Las emisiones fugitivas de gases son emisiones de gas (normalmente gas natural , que contiene metano ) a la atmósfera o al agua subterránea [1] que resultan de la actividad minera de petróleo y gas o de carbón . [2] En 2016, estas emisiones, cuando se convierten a su impacto equivalente de dióxido de carbono , representaron el 5,8% de todas las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero . [2]
La mayoría de las emisiones fugitivas son el resultado de la pérdida de integridad del pozo a través de revestimientos de pozos mal sellados debido a un cemento geoquímicamente inestable . [3] Esto permite que el gas escape a través del propio pozo (conocido como flujo de ventilación de la carcasa de superficie) o mediante migración lateral a lo largo de formaciones geológicas adyacentes (conocida como migración de gas). [3] Aproximadamente el 1-3% de los casos de fugas de metano en pozos de petróleo y gas no convencionales son causados por sellos imperfectos y cemento deteriorado en los pozos. [3] Algunas fugas también son el resultado de fugas en el equipo, prácticas intencionales de liberación de presión o liberaciones accidentales durante las actividades normales de transporte, almacenamiento y distribución. [4] [5] [6]
Las emisiones se pueden medir utilizando técnicas terrestres o aéreas. [3] [4] [7] En Canadá , se cree que la industria del petróleo y el gas es la mayor fuente de emisiones de gases de efecto invernadero y metano , [8] y aproximadamente el 40% de las emisiones de Canadá se originan en Alberta . [5] Las emisiones son en gran parte autodeclaradas por las empresas. El Regulador de Energía de Alberta mantiene una base de datos sobre pozos que liberan emisiones fugitivas de gas en Alberta, [9] y la Comisión de Petróleo y Gas de Columbia Británica mantiene una base de datos de pozos con fugas en Columbia Británica . La prueba de pozos en el momento de la perforación no fue requerida en Columbia Británica hasta 2010, y desde entonces el 19% de los pozos nuevos han reportado problemas de fugas. Esta cifra puede ser una estimación baja, como lo sugiere el trabajo de campo realizado por la Fundación David Suzuki . [1] Algunos estudios han demostrado que un rango de 6-30% de los pozos sufren fugas de gas. [7] [9] [10] [11]
Canadá y Alberta tienen planes para políticas de reducción de emisiones, que pueden ayudar a combatir el cambio climático . [12] [13] Los costos relacionados con la reducción de emisiones dependen mucho de la ubicación y pueden variar ampliamente. [14] El metano tiene un mayor impacto en el calentamiento global que el dióxido de carbono , ya que su fuerza radiativa es 120, 86 y 34 veces la del dióxido de carbono, cuando se considera un marco de tiempo de 1, 20 y 100 años (incluyendo Climate Carbon Feedback [15] [16] [9] Además, conduce a aumentos en la concentración de dióxido de carbono a través de su oxidación por vapor de agua . [17]
Las emisiones fugitivas de gases pueden surgir como resultado de operaciones de exploración de hidrocarburos , como gas natural o petróleo .
A menudo, las fuentes de metano también son fuentes de etano , lo que permite derivar las emisiones de metano en función de las emisiones de etano y las proporciones etano/metano en la atmósfera. Este método ha proporcionado una estimación del aumento de las emisiones de metano de 20 Tg por año en 2008 a 35 Tg por año en 2014. [18] Una gran parte de las emisiones de metano puede ser atribuida solo a unos pocos "superemisores". [19] La tasa anual de aumento de las emisiones de etano en América del Norte entre 2009 y 2014 fue del 3-5%. [18] Se ha sugerido que el 62% del etano atmosférico se origina en fugas asociadas con las operaciones de producción y transporte de gas natural. [20] También se ha sugerido que las emisiones de etano medidas en Europa se ven afectadas por la fracturación hidráulica y las operaciones de producción de gas de esquisto en América del Norte. [21] Algunos investigadores postulan que es más probable que ocurran problemas de fugas en pozos no convencionales , que están fracturados hidráulicamente, que en pozos convencionales. [1]
Según el Informe del Inventario Nacional, aproximadamente el 40% de las emisiones de metano en Canadá se producen en Alberta. De las emisiones antropogénicas de metano en Alberta, el 71% son generadas por el sector del petróleo y el gas. [5] Se estima que el 5% de los pozos en Alberta están asociados con fugas o venteos de gas natural. [22] También se estima que el 11% de todos los pozos perforados en Columbia Británica, o 2739 pozos de 24599, han reportado problemas de fugas. [1] Algunos estudios han estimado que entre el 6 y el 30% de todos los pozos sufren fugas de gas. [7] [9] [10] [11]
Las fuentes pueden incluir revestimientos de pozos rotos o con fugas (ya sea en pozos abandonados o pozos sin uso, pero no abandonados adecuadamente) o migración lateral a través de las formaciones geológicas en el subsuelo antes de ser emitidos al agua subterránea o la atmósfera. [1] Los revestimientos de pozos rotos o con fugas son a menudo el resultado de cemento geoquímicamente inestable o quebradizo. [3] Un investigador propone 7 caminos principales para la migración de gas y el flujo de ventilación del revestimiento de superficie: (1) entre el cemento y la formación rocosa adyacente, (2) entre el revestimiento y el cemento circundante, (3) entre el revestimiento y el tapón de cemento, (4) directamente a través del tapón de cemento, (5) a través del cemento entre el revestimiento y la formación rocosa adyacente, (6) a través del cemento entre las cavidades de enlace desde el lado del revestimiento del cemento hasta el lado del anillo del cemento, y (7) a través de cizallas en el revestimiento o el pozo. [4]
La fracturación hidráulica puede provocar fugas y migraciones, aunque en muchos casos el método de fracturación es tal que el gas no puede migrar a través de la carcasa del pozo. Algunos estudios observan que la fracturación hidráulica de pozos horizontales no afecta la probabilidad de que el pozo sufra migraciones de gas. [23] Se estima que aproximadamente entre el 0,6 y el 7,7 % de las emisiones de metano producidas durante la vida útil de un pozo de combustible fósil se producen durante actividades que tienen lugar en el sitio del pozo o durante el procesamiento. [4]
La distribución de productos de hidrocarburos puede dar lugar a emisiones fugitivas causadas por fugas en los sellos de tuberías o contenedores de almacenamiento, prácticas de almacenamiento inadecuadas o accidentes de transporte. Algunas fugas pueden ser intencionales, en el caso de las válvulas de seguridad de liberación de presión. [5] Algunas emisiones pueden tener su origen en fugas no intencionales de equipos, como las de bridas o válvulas. [6] Se estima que aproximadamente entre el 0,07 y el 10 % de las emisiones de metano se producen durante las actividades de transporte, almacenamiento y distribución. [4]
Existen varios métodos que se utilizan para detectar emisiones fugitivas de gas. A menudo, las mediciones se toman en las cabezas de pozo o cerca de ellas (mediante el uso de muestras de gas del suelo, torres de covarianza de remolinos, cámaras de flujo dinámico conectadas a un analizador de gases de efecto invernadero), [3] pero también es posible medir las emisiones utilizando una aeronave con instrumentos especializados a bordo. [4] [24] Un estudio de aeronaves en el noreste de Columbia Británica indicó emisiones que emanaban de aproximadamente el 47% de los pozos activos en el área. [8] El mismo estudio sugiere que las emisiones reales de metano pueden ser mucho más altas que las que informa la industria o estima el gobierno. Para proyectos de medición a pequeña escala, se pueden utilizar inspecciones de fugas con cámara infrarroja , trazadores de inyección de pozos y muestreo de gas del suelo . Estos suelen ser demasiado intensivos en mano de obra para ser útiles para las grandes empresas de petróleo y gas, y a menudo se utilizan en su lugar estudios aéreos. [7] Otros métodos de identificación de fuentes utilizados por la industria incluyen el análisis de isótopos de carbono de muestras de gas, registros de ruido de la carcasa de producción y registros de neutrones del pozo entubado. [25] Las mediciones atmosféricas a través de muestreos aéreos o terrestres suelen estar limitadas en la densidad de la muestra debido a restricciones espaciales o limitaciones en la duración del muestreo. [19]
Una forma de atribuir el metano a una fuente particular es tomando mediciones continuas de las mediciones isotópicas estables de carbono del metano atmosférico (δ 13 CH 4 ) en la columna de fuentes de metano antropogénicas utilizando un sistema analítico móvil. Dado que los diferentes tipos y niveles de madurez del gas natural tienen diferentes firmas de δ 13 CH 4 , estas mediciones se pueden utilizar para determinar el origen de las emisiones de metano. Las actividades relacionadas con el gas natural emiten columnas de metano con un rango de -41,7 a -49,7 ± 0,7‰ de firmas de δ 13 CH 4 . [5]
Las altas tasas de emisiones de metano medidas en la atmósfera a escala regional, a menudo mediante mediciones aéreas, pueden no representar las tasas de fuga típicas de los sistemas de gas natural. [19]
Las políticas que regulan la notificación de emisiones de gases fugitivos varían y, a menudo, se hace hincapié en la presentación de informes por parte de las propias empresas. Una condición necesaria para regular con éxito las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) es la capacidad de monitorear y cuantificar las emisiones antes y después de que entren en vigor las regulaciones. [26]
Desde 1993, la industria del petróleo y el gas de los Estados Unidos ha adoptado medidas voluntarias para adoptar nuevas tecnologías que reduzcan las emisiones de metano, así como el compromiso de emplear las mejores prácticas de gestión para lograr reducciones de metano a nivel sectorial. [27] En Alberta, el Regulador de Energía de Alberta mantiene una base de datos de casos autoinformados de migración de gas y flujos de ventilación de revestimiento superficial en pozos de la provincia. [9]
En la Columbia Británica, la notificación de fugas no comenzó hasta 1995, cuando se exigió que se hicieran pruebas en los pozos para detectar fugas al abandonarlos. Las pruebas al perforar el pozo no se exigieron en la Columbia Británica hasta 2010. [1] Entre los 4017 pozos perforados desde 2010 en la Columbia Británica, el 19%, o 761 pozos, han informado problemas de fugas. [1] Sin embargo, el trabajo de campo realizado por la Fundación David Suzuki ha descubierto pozos con fugas que no estaban incluidos en la base de datos de la Comisión de Petróleo y Gas de la Columbia Británica (BCOGC), lo que significa que la cantidad de pozos con fugas podría ser mayor que la informada. [1] Según la BCOGC, el flujo de ventilación de la tubería de revestimiento superficial es la principal causa de fugas en los pozos con un 90,2%, seguido de la migración de gas con un 7,1%. Con base en la tasa de fuga de metano de los 1493 pozos reportados que actualmente tienen fugas en Columbia Británica, se estima una tasa de fuga total de 7070 m3 diarios (2,5 millones de m3 anuales ), aunque esta cifra puede estar subestimada como lo demuestra el trabajo de campo realizado por la Fundación David Suzuki. [1]
Los inventarios ascendentes de fugas implican determinar las tasas de fuga promedio de varias fuentes de emisión, como equipos, pozos o tuberías, y extrapolarlas a la fuga que se estima que es la contribución total de una empresa determinada. Estos métodos suelen subestimar las tasas de emisión de metano, independientemente de la escala del inventario. [19]
Existen algunas soluciones para abordar estos problemas. La mayoría de ellas requieren la implementación de políticas o cambios a nivel de la empresa, el regulador o el gobierno (o los tres a la vez). Las políticas pueden incluir topes de emisiones, programas de tarifas reguladas y soluciones basadas en el mercado, como impuestos o permisos negociables. [28]
Canadá ha promulgado políticas que incluyen planes para reducir las emisiones del sector de petróleo y gas entre un 40 y un 45% por debajo de los niveles de 2012 para 2025. [13] El gobierno de Alberta también tiene planes para reducir las emisiones de metano de las operaciones de petróleo y gas en un 45% para 2025. [12]
La reducción de las emisiones de gases fugitivos podría ayudar a frenar el cambio climático, ya que el metano tiene una fuerza radiativa 25 veces mayor que la del dióxido de carbono si se considera un período de 100 años. [9] [16] Una vez emitido, el metano también se oxida por el vapor de agua y aumenta la concentración de dióxido de carbono, lo que conduce a más efectos climáticos. [17]
Los costos relacionados con la implementación de políticas diseñadas para reducir las emisiones de gases fugitivos varían en gran medida según la geografía , la geología y la hidrología de las áreas de producción y distribución. [14] A menudo, el costo de reducir las emisiones de gases fugitivos recae en las empresas individuales en forma de actualizaciones tecnológicas. Esto significa que a menudo existe una discrepancia entre empresas de diferentes tamaños en cuanto a cuán drásticamente pueden permitirse financieramente reducir sus emisiones de metano.
El proceso de intervención en el caso de pozos con fugas afectados por flujos de ventilación de la tubería de revestimiento superficial y migraciones de gas puede implicar la perforación del área de intervención, el bombeo de agua dulce y luego lodo al pozo y la cementación correctiva del intervalo de intervención utilizando métodos como la compresión de Bradenhead , la compresión de cemento o la compresión de circulación. [25]
{{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda ){{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda ){{citation}}: CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )Sitio web del Grupo de Trabajo 1 sobre Cambio Climático 2013.