開採天然氣的油氣井經常會洩漏大量甲烷到空氣中。普林斯頓大學的一個研究小組發現，在最大的天然氣產區之一，大部分洩漏來自一小部分油氣井，油氣井洩漏控制迫在眉睫。

“超大排放”井的洩漏

由普林斯頓大學土木與環境工程副教授Mark Zondlo領導的研究人員花了兩年時間對賓夕法尼亞州馬塞勒斯頁岩（美國能源部評估認為該地區蘊藏的天然氣資源可供全美使用10年以上）的排放進行了抽樣調查。作者在發表於《環境科學與技術》期刊上的研究報告中稱，10％的油氣井洩漏佔據了天然氣排放總量的77%。這相當於增加了50萬輛汽車（約佔美國汽車市場的2％）的溫室氣體排放。

Zondlo表示這一發現可能有助於減輕對環境的影響，因為修復相對較少數量的這些“超大排放”井可以大幅減少排放量。他指出識別洩漏的油氣井有時可能相對容易，有時會比較困難，其中一部分原因在於油氣井的排放會隨著時間改變。

研究人員表示很多操作都會導致洩漏發生，包括有意開啟閥門洩壓，或者是無意中忘記關閉閥門。過去有研究小範圍抽樣調查了德克薩斯州和西弗吉尼亞州的油氣井，並得出了關於“超大排放”井的類似結論，但不具有代表性。這項新研究首次調查了美國最具生產力的頁岩氣產地，並且調查範圍所涵蓋的油氣井樣本最多。

賓夕法尼亞州的油氣井抽樣調查分佈圖。黃色表示抽樣點，綠色表示活躍的非常規油氣井，紫紅色表示不活躍的非常規油氣井。

洩漏測量方法

天然氣主要由甲烷組成，甲烷是增溫潛力最強的溫室氣體之一，其捕捉熱量的能力是二氧化碳的30倍，能大大激化溫室效應。天然氣是美國能源的重要組成部分，提供全美約35％的電力生產，以及每年約6，000萬家庭的供暖。即使在最有效的開採操作中，也會出現一些洩漏。

目前，天然氣公司通常使用紅外氣體成像儀查詢洩漏，但這種儀器不夠靈敏，除非將儀器放在洩漏位置的頂部，否則無法捕捉到大部分洩漏情況。紅外氣體成像儀既不能做大範圍調查洩漏情況的工具，也不能提供有關甲烷洩漏的定量資料。

儘管“超大排放”井的排放量可能會隨時間變化，這一變化可能是因為某一次大量洩漏或者持續存在的洩漏問題，成為測量難點。但Zondlo表示研究小組使用的測量方法可以捕捉到隨著時間變化而變化的排放量。

Zondlo和團隊在移動實驗室使用鐳射測量空氣中甲烷的濃度，他們發射精確波長的光來觀察空氣中的氣體能夠吸收多少光，並計算出相關油氣井的排放量。

實驗中用於採集空氣汙染資料的裝置。

Zondlo說，這些研究結果為最終限制天然氣開採中的碳排放提供途徑。如果能夠更好地理解某些井比其他井洩漏更多氣體的原因和方式，將會找到“減排的實際有效方法”。

解決洩漏問題的經濟效益

根據Zondlo的估計，使用鐳射測量裝置最初可能會增加監控成本，但天然氣公司將透過收回丟失的產品來回籠大部分資金。如果配備得當，加上常見的風速風向儀，開採時的服務車輛可以有效監測排放情況。由於實驗室採用的裝置成本高昂，不適合在生產中大規模使用，Zondlo正在研究更加低成本的解決方案。

斯坦福大學能源資源工程專業副教授Adam Brandt表示，該研究表明，查詢和修復這些少數“超大排放”井是一種經濟有效的方法，可以大幅度減少天然氣開採產生的溫室氣體排放。

曾參與甲烷排放評估工作的環境保護基金科學家David Lyon說：“這項研究的結果再次強調了賓夕法尼亞州現有非常規天然氣井甲烷洩漏減排的緊迫性和重要性，這些洩漏不僅代表了7，000萬美元的天然氣資源浪費，而且它們的危害相當於9個燃煤發電廠的短期氣候影響。“

未來，研究人員將進一步探索這些“超大排放”井是如何排放的，希望透過尋找它們的共性找到減排策略，真正將先進技術用之於民，造福社會。

引用：

Dana R。 Caulton et al。 Importance of Superemitter Natural Gas Well Pads in the Marcellus Shale， Environmental Science & Technology （2019）。 DOI： 10。1021/acs。est。8b06965

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