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Programa de Mitigación de Metano del Sector Petróleo y Gas

Related Focus Area: Super Pollutants

Tema: Contaminantes Climáticos de Vida Corta

En comparación con otras soluciones para el cambio climático, la mitigación de las emisiones de metano provenientes del sector petróleo y gas natural es relativamente económico. Algunas medidas permiten ahorrar dinero, cuando se tienen en cuenta los ingresos adicionales, producto de la venta del gas natural que de lo contrario se liberaría a la atmósfera. La Agencia Internacional de Energía estima que, a nivel mundial, es posible reducir 75% de las emisiones de metano del sector petróleo y gas natural con la tecnología actual, y es posible una reducción del 50% sin costo alguno. Disminuir 50% estas emisiones tendría el mismo impacto climático a largo plazo que cerrar todas las plantas de carbón en China. Muchos gobiernos nacionales y locales han implementado regulaciones para mitigar las emisiones de metano de este sector de algunas o todas sus fuentes. Algunas de las regulaciones actuales más estrictas se pueden encontrar en Canadá, estado de Colorado, estado California y México.

Las mayores oportunidades de mitigación provienen, por supuesto, de los mayores emisores. Estas páginas describen algunas de estas grandes oportunidades de mitigación. ¿Cuál es la fuente de emisiones? ¿Qué papel desempeña el equipo o proceso que libera gas natural en este sector y por qué emite? ¿Cómo se pueden reducir o eliminar? ¿Qué otras jurisdicciones han implementado programas y reglas para reducir o eliminar las emisiones?


De manera conjunta, las fuentes anteriores representan 75% de las emisiones de metano del sector petróleo y gas natural en Estados Unidos. Existe una variedad de tecnologías y prácticas disponibles para reducir significativamente las emisiones de estas fuentes.


Fugas

Fugas

Fugas

Una gran parte de las emisiones del sector petróleo y gas natural provienen de fugas, la cual una categoría amplia que incluye el gas que se libera a causa de un sello que no funciona correctamente, a través de una grieta o superficie corroída en un recipiente, además de otras operaciones incorrectas y “errores” como válvulas y escotillas que se dejan abiertas, quemadores que se apagan y otros problemas en sitio que generan emisiones.

Mientras que el Inventario de Emisiones de EE. UU que elaboró la EPA estima que la industria del petróleo y el gas natural pierde 3 millones de toneladas de metano por año (37% de las emisiones de la industria), una serie de investigaciones independientes han demostrado que esta cifra es muy baja. En 2018, un estudio en Science escrito por veinticuatro científicos de dieciséis universidades e instituciones analizó mediciones de emisiones de metano de más de 400 sitios con pozos y demás instalaciones de gas natural, y artículos utilizando mediciones con aeronaves en varias cuencas petroleras. En estas cuencas se produce más del 30% de la producción de gas natural en Estados Unidos. Su análisis demostró que las emisiones de metano a nivel nacional de la industria del petróleo y el gas natural son en realidad 60% más altas que las estimaciones de la EPA, y las “emisiones faltantes” se deben en gran medida a fugas y venteos. Esto significa que una enorme cantidad de metano (7,1 millones de toneladas) proviene de estas fuentes. En el corto plazo, el metano de estas fugas calienta nuestro clima lo mismo que como 160 centrales termoeléctricas de carbón.

Las fugas se pueden encontrar en muchos sitios y son causadas por muchas razones. Las tensiones térmicas o mecánicas pueden degradar los sellos; los errores humanos también pueden ocasionar una instalación deficiente, operación incorrecta o mantenimiento insuficiente. Asimismo, la operación rutinaria y la exposición a las condiciones climáticas pueden desgastar el equipo con el tiempo. Eventualmente, aparecerán fugas en todas las instalaciones de petróleo y gas natural; no solucionarlas a tiempo es una práctica dañina para el medio ambiente, que desperdicia un producto valioso y provoca emisiones que son evitables. Un gran parte de estas emisiones tienen su origen en los “super-emisores” que son eventos muy grandes, pero poco comunes, y ocurren debido a una operación incorrecta (por ejemplo, una válvula atascada, una escotilla abierta o un quemador apagado). Las investigaciones han demostrado que los super-emisores no se pueden predecir y pueden ocurrir en cualquier sitio.

Afortunadamente, la mayoría de las fugas son sencillas de reparar (los costos de arreglar las fugas se cubren con el valor del gas natural que se recupera al repararlas). Además, la identificación de fugas se ha vuelto eficiente con la tecnología moderna. La práctica común hoy en día es utilizar cámaras especiales que pueden detectar luz infrarroja (piense en binoculares de visión nocturna) que fueron desarrollados para visibilizar el metano, que es invisible a nuestros ojos. Estas cámaras permiten a los inspectores visualizar imágenes de fugas de gas natural en tiempo real, e inspeccionar equipos y componentes completos (no solo las conexiones y otras áreas con mayor probabilidad de fugas) y localizar la fuente precisa, permitiendo que la reparación sea más sencilla. Asimismo, el avance tecnológico abonará a que este proceso sea aún más eficiente y económico en los próximos años.

Estas tecnologías se pueden utilizar para reducir las fugas mediante el uso de inspecciones periódicas como eje de los rigurosos programas de “detección y reparación de fugas” (LDAR, por sus siglas en ingles). Estos programas requieren que los operadores inspeccionen periódicamente todas sus instalaciones en busca de fugas y emisiones, y reparen todas las fque identifiquen en un tiempo razonable. Por ejemplo, California requiere a los operadores inspeccionar todos los sitios cuatro veces por año. En contraste, Colorado tiene un enfoque diferente, requiere que los operadores inspeccionen los sitios más grandes mensualmente, y los sitios más pequeños, con un potencial de fugas menor, requieren inspecciones menos frecuentes.

Venteo en equipos neumáticos

Venteo en equipos neumáticos

Venteo en equipos neumáticos

Un equipo neumático accionado por gas natural utiliza la energía de la presión del gas natural en las tuberías para controlar y operar válvulas y bombas. Esto permite a los operadores automatizar equipos en sitios aislados que carecen de acceso fácil a la electricidad, lo cual puede ser común en muchos países productores de petróleo y gas. El equipo neumático es frecuentemente en las instalaciones de producción y compresión de petróleo y gas natural, y está diseñado para liberar gas natural a la atmósfera.

Los controladores neumáticos de válvulas operan automáticamente en función de factores como el nivel de líquido en un separador, la presión y la temperatura. Se pueden clasificar de acuerdo con sus características. Algunos ventean gas natural y lo hacen a diferentes velocidades; también lo pueden realizar de manera continua o intermitente. Los controladores se pueden clasificar como de alta o baja purga, y se ha demostrado que la conversión de alta a baja purga es factible y rentable en casi todos los casos. Sin embargo, también se ha mostrado que los controladores de “baja purga” a menudo presentan problemas de operación, lo que provoca que las emisiones sean mayores que el umbral de baja purga.

Por lo tanto, una estrategia de mitigación más eficaz incluye la utilización de controladores de “purga cero”, que no liberan gas natural. Se accionan utilizando aire comprimido o energía eléctrica para operar en lugar de gas natural presurizado. Algunos dispositivos de purga cero pueden ser accionados por electricidad generada por energía solar, mientras que otros requieren electricidad de la red o de un generador de gas natural en sitio, o bien aire comprimido con un motor de gas natural. Se pueden lograr reducciones significativas de las emisiones de metano reemplazando los controladores neumáticos impulsados por gas natural con dispositivos de purga cero, incluso en pozos que no tienen acceso a la red eléctrica.

Las bombas neumáticas utilizan la presión del gas natural para suministrar la energía necesaria para hacer circular y presurizar líquidos. Por ejemplo, se utilizan para introducir productos químicos como inhibidores de corrosión en gasoductos. Las bombas eléctricas, que a menudo funcionan con energía solar, eliminan por completo las emisiones de metano y son técnicamente viables en muchos lugares.

Varias jurisdicciones han implementado normas estrictas para reducir las emisiones de los controladores neumáticos y de bombas neumáticas. Por ejemplo, California requiere que todos los equipos neumáticos nuevos emitan cero emisiones y que todas las bombas existentes emitan por debajo del umbral de baja purga. Los operadores deben medir las emisiones de cada dispositivo anualmente para verificar que cumplen con los umbrales. British Columbia, la provincia canadiense, también requiere que todos los equipos neumáticos nuevos sean de cero emisiones, y además requiere controladores de purga cero en todas las estaciones de compresión grandes (> 3 MW).

Compresores

Compresores

Venteo en Compresores

Los sellos de los compresores de gas natural son una fuente importante de emisiones de metano que son evitables.

Los compresores alternativos utilizan pistones para comprimir el gas. Estos compresores tienen sellos en los vástagos que transmiten el movimiento del motor a los pistones dentro de los cilindros del compresor de alta presión. Estos sellos a menudo se denominan empaques del vástago y son una gran fuente de emisiones. Incluso cuando son nuevos, los sellos dejan escapar un poco de gas. Con el paso del tiempo se desgastan, liberando una mayor cantidad de gas natural. Si no se reemplazan frecuentemente, las emisiones pueden llegar a ser muy grandes: cuanto más viejos son los sellos, más metano emiten. Afortunadamente, estas emisiones de metano se pueden reducir fácilmente. Primero es importante seguir las mejores prácticas de mantenimiento que contemplan el reemplazo de los empaques del vástago para minimizar las emisiones. Un enfoque adicional o alternativo es capturar el gas que se escapa del empaque del vástago y utilizarlo, por ejemplo, agregándolo a la mezcla de combustible / aire para el motor del compresor. Este puede ser un enfoque más eficaz ya que aún con un empaque de vástago recién instalado se libera un poco de gas natural.

Los compresores centrífugos utilizan una turbina giratoria para presurizar el gas. El eje rotativo del compresor generalmente está sellado con una de dos tecnologías. Los sellos húmedos hacen circular aceite para sellar el espacio entre el eje y la envoltura cilíndrica. Este aceite absorbe cantidades significativas de gas natural a alta presión que debe eliminarse del aceite antes de su recirculación. Normalmente, el gas natural extraído del aceite del sello húmedo se ventea, lo que genera emisiones sustanciales. Los sellos secos, por el contrario, utilizan un diseño más moderno para evitar el uso de aceite en los sellos, con emisiones mucho más bajas. Las emisiones de metano pueden ser reducidas sustancialmente y de forma económica si se requiere que los compresores centrífugos utilicen sellos secos o bien que si se conduzca el gas natural que se liberaría de un compresor de sello húmedo de regreso al sistema de recolección.

Tanques

Tanques

Venteo en Tanques

Los tanques de almacenamiento se utilizan para guardar petróleo crudo, condensados y agua producida de pozos de petróleo crudo y gas natural. Estos pozos generalmente operan a alta presión, pero el petróleo, el agua y otros líquidos generalmente se almacenan en tanques a presión atmosférica. Cuando los líquidos son transportados de un pozo de alta presión a un tanque a presión atmosférica, el metano y otros hidrocarburos volátiles disueltos en los líquidos son liberados. Muchos tanques no tienen ningún tipo de controles, por lo que el metano se libera a la atmósfera continuamente, junto con los demás hidrocarburos volátiles. Estos otros hidrocarburos son potentes precursores del smog de ozono troposférico y también contienen contaminantes atmosféricos tóxicos.

Se pueden controlar las emisiones de los tanques y conservar una mayor cantidad de los hidrocarburos para su aprovechamiento mediante el uso de unidades de recuperación de vapores. Estos equipos están compuestos principalmente de un compresor que está diseñado para capturar los vapores de hidrocarburos, incrementar su presión y enviar el vapor recuperado al sistema de recolección de gas natural.

Terminación de pozo

Terminación de pozo

Venteo en terminaciones de pozos

Las emisiones de metano de los pozos de petróleo y gas natural que han sido estimulados mediante la fractura hidráulica pueden ser importantes. Afortunadamente, existen medidas de mitigación efectivas y económicas para minimizar esta fuente. Para las terminaciones de pozos de gas, los operadores pueden capturar el gas natural con equipos especializados que lo dirigen a los ductos, en lugar de permitir que escape a la atmósfera. Este tipo de equipos también se pueden utilizar para aprovechar el gas asociado durante las terminaciones de pozos de petróleo. Este tipo de terminaciones reducen más de 95 por ciento las emisiones de metano.

Venteo y quema en los pozos de petróleo

Pozos de petróleo

Pozos de petróleo

Los operadores suelen ventear y quemar el gas natural asociado que se produce en los pozos de petróleo crudo. Esto ocurre porque las empresas productoras, motivados por comercializar únicamente el petróleo crudo debido a su alto valor económico, deciden no desarrollar infraestructura (como ductos) para transportar el gas natural a centros de procesamiento de gas natural. En algunos casos los gasoductos jamás se construyen y todo el gas natural asociado que se produce se desperdicia de esta manera. Esto se puede constatar en los registros de comercialización de cada pozo que los reguladores estatales conservan. Además de que el gas se quema, también se desperdicia energía y se producen grandes cantidades de dióxido de carbono y otros contaminantes. En algunas instancias ni siquiera se coloca un quemador y el gas natural simplemente se ventea a la atmósfera. Existen una variedad de tecnologías que los operadores pueden utilizar para reducir la quema de gas asociado en los pozos de petróleo además de enviar este producto a un gasoducto.

El venteo del gas es más dañino que su quema, ya que el metano tiene un potencial de calentamiento global 28 veces mayor al de dióxido de carbono y los compuestos orgánicos volátiles y contaminantes tóxicos se liberan ininterrumpidamente. El venteo de este gas debe prohibirse bajo cualquier circunstancia ya que es una fuente innecesaria de contaminación atmosférica. Existen numerosas formas económicas (y generalmente rentables) de utilizar el gas natural asociado. La quema debe ser un último recurso: solo en los casos más extremos se debe permitir a los productores de petróleo quemar gas, y debe ser una medida temporal. Las reglas que prohíben el venteo de gas natural pueden reducir fácilmente 95 por ciento de las emisiones.

Ventilación en deshidratadores

Deshidratador

Deshidratador

Los deshidratadores son dispositivos utilizados para eliminar el agua de la corriente de gas natural. Cuando no se controlan las emisiones de los deshidratadores de glicol, el más comúnmente empleado, se libera una gran cantidad de metano, compuestos orgánicos volátiles (COV), y demás contaminantes tóxicos a la atmósfera. Atender las emisiones de metano de los deshidratadores también reducirá las emisiones contaminantes atmosféricas, con importantes beneficios para la calidad del aire. Existen varias maneras de reducir las emisiones de un deshidratador que incluyen, ajustar la velocidad de circulación del líquido de glicol; dirigir el gas venteado a un calentador para el glicol, el uso de un condensador para capturar COV más pesados y tóxicos y conducir las emisiones a un quemador, antorcha o incinerador.