Группа исследователей из Инженерной школы Кокрелла Техасского университета в Остине и компании по экологическим испытаниям URS сообщает, что большая часть выбросов метана из двух основных источников - жидкого разгрузочное и пневморегулирующее оборудование - на объектах добычи природного газа.
Поскольку добыча природного газа в Соединенных Штатах, как ожидается, продолжит расти в течение следующих нескольких десятилетий, необходимо лучше понять выбросы метана при добыче природного газа. Исследовательская группа считает, что это исследование, опубликованное 9 декабря в журнале Environmental Science & Technology, поможет получить более четкое представление о выбросах метана на объектах добычи природного газа.
В ходе полевого исследования под руководством Остина под руководством UT были тщательно изучены два основных источника выбросов метана - разгрузка жидкости и оборудование пневматического управления - на кустовых площадках по всей территории Соединенных Штатов. Исследователи обнаружили, что на 19 процентов пневматических устройств приходится 95 процентов выбросов от пневматических устройств, а на 20 процентов скважин с разгрузочными выбросами, выбрасываемыми в атмосферу, приходится от 65 до 83 процентов этих выбросов.
«Для сравнения: за последние несколько десятилетий 10 процентов автомобилей на дорогах были ответственны за большую часть загрязнения автомобильными выхлопными газами», - сказал Дэвид Аллен, профессор химического машиностроения в Школе Кокрелла и главный исследователь исследования. «Точно так же небольшая группа источников в рамках этих двух категорий ответственна за подавляющее большинство пневматических и разгрузочных выбросов на объектах добычи природного газа."
Кроме того, для пневматических устройств исследование подтвердило региональные различия в выбросах метана, о которых впервые сообщила исследовательская группа в 2013 году. Исследователи обнаружили, что выбросы метана из пневматических устройств были самыми высокими на побережье Мексиканского залива и самыми низкими в Скалистых горах.
Исследование является вторым этапом исследования группы 2013 года, которое включало некоторые из первых измерений выбросов метана, проведенных непосредственно на участках скважин с гидроразрывом пласта. Оба этапа исследования проводились в партнерстве между Фондом защиты окружающей среды, участвующими энергетическими компаниями, независимой научной консультативной группой и исследовательской группой UT Austin.
Беспрецедентный доступ к объектам и оборудованию по производству природного газа позволил исследователям получить прямые измерения выбросов метана.
Исследование и выводы по пневматическим устройствам
Пневматические устройства, которые используют давление газа для управления открытием и закрытием клапанов, выделяют газ во время работы. По оценкам, эти выбросы являются одними из самых крупных источников выбросов метана в цепочке поставок природного газа. Агентство по охране окружающей среды сообщает, что 477 606 пневматических (газовых) устройств используются на объектах добычи природного газа по всей территории США
«Предыдущая работа нашей группы показала, что пневматика является основным источником выбросов», - сказал Аллен. «Наша цель состояла в том, чтобы измерить более разнообразную совокупность скважин, чтобы охарактеризовать характеристики пневматических контроллеров с высоким уровнем выбросов».
Исследовательская группа измерила выбросы от 377 газовых (пневматических) контроллеров на объектах по добыче природного газа и небольшом количестве объектов по добыче нефти по всей территории США
Исследователи взяли пробы всех идентифицируемых пневматических контроллеров на каждой буровой площадке, что является более комплексным подходом, чем предыдущая случайная выборка. Средние выбросы метана на пневматический контроллер, указанные в этом исследовании, на 17 процентов выше, чем средние выбросы на пневматический контроллер в национальном кадастре выбросов парниковых газов Агентства по охране окружающей среды США за 2012 г. (опубликованном в 2014 г.), контроллеры. В частности, на 19 процентов контроллеров с измеренным уровнем выбросов, превышающим 6 стандартных кубических футов в час (scf/h), приходилось 95 процентов выбросов.
Пневматические устройства с высоким уровнем выбросов представляют собой комбинацию устройств, которые не работают должным образом, используются в приложениях, которые вызывают частые выбросы газа или предназначены для непрерывного выброса с высокой скоростью.
Исследователи также наблюдали региональные различия в уровнях выбросов метана: самые низкие выбросы на устройство были измерены в Скалистых горах, а самые высокие - на побережье Мексиканского залива, как и в более раннем исследовании 2013 года. По крайней мере, некоторые из региональных различий в уровне выбросов могут быть связаны с различием в типе контроллера (постоянный сброс или прерывистый сброс) между регионами.
Исследование и выводы по разгрузке жидкости
После наблюдения за переменными выбросами при разгрузке жидкости для ограниченной группы типов скважин в исследовании 2013 года исследовательская группа провела более обширные измерения и подтвердила, что большая часть выбросов происходит из небольшой части скважин, которые часто продуваются. Хотя неудивительно видеть некоторую корреляцию между частотой разгрузок и более высокими годовыми выбросами, результаты исследования показывают, что скважины с высокой частотой разгрузок имеют годовые выбросы в 10 и более раз больше, чем скважины, которые разгружаются реже.
Полевые исследования группы, в ходе которых были измерены выбросы от разгрузки из скважин на 107 скважинах по добыче природного газа по всей территории США, представляют собой наиболее обширное измерение выбросов, связанных с разгрузкой жидкости, в научной литературе на сегодняшний день.
Выгрузка жидкости - это один из методов, используемых для очистки скважин от скопившейся жидкости для увеличения добычи. Поскольку старые скважины, как правило, дают меньше газа по мере приближения к концу своего жизненного цикла, выбросы жидкости в этих скважинах происходят чаще, чем в новых скважинах. Команда обнаружила статистическую корреляцию между возрастом скважин и частотой сбросов жидкости. Исследователи обнаружили, что ключевым идентификатором скважин с высоким выбросом является то, сколько раз скважина разгружается в данном году.
Поскольку при разгрузке жидкости могут использоваться различные механизмы подъема жидкости, результаты исследования также отражают различия в выбросах при разгрузке жидкости между скважинами, в которых используются два разных механизма (скважины с плунжерным подъемом и скважины без плунжерного подъема). Выбросы при разгрузке скважин без плунжерных подъемников в среднем составляли от 21 000 стандартных кубических футов до 35 000 стандартных кубических футов. Для скважин с плунжерными подъемниками, выбрасывающими в атмосферу, выбросы метана в среднем составляли от 1 000 до 10 000 станд. куб. футов метана за событие. Хотя выбросы на событие были выше для скважин без плунжерного подъемника, в этих скважинах в среднем было меньше событий, чем в скважинах с плунжерным подъемником. В скважинах без плунжерных подъемников в среднем происходило менее 10 разгрузок в год, а в скважинах с плунжерными подъемниками в среднем происходило более 200 разгрузок в год. В целом, по оценкам, на скважины с плунжерными подъемниками приходится 70 процентов выбросов при разгрузке по стране.
Кроме того, исследователи обнаружили, что на район Скалистых гор с его большим количеством колодцев с высокой частотой сбросов в атмосферу приходится около половины общих выбросов от сбросов жидкости.
Исследовательская группа надеется, что ее измерения выгрузки жидкости и пневматических устройств дадут более четкое представление о выбросах метана из скважин природного газа и о взаимосвязи между характеристиками скважин и выбросами.
Исследование было проведено совместными усилиями экспертов из Фонда защиты окружающей среды, Anadarko Petroleum Corporation, BG Group PLC, Chevron, ConocoPhillips, Encana Oil & Gas (USA) Inc., Pioneer Natural Resources Company, SWEPI LP (Shell), Statoil, Southwestern Energy и XTO Energy, дочерняя компания ExxonMobil.
Финансовую поддержку этой работе оказали Фонд защиты окружающей среды (EDF), Anadarko Petroleum Corporation, BG Group PLC, Chevron, ConocoPhillips, Encana Oil & Gas (USA) Inc., Pioneer Natural Resources Company, SWEPI LP (Shell), Statoil, Southwestern Energy и XTO Energy, дочерняя компания ExxonMobil.
Основное финансирование 30-месячной серии исследований метана EDF, включая их часть исследования Техасского университета, обеспечивается следующими лицами и фондами: Фионой и Стэном Дракенмиллерами, Фондом Хейзинга-Саймонса, Биллом и Сьюзан Оберндорф, Бетси и Сэм Ривз, Фонд Робертсона, Благотворительный фонд TomKat и Фонд семьи Уолтон.