Ulotne emisje gazów
Niezorganizowane emisje gazów to emisje gazów (zwykle gazu ziemnego , który zawiera metan ) do atmosfery lub wód gruntowych , które są wynikiem wydobycia ropy i gazu lub węgla . W 2016 r. emisje te, po przeliczeniu na równoważny wpływ dwutlenku węgla , stanowiły 5,8% wszystkich globalnych emisji gazów cieplarnianych .
Większość emisji niezorganizowanych jest wynikiem utraty integralności odwiertów przez źle uszczelnione obudowy odwiertów z powodu geochemicznie niestabilnego cementu . Pozwala to na ucieczkę gazu przez sam odwiert (znany jako przepływ przez otwór wentylacyjny w obudowie powierzchniowej) lub poprzez migrację boczną wzdłuż sąsiednich formacji geologicznych (znaną jako migracja gazu). Około 1-3% przypadków wycieków metanu z niekonwencjonalnych odwiertów naftowych i gazowych jest spowodowanych niedoskonałymi uszczelnieniami i degradacją cementu w odwiertach. Niektóre wycieki są również wynikiem wycieków w sprzęcie, celowych praktyk obniżania ciśnienia lub przypadkowych uwolnień podczas normalnych czynności związanych z transportem, przechowywaniem i dystrybucją.
Emisje można mierzyć za pomocą technik naziemnych lub powietrznych. Uważa się, że w Kanadzie przemysł naftowy i gazowy jest największym źródłem emisji gazów cieplarnianych i metanu , a około 40% kanadyjskich emisji pochodzi z Alberty . Emisje są w dużej mierze zgłaszane przez firmy. Alberta Energy Regulator prowadzi bazę danych na temat odwiertów uwalniających ulotne emisje gazów w Albercie, a British Columbia Oil and Gas Commission prowadzi bazę danych nieszczelnych odwiertów w Kolumbii Brytyjskiej . Testowanie odwiertów w czasie wiercenia nie było wymagane w Kolumbii Brytyjskiej aż do 2010 roku i od tego czasu 19% nowych odwiertów zgłaszało problemy z wyciekami. Liczba ta może być zaniżona, jak sugerują badania terenowe przeprowadzone przez Fundację Davida Suzuki . Niektóre badania wykazały, że wyciek gazu występuje w 6-30% odwiertów.
Kanada i Alberta mają plany dotyczące polityki redukcji emisji, co może pomóc w walce ze zmianami klimatycznymi . Koszty związane z redukcją emisji są bardzo zależne od lokalizacji i mogą się znacznie różnić. Metan ma większy wpływ na globalne ocieplenie niż dwutlenek węgla , ponieważ jego siła radiacyjna jest 120, 86 i 34 razy większa niż dwutlenku węgla, biorąc pod uwagę ramy czasowe 1, 20 i 100 lat (w tym sprzężenie zwrotne węgla z klimatem) Ponadto prowadzi do wzrostu stężenie dwutlenku węgla poprzez jego utlenianie parą wodną .
Źródła emisji
Niezorganizowane emisje gazów mogą powstawać w wyniku działań związanych z poszukiwaniem węglowodorów , takich jak gaz ziemny lub ropa naftowa .
Często źródła metanu są również źródłami etanu , co pozwala na wyprowadzenie emisji metanu na podstawie emisji etanu i stosunku etanu do metanu w atmosferze. Metoda ta dała oszacowanie zwiększonej emisji metanu z 20 Tg rocznie w 2008 r. do 35 Tg rocznie w 2014 r. Duża część emisji metanu może pochodzić z zaledwie kilku „superemitentów”. Roczne tempo wzrostu emisji etanu w Ameryce Północnej w latach 2009-2014 wyniosło 3-5%. Sugeruje się, że 62% atmosferycznego etanu pochodzi z wycieków związanych z produkcją i transportem gazu ziemnego. Sugerowano również, że na emisje etanu mierzone w Europie mają wpływ operacje szczelinowania hydraulicznego i wydobycia gazu łupkowego w Ameryce Północnej. Niektórzy badacze postulują, że problemy z wyciekami są bardziej prawdopodobne w niekonwencjonalnych , które są szczelinowane hydraulicznie, niż w odwiertach konwencjonalnych.
Według National Inventory Report około 40% emisji metanu w Kanadzie występuje w Albercie. Spośród antropogenicznych emisji metanu w Albercie 71% pochodzi z sektora naftowego i gazowego. Szacuje się, że 5% odwiertów w Albercie jest związanych z wyciekiem lub odpowietrzeniem gazu ziemnego. Szacuje się również, że 11% wszystkich odwiertów wierconych w Kolumbii Brytyjskiej, czyli 2739 z 24599 odwiertów, zgłosiło problemy z wyciekami. Niektóre badania oszacowały, że 6-30% wszystkich odwiertów cierpi z powodu wycieku gazu.
Dobrze określone i przetwarzające źródła
Źródła mogą obejmować pęknięte lub nieszczelne osłony studni (w opuszczonych studniach lub nieużywanych, ale niewłaściwie porzuconych studniach) lub migrację poprzeczną przez formacje geologiczne pod powierzchnią przed emisją do wód gruntowych lub atmosfery. Pęknięte lub nieszczelne osłony studni są często wynikiem niestabilnego geochemicznie lub łamliwego cementu. Jeden z badaczy proponuje 7 głównych dróg migracji gazów i powierzchniowego przepływu otworów wentylacyjnych obudowy: (1) między cementem a przylegającą formacją skalną, (2) między okładziną a otaczającym cementem, (3) między okładziną a korkiem cementowym, (4) bezpośrednio przez korek cementowy, (5) przez cement między okładziną a przylegającą formacją skalną, (6) przez cement między wnękami łączącymi od strony okładziny cementu do strony pierścienia cementu oraz (7) przez nożyce w obudowa lub odwiert.
Wyciek i migracja mogą być spowodowane szczelinowaniem hydraulicznym, chociaż w wielu przypadkach metoda szczelinowania jest taka, że gaz nie jest w stanie migrować przez obudowę odwiertu. W niektórych badaniach zauważono, że szczelinowanie hydrauliczne w odwiertach poziomych nie wpływa na prawdopodobieństwo migracji gazu do odwiertu. Szacuje się, że około 0,6-7,7% emisji metanu wytwarzanych podczas eksploatacji odwiertu na paliwo kopalne ma miejsce podczas działań prowadzonych na terenie odwiertu lub podczas przetwarzania.
Źródła potokowe i dystrybucyjne
Dystrybucja produktów węglowodorowych może prowadzić do emisji niezorganizowanych spowodowanych nieszczelnościami uszczelnień rur lub zbiorników magazynowych, niewłaściwymi praktykami magazynowania lub wypadkami transportowymi. Niektóre nieszczelności mogą być zamierzone w przypadku zaworów bezpieczeństwa zwalniających ciśnienie. Niektóre emisje mogą pochodzić z niezamierzonych wycieków z urządzeń, takich jak kołnierze lub zawory. Szacuje się, że około 0,07-10% emisji metanu występuje podczas transportu, magazynowania i dystrybucji.
Metody wykrywania
Istnieje kilka metod wykrywania niezorganizowanych emisji gazów. Często pomiary są wykonywane na głowicach odwiertów lub w ich pobliżu (za pomocą próbek gazu glebowego, wież kowariancji wirów, dynamicznych komór strumienia połączonych z analizatorem gazów cieplarnianych), ale możliwy jest również pomiar emisji przy użyciu samolotu ze specjalistycznymi przyrządami na pokładzie . Badanie samolotów w północno-wschodniej Kolumbii Brytyjskiej wykazało emisje pochodzące z około 47% aktywnych studni na tym obszarze. To samo badanie sugeruje, że rzeczywiste emisje metanu mogą być znacznie wyższe niż te zgłaszane przez przemysł lub szacowane przez rząd. W przypadku projektów pomiarowych na małą skalę można zastosować inspekcje szczelności kamerą na podczerwień , znaczniki iniekcji do studni i pobieranie próbek gazu glebowego . Są one zazwyczaj zbyt pracochłonne, aby były przydatne dla dużych firm naftowych i gazowych, a zamiast tego często stosuje się ankiety lotnicze. Inne metody identyfikacji źródła stosowane w przemyśle obejmują analizę izotopów węgla w próbkach gazu, dzienniki hałasu obudowy produkcyjnej i dzienniki neutronów z obudowanego otworu wiertniczego. Pomiary atmosferyczne za pomocą pobierania próbek z powietrza lub na ziemi są często ograniczone pod względem gęstości próbki ze względu na ograniczenia przestrzenne lub ograniczenia czasu trwania pobierania próbek.
Jednym ze sposobów przypisania metanu do konkretnego źródła jest wykonywanie ciągłych pomiarów stabilnych pomiarów izotopowych węgla atmosferycznego metanu (δ 13 CH 4 ) w chmurach antropogenicznych źródeł metanu za pomocą mobilnego systemu analitycznego. Ponieważ różne rodzaje i poziomy dojrzałości gazu ziemnego mają różne sygnatury δ 13 CH 4 , pomiary te można wykorzystać do określenia pochodzenia emisji metanu. Działania związane z gazem ziemnym emitują smugi metanu o zakresie od -41,7 do -49,7 ± 0,7‰ sygnatur δ 13 CH 4 .
Wysokie wskaźniki emisji metanu mierzone w atmosferze w skali regionalnej, często za pomocą pomiarów w powietrzu, mogą nie odzwierciedlać typowych wskaźników wycieków z systemów gazu ziemnego.
Raportowanie i regulacja emisji
Zasady regulujące zgłaszanie ulotnych emisji gazów są różne i często kładzie się nacisk na samodzielne zgłaszanie przez firmy. Warunkiem koniecznym skutecznego uregulowania emisji gazów cieplarnianych (GHG) jest zdolność do monitorowania i kwantyfikacji emisji przed i po wejściu w życie przepisów.
Stanach Zjednoczonych podejmuje dobrowolne działania w celu przyjęcia nowych technologii zmniejszających emisję metanu, a także zobowiązuje się do stosowania najlepszych praktyk zarządzania w celu osiągnięcia redukcji metanu na poziomie sektora. W Albercie Alberta Energy Regulator prowadzi bazę danych zgłoszonych przez siebie przypadków migracji gazu i przepływów z otworów wentylacyjnych z powierzchni obudowy w studniach w prowincji.
Zgłaszanie wycieków w Kolumbii Brytyjskiej rozpoczęło się dopiero w 1995 r., Kiedy to wymagane było przetestowanie studni pod kątem wycieków po opuszczeniu. Testy podczas wiercenia odwiertu nie były wymagane w Kolumbii Brytyjskiej aż do 2010 roku. Spośród 4017 odwiertów wierconych od 2010 roku w Kolumbii Brytyjskiej, 19%, czyli 761 odwiertów, zgłosiło problemy z wyciekami. Jednak badania terenowe przeprowadzone przez Fundację Davida Suzuki odkryły nieszczelne odwierty, które nie zostały uwzględnione w bazie danych Komisji ds. Ropy i Gazu Kolumbii Brytyjskiej (BCOGC), co oznacza, że liczba nieszczelnych odwiertów może być wyższa niż zgłoszono. Według BCOGC przepływ otworów wentylacyjnych z powierzchni obudowy jest główną przyczyną wycieków w odwiertach (90,2%), a następnie migracja gazu (7,1%). szacuje się, że całkowity wskaźnik wycieku wynosi 7070 m 3 dziennie (2,5 miliona m 3 rocznie), chociaż liczba ta może być niedoszacowana, jak wykazały przeprowadzone prace terenowe przez Fundację Davida Suzuki.
Oddolne inwentaryzacje wycieków polegają na określeniu średnich wskaźników wycieków dla różnych źródeł emisji, takich jak sprzęt, studnie lub rury, i ekstrapolacji tego do wycieku, który szacuje się jako całkowity wkład danej firmy. Metody te zwykle zaniżają wskaźniki emisji metanu, niezależnie od skali inwentaryzacji.
Rozwiązywanie problemów wynikających z ulotnych emisji gazów
Istnieje kilka rozwiązań tych problemów. Większość z nich wymaga wdrożenia polityki lub zmian na poziomie firmy, regulatora lub rządu (lub na wszystkich trzech poziomach). Polityki mogą obejmować pułapy emisji, programy taryf gwarantowanych oraz rozwiązania rynkowe, takie jak podatki lub zbywalne pozwolenia.
Kanada przyjęła politykę, która obejmuje plany ograniczenia emisji z sektora naftowego i gazowego o 40 do 45% poniżej poziomu z 2012 r. Do 2025 r. Rząd Alberty ma również plany ograniczenia emisji metanu z operacji naftowych i gazowych o 45% do 2025 r.
Zmniejszenie emisji gazów ulotnych może pomóc spowolnić zmiany klimatu, ponieważ metan ma siłę promieniowania 25 razy większą niż dwutlenek węgla, biorąc pod uwagę 100-letnie ramy czasowe. Po wyemitowaniu metan jest również utleniany przez parę wodną i zwiększa stężenie dwutlenku węgla, co prowadzi do dalszych skutków klimatycznych.
Koszty ograniczenia emisji gazów niezorganizowanych
Koszty związane z wdrażaniem polityk mających na celu ograniczenie emisji gazów ulotnych różnią się znacznie w zależności od położenia geograficznego , geologii i hydrologii obszarów produkcji i dystrybucji. Często koszt redukcji emisji gazów niezorganizowanych spada na poszczególne firmy w postaci modernizacji technologii. Oznacza to, że często istnieje rozbieżność między firmami różnej wielkości co do tego, jak drastycznie mogą sobie pozwolić finansowo na ograniczenie emisji metanu.
Zajmowanie się i usuwanie niezorganizowanych emisji gazów
Proces interwencji w przypadku nieszczelnych studni, na które mają wpływ spływy z rur okładzinowych i migracje gazów, może obejmować perforację obszaru interwencji, wpompowanie świeżej wody, a następnie szlamu do studni oraz naprawcze zacementowanie interwału interwencyjnego metodami takimi jak wyciskanie łbem bradenhead , ściskanie cementu lub ściskanie krążenia.