Неорганизованные выбросы газа
Неорганизованные выбросы газа — это выбросы газа (обычно природного газа , содержащего метан ) в атмосферу или грунтовые воды. [1] которые являются результатом деятельности по добыче нефти и газа или угля . [2] В 2016 году эти выбросы, если их пересчитать в эквивалентное воздействие углекислого газа , составили 5,8% всех глобальных выбросов парниковых газов . [2]
Большинство неорганизованных выбросов являются результатом потери целостности скважин из-за плохой герметизации обсадных труб из-за геохимически нестабильного цемента . [3] Это позволяет газу выходить через саму скважину (известный как выходной поток обсадной колонны) или посредством боковой миграции вдоль соседних геологических формаций (известный как миграция газа). [3] Примерно 1-3% случаев утечки метана в нетрадиционных нефтяных и газовых скважинах вызваны несовершенством уплотнений и ухудшением качества цемента в стволах скважин. [3] Некоторые утечки также являются результатом утечек в оборудовании, преднамеренного сброса давления или случайных выбросов во время обычной транспортировки, хранения и распределения. [4] [5] [6]
Выбросы можно измерять с использованием 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 происходят из Альберты . [5] Выбросы в основном сообщаются компаниями самостоятельно. Регулятор энергетики Альберты хранит базу данных о скважинах, выделяющих неорганизованные выбросы газа в Альберте. [9] ведет Комиссия по нефти и газу Британской Колумбии базу данных негерметичных скважин 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 заниженным, как показывают полевые исследования, проведенные Фондом Дэвида Судзуки . [1] Некоторые исследования показали, что в диапазоне от 6 до 30% скважин наблюдаются утечки газа. [7] [9] [10] [11]
У Канады и Альберты есть планы по сокращению выбросов, которые могут помочь в борьбе с изменением климата . [12] [13] Затраты, связанные с сокращением выбросов, очень зависят от местоположения и могут сильно различаться. [14] Метан оказывает большее воздействие на глобальное потепление, чем углекислый газ , поскольку его радиационная сила в 120, 86 и 34 раза превышает силу углекислого газа, если рассматривать временные рамки в 1, 20 и 100 лет (включая климатическую обратную связь по углероду). [15] [16] [9] Кроме того, это приводит к увеличению концентрации углекислого газа за счет его окисления водяным паром . [17]
Источники выбросов
[ редактировать ]
Неорганизованные выбросы газа могут возникать в результате операций по разведке углеводородов , например, природного газа или нефти .
Часто источники метана также являются источниками этана , что позволяет определить 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] Большую часть выбросов метана могут внести лишь несколько «суперэмиттеров». [19] Годовой темп увеличения выбросов этана в Северной Америке в период с 2009 по 2014 год составил 3–5%. [18] Было высказано предположение, что 62% этана в атмосфере возникает в результате утечек, связанных с добычей и транспортировкой природного газа. [20] Было также высказано предположение, что на выбросы этана, измеренные в Европе, влияют операции по гидроразрыву пласта и добыче сланцевого газа в Северной Америке. [21] Некоторые исследователи постулируют, что проблемы с утечками чаще возникают в нетрадиционных скважинах с гидроразрывом, чем в традиционных скважинах. [1]
По данным Национального отчета по инвентаризации, около 40% выбросов метана в Канаде приходится на территорию Альберты. Из антропогенных выбросов метана в Альберте 71% приходится на нефтегазовый сектор. [5] По оценкам, 5% скважин в Альберте связаны с утечками или выбросами природного газа. [22] Также подсчитано, что 11% всех скважин, пробуренных в Британской Колумбии, или 2739 скважин из 24599, сообщили о проблемах с утечками. [1] По оценкам некоторых исследований, от 6 до 30% всех скважин страдают от утечки газа. [7] [9] [10] [11]
Хорошо специфичные и обрабатывающие источники
[ редактировать ]Источники могут включать сломанные или негерметичные обсадные колонны скважин (либо заброшенные скважины , либо неиспользуемые, но не заброшенные должным образом скважины) или боковую миграцию через геологические формации в недрах перед попаданием в грунтовые воды или атмосферу. [1] Сломанные или негерметичные обсадные колонны скважин часто являются результатом геохимически нестабильного или хрупкого цемента. [3] Один исследователь предлагает 7 основных путей миграции газа и вентиляционного потока обсадной колонны: (1) между цементом и прилегающей горной породой, (2) между обсадной колонной и окружающим цементом, (3) между обсадной колонной и цементной пробкой, (4) непосредственно через цементную пробку, (5) через цемент между обсадной колонной и прилегающим пластом горной породы, (6) через цемент между полостями, соединяющими цемент со стороны обсадной колонны со стороной затрубного пространства цемента и (7) через сдвиги в обсадная колонна или ствол скважины. [4]
Утечка и миграция могут быть вызваны гидроразрывом, хотя во многих случаях метод гидроразрыва таков, что газ не способен мигрировать через обсадную колонну скважины. Некоторые исследования показывают, что гидроразрыв горизонтальных скважин не влияет на вероятность миграции газа в скважину. [23] По оценкам, примерно 0,6–7,7% выбросов метана, образующихся в течение срока службы скважины, работающей на ископаемом топливе, происходят во время деятельности, осуществляемой либо на буровой площадке, либо во время переработки. [4]
Трубопроводные и распределительные источники
[ редактировать ]Распространение углеводородных продуктов может привести к неорганизованным выбросам, вызванным негерметичностью уплотнений труб или контейнеров для хранения, неправильным хранением или авариями при транспортировке. Некоторые утечки могут быть преднамеренными в случае предохранительных клапанов сброса давления. [5] Некоторые выбросы могут возникать в результате непреднамеренных утечек оборудования, например, из фланцев или клапанов. [6] По оценкам, примерно 0,07-10% выбросов метана происходит во время транспортировки, хранения и распределения. [4]
Методы обнаружения
[ редактировать ]Существует несколько методов обнаружения неорганизованных газовых выбросов. Часто измерения проводятся на устье скважины или вблизи нее (с использованием проб почвенного газа, вихревых ковариационных башен, камер динамических потоков, подключенных к анализатору парниковых газов), [3] но также возможно измерить выбросы с помощью самолета со специальными приборами на борту. [4] [24] Авиационные исследования на северо-востоке Британской Колумбии показали, что выбросы исходят примерно от 47% действующих скважин в этом районе. [8] В том же исследовании предполагается, что фактические выбросы метана могут быть намного выше, чем сообщает промышленность или оценивается правительством. Для небольших измерительных проектов проверку утечек с помощью инфракрасной камеры , трассеры для закачки в скважины и отбор проб почвенного газа можно использовать . Обычно они слишком трудоемки, чтобы быть полезными для крупных нефтегазовых компаний, и вместо них часто используются аэрофотосъемки. [7] Другие методы идентификации источника, используемые в промышленности, включают углерода изотопный анализ проб газа, шумовой каротаж эксплуатационной колонны и нейтронный каротаж обсаженной скважины. [25] Атмосферные измерения с использованием как воздушного, так и наземного отбора проб часто ограничены по плотности проб из-за пространственных ограничений или ограничений продолжительности отбора проб. [19]
Одним из способов отнесения метана к конкретному источнику является проведение непрерывных измерений стабильных изотопов углерода в атмосферном метане (δ 13 CH 4 ) в шлейфе антропогенных источников метана с использованием мобильной аналитической системы. Поскольку разные типы и степени зрелости природного газа имеют разные δ 13 По сигнатурам CH 4 эти измерения можно использовать для определения происхождения выбросов метана. Деятельность, связанная с природным газом, приводит к выбросам метана в диапазоне от -41,7 до -49,7 ± 0,7‰ δ. 13 CH 4 подписи. [5]
Высокие уровни выбросов метана, измеренные в атмосфере в региональном масштабе, часто посредством измерений с воздуха, могут не отражать типичные уровни утечек из систем природного газа. [19]
Отчетность и регулирование выбросов
[ редактировать ]
Политика, регулирующая отчетность о неорганизованных выбросах газов, различается, и компании часто уделяют особое внимание самоотчетности. Необходимым условием успешного регулирования выбросов парниковых газов (ПГ) является способность контролировать и количественно определять выбросы до и после принятия правил. [26]
С 1993 года нефтегазовая промышленность США предпринимала добровольные действия по внедрению новых технологий, позволяющих сократить выбросы метана, а также взяла на себя обязательство использовать лучшие методы управления для достижения сокращения выбросов метана на отраслевом уровне. [27] В Альберте Управление по регулированию энергетики Альберты ведет базу данных о случаях миграции газа и потоках через поверхностные обсадные трубы на скважинах провинции. [9]
Сообщения об утечках в Британской Колумбии начались только в 1995 году, когда было необходимо проверить скважины на предмет утечек после закрытия. Испытания при бурении скважины не требовались в Британской Колумбии до 2010 года. [1] Среди 4017 скважин, пробуренных с 2010 года в Британской Колумбии, 19%, или 761 скважина, сообщили о проблемах с утечками. [1] Однако полевые исследования, проведенные Фондом Дэвида Судзуки, обнаружили дырявые скважины, которые не были включены в базу данных Комиссии по нефти и газу Британской Колумбии (BCOGC), а это означает, что количество дырявых скважин может быть больше, чем сообщается. [1] По данным BCOGC, основной причиной утечек в скважинах является поток из обсадной колонны (90,2%), за которым следует миграция газа (7,1%). Судя по скорости утечки метана из 1493 скважин, которые в настоящее время дают утечку в Британской Колумбии, общая скорость утечки составляет 7070 м3. 3 ежедневно (2,5 млн м 3 ежегодно) оценивается, хотя это число может быть занижено, как показывают полевые исследования, проведенные Фондом Дэвида Судзуки. [1]
Инвентаризация утечек по принципу «снизу вверх» предполагает определение средних скоростей утечек для различных источников выбросов, таких как оборудование, колодцы или трубы, и экстраполяцию этих значений на утечку, которая, по оценкам, представляет собой общий вклад данной компании. Эти методы обычно занижают темпы выбросов метана, независимо от масштаба инвентаризации. [19]
Решение проблем, связанных с неорганизованными выбросами газов
[ редактировать ]Есть некоторые решения для решения этих проблем. Большинство из них требуют реализации политики или изменений на уровне компании, регулирующего органа или правительства (или всех трех). Политика может включать ограничение 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% ниже уровня 2012 года к 2025 году. [13] Правительство Альберты также планирует сократить выбросы метана от нефтегазовых операций 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 100-летний период времени. [9] [16] После выброса метан также окисляется водяным паром и увеличивает концентрацию углекислого газа, что приводит к дальнейшим последствиям для климата. [17]
Затраты на сокращение выбросов неорганизованных газов
[ редактировать ]Затраты, связанные с реализацией политики, направленной на сокращение неорганизованных выбросов газа, сильно различаются в зависимости от географии , геологии и гидрологии районов производства и распределения. [14] Часто затраты на сокращение выбросов неорганизованных газов ложатся на плечи отдельных компаний в виде модернизации технологий. Это означает, что между компаниями разного размера часто существуют разногласия относительно того, насколько радикально они могут позволить себе сократить выбросы метана в финансовом отношении.
Решение проблем и устранение неорганизованных выбросов газов
[ редактировать ]Процесс вмешательства в случае негерметичных скважин, на которые влияют вентиляционные потоки обсадной колонны и миграция газа, может включать перфорацию зоны вмешательства, закачку пресной воды, а затем шлама в скважину, а также восстановительное цементирование интервала вмешательства с использованием таких методов, как брейденхеда выдавливание , цементное сжатие или циркуляционное сжатие. [25]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я Уизен, 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 .
- ^ Перейти обратно: а б Ричи, Ханна; Розер, Макс (11 мая 2020 г.). «Выбросы по секторам» . Наш мир в данных . Проверено 30 июля 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Кэхилл, Аарон Г.; Стилман, Колби М.; Форде, Оленька; Кулойо, Олукайоде; Рафф, С. Эмиль; Майер, Бернхард; Майер, К. Ульрих; Страус, Марк; Райан, М. Кэтрин (27 марта 2017 г.). «Мобильность и стойкость метана в подземных водах в полевом эксперименте с контролируемым высвобождением». Природа Геонауки . 10 (4): 289–294. Бибкод : 2017NatGe..10..289C . дои : 10.1038/ngeo2919 . hdl : 1880/115891 . ISSN 1752-0908 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж 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 апреля 2014 г.). «На пути к лучшему пониманию и количественной оценке выбросов метана при разработке сланцевого газа» . Труды Национальной академии наук . 111 (17): 6237–6242. Бибкод : 2014PNAS..111.6237C . дои : 10.1073/pnas.1316546111 . ISSN 0027-8424 . ПМК 4035982 . ПМИД 24733927 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Лопес, М.; Шервуд, ОА; Длугокенский, Э.Дж.; Кесслер, Р.; Жиру, Л.; Достойно, DEJ (июнь 2017 г.). «Изотопные характеристики антропогенных источников CH 4 в Альберте, Канада» . Атмосферная среда . 164 : 280–288. Бибкод : 2017AtmEn.164..280L . дои : 10.1016/j.atmosenv.2017.06.021 .
- ^ Перейти обратно: а б «Отчет ICF о кривой стоимости метана» . Фонд защиты окружающей среды . Март 2014 года . Проверено 17 марта 2018 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Атертон, Эммалин; Риск, Дэвид; Фужер, Челси; Лавуа, Мартин; Маршалл, Алекс; Верринг, Джон; Уильямс, Джеймс П.; Миньоны, Кристина (2017). «Мобильное измерение выбросов метана при разработке месторождений природного газа на северо-востоке Британской Колумбии, Канада» . Дискуссии по химии и физике атмосферы . 17 (20): 12405–12420. дои : 10.5194/acp-2017-109 .
- ^ Перейти обратно: а б Джонсон, Мэтью Р.; Тайнер, Дэвид Р.; Конли, Стивен; Швецке, Стефан; Завала-Арайза, Даниэль (07.11.2017). «Сравнение данных бортовых измерений и кадастровых оценок выбросов метана в нефтегазовом секторе Альберты» . Экологические науки и технологии . 51 (21): 13008–13017. Бибкод : 2017EnST...5113008J . doi : 10.1021/acs.est.7b03525 . ISSN 0013-936X . ПМИД 29039181 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Бачу, Стефан (2017). «Анализ возникновения утечек газа вдоль скважин в Альберте, Канада, с точки зрения выбросов парниковых газов – миграция газа за пределы обсадной колонны скважины». Международный журнал по контролю парниковых газов . 61 : 146–154. дои : 10.1016/j.ijggc.2017.04.003 .
- ^ Перейти обратно: а б Бутройд, ИМ; Алмонд, С.; Кассим, С.М.; Уорролл, Ф.; Дэвис, Р.Дж. (март 2016 г.). «Неорганизованные выбросы метана из заброшенных, выведенных из эксплуатации нефтяных и газовых скважин» . Наука об общей окружающей среде . 547 : 461–469. Бибкод : 2016ScTEn.547..461B . doi : 10.1016/j.scitotenv.2015.12.096 . ПМИД 26822472 .
- ^ Перейти обратно: а б А. Инграффеа, Р. Санторо, С.Б. Шонкофф, Целостность ствола скважины: механизмы разрушения, исторические данные и анализ скорости. Исследование EPA Hydraul. Фракт. Напиток с потенциальным воздействием. Водный ресурс . 2013 Тех. Работа. Подарок. Ну Констр. Сабсерфинг. Модель. (2013 г.) (доступно по адресу http://www2.epa.gov/hfstudy/2013-technical-workshop-presentations-0 )
- ^ Перейти обратно: а б Правительство Альберты (2015 г.). «План климатического лидерства» . Архивировано из оригинала 29 апреля 2019 г. Проверено 17 марта 2018 г.
- ^ Перейти обратно: а б Панканадские рамки чистого роста и изменения климата: план Канады по решению проблемы изменения климата и развитию экономики . Гатино, Квебек: Окружающая среда и изменение климата, Канада. 2016. ISBN 9780660070230 . OCLC 969538168 .
- ^ Перейти обратно: а б Маннингс, Клейтон; Крупник, Алан Дж. (10 июля 2017 г.). «Сравнение политики по сокращению выбросов метана в секторе природного газа» . Ресурсы будущего . Проверено 17 марта 2018 г.
- ^ Мире, Г.; Шинделл, Д.; Бреон, Ф.-М.; Коллинз, В.; и др. (2013). «Глава 8: Антропогенное и естественное радиационное воздействие» (PDF) . МГЭИК AR5 WG1 2013 . стр. 659–740.
- ^ Перейти обратно: а б Этминан, М.; Мире, Г.; Хайвуд, Э.Дж.; Шайн, КП (28 декабря 2016 г.). «Радиационное воздействие диоксида углерода, метана и закиси азота: существенный пересмотр радиационного воздействия метана» . Письма о геофизических исследованиях . 43 (24): 2016GL071930. Бибкод : 2016GeoRL..4312614E . дои : 10.1002/2016GL071930 . ISSN 1944-8007 .
- ^ Перейти обратно: а б Мире; Шинделл; Бреон; Коллинз; Фуглеведт; Хуан; Кох; Ламарк; Ли; Мендоса; Накадзима; Робок; Стивенс; Такемура; Чжан (2013). «Антропогенное и природное радиационное воздействие» . В Стокере; Цинь; Платтнер; Тиньор; Аллен; Бошунг; Науэльс; Ся; Бекс; Мидгли (ред.). Изменение климата 2013: Физическая научная основа. Вклад Рабочей группы I в пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата . Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: Издательство Кембриджского университета.
- ^ Перейти обратно: а б Франко, Б.; Махье, Э.; Эммонс, ЛК; Цомпа-Соса, ЗАО; Фишер, Э.В .; Судо, К.; Бови, Б.; Конвей, С.; Гриффин, Д. (2016). «Оценка выбросов этана и метана, связанных с развитием добычи нефти и природного газа в Северной Америке» . Письма об экологических исследованиях . 11 (4): 044010. Бибкод : 2016ERL....11d4010F . дои : 10.1088/1748-9326/11/4/044010 . ISSN 1748-9326 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Брандт, Арканзас; Хит, Джорджия; Корт, Э.А.; О'Салливан, Ф.; Петрон, Г.; Йордан, С.М.; Танс, П.; Уилкокс, Дж.; Гопштейн, AM; Арент, Д.; Вофси, С.; Браун, Нью-Джерси; Брэдли, Р.; Стаки, Грузия; Эрдли, Д.; Харрисс, Р. (14 февраля 2014 г.). «Утечки метана из систем природного газа Северной Америки» . Наука . 343 (6172): 733–735. Бибкод : 2014Sci...343..733B . дои : 10.1126/science.1247045 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 24531957 . S2CID 206552971 .
- ^ Сяо, Япин; Логан, Дженнифер А .; Джейкоб, Дэниел Дж.; Хадман, Рында К.; Янтоска, Роберт; Блейк, Дональд Р. (16 ноября 2008 г.). «Глобальный бюджет этана и региональные ограничения на источники в США» (PDF) . Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 113 (Д21): Д21306. Бибкод : 2008JGRD..11321306X . дои : 10.1029/2007jd009415 . ISSN 2156-2202 . S2CID 16312110 .
- ^ Франко, Б.; Бадер, В.; Тун, GC; Брей, К.; Перрин, А.; Фишер, Э.В.; Судо, К.; Бун, компакт-диск; Бови, Б. (июль 2015 г.). «Извлечение этана из наземных солнечных спектров FTIR с использованием улучшенной спектроскопии: недавнее увеличение нагрузки над Юнгфрауйохом». Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . 160 : 36–49. Бибкод : 2015JQSRT.160...36F . дои : 10.1016/j.jqsrt.2015.03.017 .
- ^ Уотсон, Тереза Люси; Бачу, Стефан (1 января 2007 г.). Оценка возможности утечки газа и CO2 по стволам скважин . Общество инженеров-нефтяников. дои : 10.2118/106817-мс . ISBN 9781555631772 .
{{cite book}}
:|journal=
игнорируется ( помогите ) - ^ Дюссо, Морис; Джексон, Ричард (2014). «Оценка путей просачивания природного газа в неглубокие грунтовые воды во время стимуляции скважин, в процессе добычи и после ликвидации». Экологические геолого-науки . 21 (3): 107–126. дои : 10.1306/eg.04231414004 . ISSN 1075-9565 .
- ^ Кэхилл, Аарон Г.; Стилман, Колби М.; Форде, Оленька; Кулойо, Олукайоде; Эмиль Рафф, С.; Майер, Бернхард; Ульрих Майер, К.; Страус, Марк; Кэтрин Райан, М.; Черри, Джон А.; Паркер, Бет Л. (апрель 2017 г.). «Мобильность и стойкость метана в подземных водах в полевом эксперименте с контролируемым высвобождением». Природа Геонауки . 10 (4): 289–294. Бибкод : 2017NatGe..10..289C . дои : 10.1038/ngeo2919 . hdl : 1880/115891 .
- ^ Перейти обратно: а б Слейтер, Гарольд Джозеф; Общество инженеров-нефтяников; ПеннВест Энерджи (01 января 2010 г.). Рекомендуемая практика по устранению вентиляционных потоков надземной обсадной колонны и миграции газа . Общество инженеров-нефтяников. дои : 10.2118/134257-мс . ISBN 9781555633004 .
{{cite book}}
:|journal=
игнорируется ( помогите ) - ^ Ма, Ю. Зи; Холдич, Стивен А., ред. (2016). Справочник по нетрадиционным ресурсам нефти и газа: оценка и разработка . Уолтем, Массачусетс: Gulf Professional Publishing. ISBN 9780128022382 . OCLC 924713780 .
- ^ «Программа Natural Gas STAR» . Агентство по охране окружающей среды США . 1993 год . Проверено 1 апреля 2018 г.
- ^ Маккитрик, Росс (2016). Практическое руководство по экономике ценообразования на выбросы углерода (PDF) . Том. 9. Исследования Школы государственной политики Университета Калгари.
Цитируемые работы
[ редактировать ]- IPCC AR5 WG1 (2013), Стокер, Т.Ф.; и др. (ред.), Изменение климата, 2013: Физическая научная основа. Вклад Рабочей группы 1 (WG1) в пятый оценочный отчет (AR5) Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC) , Cambridge University Press
{{citation}}
: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) . Веб-сайт Рабочей группы 1 по изменению климата, 2013 год.