Hydraulic fracturing (HF), or "fracking," is the driving force behind the "shale gas revolution," completely transforming the United States energy industry over the last two decades. HF requires that 4-6 million gallons per well (15,000-23,000 m3/well) of water be pumped underground to stimulate the release of entrapped hydrocarbons from unconventional (i.e., shale or carbonate) formations. Estimated U.S. produced water volumes exceed 150 billion gallons/year across the industry from unconventional wells alone and are projected to grow for at least another two decades. Concerns over the environmental impact from accidental or incidental release of produced water from HF wells ("U-PW"), along with evolving regulatory and economic drivers, has spurred great interest in technological innovation to enhance U-PW recycling and reuse. In this review, we analyze U-PW quantity and composition based on the latest U.S. Geographical Survey data, identify key contamination metrics useful in tracking water quality improvement in the context of HF operations, and suggest "fit-for-purpose treatment" to enhance cost-effective regulatory compliance, water recovery/reuse, and resource valorization. Drawing on industrial practice and technoeconomic constraints, we further assess the challenges associated with U-PW treatment for onshore U.S. operations. Presented are opportunities for targeted end-uses of treated U-PW. We highlight emerging technologies that may enhance cost-effective U-PW management as HF activities grow and evolve in the coming decades.

中文翻译：

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页岩油气田采出水的专用处理目标。

水力压裂（HF）或“压裂”是“页岩气革命”背后的驱动力，在过去的二十年中彻底改变了美国能源行业。HF要求将每口井4-6百万加仑（15,000-23,000 m3 /井）的水泵入地下，以刺激非常规（即页岩或碳酸盐）地层中夹带的碳氢化合物的释放。据估计，仅非常规井，整个行业的美国采出水量每年就超过1500亿加仑，预计至少还会再增长20年。关注因HF井（“ U-PW”）意外或偶然释放产出水以及不断发展的法规和经济驱动因素而对环境造成的影响，对提高U-PW回收和再利用的技术创新引起了极大的兴趣。在本次审查中，我们根据最新的美国地理调查数据分析U-PW的数量和组成，确定可用于追踪HF操作背景下水质改善的关键污染指标，并提出“针对目的的处理”以提高具有成本效益的法规遵从性，水的回收/再利用和资源评估。利用行业实践和技术经济约束，我们进一步评估了在美国陆上作业中使用U-PW处理所带来的挑战。介绍了经过处理的U-PW有针对性的最终用途的机会。我们重点介绍随着HF活动在未来几十年中的发展和发展而可能增强具有成本效益的U-PW管理的新兴技术。我们根据最新的美国地理调查数据分析U-PW的数量和成分，确定可用于跟踪HF操作背景下水质改善的关键污染指标，并建议“针对目的的处理”以提高成本效益的监管合规性，水的回收/再利用和资源评估。利用行业实践和技术经济约束，我们进一步评估了在美国陆上作业中使用U-PW处理相关的挑战。介绍了经过处理的U-PW有针对性的最终用途的机会。我们重点介绍随着HF活动在未来几十年中的发展和发展而可能增强具有成本效益的U-PW管理的新兴技术。我们根据最新的美国地理调查数据分析U-PW的数量和成分，确定可用于跟踪HF操作背景下水质改善的关键污染指标，并建议“针对目的的处理”以提高成本效益的监管合规性，水的回收/再利用和资源评估。利用行业实践和技术经济约束，我们进一步评估了在美国陆上作业中使用U-PW处理相关的挑战。介绍了经过处理的U-PW有针对性的最终用途的机会。我们重点介绍随着HF活动在未来几十年中的发展和发展而可能增强具有成本效益的U-PW管理的新兴技术。确定关键的污染指标，这些指标可用于跟踪HF操作中的水质改善情况，并建议“针对目的的处理”以提高成本效益的法规遵从性，水的回收/再利用以及资源的价值。利用行业实践和技术经济约束，我们进一步评估了在美国陆上作业中使用U-PW处理相关的挑战。介绍了经过处理的U-PW有针对性的最终用途的机会。我们重点介绍随着HF活动在未来几十年中的发展和发展而可能增强具有成本效益的U-PW管理的新兴技术。确定关键的污染指标，这些指标可用于跟踪HF操作中的水质改善情况，并建议“针对目的的处理”以提高成本效益的法规遵从性，水的回收/再利用以及资源的价值。利用行业实践和技术经济约束，我们进一步评估了在美国陆上作业中使用U-PW处理相关的挑战。介绍了经过处理的U-PW有针对性的最终用途的机会。我们重点介绍随着HF活动在未来几十年中的发展和发展而可能增强具有成本效益的U-PW管理的新兴技术。利用行业实践和技术经济约束，我们进一步评估了在美国陆上作业中使用U-PW处理相关的挑战。介绍了经过处理的U-PW有针对性的最终用途的机会。我们重点介绍随着HF活动在未来几十年中的发展和发展而可能增强具有成本效益的U-PW管理的新兴技术。利用行业实践和技术经济约束，我们进一步评估了在美国陆上作业中使用U-PW处理相关的挑战。介绍了经过处理的U-PW有针对性的最终用途的机会。我们重点介绍随着HF活动在未来几十年中的发展和发展而可能增强具有成本效益的U-PW管理的新兴技术。