Global Vision Media Focus
Компания в общей сложности 15 раз появлялась в эфире CCTV, а ее охват через партийные СМИ, центральные СМИ и местные официальные СМИ составил 50 миллионов человек.
Анализ пространственно-временных характеристик изменения концентрации метана в столбе атмосферы Пермского бассейна.
Предыстория исследования
Эффективное выявление и количественная оценка характеристик выбросов метана в нефтегазовых регионах являются необходимым условием для разработки точных мер по сокращению выбросов. Традиционный мониторинг выбросов метана в основном основан на статистических методах инвентаризации «снизу вверх», которые страдают от таких проблем, как задержка обновления, ограниченное пространственное разрешение и недостаточная точность данных. Развитие спутниковых технологий дистанционного зондирования предоставило новый подход «сверху вниз» к мониторингу атмосферного метана. Датчик TROPOMI, установленный на спутнике Sentinel-5P, обеспечивает ежедневное глобальное покрытие данными наблюдений за концентрацией атмосферного метана в столбе атмосферы (XCH4) с пространственным разрешением 7 км × 3,5 км, сочетая в себе преимущества высокого пространственно-временного охвата и относительно высокого пространственного разрешения.
В данном исследовании используются данные спутниковых наблюдений Sentinel-5P/TROPOMI для анализа пространственно-временных характеристик изменения концентрации метана в Пермском бассейне, изучается влияние деятельности по разработке нефтяных месторождений на региональное распределение концентрации метана и ее динамику, а также ставится цель обеспечить научную поддержку мониторинга и контроля выбросов метана в районах добычи нефти и газа.
Область исследования
Пермский бассейн, расположенный на западе Техаса и юго-востоке Нью-Мексико, является одним из крупнейших и наиболее активно разрабатываемых в мире нефтегазовых регионов, занимающим площадь приблизительно 190 000–220 000 квадратных километров. В бассейне вертикально накладываются друг на друга многочисленные нефтегазовые пласты, обеспечивая около 44% добычи нефти и 19% добычи природного газа в США, и насчитывая более 130 000 действующих скважин. Интенсивная добыча привела к значительным выбросам метана (в основном из-за утечек оборудования, выброса сопутствующего газа и неполного сгорания), с интенсивностью выбросов приблизительно 1,8%–2,9%, и многочисленным точечным источникам с высокой интенсивностью выбросов, что делает его типичным регионом для изучения пространственно-временных изменений метана в нефтегазовых месторождениях.
Рисунок 1.Регион Пермского бассейна (Источник: Google Satellite)
Методы исследования
1. Анализ устойчивости
Коэффициент вариации (КВ) — это статистическая мера, отражающая изменчивость наблюдаемых значений. Он рассчитывается как отношение стандартного отклонения к среднему значению. Формула выглядит следующим образом:
В формуле CV — коэффициент вариации, σ — стандартное отклонение, а μ — среднее значение. Большее значение CV указывает на то, что XCH4 сильнее колеблется во времени, тогда как меньшее значение CV указывает на то, что XCH4 колеблется меньше во времени и более стабилен.
2. Индекс Херста
Индекс Херста, основанный на анализе стандартного диапазона (R/S), является эффективным методом количественного описания долгосрочной зависимости информации временных рядов. Впервые он был предложен британским гидрологом Херстом. Формула его расчета выглядит следующим образом:
В формуле R — размах, S — стандартное отклонение, c — константа, наблюдаемые значения разделены на n подпоследовательностей, а m — любое положительное целое число в диапазоне (0, n). Показатель Херста (H) принимает значения в диапазоне (0, 1) и является важным индикатором для оценки устойчивости долгосрочных временных рядов данных.
Результаты исследования
1. Характеристики годовых колебаний средней концентрации XCH4
На рисунке 2 показано изменение среднегодовой концентрации метана в столбе атмосферы в Пермском бассейне с 2020 по 2025 год, а на рисунке 3 — пространственное распределение среднегодовой концентрации XCH4 в Пермском бассейне с 2020 по 2025 год. Результаты показывают, что концентрация метана в столбе атмосферы в Пермском бассейне постепенно увеличивалась с 1876,34 ppb в 2020 году до 1915,88 ppb в 2025 году, что составляет увеличение на 39,54 ppb, со средним ежегодным увеличением примерно на 7,9 ppb. В целом, концентрация метана остается значительно выше, чем пять лет назад, что указывает на сохранение высокого регионального давления выбросов метана.
Рисунок 2. Изменение среднегодовой концентрации метана в столбе атмосферы Пермского бассейна в период с 2020 по 2025 год.
Рисунок 3.Пространственное распределение среднегодовой концентрации XCH4 в Пермском бассейне, 2020–2025 гг.
2. Характеристики сезонных колебаний средней концентрации XCH4
На рисунке 4 показано изменение среднеквартальной концентрации метана в столбе атмосферы в Пермском бассейне с 2020 по 2025 год, а на рисунке 5 — пространственное распределение среднеквартальной концентрации XCH4 в Пермском бассейне с 2020 по 2025 год. Результаты показывают, что общая межгодовая тенденция изменения концентрации метана в столбе атмосферы в Пермском бассейне с 2020 по 2025 год постепенно возрастает, и концентрация в каждом квартале демонстрирует долгосрочную тенденцию к росту. Например, в первом квартале концентрация увеличилась с 1858,17 ppb в 2020 году до 1909,27 ppb в 2025 году, а в четвертом квартале — с 1886,69 ppb до 1927,46 ppb. Во-вторых, концентрация XCH4 демонстрирует четкую сезонную закономерность колебаний: в третьем и четвертом кварталах она часто выше, тогда как в первом и втором кварталах она относительно ниже, а максимальная концентрация наблюдается в четвертом квартале каждого года.
Рисунок 4. Квартальные изменения средней концентрации метана в столбе атмосферы Пермского бассейна, 2020–2025 гг.
II. Анализ тенденций изменения XCH4
На рисунке 6 показан коэффициент вариации (CV) XCH4 в Пермском бассейне за период с 2020 по 2025 год, а на рисунке 7 — распределение индекса Херста для XCH4 в Пермском бассейне за тот же период. Результаты показывают, что попиксельный CV в Пермском бассейне в основном находится в диапазоне от 0,005 до 0,022, что указывает на относительную стабильность временного ряда концентрации XCH4 с низкими колебаниями. Попиксельный индекс Херста в основном находится в диапазоне от 0,0017 до 0,9984 со средним значением 0,59. На площади с индексом Херста более 0,5 приходится 71,7% от общей площади, что указывает на сильную положительную и устойчивую тенденцию в будущих изменениях концентрации XCH4, то есть тенденция изменения XCH4 в большинстве районов будет такой же, как и в прошлом.
Рисунок 6.Коэффициент вариации (CV) XCH4 в Пермском бассейне, 2020–2025 гг.
Рисунок 7. Распределение индекса Херста для XCH4 в Пермском бассейне, 2020–2025 гг.
Ценность для применения в промышленности
Благодаря возможностям регионального мониторинга XCH4 и пространственно-временного анализа трендов спутника Sentinel-5P, ориентированного на такие сценарии, как макроуправление, прогнозирование трендов, калибровка запасов и управление соответствием требованиям, его прикладная ценность заключается в следующем:
Нефтегазовые компании сокращают выбросы и повышают эффективностьНа основе пространственно-временных изменений концентрации метана в регионе определяются направления регулирования интенсивности добычи, эффективного извлечения попутного газа и оптимизации эффективности сжигания, что способствует соблюдению экологических норм и долгосрочному управлению сокращением выбросов.
Государственное регулирование и управление выбросами углеродаЦель: калибровка региональных кадастров выбросов метана, повышение точности учета парниковых газов, а также поддержка контроля за общими выбросами в окружающую среду, разработки климатической политики и регулярного мониторинга атмосферных явлений.
Отраслевая техническая стандартизацияЭто позволит создать стандартизированный процесс дистанционного зондирования метана в нефтегазовых районах с помощью спутников, который может быть распространен на нефтегазовые бассейны по всему миру, способствуя оперативному применению интегрированного космическо-наземного мониторинга.
«Зеленое» финансирование и управление рискамиЭто обеспечивает объективные данные для оценки ESG-факторов, «зеленого» кредитования и низкоуглеродных инвестиций, а также позволяет заблаговременно предотвращать и контролировать экологические риски на основе тенденций концентрации.
Глобальное управление климатомОна обеспечивает долгосрочную и масштабную научную поддержку в сборе данных для достижения национальных целей по углеродной нейтральности, соблюдения международных климатических норм и глобального сотрудничества в области сокращения выбросов метана.