الرئيسيةعريقبحث

انبعاثات غاز شارد

☰ جدول المحتويات

انبعاثات الغاز الشارد أو انبعاثات الغاز المنفلت هي انبعاثات غاز (عادةً الغاز الطبيعي الذي يحتوي على الميثان) إلى الغلاف الجوي أو المياه الجوفية[1] تنتج عن نشاط النفط والغاز. تظهر معظم الانبعاثات نتيجة قلة وثوقية بئر النفط أو أنابيب تغليف الآبار غير محكمة الإغلاق بسبب الإسمنت غير المستقر جيوكيميائيًا. يسمح هذا للغاز بالانفلات إلى البئر نفسه (يُعرف باسم تدفق فتحات أنبوب التغليف السطحي) أو عن طريق الانتقال الجانبي عبر التشكيلات الجيولوجية المجاورة (يُعرف باسم هجرة الغاز).[2] إن 1-3% تقريبًا من حالات تسرب الميثان في آبار النفط غير التقليدي وآبار الغاز سببها الإغلاق غير المحكم والإسمنت المتردي في حفر الآبار. تظهر بعض التسربات أيضًا نتيجة التسربات في المعدات، أو الإجراءات المتعمدة لتنفيس الضغط، أو الانفلات غير المقصود في أثناء الإجراءات العادية للنقل أو التخزين أو التوزيع.[3][4][5]

يمكن قياس الانبعاثات بتقنيات أرضية أو هوائية. في كندا،[6] يُعتقد أن صناعة النفط والغاز أكبر مصدر لغازات الدفيئة وانبعاثات الميثان،[7] وأن 40% تقريبًا من انبعاثات كندا تأتي من ألبرتا. تأتي تقارير الانبعاثات بمعظمها من الشركات أنفسها. تحتفظ المؤسسة الناظمة للطاقة في ألبيرتا بقاعدة بيانات عن الآبار التي تطلق انبعاثات غاز شار في ألبرتا، وتحتفظ مفوضية كولومبيا البريطانية للنفط والغاز بقاعدة بيانات الآبار التي يحدث فيها تسربات في كولومبيا البريطانية. لم يكن اختبار الآبار في مرحلة الحفر إجباريًا في كولومبيا البريطانية حتى عام 2010، ومنذ ذلك الوقت، أُبلغ عن حدوث مشاكل تسريب في 19% من الآبار الجديدة. قد يكون هذا الرقم أقل من الرقم الفعلي وفق عمل ميداني أجرته مؤسسة ديفيد سوزوكي. أظهرت بعض الدراسات تعرض 6-30% من الآبار لمشاكل تسريب غاز.[8][9][10]

لدى كندا وألبرتا خطط لوضع سياسات تقليل للانبعاثات قد تساهم في محاربة التغير المناخي.[11][12] تعتمد التكاليف المرتبطة بتخفيض الانبعاثات اعتمادًا كبيرًا على المكان، وقد تختلف بشدة من مكان إلى آخر. الميثان أشد تأثيرًا من ثنائي أكسيد الكربون في الاحتباس الحراري، فقوته الإشعاعية أكبر بخمس وعشرين مرة من ثنائي أكسيد الكربون، وذلك عند دراسة الأثر في إطار زمني مقداره 100 عام. بالإضافة إلى ذلك، يؤدي الميثان إلى تزايد في تركيز ثنائي أكسيد الكربون عبر أكسدته ببخار الماء.[13]

مصادر الانبعاثات

قد تنشأ انبعاثات الغاز الشارد نتيجة عمليات في مجال استكشاف الهيدروكربونات، كاستكشاف البترول أو الغاز الطبيعي.

غالبًا ما تكون مصادر الميثان مصادر إيثان أيضًا، ما يسمح باستنتاج انبعاثات الميثان بناءً على انبعاثات الإيثان ونسب الميثان/إيثان في الغلاف الجوي. زاد تقدير الانبعاثات وفق هذه الطريقة من 20 تيراغرامًا في السنة عام 2008 إلى 35 تيراغرامًا في السنة عام 2014.[14] يمكن إصدار حصة كبيرة من انبعاثات الميثان من القليل من «الباعثات الفائقة» فقط. كانت معدلات الازدياد السنوي للانبعاثات في أمريكا الشمالية بين عامي 2009 و2014 بحدود 3-5%. اقتُرح أن 62% من الإيثان في الغلاف الجوي يصدر عن تسربات متعلقة بعمليات إنتاج الغاز الطبيعي ونقله.[15] اقتُرح أيضًا أن انبعاثات الإيثان المقاسة في أوروبا تتأثر بعمليات التصديع المائي وإنتاج غاز الأردواز التي تجري في أمريكا الشمالية. يفترض بعض الباحثون أن مشاكل التسرب تحدث بنسب أكبر في الآبار غير التقليدية، التي تستخدم التصديع المائي، من نسبها في الآبار التقليدية.[16]

تحدث 40% تقريبًا من انبعاثات الميثان في كندا ضمن ألبيرتا وفق تقرير الجرد الوطني. بالنسبة لانبعاثات الميثان الناتجة عن النشاط البشري في ألبيرتا، فإن 71% منها يولدها قطاع النفط والغاز. يُقدر أن 5% من الآبار في ألبيرتا ترتبط بحدوث تسربات أو تنفيس للغاز طبيعي. يُقدر أيضًا أن 11% من الآبار المحفورة في كولومبيا البريطانية، أو 2,739 بئرًا من أصل 24,599، قد أُبلغ عن حدوث تسربات فيها. قدرت بعض الدراسات أن 6-30% من كل الآبار تعاني تسرب الغاز.[17]

مصادر الانبعاثات الخاصة بالآبار والمصادر الناتجة عن عمليات المعالجة

قد تشمل المصادرُ الأنابيبَ المكسورة لتغليف الآبار، أو أنابيب التغليف غير المحكمة (إما في آبار مهجورة أو غير مستعملة سابقًا، ولكنها متروكة دون إتمام الإجراءات الصحيحة)، أو التسربات الجانبية عبر التشكيلات الجيولوجية في الطبقة دون السطحية قبل انبعاثها إلى المياه الجوفية أو الغلاف الجوي. تنتج أنابيب التغليف المكسورة أو غير المحكمة غالبًا عن إسمنت غير مستقر جيوكيميائيًا أو إسمنت هش. يقترح أحد الباحثين سبعة طرق رئيسية لهجرة الغاز وجريانه عبر فتحات في أنبوب التغليف السطحي: (1) بين الإسمنت والتشكيلات الصخرية المجاورة، و(2) بين أنبوب التغليف والإسمنت المحيط به، و(3) بين أنبوب التغليف وسدادة الإسمنت، و(4) مباشرةً عبر سدادة الإسمنت، و(5) عبر الإسمنت بين أنبوب التغليف والتشكيلات الصخرية المجاورة، و(6) عبر الإسمنت بين التكهفات التي تصل بين جانب أنبوب التغليف من الإسمنت (الجانب الداخلي للإسمنت) إلى جانب الحلقة (الخارجي)، و(7) عبر تصدعات في أنبوب التغليف أو حفرة البئر.[3]

قد تنتج التسربات وهجرة الغاز بسبب التصديع المائي، رغم أن طريقة التصديع في العديد من الحالات تحدث بحيث لا يستطيع الغاز الهجرة عبر أنبوب التغليف. تلاحظ بعض الدراسات أن التصديع المائي للآبار الأفقية لا يؤثر على احتمالية تعرض البئر لهجرة الغاز.[18] من المقدر أن نحو 0.6-7.7% من انبعاثات الميثان الناتجة خلال فترة حياة بئر وقود أحفوري تحدث في أثناء نشاطات إما في موقع البئر أو خلال المعالجة.

مصادر الانبعاثات في أنابيب النقل وعملية التوزيع

قد يؤدي توزيع منتجات الهيدروكربونات إلى انبعاثات غاز شارد سببها تسربات في أغطية إحكام أو أنابيب حاويات التخزين، أو ممارسات التخزين غير الصحيحة، أو حوادث النقل. قد تحدث بعض التسربات عمدًا، في حالة صمامات أمان تنفيس الضغط. قد تنشأ بعض الانبعاثات عن تسريبات غير متعمدة في المعدات، كالصمامات أو الشفائر (الفلنجات). من المقدر أن 0.7-10% تقريبًا من انبعاثات الميثان تحدث في أثناء نشاطات النقل والتخزين والتوزيع.[3]

طرق الكشف

هناك عدة طرق تُستخدم لكشف انبعاثات الغاز الشارد. غالبًا ما تحدث عمليات القياس عند رأس البئر، ولكن من الممكن أيضًا قياس الانبعاثات باستخدام طائرات بمعدات خاصة على متنها. أشار استطلاع جوي في شمال شرق كولومبيا البريطانية لوجود انبعاثات من 47% تقريبًا من الآبار العاملة في المنطقة. اقترحت الدراسة نفسها أن انبعاثات الميثان الفعلية قد تكون أكبر بكثير مما تشير إليه التقارير الصادرة عن الشركات العاملة في المجال أو التقديرات الحكومية. يمكن استخدام فحص التسربات بكاميرا الأشعة تحت الحمراء أو متعقبات حقن الآبار أو أخذ عينات من التربة لفحص كميات الغاز في مشاريع القياس الصغيرة. تحتاج هذه الطرق عادةً إلى نسبة عاملين غير مقبولة في شركات النفط والغاز الكبيرة، وغالبًا تجري استطلاعات جوية بدلًا منها. تتضمن الطرق الأخرى المستخدمة في المجال للكشف عن مصادر التسريب تحليل نظائر الكربون لعينات الغاز، وسجلات الضجيج لهياكل الإنتاج، وسجلات النيوترونات لحفر الآبار المغلفة. تكون قياسات الغلاف الجوي عن طريق كل من العينات الأرضية أو الجوية غالبًا محدودة من ناحية كثافة العينات بسبب قيود مكانية أو بسبب الحدود الزمنية لأخذ العينات.[19]

إحدى طرق نسب الميثان إلى مصدر محدد تكون بأخذ قياسات مستمرة لقياسات نظائر الكربون المستقرة للميثان الجوي (δ13CH4) في الصواعد الغازية لمصادر الميثان المتعلقة بالنشاط البشري باستخدام نظام تحليل جوال. لما كانت الأنواع ومستويات النضج المختلفة للغاز الطبيعي تمتلك بصمات δ13CH4 مختلفة، فقد أمكن استخدام هذه القياسات لتحديد أصل انبعاثات الميثان. تصدر النشاطات المتعلقة بالغاز الطبيعي صواعد في المجال بين -41.7 و-49.7 ± 0.7% من بصمات δ13CH4.[4]

قد لا تمثل المعدلات العالية لانبعاثات الميثان المقاسة في الغلاف الجوي على مستوى مناطقي، التي تؤخذ عادةً من قياسات جوية، معدلاتِ التسرب المعتادة من أنظمة الغاز الطبيعي.

المراجع

  1. Wisen, Joshua; Chesnaux, Romain; Werring, John; Wendling, Gilles; Baudron, Paul; Barbecot, Florent (2017-10-01). "A Portrait of Oil and Gas Wellbore Leakage in Northeastern British Columbia, Canada". GeoOttawa2017. مؤرشف من الأصل في 14 مارس 2020.
  2. Cahill, Aaron G.; Steelman, Colby M.; Forde, Olenka; Kuloyo, Olukayode; Ruff, S. Emil; Mayer, Bernhard; Mayer, K. Ulrich; Strous, Marc; Ryan, M. Cathryn (27 March 2017). "Mobility and persistence of methane in groundwater in a controlled-release field experiment". Nature Geoscience (باللغة الإنجليزية). 10 (4): 289–294. Bibcode:2017NatGe..10..289C. doi:10.1038/ngeo2919. ISSN 1752-0908.
  3. Caulton, Dana R.; Shepson, Paul B.; Santoro, Renee L.; Sparks, Jed P.; Howarth, Robert W.; Ingraffea, Anthony R.; Cambaliza, Maria O. L.; Sweeney, Colm; Karion, Anna (2014-04-29). "Toward a better understanding and quantification of methane emissions from shale gas development". Proceedings of the National Academy of Sciences (باللغة الإنجليزية). 111 (17): 6237–6242. Bibcode:2014PNAS..111.6237C. doi:10.1073/pnas.1316546111. ISSN 0027-8424. PMC . PMID 24733927.
  4. Lopez, M.; Sherwood, O.A.; Dlugokencky, E.J.; Kessler, R.; Giroux, L.; Worthy, D.E.J. (June 2017). "Isotopic signatures of anthropogenic CH 4 sources in Alberta, Canada". Atmospheric Environment. 164: 280–288. doi:10.1016/j.atmosenv.2017.06.021.
  5. "ICF Methane Cost Curve Report". Environmental Defense Fund (باللغة الإنجليزية). March 2014. مؤرشف من الأصل في 08 أكتوبر 201917 مارس 2018.
  6. Johnson, Matthew R.; Tyner, David R.; Conley, Stephen; Schwietzke, Stefan; Zavala-Araiza, Daniel (2017-11-07). "Comparisons of Airborne Measurements and Inventory Estimates of Methane Emissions in the Alberta Upstream Oil and Gas Sector". Environmental Science & Technology. 51 (21): 13008–13017. Bibcode:2017EnST...5113008J. doi:10.1021/acs.est.7b03525. ISSN 0013-936X. PMID 29039181.
  7. Atherton, Emmaline; Risk, David; Fougere, Chelsea; Lavoie, Martin; Marshall, Alex; Werring, John; Williams, James P.; Minions, Christina (2017). "Mobile measurement of methane emissions from natural gas developments in Northeastern British Columbia, Canada". Atmospheric Chemistry and Physics Discussions. 17 (20): 12405–12420. doi:10.5194/acp-2017-109.
  8. Bachu, Stefan (2017). "Analysis of gas leakage occurrence along wells in Alberta, Canada, from a GHG perspective – Gas migration outside well casing". International Journal of Greenhouse Gas Control (باللغة الإنجليزية). 61: 146–154. doi:10.1016/j.ijggc.2017.04.003.
  9. Boothroyd, I.M.; Almond, S.; Qassim, S.M.; Worrall, F.; Davies, R.J. (March 2016). "Fugitive emissions of methane from abandoned, decommissioned oil and gas wells". Science of the Total Environment. 547: 461–469. Bibcode:2016ScTEn.547..461B. doi:10.1016/j.scitotenv.2015.12.096. PMID 26822472.
  10. A. Ingraffea, R. Santoro, S. B. Shonkoff, Wellbore Integrity: Failure Mechanisms, Historical Record, and Rate Analysis. EPA’s Study Hydraul. Fract. Its Potential Impact Drink. Water Resour. 2013 Tech. Work. Present. Well Constr. Subsurf. Model. (2013) (available at http://www2.epa.gov/hfstudy/2013-technical-workshop-presentations-0) نسخة محفوظة 6 مارس 2019 على موقع واي باك مشين.
  11. Alberta Government (2015). "Climate Leadership Plan" (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل في 29 أبريل 201917 مارس 2018.
  12. Pan-Canadian framework on clean growth and climate change : canada's plan to address climate change and grow the economy. Canada. Environment and Climate Change Canada. Gatineau, Québec. 2016.  . OCLC 969538168.
  13. Munnings, Clayton; Krupnick, Alan J. (2017-07-10). "Comparing Policies to Reduce Methane Emissions in the Natural Gas Sector". Resources for the Future (باللغة الإنجليزية). مؤرشف من الأصل في 06 ديسمبر 201717 مارس 2018.
  14. Franco, B.; Mahieu, E.; Emmons, L. K.; Tzompa-Sosa, Z. A.; Fischer, E. V.; Sudo, K.; Bovy, B.; Conway, S.; Griffin, D. (2016). "Evaluating ethane and methane emissions associated with the development of oil and natural gas extraction in North America". Environmental Research Letters (باللغة الإنجليزية). 11 (4): 044010. Bibcode:2016ERL....11d4010F. doi:10.1088/1748-9326/11/4/044010. ISSN 1748-9326.
  15. Xiao, Yaping; Logan, Jennifer A.; Jacob, Daniel J.; Hudman, Rynda C.; Yantosca, Robert; Blake, Donald R. (2008-11-16). "Global budget of ethane and regional constraints on U.S. sources" ( كتاب إلكتروني PDF ). Journal of Geophysical Research: Atmospheres (باللغة الإنجليزية). 113 (D21): D21306. Bibcode:2008JGRD..11321306X. doi:10.1029/2007jd009415. ISSN 2156-2202.
  16. Franco, B.; Bader, W.; Toon, G.C.; Bray, C.; Perrin, A.; Fischer, E.V.; Sudo, K.; Boone, C.D.; Bovy, B. (July 2015). "Retrieval of ethane from ground-based FTIR solar spectra using improved spectroscopy: Recent burden increase above Jungfraujoch". Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 160: 36–49. Bibcode:2015JQSRT.160...36F. doi:10.1016/j.jqsrt.2015.03.017.
  17. Watson, Theresa Lucy; Bachu, Stefan (2007-01-01). Evaluation of the Potential for Gas and CO2 Leakage Along Wellbores. E&P Environmental and Safety Conference (باللغة الإنجليزية). Society of Petroleum Engineers. doi:10.2118/106817-ms.  .
  18. Dusseault, Maurice; Jackson, Richard (2014). "Seepage pathway assessment for natural gas to shallow groundwater during well stimulation, in production, and after abandonment". Environmental Geosciences (باللغة الإنجليزية). 21 (3): 107–126. doi:10.1306/eg.04231414004. ISSN 1075-9565.
  19. Slater, Harold Joseph; Society of Petroleum Engineers; PennWest Energy (2010-01-01). The Recommended Practice for Surface Casing Vent Flow and Gas Migration Intervention. SPE Annual Technical Conference and Exhibition (باللغة الإنجليزية). Society of Petroleum Engineers. doi:10.2118/134257-ms.  .

موسوعات ذات صلة :