基于观测数据估算渤海油气平台火炬燃烧效率及甲烷排放量

doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2024.035

地球科学进展 ›› 2024, Vol. 39 ›› Issue (7): 717 -725. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2024.035

臧昆鹏 ¹ ^, ² ^, ³(

), 申小龙 ², 魏康轩 ², 温军 ², 潘凤梅 ², 徐宏辉 ⁴, 姜瑜君 ⁴

^1.浙江工业大学浙江碳中和创新研究院，浙江杭州 310014
^2.浙江工业大学环境学院，浙江杭州 310014
^3.国家海洋环境监测中心，辽宁大连 116023
^4.浙江省气象科学研究所，浙江杭州 310008

收稿日期:2023-07-23 修回日期:2023-12-25 出版日期:2024-07-10
通讯作者: 臧昆鹏 E-mail:zangkunpeng@zjut.edu.cn
基金资助:
国家重点研发计划项目(2020YFA0607501);浙江省自然科学基金联合基金项目(LZJMZ23D050002);浙江省基础公益研究计划项目(LGF22D050004)

Estimation of Combustion Efficiency and Methane Emissions from Oil and Gas Platform Flarings Based on in Situ Observed Data from the Bohai Sea

Kunpeng ZANG ¹ ^, ² ^, ³( ), Xiaolong SHEN ², Kangxuan WEI ², Jun WEN ², Fengmei PAN ², Honghui XU ⁴, Yujun JIANG ⁴

^1.Zhejiang Innovative Institute of Carbon Neutrality, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China
^2.College of Environment, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China
^3.National Marine Environmental Monitoring Center, Dalian Liaoning 116023, China
^4.Zhejiang Meteorological Science Institute, Hangzhou 310008, China

Received:2023-07-23 Revised:2023-12-25 Online:2024-07-10 Published:2024-07-29
Contact: Kunpeng ZANG E-mail:zangkunpeng@zjut.edu.cn
About author:ZANG Kunpeng, Associate professor, research area includes observation and estimation of greenhouse gases. E-mail: zangkunpeng@zjut.edu.cn
Supported by:
the National Key Research and Development Program of China(2020YFA0607501);The Joint Funds of the Zhejiang Provincal Natural Science Foundation of China(LZJMZ23D050002);The Basic Public Welfare Research Program of Zhejiang Province(LGF22D050004)

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基于2012年和2014年船基走航连续观测数据再分析，并结合“自下而上”和“自上而下”法，开展了渤海蓬莱油气田油气平台伴生气火炬燃烧效率和CH₄排放量估算研究。结果显示，观测海域油气平台伴生气燃烧导致下风向大气CO₂和CH₄混合比分别抬升11×10^-6~20×10^-6和100×10^-9~260×10^-9，估算燃烧效率为（97.8±1.1）%，达到国际先进水平。“自下而上”和“自上而下”法估算全渤海火炬燃烧过程的CH₄排放分别达3.6~6.1 Gg/a和1.80~2.68 Gg/a，是人为的CH₄强点源。排放因子和观测数据时空代表性等是导致2种方法估算结果不同的主要原因。研究可为海洋油气开采中伴生气回收利用和CH₄减排等提供一定的科技支撑。

关键词: 渤海, 油气平台, 火炬, 甲烷, “自上而下”法

Based on the reanalysis of ship-borne continuous data observed in 2012 and 2014 and “bottom-up” and “top-down” approaches, the combustion efficiency and CH₄ emission rate of flaring equipped on oil and gas platforms in the Penglai Region of the Bohai Sea were studied. The results showed that peak atmospheric CO₂ and CH₄ mixing ratios of approximately (11~20)×10^-6 and (100~260)×10^-9 were observed in the downwind area of flaring. The calculated combustion efficiency of associated gas flaring was (97.8±1.1)%, which was better than that in most countries worldwide. The CH₄ emission rates of flaring equipped on the oil and gas platforms were 3.6~6.1 Gg/a and 1.80~2.68 Gg/a, estimated using the “bottom-up” and “top-down” approaches, respectively, indicating that the flaring was the primary source of atmospheric CH₄. On the other hand, the difference in the results estimated by the “bottom-up” and “top-down” approaches was still remarkable, mostly due to the limited spatiotemporal representation of emission factors and observation data. This study is beneficial for promoting the recycling and reuse of associated gas and reducing CH4 emissions from marine oil and gas exploitation in China.

Key words: Bohai Sea, Oil and gas platform, Flare, Methane, Top-down approach

中图分类号:

P744.4

图1 渤海油气平台分布
（a）2012年11月航次；（b）2014年8月航次；黑色线代表调查船航线，其中锯齿箭头线表示调查船途径蓬莱油气田海域的航线和航向；圆圈代表油气平台；虚线方框内为蓬莱油气田海域

Fig. 1 Distribution of oil and gas platforms in the Bohai Sea
（a） and （b） Survey in November 2012 and August 2014， respectively. Black line represents cruise track， the arrow with serration represents cruise track and direction of ship；Circles represent oil and gas platforms；Rectangle represents the Penglai oil and gas exploration area

图2 2012年11月（a）和2014年8月（b）航次蓬莱油气田海域大气CO₂ 和CH₄ 混合比及船速观测结果

Fig. 2 Atmospheric CO₂ and CH₄ mixing ratio and cruise speed in the Penglai oil and gas exploration area in November 2012 （a） and August 2014 （b）， respectively

图3 2012年11月（a）~（b）和2014年8月（c）~（d）沿航线大气CO₂ 和CH₄ 混合比时空分布观测结果
圆圈代表油气平台

Fig. 3 Spatiotemporal distribution of CO₂ and CH₄ mixing ratio along the cruise track in November 2012 （a）~（b） and August 2014 （c）~（d）
Circles represent oil and gas platforms

图4 现场观测期间风向和气团后向轨迹模拟结果
（a）和（b）分别为2012年11月和2014年8月观测期间风玫瑰图；（c）和（d）分别为2012年11月和2014年8月观测期间气团后向轨迹模拟结果

Fig. 4 Wind direction and simulated backward trajectory during the field survey
（a） and （b） were wind rose during field surveys of November 2012 and August 2014， respectively；（c） and （d） were backward trajectory of air masses during field surveys of November 2012 and August 2014， respectively

图5 渤海蓬莱海域油气平台下风向ΔCH₄/ΔCO₂ 值
黑色虚线代表陆地人为过程ΔCH ₄/ΔCO ₂的land（20）值，黑色圆圈和灰色点及对应实线分别代表2014年8月和2012年11月现场观测海域大气CH ₄和CO ₂峰值的ΔCH ₄/ΔCO ₂值

Fig. 5 ΔCH₄/ΔCO₂ in the downwind region of Penglai oil/gas field in the Bohai Sea
Black dashed line represents upper limit of emission ratio of ΔCH ₄/ΔCO ₂ for artificial sources， black cycles and gray points and corresponding lines represent regression for observed ΔCH ₄ and ΔCO ₂ determined by reduced major axis regression

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