Estimando o potencial de emissões de poços de gás desativados a partir de amostras de xisto
Resumo gráfico. Crédito:Ciência do Meio Ambiente Total (2023). DOI:10.1016/j.scitotenv.2023.169750 A extração de gás natural de formações de xisto pode fornecer um combustível fóssil abundante e com menor pegada de carbono, mas também cria preocupações sobre o aumento das emissões de metano. Uma equipe liderada por pesquisadores da Penn State desenvolveu uma nova ferramenta que pode estimar o potencial de emissão de poços de xisto depois que eles não estiverem mais ativos.
As descobertas, publicadas na revista Science of the Total Environment , revelou que o metano começa a se difundir da formação de xisto após o poço ser desativado e que isso representa uma fonte notável de emissões de metano – comparável às emissões mais significativas durante a perfuração e operação do poço.
“O gás natural é um importante recurso energético que ajudou os EUA a reduzir as suas emissões de dióxido de carbono, mas também entendemos que o metano pode ser um perigo potencial”, disse Shimin Liu, professor de energia e engenharia mineral na Penn State e coautor do livro. o estudo. "O que este trabalho faz é nos dar uma forma proativa de entender o que está acontecendo no subsolo."
As formações de xisto têm baixa permeabilidade, o que significa que o gás não se move facilmente através da rocha. Os operadores perfuram milhares de pés – mais de um quilômetro – para chegar ao xisto e depois perfuram milhares de pés mais horizontalmente através da formação. Eles bombeiam uma mistura de líquido e areia em alta pressão para o xisto para abrir pequenas fraturas e permitir que o gás escape da rocha.
Mas isto poderá recuperar apenas uma fracção – cerca de 20% ou menos – do recurso total de gás natural. O resto permanece preso dentro de pequenos poros, e a falta de um sistema de poros interligados significa que o gás não flui facilmente através do xisto.
Ao analisar amostras de xisto, os cientistas conseguiram criar um modelo matemático para prever o fluxo – ou movimento – do metano que permanece na formação com base na estrutura dos poros. Chamada de modelo unificado de transporte de gás, a ferramenta integra como todos os gases no xisto se movem e a estrutura do xisto para prever o comportamento do fluxo do metano. A equipe validou seu modelo com base em experimentos com xisto Marcellus conduzidos em equipamentos especializados no laboratório de Liu na Penn State.
"O que a indústria pode tirar é que eles têm cortes de perfuração ou amostras de xisto disponíveis, eles podem calcular o fluxo de emissões de metano com base nas informações de suas amostras", disse Yun Yang, principal autora do estudo que conduziu a pesquisa enquanto completava seu doutorado. na Penn State e como pós-doutorado na Universidade de Calgary, que agora é pós-doutorado no Laboratório Nacional de Los Alamos. “Eles podem usá-lo como orientação para ver quanto potencial existe para vazamento de metano após o abandono de um poço.”
As emissões de metano têm um potencial de aquecimento global mais forte do que o dióxido de carbono, e a mitigação das emissões é uma prioridade para os Estados Unidos e seus parceiros internacionais através de esforços como a Iniciativa Global de Metano, disseram os cientistas.
Isto poderá ser especialmente importante em áreas como a Pensilvânia, onde mais de 20 mil poços de gás de xisto foram perfurados desde o início do boom do gás de xisto de Marcellus em 2005.
“Um grande problema é que o vazamento de metano tem maior potencial de aquecimento global em comparação com o dióxido de carbono”, disse Haoming Ma, pós-doutorado na Universidade do Texas em Austin e coautor. Ma conduziu o trabalho enquanto pesquisador associado na Universidade de Calgary. “Os EUA e outros países comprometeram-se a reduzir as emissões globais de metano em cerca de 30% até 2030, destacando a urgência da mitigação.”
Dado que o metano se difunde lentamente a partir do xisto, os cientistas disseram que os requisitos regulamentares deveriam ser implementados para fornecer monitorização a longo prazo das emissões de metano provenientes de poços de gás de xisto abandonados.
Os pesquisadores descobriram que quando um poço cessa a produção e a pressão dentro do reservatório cai, a difusão do metano através do complexo sistema microporoso de matrizes de xisto aumenta. A difusão é um processo mais lento e contribui para um fluxo duradouro de metano da formação em direção ao poço abandonado, disseram os cientistas.
As emissões de metano provenientes da difusão são comparáveis às emissões do fluido de refluxo, o líquido e a areia injetados no solo durante o fraturamento hidráulico que retorna à superfície, segundo os pesquisadores.
Estudos anteriores concentraram-se na avaliação das emissões libertadas pelo fracking, conclusão e operação de poços, mas compreender o potencial de emissões depois de estes deixarem de estar activos é uma importante peça que falta, disseram os cientistas.
"Neste trabalho, descobrimos que depois que um poço é desativado, se você não implementar técnicas de tamponamento adequadas - se deixar o poço aberto para a superfície - as emissões de metano se acumularão ao longo do tempo", disse Yang. "E se você esperar tempo suficiente, o fluxo de emissão será o mesmo que a emissão observada nas operações de refluxo."
Como a difusão aumentou à medida que a pressão do reservatório diminuiu no estudo, manter essa pressão mesmo depois de um poço parar de produzir poderia ser uma estratégia eficaz para reduzir o potencial de emissão de metano de poços de gás de xisto abandonados, disseram os cientistas.
