انبعاثات غاز شارد

انبعاثات الغاز الشارد أو انبعاثات الغاز المنفلت هي انبعاثات غاز (عادةً الغاز الطبيعي الذي يحتوي على الميثان) إلى الغلاف الجوي أو المياه الجوفية 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). 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.

يمكن قياس الانبعاثات بتقنيات أرضية أو هوائية. في كندا، يُعتقد أن صناعة النفط والغاز أكبر مصدر لغازات الدفيئة وانبعاثات الميثان، 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.

لدى كندا وألبرتا خطط لوضع سياسات تقليل للانبعاثات قد تساهم في محاربة التغير المناخي. 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.

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. 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. 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.

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.

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.

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. 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.

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.

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.

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 

انبعاثات الغازات الدفيئة
بيئة أمريكا الشمالية
الأثر البيئي لصناعة الطاقة
ميثان