Review of the diagnosis of production water treatment in Colombian petroleum fields
Abstract
This article aims to study the methods of water resource management in the petroleum industry. This research looks for scientific information obtained in databases such as Scopus, Science Direct, or Redalyc, and inquiries extracted from government reports, Colombian legislation, and operations of companies belonging to the hydrocarbon sector such as Ecopetrol or Pacific, among others, are reviewed. With the data, conventional and non-conventional methods of separation between water and crude petroleum are classified. Finally, three uses given to the produced water in Colombia are highlighted: injection, surface discharge, and adaptation as irrigation water in agricultural activities.
Keywords
groundwater, treatment, oil field, petroleum
Author Biography
Angie Tatiana Ortega Ramírez
Ingeniera Química, Ingeniera de Petróleos, Especialista en Gerencia de Proyectos, Magister en Gestión Ambiental para la competitividad y Doctoranda en Sostenibilidad con experiencia en la formulación y ejecución de proyectos ambientales para Latinoamérica y el Caribe (Recurso hídrico, Identificación de sitios contaminados, minería y uso de mercurio, salud ambiental, entre otros) Docente investigadora y líder de investigación del grupo GIGAS en la Fundación Universidad de América. Experiencia y conocimientos en el área de certificación ISO 9001, ISO 14000 e ISO 45000, Certificación en Coaching Gerencial
References
[1] J. O. Robertson, and G. V. Chilingar, Environmental aspects of oil and gas production. John Wiley & Sons, 2017.
[2] Water Environment Federation. “Oil and gas terminology glossary”. Monthly Energy Review, 91, 2018.
[3] J. García, M. Cabarcas, y S. Herrera. “Manejo del agua de producción para proyectos de gas en aguas profundas y ultraprofundas del caribe colombiano”. El Reventón Energético, 15(2), 89-105, 2017. https://revistas.uis.edu.co/index.php/revistafuentes/article/view/7686/8698 DOI: https://doi.org/10.18273/revfue.v15n2-2017008
[4] L. Nabzar, and J. Duplan. “Water in fuel production: Oil production and refining”. Panorama 2011, IFP Energies, 2011.
[5] A. Fakhru’l-Razi, A. Pendashteh, L. C. Abdullah, D. R. A. Biak, S. S. Madaeni, and Z. Z. Abidin. “Review of technologies for oil and gas produced water treatment”. Journal of Hazardous Materials, 170(2-3), 530-551, 2009. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.05.044
[6] E. F. Almansa-Manrique, J. G. Velásquez-Penagos, y G. A. Rodríguez-Yzquierdo. “Efecto del uso de aguas provenientes de la producción petrolera en actividades agrícolas y pecuarias”. Corpoica Ciencia y Tecnología Agropecuaria, 19(2), 403-420, 2018. DOI: https://doi.org/10.21930/rcta.vol19_num2_art:1016
[7] Ecopetrol. Reporte Integrado de Gestión Sostenible 2019. http://dev.isgood.com.co/ecopetrol/informe-2019/es/
[8] BNamericas. “Colombia’s 20 highest producing oil fields”. BNamericas, 2019. https://www.bnamericas.com/en/news/colombias-20-highest-producing-oilfields
[9] C. Gil y B. Mendoza. “Diseño de un modelo de ingeniería para la gestión del agua excedente del campo Castilla a fin de disponerla en cultivos que generan biocombustibles, según la Resolución 1207 de 2014”, Trabajo de grado, Universidad de América, 2019.
[10] E. Igunnu, and G. Z. Chen. “Produced water treatment technologies”. International Journal of Low-Carbon Technologies, 9(3), 157-177, 2012. DOI: https://doi.org/10.1093/ijlct/cts049
[11] T. Hayes, and D. Arthur. Overview of emerging produced water treatment technologies. The 11th Annual International Petroleum Environmental Conference, Albuquerque, NM, October 12-15, 2004. https://www.yumpu.com/en/document/read/33648850/overview-of-emerging-produced-water-treatment-technologies-ipec
[12] S. Jiménez, M. Micó, F. Medina, M. Arnaldos, and S. Contreras. “State of art of produced water treatment”. Chemosphere, 192, 186-208, 2018. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0045653517317241 DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.10.139
[13] J. Neff. “Produced water”. In Bioaccumulation in marine organisms: Effect of contaminants from oil well produced water. Elsevier, 1-35, 2002. DOI:
https://doi.org/10.1016/B978-0-08-043716-3.X5000-3
[14] M. Stewart, and K. Arnold. Part 1 – “Produced water treating systems”. In Produced water field manual. Gulf Professional Publishing, 1-134, 2011. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-1-85617-984-3.00001-8
[15] S. L. Mesa, J. M. Orjuela, A. T. Ortega Ramírez y J. Sandoval. “Revisión del panorama actual del manejo de agua de producción en la industria petrolera colombiana”. Gestión y Ambiente, 21(1), 87-98. 2018. DOI: https://doi.org/10.15446/ga.v21n1.69792
[16] A. Ortega. “Estrategia para el uso sostenible de agua de producción para riego de suelos, adaptada de la experiencia del desierto de Omán a un patrón de pozos en un campo colombiano”. Tesis de Maestría. Universidad de América, 2019.
[17] N. Lusinier, I. Seyssiecq, C. Sambusiti, M. Jacob, N. Lesage, and N. Roche. “Biological treatments of oilfield produced water: A comprehensive review”. Society of Petroleum Engineers Journal, 24(5), 2135-2147, 2019. DOI: 10.2118/195677-PA
[18] M. Srijata, and R. Pranab. “BTEX: A serious ground-water contaminant”. Research Journal of Environmental Sciences, 5(5), 394-398, 2011. DOI: 10.3923/rjes.2011.394.398
[19] Asociación Regional de Empresas de Petróleo y Gas Natural en Latinoamérica y el Caribe ACIPET. “Disposición y tratamiento del agua producida”. Guía Ambiental No. 1, 2006. http://www.ingenieroambiental.com/4000/GUIA%2001%20-%20OK.pdf
[20] D. A. Puentes Álvarez y J. S. Velasco García. “Evaluación de la viabilidad de aplicación de la tecnología radio corto para la perforación de un pozo en el campo Rubiales”. Trabajo de grado. Universidad de América, 2018.
[21] Schlumberger. “FWKO”. Oilfield Glossary, 2020. https://www.glossary.oilfield.slb.com/es/terms/f/fwko
[22] P. Grill, and F. Linde. “Oil skimming: Business potential, and strategic options facing a marginalized business segment at Sandvik Process Systems”. Master of Science Thesis, KTH School of Industrial Engineering and Management, 2013. Disponible en: http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:644788/FULLTEXT01
[23] M. V. Madriz. “Estudio técnico, económico y financiero de la implementación de plantas modularizadas de tratamiento de aguas aceitosas como producto de la extracción de petróleo para una empresa de proyectos de Ingeniería Procura y Construcción (IPC)”. Trabajo de grado. Universidad Católica Andrés Bello, 2014. https://1library.co/document/y654407z-aas.html
[24] J. Forero, J. Diaz, y V. Blandón. “Diseño de un nuevo sistema de flotación para tratamiento de aguas industriales”. CTF – Ciencia, Tecnología y Futuro, 1(5), 67-75, 1999. Disponible en: http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0122-53831999000100006&lng=en&tlng=es
[25] D. García y P. Vivas. (2016). “Ampliación de la capacidad del sistema de tratamiento de agua de producción mediante el dimensionamiento conceptual de los nuevos equipos en la estación Jaguar ubicada en el bloque Caracara”. Trabajo de grado. Universidad de América, 2016.
[26] J. Cantos. “Diseño de una planta para el tratamiento de agua de formación para su reinyección en el campo Sacha”. Trabajo de grado. Escuela Politécnica Nacional, 2017.
[27] Ecopetrol. Filosofía de operación filtros de cáscara de nuez estación Apiay y Suria, 2010.
[28] E. Piñeiro, R. Fonseca y J. Ruiz. “Diseño, construcción e instalación de un reactor para depurar aceites vegetales usados para ser reutilizados en calderas y hornos”. Trabajo de grado. Universidad Nacional de la Amazonía Peruana, 2013.
[29] D. Hincapié y S. Verján. “Evaluación técnica de la inyección cíclica de agua en la formación K1 inferior del campo Castilla mediante simulación numérica”. Trabajo de grado. Universidad de América, 2019.
[30] C. Quintero Gómez. “Alternativas de producción más limpia en la estación de recolección y tratamiento Castilla II Superintendencia de Operaciones Apiay – Soa. Departamento del Meta. Ecopetrol S. A.”. Trabajo de grado. Universidad de la Salle, 2007.
[31] J. Torres y D. Tosi. “Diseño y elaboración de un prototipo para trampa de grasa, aplicable al sector comercial de la ciudad de Cuenca”. Trabajo de grado. Universidad del Azuay, 2019.
[32] R. Mastouri, S. M. Borghei, F. Nadim, and E. Roayaei. “The investigation of induced gas flotation (IGF) performance at elevated temperatures and high total dissolved solids (TDS) produced water”. Petroleum Science and Technology, 28, 1415-1426, 2009. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/228504759_THE_INVESTIGATION_OF_INDUCED_GAS_FLOTATION_IGF_PERFORMANCE_AT_ELEVATED_TEMPERATURES_AND_HIGH_TOTAL_DISSOLVED_SOLIDS_TDS
[33] Process Group. “Induced Gas Flotation D.04”, 2012. Disponible en: http://www.processgroupintl.com/media/downloads/D04_Gas_Flotation_rev_11-12.pdf
[34] R. Hoseinzadeh, A. Hossein, M. Omidkhah, and M. Sharifzadeh. “An economical comparative study of different methods for decrease towers makeup cost in oil refineries”. World Applied Sciences Journal, 12(7), 2011. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/268380429_An_Economical_Comparative_Study_of_Different_Methods_for_Decrease_Cooling_Towers_Makeup_Cost_in_Oil_Refineries
[35] J. Winpenny, I. Heinz y S. Koo-Oshima. “Reutilización del agua en la agricultura: ¿Beneficios para todos?” Informe sobre Temas Hídricos FAO 35, 2013. Disponible en: http://www.fao.org/3/a-i1629s.pdf
[36] R. Arnold, D. Burnett, J. Elphick, T. Feely, M. Galbrun, M. Hightower, Z. Jiang, M. Khan, M. Lavery, F. Luffey y P. Verbeek. “Manejo de la producción de agua: De residuo a recurso”. Oilfield Review, 2004. Disponible en: https://www.academia.edu/33018242/Manejo_de_la_producci%C3%B3n_de_agua_De_residuo_a_recurso
[37] E. Salamanca. “Tratamiento de aguas para el consumo humano”. Módulo Arquitectura CUC, 17(1), 29-48, 2016. DOI: https://doi.org/10.17981/moducuc.17.1.2016.02
[38] E. Worch. “Adsorption technology in water treatment: Fundamentals, processes and modeling.” Walter de Gruyter, 2012. DOI: ttps://doi.org/10.1515/9783110240238
[39] M. A. Al-Ghouti, M. A. Al-Kaabi, M. Y. Ashfaq, and D. A. Da’na. “Produced water characteristics, treatment and reuse: A review”. Journal of Water Process Engineering, 28, 222-239, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2019.02.001
[40] C. Rawlins, “Experimental study on oil and solids removal in nutshell filters for produced water treatment”. In SPE Western Regional Meeting, Garden Grove, California, USA, April 2018. DOI: 10.2118/190108-ms
[41] M. Nasiri, and I. Jafari. “Produced water from oil-gas plants: A short review on challenges and opportunities”. Periodica Polytechnica Chemical Engineering, 61(2), 2017. DOI: 10.3311/ppch.8786
[42] A. Heydari, R. Duraisamy, and A. Henni. “State of the art treatment of produced water”. Water Treatment. 2013. DOI: 10.5772/53478
[43] T. Pankratz. “Evaporation: A wastewater treatment alternative: Wastewater Treatment”. Roads & Brigdes, December 28, 2000. Disponible en: https://www.roadsbridges.com/evaporation-wastewater-treatment-alt
[44] A. Azevedo, H. A. Oliveira, and J. Rubio. “Treatment and water reuse of lead-zinc sulphide ore mill wastewaters by high-rate dissolved air flotation”. Minerals Engineering, 127, 114–121, 2018. DOI: 10.1016/j.mineng.2018.07.011
[45] A. Al-Shamrani, A. James, and H. Xiao. “Separation of oil from water by dissolved air flotation”. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 209(1), 15–26, 2002. doi:10.1016/s0927-7757(02)00208-x
[46] M. Nasiri, I. Jafari, and B. Parniankhoy. “Oil and gas produced water management: A review of treatment technologies, challenges, and opportunities”. Chemical Engineering Communications, 204(8), 990–1005, 2017. DOI: 10.1080/00986445.2017.1330747
[47] T. Xu, and C. Huang. “Electrodialysis-based separation technologies: A critical review”. AIChE Journal, 54(12), 3147–3159, 2008. DOI: 10.1002/aic.11643
[48] L. K. Wang, D. Vaccari, Y. Li y N. K. Shammas. “Chemical precipitation”. In: L. K. Wang, Y. T. Hung, and N. K. Shammas (eds.) Physicochemical treatment processes. Handbook of Environmental Engineering, vol 3. Humana Press, 2005. DOI: https://doi.org/10.1385/1-59259-820-x:141
[49] M. S. Oncel, A. Muhcu, E. Demirbas, and M. Kobya. “A comparative study of chemical precipitation and electrocoagulation for treatment of coal acid drainage wastewater”. Journal of Environmental Chemical Engineering, 1(4), 989–995, 2013. DOI: 10.1016/j.jece.2013.08.008
[50] T. Muddemann, D. Haupt, M. Sievers, and U. Kunz. “Electrochemical reactors for wastewater treatment”. ChemBioEng Reviews, 6(5), 142–156, 2019 DOI: 10.1002/cben.201900021
[51] E. Gilpavas, E. Arbeláez, L. Sierra, C. White, C. Oviedo y P. Restrepo. “Aplicación de la electroquímica en el tratamiento de aguas residuales”. Cuadernos de Investigación. Universidad EAFIT, 2008.
[52] A. M. Al-Sabagh, N. Kandile, and M. R. Noor El-Din. “Functions of demulsifiers in the petroleum industry”. Separation Science and Technology, 46(7), 1144–1163, 2011. DOI: :10.1080/01496395.2010.550595
[53] H. N. Abdurahman, M. Y. Rosli, and J. Zulkifly. “Chemical demulsification of water-in-crude oil emulsions”. Journal of Applied Sciences, 7: 196-201, 2007. DOI: 10.3923/jas.2007.196.201
[54] T. Luo, S. Abdu, and M. Wessling. “Selectivity of ion exchange membranes: A review”. Journal of Membrane Science, 555, 429–454, 2018. DOI: 10.1016/j.memsci.2018.03.051
[55] S. Renou, J. G. Givaudan, S. Poulain, F. Dirassouyan, and P. Moulin. “Landfill leachate treatment: Review and opportunity”. Journal of Hazardous Materials, 150(3), 468–493, 2008. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2007.09.077 9
[56] N. K. Shammas, J. Y. Yang, P. C. Yuan, and Y. T. Hung. “Chemical oxidation”. Physicochemical Treatment Processes, 229–270, 2005. DOI: 10.1385/1-59259-820-x:229
[57] S. Shokrollahzadeh, F. Golmohammad, N. Naseri, H. Shokouhi, and M. Arman-Mehr. “Chemical oxidation for removal of hydrocarbons from gas-field produced water”. Procedia Engineering, 42, 942-947, 2012. DOI: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.07.487
[58] United States Environmental Protection Agency EPA. “Ozone disinfection" Wastewater Technology Fact Sheet, 1999. Disponible en: https://www3.epa.gov/npdes/pubs/ozon.pdf
[59] Y. Gong, and D. Zhao. “Effects of oil dispersant on ozone oxidation of phenanthrene and pyrene in marine water”. Chemosphere, 172, 468–475, 2017. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2017.01.007
[60] A. B. C. Alvares, C. Diaper, and S. A. Parsons. “Partial oxidation by ozone to remove recalcitrance from wastewaters: A review”. Environmental Technology, 22(4), 409–427, 2001. DOI: 10.1080/09593332208618273
[61] Y. Deng, and R. Zhao. “Advanced oxidation processes (AOPs) in wastewater treatment”. Current Pollution Reports, 1(3), 167–176, 2015. DOI: 10.1007/s40726-015-0015-z
[62] Y. Barash. “Biological treatment of produced water”. AWE Magazine, October 3, 2010. Disponible en: https://www.aweimagazine.com/article/biological-treatment-of-produced-water-237/
[63] H. T. Madsen. “Membrane filtration in water treatment: Removal of micropollutants”. In Chemistry of advanced environmental purification processes of water, Elsevier, 199–248, 2014. DOI: 10.1016/b978-0-444-53178-0.00006-7
[64] C. A. Solís, C. A. Vélez y J. S. Ramírez-Navas. “Tecnología de membranas: Ultrafiltración”. Entre Ciencia e Ingeniería, 11(22), 26-36, 2017. DOI: https://doi.org/10.31908/19098367.3546
[65] C. Charcosset. “Some perspectives”. Membrane Processes in Biotechnology and Pharmaceutics, 295–321, 2012. DOI: 10.1016/b978-0-444-56334-7.00008-3
[66] Y. Mikhak, M. M. A. Torabi, and A. Fouladitajar. “Refinery and petrochemical wastewater treatment”. Sustainable Water and Wastewater Processing, 55–91, 2019. DOI: 10.1016/b978-0-12-816170-8.00003-x
[67] E. Vicuña, S. Ara y J. Loayza. “Sistemas híbridos de tratamiento de aguas residuales”. Revista Peruana de Química e Ingeniería Química.