ガスの漏洩排出

漏えいガス排出とは、石油・ガス採掘や石炭採掘活動に伴って大気や地下水へ排出されるガス（通常はメタンを含む天然ガス）のことである[ 1 ] 。 [ 2 ] 2016年には、これらの排出量を二酸化炭素排出量に換算すると、世界の温室効果ガス排出量の5.8%を占めた。[ 2 ]

漏洩のほとんどは、地質化学的に不安定なセメントが原因で井戸ケーシングの密閉が不十分になり、井戸の完全性が損なわれた結果生じます。[ 3 ]これにより、ガスが井戸自体から漏れ出したり（表面ケーシング通気流として知られています）、隣接する地層に沿って横方向に移動したり（ガス移動として知られています）します。[ 3 ]非在来型の石油・ガス井におけるメタン漏洩事例の約1～3％は、不完全な密閉と坑井内のセメントの劣化が原因です。[ 3 ]漏洩の中には、機器の漏れ、意図的な圧力解放方法、または通常の輸送、保管、配送活動中の偶発的な放出によって生じるものもあります。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

排出量は、地上ベースまたは空中技術を使用して測定できます。[ 3 ] [ 4 ] [ 7 ]カナダでは、石油およびガス産業が最大の温室効果ガスおよびメタン排出源であると考えられており、[ 8 ]カナダの排出量の約40％はアルバータ州で発生しています。[ 5 ]排出量は主に企業によって自己報告されています。アルバータ州エネルギー規制局は、アルバータ州で漏出ガスを放出している井戸に関するデータベースを保持しており、[ 9 ]ブリティッシュコロンビア石油ガス委員会は、ブリティッシュコロンビア州の漏出井戸のデータベースを保持しています。ブリティッシュコロンビア州では、掘削時に井戸をテストすることは2010年まで義務付けられておらず、それ以降、新しい井戸の19％で漏出の問題が報告されています。デビッド・スズキ財団が行った現地調査によって示唆されているように、この数字は低い推定値である可能性があります。[ 1 ]いくつかの研究では、6〜30％の範囲の井戸でガス漏れが発生していることが示されています。[ 7 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

カナダとアルバータ州は排出量を削減する政策を計画しており、これが気候変動対策に役立つ可能性がある。[ 12 ] [ 13 ]排出量削減に関連するコストは場所によって大きく異なり、大きく異なる可能性がある。[ 14 ]メタンは、 1年、20年、100年の時間枠（気候炭素フィードバックを含む）で考えると、その放射力が二酸化炭素の120倍、86倍、34倍であるため、二酸化炭素よりも地球温暖化への影響が大きい。 [ 15 ] [ 16 ] [ 9 ]さらに、メタンは水蒸気による酸化を通じて二酸化炭素濃度の上昇をもたらす。[ 17 ]

排出源

 
生産井からのガス漏出につながるセメントとケーシングの破損の7つの最も一般的な原因。井戸の下部にセメントプラグがあるため、これは廃坑井の例です。

ガスの漏洩排出は、天然ガスや石油などの炭化水素の探査作業の結果として発生する可能性があります。

メタンの発生源はエタンの発生源でもある場合が多く、そのため、エタン排出量と大気中のエタン/メタン比に基づいてメタン排出量を算出できる。この方法により、メタン排出量は2008年の年間20 Tgから2014年には年間35 Tgに増加したと推定されている。[ 18 ]メタン排出量の大部分は、少数の「超排出者」によって発生している可能性がある。[ 19 ]北米における2009年から2014年までのエタン排出量の年間増加率は3～5%であった。 [ 18 ]大気中のエタンの62%は、天然ガスの生産および輸送作業に関連する漏洩に由来すると考えられている。[ 20 ]また、ヨーロッパで測定されたエタン排出量は、北米の水圧破砕法とシェールガス生産作業の影響を受けているとも示唆されている。 [ 21 ]一部の研究者は、従来の井戸よりも、水圧破砕法を採用した非従来型の井戸で漏洩問題が発生する可能性が高いと主張している。 [ 1 ]

国家インベントリ報告書によると、カナダにおけるメタン排出量の約40%はアルバータ州内で発生しています。アルバータ州における人為的メタン排出量のうち、71%は石油・ガス部門によるものです。[ 5 ]アルバータ州の井戸の5%は天然ガスの漏洩またはガス抜きに関連していると推定されています。 [ 22 ]また、ブリティッシュコロンビア州で掘削された全井戸の11%、つまり24,599基中2,739基でガス漏れの問題が報告されていると推定されています。[ 1 ]一部の研究では、全井戸の6～30%でガス漏れが発生していると推定されています。[ 7 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

井戸固有の処理ソース

発生源としては、破損または漏れのある井戸ケーシング（放棄された井戸または使用されていないが適切に放棄されていない井戸）や、地下の地層を横方向に移動して地下水や大気に放出されるものが挙げられます。[ 1 ]破損または漏れのある井戸ケーシングは、多くの場合、地球化学的に不安定または脆いセメントが原因です。[ 3 ]ある研究者は、ガスの移動と地表ケーシングの通気口からのガスの流れの主な経路として、(1) セメントと隣接する岩層の間、(2) ケーシングと周囲のセメントの間、(3) ケーシングとセメントプラグの間、(4) セメントプラグを直接通過、(5) ケーシングと隣接する岩層の間のセメントを通過する、(6) セメントのケーシング側からセメントの環状部側に至る連結空洞の間のセメントを通過する、(7) ケーシングまたは坑井のせん断を通過する、の 7 つを提案しています。[ 4 ]

水圧破砕はガス漏れやガス移動を引き起こす可能性がありますが、多くの場合、ガスが坑井ケーシングを通過できないような方法で破砕されます。一部の研究では、水平坑井の水圧破砕は坑井におけるガス移動の可能性に影響を与えないことが示されています。[ 23 ]化石燃料坑井の寿命中に発生するメタン排出量の約0.6～7.7%は、坑井現場で行われる活動または処理中に発生すると推定されています。[ 4 ]

パイプラインと流通源

炭化水素製品の流通は、配管や貯蔵容器のシール部の漏れ、不適切な保管方法、輸送事故などにより、ガスの漏洩につながる可能性があります。圧力解放安全弁など、意図的な漏れが発生する場合もあります。[ 5 ]フランジやバルブなど、機器の意図しない漏れに起因する排出もあります。[ 6 ]メタン排出量の約0.07～10%は、輸送、貯蔵、配送活動中に発生すると推定されています。[ 4 ]

検出方法

漏えいガスの排出を検知する方法はいくつかある。多くの場合、測定は坑口またはその付近で行われる（土壌ガスサンプル、渦相関塔、温室効果ガス分析装置に接続されたダイナミックフラックスチャンバーを使用）[ 3 ]が、特殊な機器を搭載した航空機を使用して排出量を測定することも可能である。 [ 4 ] [ 24 ]ブリティッシュコロンビア州北東部での航空機調査では、その地域の稼働中の坑口の約47%から排出が発生していることが示された。[ 8 ]同研究では、実際のメタン排出量は産業界の報告や政府の推定よりはるかに高い可能性があることが示唆されている。小規模測定プロジェクトでは、赤外線カメラによる漏洩検査、坑口注入トレーサー、土壌ガスサンプルを使用できる。これらは通常、大規模な石油・ガス会社には役に立たないほど労働集約的であり、代わりに航空機調査が使用されることが多い。[ 7 ]産業界で使用されているその他の発生源特定方法には、ガスサンプルの炭素同位体分析、生産ケーシングの騒音ログ、ケーシングされたボーリングホールの中性子ログなどがある。[ 25 ]空中または地上からの大気測定では、空間的制約やサンプリング期間の制限により、サンプル密度が制限されることが多い。[ 19 ]

メタンを特定の発生源に帰属させる一つの方法は、移動型分析システムを用いて、人為起源メタン発生源のプルーム中の大気中メタンの安定炭素同位体比（δ 13 CH 4 ）を連続的に測定することです。天然ガスの種類や成熟度によってδ 13 CH 4 のシグネチャーが異なるため、これらの測定値はメタン排出源を特定するために使用できます。天然ガス関連の活動は、-41.7～-49.7±0.7‰のδ 13 CH 4シグネチャーを持つメタンプルームを排出します。[ 5 ]

地域規模で大気中で測定されたメタン排出量の高い値は、多くの場合航空機による測定を通じて、天然ガスシステムからの典型的な漏洩率を反映していない可能性があります。[ 19 ]

排出量の報告と規制

 
生産井付近の地下におけるケーシングベントフローとガス移動経路を示す図。井戸下部のセメントプラグは、廃坑井の典型例であることを示しています。

漏えいガス排出量の報告を規制する政策は様々であり、企業による自己報告が重視されることが多い。温室効果ガス（GHG）排出量を効果的に規制するために必要な条件は、規制の施行前と施行後の排出量を監視・定量化する能力である。[ 26 ]

1993年以来、米国の石油・ガス業界では、メタン排出量を削減する新技術の導入や、セクターレベルでのメタン削減を達成するためのベストマネジメントプラクティスの採用といった自主的な取り組みが行われてきました。[ 27 ]アルバータ州では、アルバータ州エネルギー規制局が、州内の油井におけるガスの移動や地表ケーシングの通気孔からの流出に関する自己報告のデータベースを維持しています。[ 9 ]

ブリティッシュコロンビア州での漏出報告は、放棄された井戸の漏出検査が義務付けられた1995年まで開始されなかった。また、井戸を掘削する際の検査は、2010年までブリティッシュコロンビア州では義務付けられていなかった。[ 1 ] 2010年以降にブリティッシュコロンビア州で掘削された4017の井戸のうち、19％にあたる761の井戸で漏出の問題が報告されている。[ 1 ]しかし、デイビッド・スズキ財団が実施した現地調査では、ブリティッシュコロンビア州石油ガス委員会（BCOGC）のデータベースに含まれていなかった漏出井戸が発見されており、漏出井戸の数は報告されているよりも多い可能性がある。[ 1 ] BCOGCによると、井戸の漏出の主な原因は地表ケーシングの通気孔からの流出で90.2％、次いでガス移動が7.1％となっている。ブリティッシュコロンビア州で現在漏出が報告されている1493の井戸からのメタン漏出率に基づくと、総漏出量は1日あたり7070m³（年間250万m³ ）と推定されるが、この数値はデイビッド・スズキ財団による現地調査で示されているように過小評価されている可能性がある。[ 1 ]

ボトムアップ型の漏洩インベントリは、機器、井戸、パイプなど様々な排出源の平均漏洩率を算出し、それを特定の企業による総漏洩量と推定される漏洩量に外挿するものである。これらの手法は、インベントリの規模に関わらず、通常、メタン排出率を過小評価する。[ 19 ]

ガスの漏洩による問題への対処

これらの問題に対処するための解決策はいくつかあります。そのほとんどは、企業、規制当局、政府（あるいはそのすべて）のレベルで政策を実施または変更することを必要とします。政策には、排出上限、固定価格買い取り制度、そして税金や取引可能な排出権といった市場ベースの解決策が含まれます。[ 28 ]

カナダは、2025年までに石油・ガス部門からの排出量を2012年比で40～45％削減する計画を含む政策を制定した。[ 13 ]アルバータ州政府も、2025年までに石油・ガス事業からのメタン排出量を45％削減する計画を持っている。[ 12 ]

メタンは100年という時間軸で考えると二酸化炭素の25倍の放射力を持っているため、漏えいガスの排出量を削減することは気候変動を遅らせるのに役立つ可能性があります。[ 9 ] [ 16 ]排出されたメタンは水蒸気によって酸化され、二酸化炭素濃度を増加させ、さらなる気候への影響につながります。[ 17 ]

ガス排出削減コスト

メタンガスの排出削減を目的とした政策の実施にかかる費用は、生産・流通地域の地理、地質、水文学的条件によって大きく異なります。 [ 14 ]多くの場合、メタンガスの排出削減費用は、技術革新という形で個々の企業に負担されます。つまり、メタン排出量をどの程度削減できるかという点において、企業規模の大小によって企業間で差が生じることが多いのです。

漏洩ガス排出への対処と修復

表面ケーシングの通気流やガスの移動の影響を受けた漏水井戸への介入プロセスには、介入エリアの穿孔、井戸への淡水とスラリーの注入、そしてブレーデンヘッドスクイーズ、セメントスクイーズ、循環スクイーズなどの方法を用いた介入区間の補修セメント充填が含まれる。[ 25 ]

参照

参考文献

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引用文献

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