Den massiva naturgasläckan vid Aliso Canyon lyste ett ljus på Kaliforniens åldrande naturgasinfrastruktur. Och fem års extrem torka krävde också sina vägar för överföringsledningar. Nu har Department of Energy Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) tilldelats 4,6 miljoner dollar av California Energy Commission för två projekt som syftar till att förbättra säkerheten och tillförlitligheten i statens naturgassystem.

Det första projektet, ledd av Yingqi Zhang, kommer att få 3 miljoner dollar för att utveckla en mer heltäckande strategi för riskhantering, baserat på integration av realtidsdata och vetenskapliga modeller. Det andra projektet, ledd av Jonny Rutqvist, kommer att få 1,6 miljoner dollar för att utveckla en ny 3D-metod för att identifiera och övervaka områden med hög risk för markdeformation orsakad av sjunkande mark.

"Kaliforniens naturgasbrunnar och rörledningar står inför risker som kan orsaka potentiella skador eller katastrofala händelser, sa Zhang, en hydrogeolog. "Det finns ett akut behov av ett riskhanteringssystem som är noggrant, robust, och pålitlig och det kommer att underlätta tidig upptäckt av skador och förebyggande av läckage. "

Både Zhang och Rutqvist är forskare inom Berkeley Lab:s jord- och miljövetenskapsområde. Zhang kommer att leda ett tvärvetenskapligt team av forskare som kommer att utveckla och demonstrera ett system som syftar till att hjälpa anläggningsoperatörer och riskhanterare att karakterisera, modell, och hantera säkerheten och integriteten för infrastruktur för lagring av naturgas.

Vetenskapliga modeller för att hantera risk

Kalifornien har 14 underjordiska lagringsanläggningar på 12 fält med en kapacitet på 385 miljarder kubikfot naturgas. Det finns cirka 350 aktiva brunnar på dessa fält, varav många används för närvarande för naturgas men var konstruerade för olje- och gasproduktion och konstruerade före 1970. Förutom läckage genom brunnar, jordbävningar, jordskred, och bergbrott kan också orsaka potentiella skador på naturgaslagringsanläggningar och eventuellt läckage av naturgas.

"Hur dessa brunnar konstruerades för decennier sedan är kanske inte tillräckligt för dagens standarder, "Zhang sa." De påfrestningar de möter idag när de används för naturgasinjektion och uttag beaktades inte under den ursprungliga brunndesignprocessen. "

Zhangs system - kallat Integrated Risk Management and Decision -Support System (IRMDSS) - kommer att slå samman avancerad övervakningsteknik med vetenskapliga modeller för att kontinuerligt utvärdera risker och ge tidig upptäckt av läckage. Det kommer också att identifiera potentiella hot mot systemet, hjälpa anläggningsoperatörer att hantera data och analysera trender, och så småningom hjälpa dem att utvärdera alternativ som syftar till att förhindra läckor eller minska risker.

Med andra ord, IRMDSS kommer att utformas så att operatörerna kan vara mer proaktiva med att vidta förebyggande åtgärder tidigt, istället för att åtgärda ett problem efter att det uppstår. "Jämfört med nuvarande riskanalysmetoder, IRMDSS ger en mer kvantitativ, framåtblickande analys med avancerad teknik, "sa hon." Vi planerar att införliva data i realtid för att uppdatera vår modell och uppdatera våra förutsägelser. "

Som en officiell partner i projektet, södra Kaliforniens gasverktyg kommer att arbeta med teamet för att testa och demonstrera IRMDSS vid en av dess underjordiska naturgaslagringsanläggningar.

Hur torka ledde till markdeformation

För att göra saken värre för statens åldrande rörledningar, den extrema torka ledde till stora ökningar av grundvattenpumpning, vilket i sin tur har resulterat i sjunkande hastigheter utan motstycke. Pacific Gas and Electric Company (PG&E) har sagt att cirka 50 mil av sina naturgasledningar kan påverkas av sjunkande mark.

Kalifornien importerar för närvarande cirka 90 procent av sin naturgas, och klimatförändringar förväntas bara öka statens beroende av grundvatten. "En grundläggande förståelse och utvärdering av möjliga effekter på naturgastransmissionsledningar är avgörande för riskbedömning och övervakning, Sa Rutqvist.

Berkeley Lab och InfraTerra Inc., i samarbete med Jet Propulsion Laboratory, PG&E, och naturresurser Kanada, kommer att utveckla en ny metodik som kombinerar storskaliga, toppmoderna fjärranalysundersökningar kopplade till avancerad modellering och omvänd analys av markdeformation. En viktig framsteg för denna teknik är att överväga de fullständiga 3D-markdeformationerna och deras inverkan på rörledningar, inklusive både horisontella (laterala) och vertikala komponenter för ytdeformation.

Ytdeformationskartor kommer att integreras med geologiska, hydrologisk, och konstruktionsdata om naturgasinfrastrukturen med hjälp av ett geografiskt informationssystem (GIS).

"Vi kommer att kombinera all denna analys och försöka komma med en förutsägbar metod för att förutsäga risken för naturgasinfrastrukturen som framtida torkrelaterade nedsänkningsscenarier innebär, Sa Rutqvist.

Båda projekten kommer inte bara att sänka kostnaderna och ge en större tillförlitlighet för naturgassystemet, utan kommer också att minimera metanläckage och därmed minska utsläppen av växthusgaser och skydda folkhälsan.

"Vårt team har mycket expertis inom avancerad övervakningsteknik och modellering, "sa Zhang." Det är väldigt spännande att vi kan använda vår kunskap för att ta itu med ett verkligt problem. Vi förväntar oss att tillämpningen av vårt system kommer att leda till lägre minskningskostnader - och förhindra störningar i vår energiförsörjning. "