Även oljefält är inte immuna mot tidens tand:En ny studie visar att när några av världens största oljefält åldras, energin som krävs för att hålla dem i drift kan öka dramatiskt även när mängden petroleum de producerar sjunker.

Att misslyckas med att ta hänsyn till oljefältens förändrade energibehov kan få oljefältsförvaltare eller beslutsfattare att underskatta de verkliga klimatpåverkan, Stanford-forskare varnar.

De nya fynden, publiceras i tidskriften Naturens klimatförändringar , har konsekvenser för långsiktiga utsläpp och klimatmodellering, samt klimatpolitiken. "Nuvarande modeller för klimat och energisystem undersöker vanligtvis inte effekterna av uttömning av oljereservoar i någon detalj, " sa studiens medförfattare Adam Brandt, en biträdande professor i energiresursteknik vid Stanford's School of Earth, Energi- och miljövetenskap. "När oljefälten tar slut, utsläppen per oljeenhet ökar. Detta bör beaktas i framtida modelleringsarbete."

En korrekt uppskattning

I den nya studien, Stanford postdoktoralforskare Mohammad Masnadi arbetade med Brandt för att tillämpa ett nytt mjukvaruverktyg utvecklat på Stanford för beräkning av utsläpp av växthusgaser till oljefält runt om i världen som har producerat mer än 1 miljard fat olja under deras livstid, kallas ibland "superjätte" oljefält.

Konventionella uppskattningar av växthusgaser beräknar utsläpp genom ett slags ekonomisk omvänd ingenjörskonst, varvid ett ekonomiskt index används för att omvandla det monetära värdet av ett oljefälts slutprodukter - oavsett om det är bearbetad olja, naturgas eller petroleumbaserade produkter - till utsläpp av växthusgaser. "Denna uppifrån-och-ned-strategi för att omvandla ekonomiska värden till miljö- och energikostnader saknar mycket underliggande information, sa Masnadi.

Vad mer, många studier tittar på data från endast en enda tidpunkt, och som ett resultat fånga bara en ögonblicksbild av ett oljefälts utsläpp av växthusgaser. Men forskarna från Stanford hävdar att för att måla den mest exakta bilden av ett oljefälts verkliga klimatpåverkan – och även ha den bästa chansen att minska dessa effekter – är det nödvändigt att bedöma energikostnaderna förknippade med varje steg i petroleumproduktionsprocessen, och att göra det under oljefältets hela livstid.

Utvecklad i Brandts labb i Stanford, ett mjukvaruverktyg som kallas Oil Production Greenhouse Gas Emissions Estimator (OPGEE) är utformat för att göra just det. För ett givet oljefält, OPGEE utför vad som kallas en livscykelanalys, analysera varje fas av oljeproduktionsprocessen - utvinning, förädling och transport. Den använder sedan datormodeller för att beräkna hur mycket energi som förbrukas under varje steg. Från detta, forskare kan beräkna exakt hur mycket växthusgas varje oljefält släpper ut.

"Denna typ av undersökning uppifrån och upp har inte gjorts tidigare eftersom det är svårt, ", sa Masnadi. "För denna studie, vi behövde över 50 olika data för varje oljefält för varje år. När du försöker analysera ett oljefält över årtionden, det är mycket data."

Tyvärr, de flesta oljebolag är ovilliga att släppa den här typen av tidsdata om sina oljefält. Stanford-forskarna utvecklade två lösningar på detta problem. Först, de samlade in data från platser där öppenhetslagar kräver att oljeproduktionsdata görs offentligt tillgängliga. Dessa inkluderar Kanada, Norge och Storbritannien, och delstaten Kalifornien i USA. För det andra, paret genomförde en djup datagruva från den vetenskapliga litteraturen för att söka ledtrådar om oljefältets produktionsnivåer i publicerade studier.

Avtagande avkastning

I slutet, paret slutade med att data gick tillbaka årtionden för 25 globalt viktiga superjätte oljefält. Använder OPGEE på den här gruppen, forskarna fann att för många av de supergigantiska oljefälten, oljeproduktionen sjönk med tiden då brunnarna tömdes, men energin som gick åt för att fånga upp den återstående oljan ökade.

"Ju mer olja som utvinns, desto svårare blir det att utvinna oljan som blir kvar, så företag måste ta till allt mer energiintensiva återvinningsmetoder, som vatten, ång- eller gasöversvämning, sa Masnadi.

Att göra saken värre, olja som utvinns genom sådana metoder måste genomgå en mer intensiv ytbehandling för att filtrera bort överskott av vatten och gas. I det senare fallet, detta kan resultera i ett överskott av koldioxid och metangas som vanligtvis elimineras genom förbränning - en process som kallas "flaring" - eller ventilering i atmosfären.

"Vi kan visa med dessa resultat att ett typiskt stort oljefält kommer att ha en fördubbling av utsläppen per fat olja under en 25-årig driftsperiod, sa Brandt.

Win-win

Hur stoppar man denna skadliga cykel? Ett sätt är genom hårdare statliga regler som tvingar företag att minska sina utsläpp av växthusgaser eller riskera att behöva sänka produktionen. Detta har visat sig fungera på två kanadensiska offshorefält, Hibernia och Terra Nova, där regelverk har minskat utsläppen av växthusgaser kraftigt genom att begränsa oljeproduktionen på fält där gas slösas bort genom blossande och ventilerande.

"Bättre reglering är verkligen en del av svaret, men en mer progressiv lösning är att uppmuntra energiföretag att hämta den energi de behöver för att driva sina åldrande oljefält från förnybara källor som solenergi, vind eller geotermisk värme, sa Masnadi.

Han citerar exemplet med det Kalifornien-baserade företaget GlassPoint Solar, som använder soldrivna ånggeneratorer för att minska gasförbrukningen och koldioxidutsläppen från sina oljefält med upp till 80 procent.

Rätt gjort, sådana lösningar kan bli en vinn-vinst för industri och miljö, sa Stanford -forskarna, genom att hjälpa oljebolag att minska energikostnaderna samtidigt som de minskar sin klimatpåverkan.

OPGEE-verktyget som Brandts team utvecklade har redan antagits av California Air Resources Board för att hjälpa till att minska växthusgasutsläppen från transportbränslen, men Brandt tror att det också kan vara användbart för industrin.

"Detta kan fungera som ett språngbräde mot livscykelhantering av fältutsläpp, ", sa Brandt. "Företag kan planera verksamheten för att maximera produktionen samtidigt som utsläppen minimeras."