Обычное сжигание на факеле - Routine flaring

Сжигание продукции на факеле на объектах добычи сырой нефти на шельфе Вьетнама в Южно-Китайском море.

Обычное сжигание на факеле , также известное как производственное сжигание , представляет собой метод и текущую практику утилизации больших нежелательных объемов попутного нефтяного газа (ПНГ) во время добычи сырой нефти . Сначала газ отделяется от жидкостей и твердых частиц ниже по потоку от устья скважины , затем выпускается в факельную трубу и сжигается в земной атмосфере (обычно в открытом диффузионном пламени ). В случае его реализации нежелательный газ (в основном природный газ, в котором преобладает метан ) был признан нерентабельным и может называться выброшенным газом , факельным газом или просто « отходящим газом». Регулярное сжигание на факеле не следует путать с безопасным сжиганием, ремонтным сжиганием или другими методами сжигания, характеризующимися более короткой продолжительностью или меньшими объемами утилизации газа.

По оценкам, в течение 2018 года во всем мире было сожжено более 145 миллиардов кубических метров (5 триллионов кубических футов) природного газа. Большая часть из них была обычным сжиганием ПНГ на тысячах скважинных площадок, и это количество отходов, равное использованию природного газа. Южной и Центральной Америки. Семь крупнейших практикующих с 2014 года - это Россия , Ирак , Иран , США , Алжир , Венесуэла и Нигерия . Наибольшая активность наблюдается в отдаленных регионах России, где политический конфликт поднимает уровень в других странах. Доля США в общемировом показателе в 2018 году составила почти 10%.

Регулярное сжигание в факелах, а также преднамеренный сброс газа и непреднамеренные летучие выбросы газа имеют серьезные негативные последствия. Рациональная трата первичного ресурса не дает ни нынешних экономических, ни будущих выгод благосостояния , создавая при этом обязательства из-за накопления парниковых газов и других вредных загрязнителей в биосфере . Согласно большинству прогнозов, указывающих на рост использования нефти и газа в обозримом будущем, Всемирный банк в 2002 году учредил Международное партнерство по сокращению объемов сжигания попутного газа (GGFRP) ; государственно-частное партнерство с целью отказа от расточительной практики. В 2015 году он продолжил реализацию Инициативы «Прекратить плановое сжигание на факеле к 2030 году» ; одобрено 32 странами, 37 компаниями и 15 банковскими учреждениями к концу 2019 года. Эндорсерами, базирующимися в США, были Федеральное правительство США, штат Калифорния и Всемирный банк. Мировые данные за 1996-2018 годы показывают, что объем сжигаемого газа упал на 10%, а добыча нефти выросла на 40%.

Причины

Сжигание на факеле (центр изображений) на сельском участке добычи сырой нефти в Северной Дакоте.
Ночной снимок из космоса, запечатлевший широко распространенную практику обычного сжигания факелов на юго-востоке Техаса. Широкая дуга рассеянного света, тянущаяся вверх и влево от нижнего центра, определяется сотнями газовых факелов из сельских нефтяных скважин в группе Игл Форд к югу от Сан-Антонио. Снимок сделан с Международной космической станции , февраль 2015 года.

Процедура сжигания и вентилирования ПНГ практикуется , так как первые нефтяные скважины были коммерчески в конце 1850 - х годов. Хотя жидкие и газообразные углеводороды имеют одинаковую плотность энергии по массе , увеличение в 1000 раз более объемной энергии жидкого топлива делает хранение и транспортировку более экономичными. Широко распространенные средства преодоления этого относительного недостатка нефтяного газа были реализованы только в течение последних нескольких десятилетий. Например, трансконтинентальные газопроводы , связанные с региональными сетями сбора и распределения , теперь проходят по большей части мира. Системы улавливания факельного газа (FGRS) для переработки ПНГ в жидкое или сжатое топливо на кустовой площадке также становятся все более мобильными и разнообразными по своим возможностям.

Процессы принятия решений, ведущие к потере ПНГ в наше время, во многом зависят от региональных обстоятельств. Как правило, краткосрочные финансовые цели и цели управления рисками лиц, принимающих решения, будут определять результат. В большинстве юрисдикций существует какая-то форма разрешения или другого регулирования деятельности по сжиганию и сбросу газа , но детали сильно различаются. Факторы, которые могут увеличить активность истощения, включают (не исчерпывающий список):

Статистика за 2018 год

В 2018 году в мире было сожжено 100 миллионов тонн (145 миллиардов кубометров) попутного газа, что составляет около 3-4% всего газа, добытого как из нефтяных, так и из газовых скважин. Отходы произвели почти 350 миллионов тонн выбросов парниковых газов в эквиваленте CO2 , или около 1% от 33 миллиардов тонн углекислого газа (CO2), образовавшихся в результате сжигания всех ископаемых видов топлива. Накопление этих газов существенно нарушает планетарный углеродный цикл , и в настоящее время предпринимаются более широкие международные усилия по оценке масштабов ущерба и количественной оценке накапливающихся экономических затрат.

Затраты на устранение факельного сжигания стали лучше понятны и сильно различаются в зависимости от случая. Всемирный банк оценивает общие затраты на смягчение последствий в 100 миллиардов долларов США. В случае попадания на рынок природного газа в странах с развитой экономикой, например в Соединенных Штатах, сжигаемый газ может обеспечить около 17% из 30 триллионов кубических футов потребления в США и потенциально может быть оценен почти в 20 миллиардов долларов. В менее развитых странах выгоды могут иметь дополнительный эффект. Например, он может обеспечить все текущее использование в Южной и Центральной Америке. Если бы его использовали для выработки 750 миллиардов кВтч электроэнергии, он мог бы удовлетворить все потребности африканского континента.

Хотя сжигание на факеле является расточительным и производит вредные побочные продукты, как и другие виды сжигания ископаемого топлива, в краткосрочной перспективе оно менее разрушительно, чем выброс попутного газа, который состоит в основном из метана. Накопление атмосферного метана является причиной примерно 25% изменений климатических воздействий , несмотря на то, что его содержание почти в 100 раз ниже по сравнению с CO2. По данным Международного энергетического агентства , не менее 75 миллионов тонн метана было выброшено нефтегазовой промышленностью в результате вентиляции и неконтролируемых выбросов, а около 4 миллионов тонн было выброшено из-за неэффективности факельного сжигания. На использование человеком ископаемого топлива приходится около 20% всех выбросов метана , а выбросы от нефтегазовой отрасли - около 25% всех антропогенных источников. Эти источники также нуждаются в более обширных усилиях по отслеживанию и смягчению последствий, поскольку, согласно прогнозам, природный газ по-прежнему будет самым быстрорастущим источником первичной энергии в мире.

Альтернативы

Мобильная электростанция, работающая на природном газе, в Крыму.
Модульный переносной завод GTL за пределами Хьюстона, штат Техас. Проектная мощность 100 баррелей / сутки.
Биткойн горно ферма питания от соседней выше по потоку установки газа в провинции Альберта Канаде.

Подобно сырой нефти, попутного нефтяного газа является основным источником энергии обоих газообразного топлива и жидкого топлива товаров , которые имеют высокую внутреннюю ценность в современной мировой экономике . После того, как ПНГ будет добыт, оставшимися логистическими барьерами на пути к потреблению станут экономичная очистка и доставка на потребительские рынки . Альтернативы сжигания и сброса газа, предпочитаемые нефтяными компаниями, включают те, которые устраняют эти барьеры для попутного газа, не препятствуя добыче более ценной нефти.

Традиционное использование

Глобальные данные за 2012 год показывают, что 15% всего попутного газа было сожжено или сброшено, а 85% было утилизировано или сохранено для следующих экономических выгод:

1. закачка в нефтяной пласт для вторичной добычи , третичной добычи и / или длительного хранения . (58%)
2. передача в торговый центр для распределения на рынки краткосрочного хранения и нефтепереработки . (27%)

Другое использование

В следующий список включены другие существующие коммерчески жизнеспособные альтернативы обычному сжиганию и сбросу газа, которые могут быть выполнены на месте или поблизости:

1. Производство жидкого топлива с помощью систем улавливания факельного газа (FGRS) и транспортировка на рынки потребления.
а. извлечение сжиженного природного газа (ШФЛУ) из факельного потока с помощью мобильного оборудования.
б. портативное производство сжатого природного газа (КПГ).
c. портативное производство сжиженного природного газа (СПГ).
d. мелкомасштабная конверсия газа в жидкости (GTL).
2. Производство электроэнергии переносными двигателями или микротурбинами .
3. Выработка тепла для водоподготовки или другой промышленной обработки на кустовой площадке.

В отчете Министерства энергетики США за 2019 год говорится, что вероятная причина, по которой нефтяные компании могут медлить с внедрением существующих или передовых технологий FGRS, заключается в том, что «законное, регулируемое сжигание в факелах является наименее рискованным вариантом и не требует изучения того, как применять новые технологии или изменять существующие. контракты и операционная практика ".

«Майнеры» криптовалюты недавно определили факельный газ как потенциальный недорогой источник для своих энергоемких вычислений. Между этими двумя необычно разными горняками возник ряд партнерских отношений с дальнейшей целью минимизировать каждый из их значительных углеродных следов .

Эффективность

Неполное сжигание газа в факелах, при котором выделяется метан, а также образуется сажа на объекте в Индонезии.

Газовые факелы с использованием диффузионного пламени зависят в первую очередь от тщательного перемешивания воздуха и газа в потоке эжектируемого газа для максимального сгорания. Скорость и падение давления газа на выходе из наконечника факельной трубы должны поддерживаться в оптимальных диапазонах для обеспечения адекватной турбулентной диффузии . Сохранение этих диапазонов является ключевой задачей процесса инженерного проектирования и сопутствующей стратегии управления . Значительное количество влаги, азота, диоксида углерода или других неуглеводородных углеводородов, сопровождающих ПНГ, может мешать горению. С другой стороны, правильно спроектированные и контролируемые нагнетания горячего воздуха и пара могут улучшить сгорание и повысить эффективность.

ПНГ состоит в основном из метана, а также из меньшего количества этана , пропана , бутана и других алканов . Когда факел работает эффективно , побочные продукты сгорания включают, в основном, воду и диоксид углерода, а также небольшие количества оксида углерода и оксидов азота (NoX). Таким образом, такие факелы демонстрируют высокую эффективность преобразования: в среднем улетучивается лишь около 2% ПНГ. Когда факел работает неэффективно, может улетучиться более значительное количество ПНГ, иногда до 40%. Также могут образовываться летучие органические соединения (ЛОС), токсичные соединения и другие вредные загрязнители. ЛОС и NOX могут производить озон на уровне земли на уровнях, превышающих стандарты качества воздуха . Присутствие дыма указывает на плохо работающую факелу, и образующийся в результате короткоживущий черный углерод может ускорить таяние снега и льда.

Большинство других загрязняющих веществ в потоке ПНГ присутствует в следовых количествах . Они могут включать в себя встречающиеся в природе токсичные элементы, такие как ртуть и радон . Усилия по увеличению нефтеотдачи, такие как гидравлический разрыв пласта, могут привести к другим. Обычный природный загрязнитель сероводород делает возможным образование диоксида серы и серной кислоты в газовых факелах. При повышенных концентрациях он может вызвать коррозию и другие проблемы с качеством воздуха , а также привести к таким характеристикам, как « высокосернистый газ » и «кислотный факел». На практике газовые потоки с более высоким уровнем загрязнения серой с большей вероятностью будут сжигаться на факеле - где это разрешено - чем использоваться из-за их более низкой экономической ценности.

Мониторинг

Спутник НАСА Aqua
Расширение факельной активности в Пермском бассейне на западе Техаса с 2012 по 2016 годы. Изображения VIIRS из обсерватории Земли НАСА

Доступные глобальные данные об объемах сжигаемого газа крайне неопределенны и ненадежны примерно до 1995 года. После создания GGFR в 2002 году участвующие исследователи из NOAA и академических институтов использовали спутниковые наблюдения для упрощения сбора данных и повышения точности измерений. Несмотря на научно-технический прогресс, суммы, сообщаемые участниками отрасли и используемые должностными лицами регулирующих органов, по-прежнему иногда неточны. Количественная оценка и определение местоположения выбросов метана от неправильно эксплуатируемых факелов, преднамеренного сброса газа и других утечек оборудования также является высоким приоритетом для партнерства GGFR, Глобальной инициативы по метану и других групп, охватывающих как экономические, так и экологические аспекты.

Спутниковые съемки

Поскольку большинство факелов работают как открытое пламя, во время аэрофотосъемки можно определить объемы, измерив количество излучаемого света. Первый набор глобальных данных, начиная с 1995 г., был создан в 2006 г. с использованием программы оборонных метеорологических спутников (DMSP) и данных Google Earth . Примерно после 2010 года точность отдельных измерений была дополнительно улучшена до более чем +/- 10% с использованием данных инструментов VIIRS на спутниках NOAA-20 и Suomi NPP , а также инструментов MODIS на спутниках Aqua и Terra Земной обсерватории НАСА. . Анализ данных продолжает совершенствоваться при участии других академических и миссионерских групп. Карты глобальной активности теперь автоматически создаются с помощью передовых методов, таких как машинное обучение , а предполагаемые объемы корректируются с учетом таких возмущений, как прерывистый облачный покров.

Дополнительные спутники и инструменты, которые, как планируется, будут продолжать работать, с возможностью измерения метана и других более мощных парниковых газов с улучшенным разрешением. Прибор Tropomi, запущенный в 2017 году Европейским космическим агентством, может измерять концентрации метана, двуокиси серы, двуокиси азота, окиси углерода, аэрозолей и озона в тропосфере Земли с разрешением в несколько километров. CLAIRE спутник , запущенный в 2016 году канадской фирмой GHGSat может решить углекислый газ и метан в качестве всего лишь 50 метров (160 футов), что позволяет клиентам определить источник выбросов.

Наземные и аэрофотосъемки

Переносные инструменты от таких поставщиков, как FLIR Systems и Picarro, также способны обнаруживать невидимые в противном случае утечки и выбросы от неправильно работающих факелов. Они несколько менее практичны для мониторинга концентраций метана и других ЛОС в течение продолжительных периодов времени, но могут позволить техническим специалистам по ремонту, должностным лицам регулирующих органов и другим исследователям обнаруживать и документировать источники выбросов в режиме реального времени.

Исследователи Фонда защиты окружающей среды составили подробные карты выбросов метана от нефтегазовых операций в Пермском бассейне США за период 2019–2020 годов. Их результаты показывают, что выбросы, по крайней мере, в три раза больше, чем сообщают операторы, и некоторая степень неисправности более чем 10% факелов. Было обнаружено, что около половины неисправных факельных труб не зажжены и выделяют свои газы без каких-либо мер.

Прогресс сокращения

Организация Объединенных Наций , Международное энергетическое агентство и Всемирный банк признают обычные усилия по сокращению сжигания в факелах низко висящими плодами с учетом существенных преимуществ для экономики, окружающей среды и здоровья человека. Эффект особенно велик в развивающихся странах, где интенсивность факельного сжигания (т. Е. Газа, сжигаемого на факеле на единицу добытой нефти) часто выше, в основном из-за их менее развитой инфраструктуры и рынков природного газа. Некоторые из ключевых стран, намеченных к сокращению, включают Индонезию, Ирак, Казахстан, Мексику, Нигерию, Катар и Ханты-Мансийский автономный округ - Югорский регион России.

С 1996 по 2018 год мировые объемы сжигания в факелах сократились на 10% (в кубических метрах - м 3 ), а мировая добыча нефти выросла на 40% (правый рисунок). Это сопровождалось снижением глобальной интенсивности сжигания на факеле на 35% (измеряется в кубических метрах на баррель добытой нефти - м 3 / баррель). Частично это было связано с более ранними усилиями по сокращению выбросов в странах-партнерах GGFR, таких как Россия и Нигерия. По состоянию на 2018 год в Канаде, Бразилии и нескольких странах Ближнего Востока сжигались факелы с интенсивностью менее 1 м 3 / барр. По сравнению со среднемировым показателем 4,1 м 3 / барр. Несколько африканских стран продолжают сжигать на факелах более 10 м 3 / барр., В том числе Камерун - более 40 м 3 / барр.

Всего четыре страны несут ответственность за почти 50% всего сжигаемого газа: Россия, Ирак, Иран и США. Их интенсивность факельного сжигания колеблется от 3 до 10 м 3 / баррель и за последние несколько лет существенно не улучшилась. Каждая страна имеет обширную инфраструктуру и доступ к передовым технологиям, но также имеет сложную деловую и политическую культуру, которая может быть более устойчивой к изменениям.

Рост в США

Историческая диаграмма объемов добычи, сжигания и сброса газа в США. Данные Управления энергетической информации США

Согласно данным Управления энергетической информации США, количество факелов и выбросов в атмосферу в США снизилось в течение десятилетий после Второй мировой войны . Ближе к концу 20-го века он достиг минимума, близкого к 1,5% от добытого ПНГ и 0,5% от всего газа, добываемого как из нефтяных, так и из газовых скважин.

Однако примерно с 2005 года объем сжигания попутного газа снова увеличился, как показано на прилагаемых графиках. 32 государства принимают и регулируют сжигание и / или сброс газа на факелах. Наибольшие изменения объема примерно с 1990 года произошли в Пермском бассейне на западе Техаса и Нью-Мексико, формации Баккен в Северной Дакоте и группе Игл Форд на юго-востоке Техаса.

Историческая диаграмма процентного содержания газа, сожженного и сброшенного в США.

В Соединенных Штатах объем сжигания попутного газа увеличился как по объему, так и в процентах. В 2018 году факельное сжигание газа достигло почти 50-летнего максимума: было сожжено 500 миллиардов кубических футов газа, что составляет 10% сжигаемого ПНГ. Сообщения об отрицательных ценах производителей на природный газ и о дальнейшем удвоении активности в Перми стимулировали дальнейший рост этой деструктивной практики в США в 2019 году. В 2018–2019 годах количество ежедневно выбрасываемого впустую газа только в Перми было способно удовлетворить потребности населения всего штата Техас. Пять новых магистральных газопроводов из региона находятся в стадии строительства, первый из которых будет введен в эксплуатацию в третьем квартале 2019 года, а остальные планируется ввести в эксплуатацию в 2020–2022 годах.

Ослабление федеральных норм США, начавшееся в 2017 году, привело к дальнейшему увеличению отходов ПНГ как из государственных, так и из частных земель. Они кратко изложены в отчете Министерства энергетики США за июнь 2019 года , в котором наиболее важные изменения определены следующим образом:

1) «отмена ... лимитов на утечку, сброс или сжигание метана из нефтяных и газовых скважин на федеральных землях» ; а также
2) «устранение требования о том, что компании должны искать и устранять утечки, требований по сокращению выбросов от различных элементов оборудования или оборудования, а также требований о том, что компании готовят планы по минимизации отходов до получения разрешений на бурение»

Обман общественности

Лидеры энергетической отрасли знали, что объемы природного газа, сжигаемого их отраслью, огромны, но в рамках их корпоративных пропагандистских усилий правительству США и общественности сознательно доводилось до сведения, что сжигание в отрасли находится «под контролем». Это было частью кампании энергетической отрасли по лоббированию сокращения федерального регулирования сжигания метана , которая в 2017 году преуспела в ослаблении федеральных нормативных требований. Однако на встрече лидеров отрасли в 2019 году Рон Несс, президент Нефтяного совета Северной Дакоты, признал, что «мы просто сжигаем огромное количество газа». Г-н Несс признал, что общественное мнение, особенно среди молодежи, о природном газе как о более чистой и более благоприятной для климата альтернативе энергии будет серьезно подорвано, если общественность поймет огромное количество сжигаемого в факелах газа энергетической промышленностью и его разрушительный эффект. Метан улавливает в атмосфере в 80 раз больше тепла, чем углекислый газ . Лидеры энергетической отрасли подчеркнули необходимость того, чтобы энергетическая отрасль завалила общественность обманчивой рекламой, которая выдвигает вопрос в основном о «здоровье и безопасности», как это сделала отрасль в Колорадо с помощью гидравлического гидроразрыва пласта . Ключевым моментом, согласно этой точке зрения, была реклама, вызывающая эмоции.

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки