stringtranslate.com

Неорганизованные выбросы газа

Неорганизованные выбросы газа — это выбросы газа (обычно природного газа , содержащего метан ) в атмосферу или грунтовые воды [1] , которые возникают в результате добычи нефти, газа или угля . [2] В 2016 году эти выбросы, если пересчитать их в эквивалентное воздействие углекислого газа , составили 5,8% всех мировых выбросов парниковых газов . [2]

Большинство неконтролируемых выбросов являются результатом потери целостности скважины из-за плохо запечатанных обсадных труб из-за геохимически нестабильного цемента . [3] Это позволяет газу выходить через саму скважину (известно как вентиляционный поток через поверхностную обсадную трубу) или через боковую миграцию вдоль соседних геологических формаций (известно как миграция газа). [3] Примерно 1-3% случаев утечки метана в нетрадиционных нефтяных и газовых скважинах вызваны несовершенными уплотнениями и ухудшением качества цемента в стволах скважин. [3] Некоторые утечки также являются результатом утечек в оборудовании, преднамеренных методов сброса давления или случайных выбросов во время обычных операций по транспортировке, хранению и распределению. [4] [5] [6]

Выбросы можно измерить с помощью наземных или воздушных методов. [3] [4] [7] В Канаде нефтегазовая промышленность считается крупнейшим источником выбросов парниковых газов и метана , [8] и примерно 40% выбросов Канады приходится на Альберту . [5] Выбросы в основном сообщаются компаниями самостоятельно. Регулятор энергетики Альберты ведет базу данных по скважинам, выбрасывающим неконтролируемые выбросы газа в Альберте, [9] а Комиссия по нефти и газу Британской Колумбии ведет базу данных по протекающим скважинам в Британской Колумбии . Тестирование скважин во время бурения не требовалось в Британской Колумбии до 2010 года, и с тех пор 19% новых скважин сообщили о проблемах с утечками. Это число может быть заниженной оценкой, как предполагают полевые работы, проведенные Фондом Дэвида Судзуки . [1] Некоторые исследования показали, что от 6 до 30% скважин страдают от утечки газа. [7] [9] [10] [11]

Канада и Альберта планируют политику по сокращению выбросов, которая может помочь в борьбе с изменением климата . [12] [13] Расходы, связанные с сокращением выбросов, сильно зависят от местоположения и могут значительно различаться. [14] Метан оказывает большее влияние на глобальное потепление, чем углекислый газ , поскольку его радиационная сила в 120, 86 и 34 раза больше, чем у углекислого газа, если рассматривать временные рамки в 1, 20 и 100 лет (включая Climate Carbon Feedback [15] [16] [9] Кроме того, он приводит к увеличению концентрации углекислого газа за счет его окисления водяным паром . [17]

Источники выбросов

7 наиболее распространенных причин разрушения цемента и обсадных колонн, приводящих к утечкам газа из добывающей скважины. Цементная пробка в нижней части скважины делает это примером заброшенной скважины.

Неконтролируемые выбросы газа могут возникать в результате операций по разведке углеводородов , например, природного газа или нефти .

Часто источники метана также являются источниками этана , что позволяет выводить выбросы метана на основе выбросов этана и соотношений этан/метан в атмосфере. Этот метод дал оценку увеличения выбросов метана с 20 Тг в год в 2008 году до 35 Тг в год в 2014 году. [18] Значительная часть выбросов метана может быть вызвана лишь несколькими «суперэмиттерами». [19] Ежегодный темп увеличения выбросов этана в Северной Америке в период с 2009 по 2014 год составил 3-5%. [18] Было высказано предположение, что 62% атмосферного этана возникает из-за утечек, связанных с добычей и транспортировкой природного газа. [20] Также было высказано предположение, что выбросы этана, измеренные в Европе, зависят от операций по гидроразрыву пласта и добыче сланцевого газа в Северной Америке. [21] Некоторые исследователи предполагают, что проблемы с утечками более вероятны в нетрадиционных скважинах, которые подвергаются гидроразрыву, чем в обычных скважинах. [1]

Около 40% выбросов метана в Канаде происходят в Альберте, согласно Национальному отчету по инвентаризации. Из антропогенных выбросов метана в Альберте, 71% генерируется нефтегазовым сектором. [5] По оценкам, 5% скважин в Альберте связаны с утечкой или выбросом природного газа. [22] Также по оценкам, 11% всех скважин, пробуренных в Британской Колумбии, или 2739 скважин из 24599, сообщили о проблемах с утечкой. [1] Некоторые исследования подсчитали, что 6-30% всех скважин страдают от утечки газа. [7] [9] [10] [11]

Хорошо специфичные и обрабатывающие источники

Источниками могут быть сломанные или протекающие обсадные трубы скважин (либо заброшенные скважины , либо неиспользуемые, но не должным образом заброшенные скважины) или боковая миграция через геологические формации в недрах перед выбросом в грунтовые воды или атмосферу. [1] Сломанные или протекающие обсадные трубы скважин часто являются результатом геохимически нестабильного или хрупкого цемента. [3] Один исследователь предлагает 7 основных путей миграции газа и вентиляционного потока через поверхность обсадной трубы: (1) между цементом и прилегающей скальной породой, (2) между обсадной трубой и охватывающим ее цементом, (3) между обсадной трубой и цементной пробкой, (4) непосредственно через цементную пробку, (5) через цемент между обсадной трубой и прилегающей скальной породой, (6) через цемент между соединительными полостями от стороны обсадной трубы цемента до кольцевой стороны цемента и (7) через сдвиги в обсадной трубе или стволе скважины. [4]

Утечка и миграция могут быть вызваны гидравлическим разрывом пласта, хотя во многих случаях метод разрыва пласта таков, что газ не может мигрировать через обсадную колонну скважины. Некоторые исследования показывают, что гидравлический разрыв горизонтальных скважин не влияет на вероятность того, что скважина пострадает от миграции газа. [23] По оценкам, приблизительно 0,6-7,7% выбросов метана, произведенных в течение срока службы скважины ископаемого топлива, происходят во время деятельности, которая осуществляется либо на месте скважины, либо во время переработки. [4]

Источники трубопровода и распределения

Распределение углеводородных продуктов может привести к неконтролируемым выбросам, вызванным утечками в уплотнениях труб или контейнеров для хранения, неправильными методами хранения или авариями при транспортировке. Некоторые утечки могут быть преднамеренными, в случае предохранительных клапанов сброса давления. [5] Некоторые выбросы могут возникать из-за непреднамеренных утечек оборудования, например, из фланцев или клапанов. [6] По оценкам, приблизительно 0,07-10% выбросов метана происходит во время транспортировки, хранения и распределения. [4]

Методы обнаружения

Существует несколько методов обнаружения неконтролируемых выбросов газа. Часто измерения проводятся на устье скважин или вблизи него (с помощью образцов почвенного газа, башен вихревой ковариации, динамических камер потока, соединенных с анализатором парниковых газов) [3] , но также возможно измерение выбросов с помощью самолета со специализированными приборами на борту. [4] [24] Обследование с помощью самолета на северо-востоке Британской Колумбии показало выбросы, исходящие примерно из 47% активных скважин в этом районе. [8] Это же исследование предполагает, что фактические выбросы метана могут быть намного выше, чем сообщается в промышленности или оценивается правительством. Для мелкомасштабных проектов по измерению могут использоваться проверки утечек инфракрасной камерой , трассеры закачки в скважины и отбор проб почвенного газа . Они, как правило, слишком трудоемки, чтобы быть полезными для крупных нефтегазовых компаний, и часто вместо них используются воздушные исследования. [7] Другие методы идентификации источника, используемые в промышленности, включают анализ изотопов углерода в газовых пробах, шумовые каротажи эксплуатационной обсадной колонны и нейтронные каротажи обсаженной скважины. [25] Атмосферные измерения с помощью как воздушных, так и наземных пробоотборников часто ограничены по плотности выборки из-за пространственных ограничений или ограничений по продолжительности выборки. [19]

Одним из способов отнесения метана к конкретному источнику является проведение непрерывных измерений стабильных изотопов углерода атмосферного метана ( δ 13 CH 4 ) в шлейфе антропогенных источников метана с использованием мобильной аналитической системы. Поскольку различные типы и уровни зрелости природного газа имеют разные сигнатуры δ 13 CH 4 , эти измерения можно использовать для определения источника выбросов метана. Деятельность, связанная с природным газом, выделяет шлейфы метана с диапазоном от -41,7 до -49,7 ± 0,7‰ сигнатур δ 13 CH 4 . [5]

Высокие показатели выбросов метана в атмосферу в региональном масштабе, часто с помощью воздушных измерений, могут не отражать типичные показатели утечек из систем природного газа. [19]

Отчетность и регулирование выбросов

Иллюстрация потока вентиляционной трубы обсадной колонны и путей миграции газа в недрах около добывающей скважины. Цементная пробка в нижней части скважины делает это примером заброшенной скважины.

Политики, регулирующие отчетность о выбросах неорганизованных газов, различаются, и часто акцент делается на самоотчетности компаний. Необходимым условием успешного регулирования выбросов парниковых газов (ПГ) является способность контролировать и количественно оценивать выбросы до и после введения правил. [26]

С 1993 года в нефтегазовой промышленности США предпринимаются добровольные действия по внедрению новых технологий, которые сокращают выбросы метана, а также обязательство использовать лучшие методы управления для достижения сокращения выбросов метана на уровне сектора. [27] В Альберте, Альбертский регулятор энергетики ведет базу данных случаев миграции газа и вентиляционных потоков из обсадных колонн на скважинах в провинции, о которых сообщалось самостоятельно. [9]

Отчетность об утечках в Британской Колумбии не начиналась до 1995 года, когда потребовалось проверять скважины на утечку после ликвидации. Тестирование при бурении скважин не требовалось в Британской Колумбии до 2010 года. [1] Из 4017 скважин, пробуренных с 2010 года в Британской Колумбии, 19%, или 761 скважина, сообщили о проблемах с утечками. [1] Однако полевые работы, проведенные Фондом Дэвида Судзуки, обнаружили протекающие скважины, которые не были включены в базу данных Комиссии по нефти и газу Британской Колумбии (BCOGC), что означает, что количество протекающих скважин может быть выше, чем сообщалось. [1] По данным BCOGC, поток через вентиляционную обсадную колонну является основной причиной утечек в скважинах - 90,2%, за которой следует миграция газа - 7,1%. На основе данных о скорости утечки метана из 1493 скважин, которые в настоящее время дают утечку в Британской Колумбии, оценивается общая скорость утечки в 7070 м 3 в день (2,5 млн м 3 в год), хотя эта цифра может быть занижена, как показали полевые исследования, проведенные Фондом Дэвида Судзуки. [1]

Инвентаризация утечек снизу вверх включает определение средних показателей утечек для различных источников выбросов, таких как оборудование, скважины или трубы, и экстраполяцию этого на утечку, которая оценивается как общий вклад данной компании. Эти методы обычно недооценивают показатели выбросов метана, независимо от масштаба инвентаризации. [19]

Решение проблем, связанных с неконтролируемыми выбросами газа

Есть несколько решений для решения этих проблем. Большинство из них требуют внедрения политики или изменений на уровне компании, регулятора или правительства (или всех трех). Политики могут включать ограничения выбросов, программы льготных тарифов и рыночные решения, такие как налоги или продаваемые разрешения. [28]

Канада приняла политику, которая включает планы по сокращению выбросов в нефтегазовом секторе на 40–45 % по сравнению с уровнем 2012 года к 2025 году. [13] Правительство Альберты также планирует сократить выбросы метана в результате операций по добыче нефти и газа на 45 % к 2025 году. [12]

Сокращение выбросов неорганизованных газов может помочь замедлить изменение климата, поскольку метан имеет радиационную силу в 25 раз больше, чем углекислый газ, если рассматривать временной интервал в 100 лет. [9] [16] После выброса метан также окисляется водяным паром и увеличивает концентрацию углекислого газа, что приводит к дальнейшим климатическим последствиям. [17]

Расходы на сокращение неконтролируемых выбросов газа

Расходы, связанные с реализацией политики, направленной на сокращение выбросов неорганизованного газа, значительно различаются в зависимости от географии , геологии и гидрологии районов производства и распределения. [14] Часто расходы на сокращение выбросов неорганизованного газа ложатся на отдельные компании в форме модернизации технологий. Это означает, что часто существует несоответствие между компаниями разных размеров относительно того, насколько радикально они могут финансово позволить себе сократить выбросы метана.

Устранение и устранение неконтролируемых выбросов газа

Процесс вмешательства в случае негерметичных скважин, затронутых потоками из обсадной колонны и миграцией газа, может включать перфорацию зоны вмешательства, закачку пресной воды, а затем пульпы в скважину и ремонтное цементирование интервала вмешательства с использованием таких методов, как задавливание с помощью бреденхеда , задавливание цементом или задавливание циркуляцией. [25]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefghi Wisen, Джошуа; Шено, Ромен; Верринг, Джон; Вендлинг, Жиль; Бодрон, Поль; Барбеко, Флоран (01 октября 2017 г.). «Портрет утечки нефти и газа из скважины на северо-востоке Британской Колумбии, Канада». ГеоОттава2017 .
  2. ^ ab Ritchie, Hannah ; Roser, Max (11 мая 2020 г.). "Выбросы по секторам". Our World in Data . Получено 30 июля 2021 г. .
  3. ^ abcdef Cahill, Aaron G.; Steelman, Colby M.; Forde, Olenka; Kuloyo, Olukayode; Ruff, S. Emil; Mayer, Bernhard; Mayer, K. Ulrich; Strous, Marc; Ryan, M. Cathryn (27 марта 2017 г.). «Подвижность и стойкость метана в грунтовых водах в полевом эксперименте с контролируемым высвобождением». Nature Geoscience . 10 (4): 289–294. Bibcode :2017NatGe..10..289C. doi :10.1038/ngeo2919. hdl : 1880/115891 . ISSN  1752-0908.
  4. ^ abcdef Колтон, Дана Р.; Шепсон, Пол Б.; Санторо, Рене Л.; Спаркс, Джед П.; Ховарт, Роберт В.; Инграффеа, Энтони Р.; Камбализа, Мария ОЛ; Суини, Колм; Карион, Анна (29.04.2014). «К лучшему пониманию и количественной оценке выбросов метана при разработке сланцевого газа». Труды Национальной академии наук . 111 (17): 6237–6242. Bibcode : 2014PNAS..111.6237C. doi : 10.1073/pnas.1316546111 . ISSN  0027-8424. PMC 4035982. PMID 24733927  . 
  5. ^ abcde Лопес, М.; Шервуд, О.А.; Длугокенки, Э.Дж.; Кесслер, Р.; Жиру, Л.; Уорти, Д.Э.Дж. (июнь 2017 г.). «Изотопные сигнатуры антропогенных источников CH4 в Альберте, Канада». Atmospheric Environment . 164 : 280–288. Bibcode : 2017AtmEn.164..280L. doi : 10.1016/j.atmosenv.2017.06.021 .
  6. ^ ab "ICF Methane Cost Curve Report". Фонд защиты окружающей среды . Март 2014. Получено 17.03.2018 .
  7. ^ abcd Атертон, Эммалин; Риск, Дэвид; Фужер, Челси; Лавуа, Мартин; Маршалл, Алекс; Верринг, Джон; Уильямс, Джеймс П.; Миньонс, Кристина (2017). «Мобильное измерение выбросов метана при разработке месторождений природного газа в северо-восточной части Британской Колумбии, Канада». Atmospheric Chemistry and Physics Discussions . 17 (20): 12405–12420. doi : 10.5194/acp-2017-109 .
  8. ^ ab Джонсон, Мэтью Р.; Тайнер, Дэвид Р.; Конли, Стивен; Швитцке, Стефан; Завала-Арайза, Дэниел (2017-11-07). «Сравнение воздушных измерений и оценок запасов выбросов метана в секторе добычи нефти и газа в Альберте». Environmental Science & Technology . 51 (21): 13008–13017. Bibcode : 2017EnST...5113008J. doi : 10.1021/acs.est.7b03525 . ISSN  0013-936X. PMID  29039181.
  9. ^ abcdef Бачу, Стефан (2017). «Анализ случаев утечки газа вдоль скважин в Альберте, Канада, с точки зрения парниковых газов – Миграция газа за пределами обсадной колонны скважин». Международный журнал по контролю выбросов парниковых газов . 61 : 146–154. doi : 10.1016/j.ijggc.2017.04.003.
  10. ^ ab Бутройд, IM; Алмонд, S.; Кассим, SM; Уорралл, F.; Дэвис, RJ (март 2016 г.). «Неконтролируемые выбросы метана из заброшенных, выведенных из эксплуатации нефтяных и газовых скважин». Science of the Total Environment . 547 : 461–469. Bibcode : 2016ScTEn.547..461B. doi : 10.1016/j.scitotenv.2015.12.096 . PMID  26822472.
  11. ^ ab A. Ingraffea, R. Santoro, SB Shonkoff, Wellbore Integrity: Failure Mechanisms, Historical Record, and Rate Analysis. Исследование EPA Hydraul. Fract. Its Potential Impact Drink. Water Resour. 2013 Tech. Work. Present. Well Constr. Subsurf. Model. (2013) (доступно по адресу http://www2.epa.gov/hfstudy/2013-technical-workshop-presentations-0 )
  12. ^ ab Правительство Альберты (2015). "План лидерства в области климата". Архивировано из оригинала 29-04-2019 . Получено 17-03-2018 .
  13. ^ ab Панканадская структура по чистому росту и изменению климата: план Канады по решению проблемы изменения климата и росту экономики . Гатино, Квебек: Министерство окружающей среды и изменения климата Канады. 2016. ISBN 9780660070230. OCLC  969538168.
  14. ^ ab Маннингс, Клейтон; Крупник, Алан Дж. (2017-07-10). «Сравнение политик по сокращению выбросов метана в секторе природного газа». Ресурсы для будущего . Получено 2018-03-17 .
  15. ^ Myhre, G.; Shindell, D.; Bréon, F.-M.; Collins, W.; et al. (2013). "Глава 8: Антропогенное и естественное радиационное воздействие" (PDF) . IPCC AR5 WG1 2013. стр. 659–740.
  16. ^ ab Etminan, M.; Myhre, G.; Highwood, EJ; Shine, KP (2016-12-28). «Радиационное воздействие углекислого газа, метана и закиси азота: существенный пересмотр радиационного воздействия метана». Geophysical Research Letters . 43 (24): 2016GL071930. Bibcode : 2016GeoRL..4312614E. doi : 10.1002/2016GL071930 . ISSN  1944-8007.
  17. ^ ab Myhre; Shindell; Bréon; Collins; Fuglestvedt; Huang; Koch; Lamarque; Lee; Mendoza; Nakajima; Robock; Stephens; Takemura; Zhang (2013). «Антропогенное и естественное радиационное воздействие». В Stocker; Qin; Plattner; Tignor; Allen; Boschung; Nauels; Xia; Bex; Midgley (ред.). Изменение климата 2013: Физическая научная основа. Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата . Кембридж, Соединенное Королевство и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: Cambridge University Press.
  18. ^ ab Franco, B.; Mahieu, E.; Emmons, LK; Tzompa-Sosa, ZA; Fischer, EV ; Sudo, K.; Bovy, B.; Conway, S.; Griffin, D. (2016). «Оценка выбросов этана и метана, связанных с разработкой месторождений нефти и природного газа в Северной Америке». Environmental Research Letters . 11 (4): 044010. Bibcode : 2016ERL....11d4010F. doi : 10.1088/1748-9326/11/4/044010 . ISSN  1748-9326.
  19. ^ abcd Брандт, AR; Хит, GA; Корт, EA; О'Салливан, F.; Петрон, G.; Джордан, SM; Танс, P.; Уилкокс, J.; Гопштейн, AM; Арент, D.; Вофси, S.; Браун, NJ; Брэдли, R.; Стаки, GD; Эрдли, D.; Харрисс, R. (2014-02-14). "Утечки метана из североамериканских систем природного газа". Science . 343 (6172): 733–735. Bibcode :2014Sci...343..733B. doi :10.1126/science.1247045. ISSN  0036-8075. PMID  24531957. S2CID  206552971.
  20. ^ Сяо, Япин; Логан, Дженнифер А .; Джейкоб, Дэниел Дж.; Хадман, Ринда К.; Янтоска, Роберт; Блейк, Дональд Р. (16.11.2008). "Глобальный бюджет этана и региональные ограничения на источники в США" (PDF) . Журнал геофизических исследований: Атмосферы . 113 (D21): D21306. Bibcode : 2008JGRD..11321306X. doi : 10.1029/2007jd009415. ISSN  2156-2202. S2CID  16312110.
  21. ^ Франко, Б.; Бадер, В.; Тун, GC; Брей, К.; Перрен, А.; Фишер, EV; Судо, К.; Бун, CD; Бови, Б. (июль 2015 г.). «Извлечение этана из наземных FTIR-спектров Солнца с использованием улучшенной спектроскопии: Недавнее увеличение нагрузки над Юнгфрауйохом». Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . 160 : 36–49. Bibcode :2015JQSRT.160...36F. doi :10.1016/j.jqsrt.2015.03.017.
  22. ^ Уотсон, Тереза ​​Люси; Бачу, Стефан (2007-01-01). Оценка потенциала утечки газа и CO2 вдоль стволов скважин . Общество инженеров-нефтяников. doi :10.2118/106817-ms. ISBN 9781555631772. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  23. ^ Дюссо, Морис; Джексон, Ричард (2014). «Оценка путей просачивания природного газа в неглубокие грунтовые воды во время стимуляции скважин, в процессе добычи и после ликвидации». Environmental Geosciences . 21 (3): 107–126. doi :10.1306/eg.04231414004. ISSN  1075-9565.
  24. ^ Кэхилл, Аарон Г.; Стилман, Колби М.; Форд, Оленка; Кулойо, Олукайоде; Эмиль Рафф, С.; Майер, Бернхард; Ульрих Майер, К.; Страус, Марк; Кэтрин Райан, М.; Черри, Джон А.; Паркер, Бет Л. (апрель 2017 г.). «Подвижность и стойкость метана в грунтовых водах в полевом эксперименте с контролируемым высвобождением». Nature Geoscience . 10 (4): 289–294. Bibcode :2017NatGe..10..289C. doi :10.1038/ngeo2919. hdl : 1880/115891 .
  25. ^ ab Slater, Harold Joseph; Общество инженеров-нефтяников; PennWest Energy (2010-01-01). Рекомендуемая практика вмешательства в процесс вентиляции обсадной колонны и миграции газа . Общество инженеров-нефтяников. doi :10.2118/134257-ms. ISBN 9781555633004. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  26. ^ Ma, Y. Zee; Holditch, Stephen A., ред. (2016). Справочник по нетрадиционным ресурсам нефти и газа: оценка и разработка . Waltham, MA: Gulf Professional Publishing. ISBN 9780128022382. OCLC  924713780.
  27. ^ "Программа природного газа STAR". Агентство по охране окружающей среды США . 1993. Получено 01.04.2018 .
  28. ^ Маккитрик, Росс (2016). Практическое руководство по экономике ценообразования на выбросы углерода (PDF) . Том 9. Исследовательские работы Школы государственной политики Университета Калгари.

Цитируемые работы