Nouvelle technologie du traitement de l’eau pour application à la fracturation hydraulique

Contexte du projet

La fracturation hydraulique est une technologie de production  pétrolière et gazière qui a  révolutionné l’industrie. Bien qu’elle soit efficace, elle suscite des préoccupations quant à son impact sur l’environnement, en particulier en ce qui a trait au volume et à la contamination de l’eau. De ce fait, elle a été soumise à un moratoire dans plusieurs provinces et territoires. Le traitement et le recyclage de l’eau de reflux constituent une solution qui répond à ces préoccupations. Cependant, le traitement de l’eau tel qu’il est pratiqué dans le monde entier dans des applications municipales et industrielles (y compris le pétrole et le gaz) nécessite généralement des immobilisations coûteuses – ce qui n’est pas pratique pour la fracturation hydraulique parce que les emplacements de puits changent constamment et que l’injection d’eau est requise une fois pendant la durée de vie du puits. En outre, les solutions proposées actuellement pour le traitement de l’eau laissent une grande empreinte écologique  attribuable au transport et à l’utilisation de produits chimiques.

L’électrocoagulation (EC) constitue une solution de rechange prometteuse qui remplace la coagulation chimique et la floculation, et elle fonctionne en un écoulement continu. Les métaux libérés de l’anode durant l’électrolyse provoquent la coagulation des polluants (tels que la silice, les métaux lourds et les particules solides colloïdales et en suspension), ce qui contribue à leur séparation de l’eau.  L’électrocoagulation peut être déployée comme une solution mobile pratique alimentée à l’électricité, et elle ne nécessite pas le transport de produits chimiques sur les sites. Cependant, l’efficacité de l’électrocoagulation est touchée régulièrement par l’encrassement (dépôt de particules sur la surface) des électrodes.  Il s’ensuit une obstruction et on doit fermer le système afin de nettoyer l’électrode et ensuite le redémarrer. Afin de trouver une solution à ce problème d’encrassement, Easwara Origins Corp. a exécuté des travaux de validation du concept.  Par conséquent, PTAC (dont Easwara est membre) a présenté un projet intitulé Novel Water Treatment Technology for Application to Hydraulic Fracturing (Nouvelle technologie du traitement de l’eau pour application à la fracturation hydraulique) afin d’obtenir un financement de l’Initiative ÉcoÉNERGIE sur l’innovation. Celle-ci a octroyé Une somme de 387 500 $ au projet pour la poursuite des travaux de validation du concept lancés par Easware et pour trouver une solution permettant l’écoulement continu qui réponde aux critères de mobilité, de robustesse et de fiabilité requis par l’industrie.

Résultats

Version textuelle

Unité mixte d'électrocoagulation et d'ultrasons : présente le réceptacle de la cellule d'électrocoagulation ; le transducteur et câble raccordant le transducteur au générateur d'ultrasons ; l'anode et fentes à la base pour fixer l'anode ; et l'orifice d'entrée et de sortie pour l'écoulement.

Un laboratoire d’électrocoagulation (EC) et d’ultrasons a été conçu et construit. Le générateur d’ultrasons et le transducteur sont tous deux fabriqués par Blackstone-NEY.  Le transducteur est composé de circuits piézoélectriques et est installé dans un boîtier en acier inoxydable qui est accroché sur la paroi de la cellule de l’électrocoagulation.  Pour exécuter les expériences, une grande quantité d’eau a été puisée  dans un bassin d’eau usée issue de la fracturation hydraulique d’un grand producteur situé dans le nord-ouest de l’Alberta. L’eau usée a été analysée pour connaître la composition chimique des contaminants cibles. Puis elle a été déversée par pompage dans une cellule d’électrocoagulation et traitée au moyen du procédé EC. Le traitement par électrocoagulation a entraîné la coagulation des contaminants de l’eau et l’encrassement de l’électrode.  L’encrassement de l’électrode comprenait 90 % de fer, 8 % de  magnésium, 2 % de calcium et environ 0,1 % de baryum et de silicate. L’électrode devenait fortement encrassée au bout de 20 à 30 minutes en moyenne. Le procédé d’électrocoagulation a permis de retirer, de l’eau usée, 90 % des matières  solides en suspension et le pétrole; l’application d’un gaz de procédé par barbotage dans l’eau durant l’électrocoagulation a augmenté la suppression totale de la dureté de 50 à 90 %.

Le désencrassement a été effectué en plaçant l’électrode encrassée parallèlement au transducteur à ultrasons.  L’ultrason produit des bulles par cavitation dans l’eau qui éclatent et créent une pression et température intenses à la surface de l’électrode, et qui enlèvent le dépôt de tartre sur l’électrode. Le nettoyage a été réalisé par la force de cisaillement créée par les ondes ultrasoniques sur la surface de l’électrode.  Le dépôt visible de tartre sur l’anode d’électrocoagulation a été entièrement supprimé. Parmi les conditions testées, la suppression la plus rapide de l’encrassement a été obtenue en deux minutes. Les résultats ont confirmé que le procédé à ultrasons utilisé pour le nettoyage rapide de l’anode durant le traitement par électrocoagulation était extrêmement efficace.

Avantages pour le Canada

Les améliorations apportées à la technologie EC, lorsqu’elle sera commercialisée, vont permettre la création de débouchés pour les entreprises de fabrication et de services au Canada. Que ce soit pour réduire les coûts ou pour se conformer à la réglementation environnementale, l’utilisation de la technologie permettra aux producteurs de pétrole et de gaz d’améliorer leurs opérations.

Prochaines étapes

Easwara a fait une demande de brevet provisoire pour cette technologie auprès du Bureau des brevets des États-Unis, qui lui a été accordé. Les préparatifs en vue de la demande de brevet sont en cours et celle-ci sera déposée en 2016.  Ce projet devrait engendrer des projets de suivi qui conduiront à la commercialisation et au déploiement industriel de la technologie.