松管法兰。漏水的储油罐。冷凝器阀门打开。过时的压缩机。低效率的气动系统。腐蚀管道。
四十个不同类型的设备,潜在的甲烷排放来源天然气和石油的生产加工期间通过水力压裂,或水力压裂,地下页岩地层。随着水力压裂技术在美国繁荣有增无减,scientists, engineers, and government experts are increasingly focusing on the complex task of identifying the sources of these methane leaks and devising methods to stop them.
“有许多,许多,许多可能的泄漏源,”亚当·布兰德说,斯坦福大学能源工程教授编译最近的估计石油和天然气行业的甲烷排放。“就像一辆车,有多种方式可以打破。”
即使在行业官员,有协议,甲烷排放的控制是一个重要的问题。本质上这是一个工程问题,和解决方案从政府、产业和学术界开始成形。分析人士说,对付这个问题必须发生在两个紧密相关的方面:严格规定在州和联邦层面,并承诺从工业大型投资必要堵住泄漏。
上个月,奥巴马政府宣布计划减少甲烷排放从许多来源,包括垃圾填埋场,牛,石油和天然气行业。美国环境保护署(EPA)已承诺识别方法减少所谓的“逃犯”甲烷排放量今年秋季石油和天然气钻探和发布新规则,2016年奥巴马总统任期的结束。约美国温室气体排放的百分之九来自甲烷。
“战略是一个很好的行动计划”,说Vignesh Gowrishankar,自然资源保护委员会的科学家。“但需要做更多的工作。最重要的事情是确保EPA实现更强的标准,追求甲烷直接和包括该领域的现有设备,因为泄漏。”
科罗拉多,一个主要的石油和天然气生产商,2月成为第一个州实施条例要求生产商找到并修复甲烷泄漏。和公众对环境影响的关注山压裂繁荣,甚至州比如德克萨斯州甲烷正在研究是否采用更严格的规定。
行业与甲烷泄漏,尽管甲烷捕捉和最终销售的价值,由于所涉及的费用停止逃亡的排放。要解决这一问题需要一个全面的方法,不仅需要检测甲烷泄漏,还制定一系列工程和机械修复以及整个生产加工链,从井口到管道。
解决这个问题需要大量的修复以及整个生产链。
减少甲烷排放可以分为简单的修复,如收紧管法兰,困难的,如更换阀门在压缩机站不断泵气体压力,布莱恩·威尔逊说,美国能源部的项目负责人高级研究项目署能源(arpa - e)。
激励较少的行业——尤其是小,cash-constrained公司修复,需要更多的人员、时间和金钱,收益率较低的投资回报。的一些修复,如“蒸气回收单位”,防止气体挥发的储罐,有100000美元的价格标签,Gowrishankar说。一项研究发现储罐是挥发性有机化合物的重要来源和甲烷排放在德克萨斯州页岩地区。
一个关键问题是,美国是否可以实现显著减少甲烷排放随着水力压裂繁荣继续扩大和老设备变得更容易的问题。有近500000采用水力压裂气井和成千上万英里的管道,就找出了问题的范围,更不用说解决所有的泄漏,是一项艰巨的挑战,专家说。
计算多少甲烷是逃离在水力压裂和加工石油和天然气是极其困难的。从甲烷排放的估计1.5%来9%。得到一个更清晰的感觉的范围问题是至关重要的;尽管甲烷在大气中停留10到20年——而不是几百年——二氧化碳最近的研究表明,甲烷是34倍的温室气体二氧化碳。未能阻止广泛甲烷泄漏全球石油和天然气行业在未来几十年可能大大加剧全球变暖,许多专家说。
一项研究发现泄漏的甲烷从钻井网站比之前估计的高出50%。
预期的在未来25年增长56%仅在美国天然气产量,其中大部分将来自水力压裂-甲烷泄漏的问题会变得更糟”,除非我们进行投资”在低排放技术,资深研究员迈克尔•Obeiter气候与能源项目在世界资源研究所。
今年2月,布兰德和15的合作者发表了纸科学基于回顾200多先前的研究,认为从钻井网站泄露的甲烷被美国环保署比之前估计的高出50%。“各种各样的证据”指向排放高于1.5%,布兰特说。
环保组织等世界资源研究所,环境保护基金,自然资源保护委员会说的监管和检测和梅特工程新技术推动行业解决泄漏的问题。
石油和天然气钻探甲烷排放量分为两个不同的问题。第一个是过时的设备比更新更多的甲烷排放,低排放技术。第二个是一系列系统中泄漏,许多很难检测。“如果我们可以开发一种便宜,找到这些泄漏频繁,在自动方式下,“大多数可以检测到泄漏和固定,布兰特说。
Obeiter列出了两个主要的设备升级,已经显示出承诺,但没有被行业广泛采用。
首先是柱塞行程系统的使用在新的和现有的井“液体卸货,”操作,明确水和其他液体从系统。第二个是替换现有high-bleed与low-bleed等价物在天然气系统气动设备。
一些公司如加拿大能源公司——4000年天然气生产商,气井在科罗拉多州,改造过时的设备容易泄漏,和安装技术捕捉在井口泄漏。前的公司开始取代现有high-bleed气动设备转换在科罗拉多州的新法规规定,公司发言人Doug典当说。典当调用新规则在科罗拉多州“艰难但合理的”,并说他们提供该行业在国家监管的确定性。
但即使每一个科罗拉多州镜像和每一个石油和天然气公司采取措施,如加拿大能源公司正在大量的甲烷泄漏仍将大部分未被发现,马克Zondlo说,普林斯顿大学工程学教授。这是因为许多甲烷泄漏造成更多的不稳定和情景因素,如阀或储罐舱门突然打开。因此需要“连续测量甲烷在大面积泄漏,Zondlo说。
有很多猜测,行业和频率泄漏发生,专家说。
目前,有很多的“猜测”行业的一部分,研究人员在哪里和频率大部分泄漏发生,Zondlo说。
行业代表说,甲烷泄漏率的低端估计,约1.5%,将产业仅次于排放归因于牲畜,发言人凯蒂·布朗说深能的一个程序,独立的美国石油协会。
实现气候受益于天然气,环保组织估计泄漏率在气体钻井必须保持在1%以下。“削减甲烷泄漏率从天然气系统到不到1%的总产量将确保天然气的气候影响低于煤和柴油在任何时间范围,“Obeiter说。
但桑德拉Steingraber,环保人士和学者在伊萨卡学院居住,比较追逐甲烷泄漏和改造旧设备”给香烟过滤器。”她说,即使减少30 - 40%的甲烷泄漏将太少太迟了有助于减缓气候变化,特别是随着该行业的扩张。
目前,许多公司都使用methane-leak检测工具,如红外摄像机,过于劳动密集型和无法找到许多泄漏。Obeiter和其他专家说,我们需要的是一个全行业的方法监测和修复甲烷泄漏整个生产加工体系。
Zondlo最近开发出一种甲烷传感器安装在一架遥控飞机建造在达拉斯德克萨斯大学。去年10月,飞机被用来量化发射率从垫和一个压缩机站在页岩地区。Zondlo已经与其他组织合作,飞无人机压裂区域检测泄漏。
罗伯特·b·杰克逊,杜克大学生态学家和能源专家,也一直在测试无人机检测甲烷的排放。主要的缺点,他说,是有效载荷。“带着一个大相机或甲烷传感器,无人机可以在空中停留30分钟,”杰克逊说。“很难屏幕页岩玩的时间。”
工程师正在努力开发更轻的传感器,将允许无人驾驶飞机在空中待更长的时间。“我很看好长期使用无人驾驶飞机来测量泄漏,”杰克逊说。“我们现在还没有吗?没有。”
派恩代尔背斜天然气田在怀俄明州,肖恩墨菲和罗伯特·怀俄明大学的领域最近了一辆奔驰车短跑选手范质谱计和其他的科学仪器来测量挥发性有机化合物和甲烷。结合气象仪器和复杂的软件时,这些技术可以检测甲烷羽毛和量化发射率具体来源——都在范。设备每秒钟记录读数,允许它在移动中使用。“这种方法可以涵盖很多,“现场说。