Las emisiones de gases fugitivos 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 globales de gases de efecto invernadero . [2]
La mayoría de las emisiones fugitivas son el resultado de la pérdida de integridad de los pozos debido a revestimientos mal sellados debido al 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 entre el 1% y el 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 las declaran en gran medida las propias empresas. El Regulador de Energía de Alberta mantiene una base de datos sobre los pozos que liberan emisiones de gases fugitivos 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 . No fue necesario realizar pruebas en los pozos en el momento de la perforación en Columbia Británica hasta 2010, y desde entonces, el 19% de los pozos nuevos han informado problemas de fugas. Esta cifra puede ser una estimación baja, como sugiere el trabajo de campo realizado por la Fundación David Suzuki . [1] Algunos estudios han demostrado que entre el 6% y el 30% de los pozos sufren fugas de gas. [7] [9] [10] [11]
Canadá y Alberta tienen planes de políticas para reducir las emisiones, lo que puede ayudar a combatir el cambio climático . [12] [13] Los costos relacionados con la reducción de emisiones dependen en gran medida 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 mayor que la del dióxido de carbono, cuando se consideran un marco temporal de 1, 20 y 100 años (incluido Climate Carbon Feedback [15] [ 16] [9] Además, provoca aumentos en la concentración de dióxido de carbono a través de su oxidación por el vapor de agua .
Las emisiones de gases fugitivos 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 dado 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 pueden ser aportadas sólo por unos pocos "superemisores". [19] La tasa de aumento anual 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]
Aproximadamente el 40% de las emisiones de metano en Canadá se producen en Alberta, según el Informe del Inventario Nacional. 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 informado de 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 carcasas de pozos rotas o con fugas (ya sea en pozos abandonados o en pozos no utilizados, pero no abandonados adecuadamente) o la migración lateral a través de formaciones geológicas en el subsuelo antes de ser emitidas al agua subterránea o a 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 casing superficial: (1) entre el cemento y la formación rocosa adyacente, (2) entre el casing y el cemento circundante, (3) entre el casing y el tapón de cemento, (4) directamente a través del tapón de cemento, (5) a través del cemento entre la carcasa y la formación rocosa adyacente, (6) a través del cemento entre las cavidades de unión desde el lado de la carcasa del cemento hasta el lado del anillo del cemento, y (7) a través de cizallas en la carcasa o en el pozo. [4]
Las fugas y la migración pueden ser causadas por la fracturación hidráulica, aunque en muchos casos el método de fracturación es tal que el gas no puede migrar a través del revestimiento del pozo. Algunos estudios observan que la fracturación hidráulica de pozos horizontales no afecta la probabilidad de que el pozo sufra migración 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 ocurren durante actividades que tienen lugar en el sitio del pozo o durante el procesamiento. [4]
La distribución de productos de hidrocarburos puede provocar 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 intencionadas, en el caso de válvulas de seguridad de liberación de presión. [5] Algunas emisiones pueden originarse en fugas involuntarias de equipos, como 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 utilizados para detectar emisiones fugitivas de gases. A menudo, las mediciones se toman en las bocas de los pozos 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 equipo especializado. instrumentos a bordo. [4] [24] Un estudio aéreo en el noreste de Columbia Británica indicó emisiones que emanan 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 de lo que informa la industria o lo que estima el gobierno. Para proyectos de medición a pequeña escala, se pueden utilizar inspecciones de fugas con cámaras infrarrojas , trazadores de inyección de pozos y muestreo de gases del suelo . Por lo general, requieren demasiada mano de obra para ser útiles para las grandes empresas de petróleo y gas y, a menudo, en su lugar se utilizan 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 del revestimiento de producción y registros de neutrones del pozo revestido. [25] Las mediciones atmosféricas mediante muestreo aéreo o terrestre a menudo tienen una densidad de muestra limitada debido a restricciones espaciales o limitaciones de duración del muestreo. [19]
Una forma de atribuir el metano a una fuente particular es tomar mediciones continuas de las mediciones isotópicas de carbono estable del metano atmosférico (δ 13 CH 4 ) en la columna de fuentes antropogénicas de metano utilizando un sistema analítico móvil. Dado que los diferentes tipos y niveles de madurez de gas natural tienen diferentes firmas de δ 13 CH 4 , estas mediciones pueden usarse 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 a través de mediciones en el aire, pueden no representar tasas de fuga típicas de los sistemas de gas natural. [19]
Las políticas que regulan la presentación de informes sobre emisiones de gases fugitivos varían y, a menudo, se hace hincapié en la autoinformación por parte de las 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 las regulaciones entren en vigor. [26]
Desde 1993, ha habido acciones voluntarias por parte de la industria del petróleo y el gas en los Estados Unidos para adoptar nuevas tecnologías que reduzcan las emisiones de metano, así como el compromiso de emplear 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]
Los informes de fugas en Columbia Británica no comenzaron hasta 1995, cuando se requirió probar los pozos para detectar fugas en caso de abandono. Las pruebas durante la perforación del pozo no fueron requeridas en Columbia Británica hasta 2010. [1] Entre los 4017 pozos perforados desde 2010 en 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 Columbia Británica (BCOGC), lo que significa que el número de pozos con fugas podría ser mayor de lo informado. [1] Según el BCOGC, el flujo de ventilación de la carcasa 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 m 3 diarios (2,5 millones de m 3 al año), aunque este número puede estar subestimado 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 para diversas fuentes de emisión, como equipos, pozos o tuberías, y extrapolarlas a la fuga que se estima 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 ellos requieren la implementación de políticas o cambios a nivel de empresa, regulador o gobierno (o los tres). Las políticas pueden incluir límites a las emisiones, programas de tarifas de alimentación 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]
Reducir 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 con el vapor de agua y aumenta la concentración de dióxido de carbono, lo que provoca mayores efectos climáticos. [17]
Los costos relacionados con la implementación de políticas diseñadas para reducir las emisiones fugitivas de gases varían mucho dependiendo de la geografía , geología e hidrología de las áreas de producción y distribución. [14] A menudo, el costo de reducir las emisiones fugitivas de gases recae en empresas individuales en forma de actualizaciones tecnológicas. Esto significa que a menudo hay una discrepancia entre empresas de diferentes tamaños en cuanto a cuán drásticamente pueden permitirse el lujo de reducir sus emisiones de metano.
El proceso de intervención en el caso de pozos con fugas afectados por flujos de ventilación del revestimiento superficial y migraciones de gas puede implicar perforar el área de intervención, bombear agua dulce y luego lodo hacia el pozo, y cementar el intervalo de intervención usando métodos como el apretón con cabeza de braden , compresión del cemento o compresión por circulación. [25]
{{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda ){{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda ){{citation}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ). Sitio web del Grupo de Trabajo 1 sobre Cambio Climático 2013.