электроэнергию и избежать пиковых цен. В то время как первоначальный капитал выше, чем у простых дизель-генераторов, общие затраты на жизненный цикл часто благоприятствуют возобновляемым источникам энергии, когда учитывается экономия топлива и углеродные кредиты.

Экономические и экологические выгоды

Снижение затрат через замкнутость

Финансовый аргумент в пользу практики кругового гидроразрыва пласта усиливается. Переработка воды снижает расходы на закупку пресной воды и транспортировку сточных вод, которые могут составлять до 20% от общих затрат на скважины в регионах с дефицитом воды. Исследование 2020 года, проведенное Советом по защите грунтовых вод, показало, что операторы, перерабатывающие не менее 80% произведенной воды, экономят 1-3 доллара за баррель по сравнению с глубоководным впрыском. Для большой прокладки с десятками скважин эти сбережения быстро накапливаются.

Реконструкция оборудования также обеспечивает значительную отдачу. Реконструированные насосы стоят на 30-50% меньше, чем новые агрегаты, предлагая сопоставимые характеристики. Многие OEM-производители предоставляют гарантии, которые соответствуют или превышают гарантии для нового оборудования, сводя к минимуму риск. Когда операторы учитывают снижение затрат на инвентаризацию и более короткое время выполнения заказа, решение о повторном использовании становится убедительным.

Экологические показатели улучшаются

Циркулярная практика непосредственно снижает экологические стрессоры. Переработка воды снижает отвод пресной воды, ослабляя давление на местные водоносные горизонты. Сокращение объемов отходов снижает нагрузку на свалки и потенциальное загрязнение подземных вод из скважин для закачки. Энергоэффективность и интеграция возобновляемых источников сокращают углеродный след операций. По данным Международного энергетического агентства, содействие круговой экономике в нефтегазовом секторе ], принятие круговых принципов в цепочке создания стоимости может сократить общее использование воды в отрасли на 30% и выбросы парниковых газов на 15% к 2030 году - без ущерба для объемов производства.

Цифровая технология двойника — виртуальные копии физических активов — позволяет операторам моделировать весь жизненный цикл скважины и оптимизировать потоки ресурсов. Цифровая модель может прогнозировать изменения качества воды, планировать обслуживание насосов и отслеживать потоки материалов в режиме реального времени, позволяя операторам определять круговые возможности, которые в противном случае были бы упущены. Управление по ископаемой энергии Министерства энергетики США финансирует проекты, которые сочетают машинное обучение с анализом жизненного цикла для закрытия петлей ресурсов в нетрадиционной добыче нефти и газа.

Инициативы, осуществляемые промышленностью, такие как Инициатива «Энергия-вода» , способствуют обмену передовым опытом и совместным инвестициям в объекты по переработке. Совместные модели снижают индивидуальный риск, распространяя преимущества круговорота по всему сектору.