In the present research project, a mathematical programming approach is proposed for the strategic planning of wastewater management generated in hydraulic fracturing operations for shale gas production. The proposed approach seeks the optimal selection of treatment, storage and reuse based on the time that the water returns to the surface. The approach also takes into account variability in wastewater characteristics, including short-term flowback and transition water, as well as long-term produced water. Considering that different types of wastewater have different contaminant compositions due to the combination of chemicals used in fracturing and trace chemicals naturally found in the reservoir, stream segregation is considered an option. In addition, the model takes into account seasonal variabilities in the availability of fresh water. Economic and environmental objectives are considered, where the economic objective function determines the total cost, which is made up of the costs of fresh water, treatment, storage and transportation. The environmental objective focuses on the reduction of the fresh water requirements necessary for the fracturing stage, thus the proposed model determines the trade-offs between cost and water consumption. A case study is presented and the results show that it is possible to reduce up to 32.43% of fresh water consumed and reuse up to 12.26% of the total wastewater from wells for fracturing needs.
En el presente proyecto de Tesis se propone un enfoque de programación matemática para la planificación estratégica de la gestión de aguas residuales generadas en las operaciones de fractura hidráulica para la producción de gas shale. El enfoque propuesto busca la selección óptima de tratamiento, almacenamiento y reúso basado en el tiempo en que el agua retorna a la superficie. El enfoque también tiene en cuenta la variabilidad de las características de las aguas residuales, incluido el flowback y el agua de transición a corto plazo, así como el agua producida a largo plazo. Considerando que los distintos tipos de agua residual tienen diferentes composiciones de contaminantes debido a la combinación de químicos utilizados en la fractura y trazas de substancias químicas que se encuentran naturalmente en el yacimiento, la segregación de corrientes se considera una opción. Además, el modelo tiene en cuenta las variabilidades estacionales en la disponibilidad de agua fresca. Se consideran objetivos económicos y ambientales, en donde la función objetivo económica determina el costo total, que se compone de los costos de agua fresca, tratamiento, almacenamiento y transporte. El objetivo ambiental se centra en la reducción de los requisitos de agua fresca necesarios para la etapa de fractura, así el modelo propuesto determina las compensaciones entre el costo y consumo de agua. Se presenta un caso de estudio y los resultados muestran que es posible reducir hasta un 32.43% de agua fresca consumida y reutilizar hasta un 12.26% del total de aguas residuales de pozos para necesidades de fracturamiento.
