Hydraulisk sprickbildning har återigen gjort Permian Basin som sträcker sig över västra Texas och New Mexico till ett av de rikaste oljefälten i världen. Men de förbättrade reserverna kommer med några allvarliga vattenförvaltningsproblem. Att borra efter olja använder vatten i förväg, och tar upp stora volymer vatten som behöver hanteras.

Ny forskning ledd av University of Texas vid Austin Bureau of Economic Geology belyser viktiga skillnader i vattenanvändning mellan konventionella borrplatser och platser som använder hydraulisk sprickbildning, som snabbt expanderar i Permian.

Studien, publiceras i Miljövetenskap och teknik den 6 september, fann att återvinning av vattnet som produceras under drift vid andra hydrauliska sprickanläggningar kan bidra till att minska potentiella problem i samband med tekniken. Dessa inkluderar behovet av stor vattenanvändning i förväg, och potentiellt inducerad seismicitet eller jordbävningar, utlöses genom att det vatten som produceras under operationer injiceras tillbaka i marken.

"Det jag tror kan driva återanvändningen av producerat vatten lite mer är oro för övertryck, och potentiell inducerad seismicitet, "sa huvudförfattaren Bridget Scanlon, en senior forskare och chef för byråns program för hållbara vattenresurser. "I Permian har vi en bra möjlighet att återanvända eller återvinna producerat vatten för hydraulisk sprickbildning."

Scanlon författade studien tillsammans med byråforskare Robert Reedy, Frank Male, och Mark Walsh. Byrån är forskningsenhet vid UT Jackson School of Geosciences.

Sedan 1920-talet, Permbassängen har varit ett mycket aktivt område för konventionell oljeproduktion, nådde en topp på 1970-talet och stod för nästan 20 procent av USA:s oljeproduktion. Hydraulisk spräckningsteknik har återupplivat produktionen i det området genom att tillåta företag att utnyttja enorma oljereserver som hålls i mindre permeabla okonventionella skifferformationer. Den nya tekniken förvandlar den konventionella pjäsen till en okonventionell pjäs och har nästan fört oljeproduktionen upp till 1970-talstoppen. U.S.Geological Survey uppskattar att Permians Wolfcamp Shale ensam kan rymma 20 miljarder fat olja, den största okonventionella resursen som någonsin utvärderats av undersökningen.

Studien analyserade 10 års vattendata från 2005-2015. Forskarna spårade hur mycket vatten som producerades och hur det hanterades från konventionella och okonventionella brunnar och jämförde dessa volymer med vattenanvändning för hydraulisk sprickbildning.

Uppriktig, okonventionella brunnar använder mycket mer vatten än konventionella brunnar. Den genomsnittliga volymen vatten som behövs per brunn har ökat med cirka 10 gånger under det senaste decenniet, enligt studien, med ett medianvärde på 250, 000 fat eller 10 miljoner liter vatten som används per brunn i Midland Basin 2015. Men okonventionella brunnar producerar mycket mindre vatten än konventionella brunnar, i genomsnitt cirka 3 fat vatten per fat olja kontra 13 fat vatten per fat olja från konventionella brunnar.

För konventionella operationer, det producerade vattnet bortskaffas genom att injicera det i utarmade konventionella reservoarer, en process som håller trycket i behållaren och kan hjälpa till att få upp ytterligare olja genom förbättrad oljeutvinning. Okonventionella brunnar genererar endast omkring en tiondel av det vatten som produceras av konventionella brunnar, men detta "producerade vatten" kan inte injiceras i skiffrarna på grund av skifferns låga permeabilitet. Studien fann att det producerade vattnet från okonventionella brunnar till stor del injiceras i icke-oljeproducerande geologiska formationer - en praxis som kan öka trycket och potentiellt kan resultera i inducerad seismicitet eller jordbävningar.

Studien påpekar att istället för att injicera det producerade vattnet i dessa formationer, operatörer kan eventuellt återanvända vattnet från okonventionella brunnar för att hydrauliskt bryta nästa uppsättning brunnar. Tillräckligt med vatten produceras i Midland- och Delaware -bassängerna i Permian för att stödja hydraulisk sprickvattenanvändning, och vattnet behöver bara minimal behandling (ren saltlösning) för att göra det lämpligt för återanvändning.

Marc Engle, chefen för ett United States Geological Survey-program om vattenanvändning i samband med energiproduktion, sade att studien ger en omfattande, datadriven undersökning av hur vatten hanteras i den snabbt föränderliga Permbassängen.

"Detta arbete av Scanlon et al., för första gången, ger intresserade intressenter en detaljerad bild av vatteninflöden och utflöden från Permian Basin, "sade Engle." Dessutom, arbetet fångar tidsmässiga trender genom en viktig period där industrin skiftade från vertikala brunnar i konventionella reservoarer till vertikala och sedan horisontella brunnar i kontinuerliga reservoarer."

Även om det finns tillräckligt med producerat vatten för återanvändning, Scanlon sa att infrastruktur, frågor om producerat vattenägande, och låga kostnader för färskt eller bräckt grundvatten kan för närvarande behålla avfallshanteringsmetoderna som de är. Men när okonventionella verksamheter i Perm växer, att återanvända producerat vatten kan bli mer attraktivt.

"Återanvändning och återvinning är ett alternativ, och branschen är bra på att anpassa sig, sa Scanlon.