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Plonger en profondeur

Programme d'atténuation des émissions de méthane provenant du pétrole et du gaz

Domaine de travail : Prévention de la pollution par le méthane

Par rapport à d'autres solutions pour lutter contre le changement climatique, l'atténuation du méthane provenant du secteur pétrolier et gazier est relativement bon marché. Certaines mesures permettent même d'économiser de l'argent, si l'on tient compte des revenus supplémentaires tirés de la vente du gaz qui serait autrement rejeté dans l'atmosphère. L'Agence internationale de l'énergie estime qu'à l'échelle mondiale, une réduction de 75 % du méthane provenant du pétrole et du gaz est possible avec les technologies actuelles, et qu'une réduction de 50 % est possible sans coût net. Une réduction de 50 % seulement aurait le même impact climatique à long terme que la fermeture de toutes les centrales au charbon en Chine. De nombreux gouvernements nationaux et infranationaux ont déjà adopté des réglementations strictes sur le méthane provenant du pétrole et du gaz, qui exigent une réduction de certaines ou de toutes ces sources. Certaines des réglementations actuelles les plus strictes se trouvent au Canada, au Colorado, en Californie et au Mexique.

Les plus grandes possibilités d'atténuation sont, bien sûr, celles des plus grands émetteurs. Ces pages décrivent certaines de ces grandes possibilités d'atténuation. Quelle est la source - quel rôle joue l'équipement ou le processus qui émet du gaz dans l'industrie pétrolière et gazière, et pourquoi émet-il ? Comment peut-on l'assainir ? Quelles autres juridictions ont mis en place des programmes et des règles pour assainir chaque source ?


Ensemble, les sources ci-dessus représentent 75 % des émissions de méthane du secteur pétrolier et gazier des États-Unis. Et il existe toute une série de technologies et de pratiques permettant de réduire considérablement les émissions provenant de ces sources.

Fuites et ventilation inadéquate

Une grande partie des émissions provenant du pétrole et du gaz sont dues à des fuites - une vaste catégorie qui comprend ce que nous considérons généralement comme une "fuite" (c'est-à-dire du gaz qui s'échappe par un joint défaillant, par une fissure ou un matériau corrodé sur une cuve, etc.), en plus d'autres opérations inappropriées et "erreurs" telles que des vannes qui restent ouvertes, des trappes qui restent ouvertes, des torchères qui ne sont pas allumées et d'autres problèmes sur place qui entraînent des émissions.

Alors que l'inventaire des émissions américaines de l'EPA estime que l'industrie pétrolière et gazière laisse échapper 3 millions de tonnes de méthane par an (37 % des émissions de l'industrie), une multitude de recherches indépendantes, évaluées par des pairs, ont démontré que ce chiffre est bien trop bas. En 2018, une étude parue dans Science et rédigée par vingt-quatre scientifiques de seize universités et institutions a analysé les mesures de méthane effectuées sur le terrain par plus de 400 puits et autres installations de l'ensemble de l'industrie gazière, ainsi que des études par avion de plusieurs bassins de production de pétrole et de gaz naturel ; ces bassins représentent plus de 30 % de la production de gaz naturel aux États-Unis. Leur analyse a montré que les émissions nationales de méthane provenant de l'industrie pétrolière et gazière sont en fait 60 % plus élevées que les estimations de l'EPA, et que les "émissions manquantes" sont en grande partie dues à des fuites et à une ventilation inadéquate. Cela signifie qu'une énorme quantité de méthane - 7,1 millions de tonnes - provient de fuites et d'évents inappropriés. À court terme, le méthane provenant de ces fuites réchauffe notre climat autant que 160 centrales électriques au charbon.

Les fuites sont très répandues, et il n'y a pas de cause unique à ces fuites. Les contraintes thermiques ou mécaniques peuvent dégrader les joints, tout comme les erreurs humaines (par exemple, une installation, une utilisation ou une maintenance incorrectes), tandis que les opérations normales et l'exposition aux conditions météorologiques peuvent user les équipements au fil du temps. Des fuites se produiront un jour ou l'autre dans toutes les installations pétrolières et gazières ; ne pas les réparer en temps voulu est une pratique inutile et nuisible qui entraîne des émissions clairement évitables. La principale source de ces émissions est constituée par les "superémetteurs", très grands mais peu fréquents, qui se produisent à la suite d'un mauvais fonctionnement (vanne bloquée, trappe laissée ouverte ou torche non allumée). La recherche a démontré que les superémetteurs ne peuvent être prédits et qu'ils peuvent se produire sur n'importe quel site.

Heureusement, la plupart des fuites sont simples à réparer (et la réparation des fuites est payée par la valeur du gaz qui est économisé en les réparant). En outre, la recherche de fuites est devenue efficace grâce aux technologies modernes. L'approche standard actuelle consiste à utiliser des caméras spéciales capables de détecter la lumière infrarouge (pensez aux lunettes de vision nocturne) qui sont réglées pour rendre visible le méthane, invisible à nos yeux. Elles permettent aux inspecteurs de visualiser directement les fuites de gaz en temps réel et d'inspecter des composants entiers (pas seulement les raccords et les autres zones les plus susceptibles de fuir) et de localiser la source précise, ce qui facilite la réparation. Et la technologie promet de rendre ce processus encore plus efficace (et moins cher) dans les années à venir.

Ces technologies peuvent être utilisées pour réduire les émissions nocives dues aux fuites, en utilisant des inspections régulières comme pilier de programmes rigoureux de "détection et réparation des fuites" (LDAR). Ces programmes exigent des exploitants qu'ils contrôlent régulièrement toutes leurs installations pour détecter les fuites et les émissions inappropriées, et qu'ils réparent toutes les fuites identifiées dans un délai raisonnable. Par exemple, la Californie exige que les exploitants inspectent tous les sites quatre fois par an. Le Colorado a adopté une approche différente, exigeant des exploitants des sites les plus importants qu'ils les inspectent tous les mois, mais exigeant des inspections moins fréquentes pour les sites dont les émissions potentielles sont moins importantes.

Ventilation des équipements pneumatiques

Les équipements pneumatiques automatiques alimentés en gaz utilisent l'énergie de pression du gaz naturel dans les pipelines pour commander et actionner des vannes et faire fonctionner des pompes. Cette approche permet aux opérateurs d'automatiser les équipements sur des sites sans électricité - ce qui est très typique des sites pétroliers et gaziers dans certains pays. Dans ces pays, l'équipement pneumatique est omniprésent dans les installations de production et de compression du pétrole et du gaz, et il est conçu pour évacuer le gaz naturel dans l'atmosphère.

Les régulateurs de vannes pneumatiques actionnent automatiquement les vannes en fonction de facteurs tels que le niveau de liquide dans un séparateur liquide-gaz, la pression ou la température. Ils peuvent être classés selon qu'ils évacuent ou "purgent" le gaz naturel, et à quelle vitesse, et selon qu'ils purgent de manière continue ou intermittente (généralement uniquement lors de l'exécution d'une fonction). Les régulateurs peuvent être classés en deux catégories : à forte ou à faible consommation, et il a été démontré que la conversion d'un système à forte consommation à un système à faible consommation est faisable et rentable dans presque tous les cas. Cependant, il a également été démontré que les contrôleurs spécifiés comme "à faible débit" fonctionnent souvent mal, provoquant des émissions beaucoup plus élevées que le seuil de faible débit.

Par conséquent, une stratégie d'atténuation plus efficace consiste à utiliser des contrôleurs à "purge zéro", qui n'évacuent aucun gaz naturel, soit en utilisant de l'air comprimé ou de l'énergie électrique pour fonctionner à la place du gaz naturel sous pression, soit en capturant pour une utilisation ultérieure le gaz naturel qui serait autrement évacué. Certains dispositifs sans purge sont alimentés par de l'électricité solaire, tandis que d'autres ont besoin de l'électricité du réseau ou d'un générateur à gaz sur place, ou encore d'air comprimé par un moteur à gaz naturel. Il est possible de réduire considérablement les émissions de méthane en remplaçant les contrôleurs pneumatiques fonctionnant au gaz naturel par des dispositifs à purge zéro, y compris sur les sites de forage hors réseau.

Les pompes pneumatiques utilisent la pression du gaz naturel pour fournir l'énergie nécessaire à la circulation et à la pressurisation des liquides. Elles sont par exemple utilisées pour introduire des produits chimiques liquides tels que des inhibiteurs de corrosion dans les gazoducs. Les pompes électriques, qui sont souvent alimentées par l'énergie solaire, éliminent complètement les émissions de méthane et sont techniquement réalisables dans de nombreux endroits.

Plusieurs juridictions ont mis en place des normes strictes pour réduire les émissions des contrôleurs pneumatiques et des pompes pneumatiques. Par exemple, la Californie exige que tous les nouveaux équipements pneumatiques n'émettent aucune émission et que toutes les pompes existantes émettent en dessous du seuil d'émission faible. Les opérateurs doivent mesurer chaque année les émissions de chaque appareil pour s'assurer qu'ils émettent effectivement en dessous de ce seuil. La Colombie-Britannique exige également que tous les nouveaux équipements pneumatiques soient à émission zéro et que des contrôleurs de purge zéro soient installés dans toutes les grandes stations de compression (>3 MW).

Ventilation du compresseur

Les joints des compresseurs de gaz naturel sont une source importante d'émissions de méthane évitables.

Les compresseurs à pistons utilisent des pistons pour comprimer le gaz. Ces compresseurs ont des joints sur les tiges qui transmettent le mouvement du moteur aux pistons à l'intérieur des cylindres du compresseur à haute pression ; ces joints sont souvent appelés garnitures de tige et sont une source importante d'émissions. Même lorsqu'ils sont neufs, les joints laissent échapper un peu de gaz. Avec le temps, ils s'usent et laissent échapper davantage de gaz. S'ils ne sont pas remplacés régulièrement, les émissions peuvent devenir très importantes : plus les joints sont vieux, plus ils émettent de méthane. Heureusement, ces émissions de méthane peuvent être facilement réduites. Tout d'abord, des pratiques d'entretien adéquates - le remplacement régulier des joints de tige - minimisent les émissions et devraient être exigées. Une approche supplémentaire ou alternative consiste à capturer le gaz qui s'échappe des garnitures de tige et à l'utiliser, par exemple en l'ajoutant au mélange air/carburant du moteur du compresseur. Il peut s'agir d'une approche supérieure, étant donné qu'une partie du gaz s'échappe même des garnitures à barres nouvellement installées.

Les compresseurs centrifuges utilisent une turbine en rotation pour pressuriser le gaz. L'arbre principal du compresseur, qui tourne rapidement, est généralement rendu étanche par l'une des deux technologies suivantes. Les joints humides font circuler de l'huile pour rendre étanche l'espace étroit entre l'arbre et son logement. Cette huile absorbe des quantités importantes de gaz naturel à haute pression qui doivent être retirées de l'huile avant d'être recyclées. En général, le gaz retiré de l'huile est évacué, ce qui entraîne des émissions importantes. Les joints secs, en revanche, utilisent une conception plus moderne pour éviter l'utilisation d'huile de joint, avec des émissions beaucoup plus faibles. Il est possible de réduire considérablement et à peu de frais les émissions de méthane en exigeant que les compresseurs centrifuges utilisent des joints secs ou en redirigeant le gaz qui serait évacué d'un compresseur à joint humide vers le réseau de pipelines ou vers un autre usage.

Ventilation du réservoir

Les réservoirs de stockage sont utilisés pour contenir le pétrole, le condensat et l'eau produite par les puits de pétrole et de gaz. Ces puits sont généralement maintenus à une pression élevée, mais le pétrole, l'eau et d'autres liquides sont généralement stockés sur les sites des puits dans des réservoirs maintenus à la pression atmosphérique ou presque. Lorsque les liquides sont déplacés du puits à haute pression vers le réservoir à pression atmosphérique, le méthane et d'autres hydrocarbures volatils dissous dans les liquides s'échappent en bulles ou "flash" du liquide, tout comme les bulles sortent d'un soda lorsque vous enlevez le bouchon de la bouteille, ce qui réduit la pression dans la bouteille. De nombreux réservoirs ne sont pas équipés de dispositifs de contrôle, de sorte que le méthane est libéré dans l'atmosphère, avec les autres hydrocarbures volatils. Ces autres hydrocarbures sont de puissants précurseurs du smog d'ozone régional et comprennent également des polluants atmosphériques toxiques.

Les émissions des réservoirs peuvent être contrôlées, et les hydrocarbures conservés pour la vente, en utilisant des unités de récupération des vapeurs - de petits compresseurs conçus pour capter ces vapeurs d'hydrocarbures afin de les pressuriser et de les envoyer dans un pipeline.

Ventilation de la complétion du puits

Les émissions de méthane provenant des puits de pétrole et de gaz à fracturation hydraulique peuvent être importantes. Heureusement, il existe des mesures d'atténuation des déchets peu coûteuses et efficaces pour cette source. La même approche des complétions à émissions réduites (REC) pour les complétions de puits de gaz - par laquelle les opérateurs capturent le gaz naturel à l'aide d'un équipement spécialisé et le dirigent vers des pipelines, au lieu de le laisser s'échapper dans l'air - peut être appliquée au gaz associé produit lors des complétions de puits de pétrole. Les RECs réduisent les émissions de méthane des puits de pétrole et de gaz de plus de 95 %.

Ventilation et torchage de la production des puits de pétrole

Il est fréquent que les exploitants évacuent et brûlent le gaz naturel des puits de pétrole. Ce gaspillage se produit lorsque les producteurs de pétrole, poussés par la hâte de vendre du pétrole, se débarrassent simplement du gaz provenant des puits de pétrole en production au lieu de construire des infrastructures (comme des pipelines) pour capter le gaz dès le début de la production. (Dans certains cas, les gazoducs ne sont jamais construits et tout le gaz produit par le puits au cours de sa durée de vie est gaspillé de cette manière, comme le montrent les registres de vente des puits individuels disponibles auprès des régulateurs d'État). Alors qu'une partie importante de ce gaz est brûlée à la torche - ce qui entraîne un gaspillage d'énergie et la production de grandes quantités de dioxyde de carbone et d'autres polluants - une autre partie est simplement rejetée dans l'air, ou évacuée. Même dans les cas où un gazoduc n'est pas raccordé, il existe une variété d'autres technologies que les exploitants peuvent utiliser pour réduire le brûlage à la torche des gaz associés aux puits de pétrole.

L'évacuation est encore plus nocive que le brûlage à la torche, car le méthane réchauffe puissamment le climat, et les COV et les polluants toxiques sont libérés sans discontinuer. L'évacuation de ce gaz devrait être interdite dans tous les cas, car elle constitue une source absolument inutile de pollution atmosphérique nocive. Il existe de nombreux moyens peu coûteux (et généralement rentables) d'utiliser le gaz naturel provenant des puits de pétrole. Le brûlage à la torche doit être une solution de dernier recours : les producteurs de pétrole ne doivent être autorisés à brûler le gaz à la torche que dans les cas les plus extrêmes, et cette mesure doit être strictement temporaire. Des règles interdisant le brûlage à la torche du gaz naturel peuvent facilement réduire les émissions de 95 %.

Ventilation du déshydrateur

Les déshydrateurs éliminent l'eau du flux de gaz naturel. Lorsque les émissions des déshydrateurs au glycol, le type le plus couramment utilisé, ne sont pas contrôlées, les déshydrateurs dégagent une grande quantité de méthane et d'autres polluants. Les déshydrateurs sont également de grandes sources de COV, et des sources particulièrement importantes de polluants atmosphériques toxiques. L'élimination du méthane des déshydrateurs réduira également les émissions de polluants atmosphériques toxiques, avec des avantages importants pour la qualité de l'air. Il existe un certain nombre d'approches pour réduire les émissions provenant de l'évacuation des déshydrateurs, comme l'ajustement des taux de circulation du glycol ; l'acheminement des gaz d'évacuation vers un brûleur utilisé pour chauffer le glycol, de sorte que le méthane et les substances toxiques sont brûlés ; l'utilisation d'un condenseur pour capturer les COV et les substances toxiques les plus lourds du gaz d'évacuation (qui ne capture pas le méthane) ; et l'acheminement des émissions vers une torche ou un incinérateur.