• Stężenie metanu w atmosferze ma istotny wpływ na globalne ocieplenie
  • Dzięki uczeniu maszynowemu jest szansa na opanowanie niebezpiecznych wycieków metanu
  • Precyzja sztucznej inteligencji w identyfikowaniu nieszczelnych odwiertów sięga nawet 87 procent

Naukowcy z Uniwersytetu w Vermont wykorzystali uczenie maszynowe, by przewidywać, czy odwierty ropy i gazu ziemnego będą emitowały dużo metanu.

Przy użyciu sztucznej inteligencji przebadali kilkadziesiąt tysięcy odwiertów w prowincji Alberta w Kanadzie. W przypadku tych, dla których dane były najbardziej szczegółowe, z dokładnością 87 proc. ustalili, w których studzienkach doszło do wycieków.

Świat nauki jest coraz bardziej przekonany, że sztuczna inteligencja może odegrać ważną rolę w hamowaniu zmian klimatu.

Wyścig z CO2

Metan jest tak jak dwutlenek węgla gazem cieplarnianym. Jego wciąż rosnące stężenie w atmosferze może mieć wkrótce większy wpływ na globalne ocieplenie niż CO2.

– Wzrost koncentracji metanu jest na drugim miejscu na liście czynników odpowiadających za obecnie obserwowaną zmianę klimatu, za wzrostem koncentracji dwutlenku węgla. Atmosferyczne stężenie metanu wciąż jest dużo mniejsze niż CO2, ale z danych Światowej Organizacji Meteorologicznej wynika, że od czasów przedprzemysłowych wzrosło już o 157 proc. Niepokoi zwłaszcza to, że po okresie stabilizacji na początku XXI w. od około dziesięciu lat koncentracje tego gazu zaczęły ponownie intensywnie rosnąć – zauważa dr Aleksandra Kardaś, fizyczka atmosfery z Instytutu Geofizyki Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.

Emisje metanu związane z wydobyciem paliw kopalnych są o wiele wyższe, niż powszechnie uważano. Jak podaje w „Nature” dr Stefan Schwietzke z Amerykańskiej Narodowej Służby Oceanicznej i Meteorologicznej oraz Instytutu Badawczego Wydziału Nauk o Ziemi Uniwersytetu Kolorado w Boulder, wynoszą od 120 do 150 mln ton rocznie, co stanowi 20-25 proc. całkowitych emisji metanu ze wszystkich źródeł, zarówno naturalnych, jak i związanych z działalnością człowieka.

Dzięki sztucznej inteligencji dysponujemy już narzędziem, które może nam pomóc w skuteczniejszym identyfikowaniu nieszczelnych odwiertów.

Według danych z czerwca 2018 r. opublikowanych przez „Science” z odwiertów na terenie Kanady i Stanów Zjednoczonych każdego roku wycieka 13 mln ton metanu. To o 60 proc. więcej, niż wynika z oficjalnych szacunków Agencji Ochrony Środowiska USA (EPA). Wycieki są częste szczególnie podczas tzw. szczelinowania hydraulicznego, czyli wpompowywania do odwiertu specjalnego płynu pod wysokim ciśnieniem w celu wytworzenia, utrzymania lub powiększenia szczelin w skałach.

– Same wycieki wydawały się do niedawna mieć niewielki wpływ na klimat. Jednak takie trendy, jak zastępowanie węgla gazem w energetyce konwencjonalnej i wzrost popularności wydobycia metodą szczelinowania sprawiają, że znaczenie wycieków metanu dla zmian klimatu się zwiększa – wyjaśnia dr Kardaś.

Powodują je też nieszczelne instalacje. W tym przypadku wycieki są trudne do zatrzymania i niejednokrotnie trwają kilka miesięcy.

Na dodatek zaledwie 3 proc. koncernów w USA podaje informacje o emisjach metanu w trakcie wydobycia. Inaczej jest w rozciągającej się na powierzchni ponad 661 tys. kilometrów kwadratowych kanadyjskiej Albercie, gdzie firmy zajmujące się wydobyciem mają obowiązek ciągłego monitorowania odwiertów. Oprócz kończących się już złóż ropy i gazu wydobywa się tam także oleje ciężkie.

Na tropie wycieków

Firmy wydobywcze w kanadyjskiej Albercie podlegają znacznie poważniejszym restrykcjom niż te w innych krajach. Są m.in. zobowiązane do testowania odwiertów w momencie rozpoczęcia ich eksploatacji oraz ustalenia, czy są w pełni szczelne i czy istnieje zagrożenie poważniejszymi wyciekami metanu (ok. 12,5 proc. odwiertów w prowincji Alberta przeciekało już w chwili uruchomienia). Muszą także starannie rejestrować charakterystykę każdego z nich (ile i jakiego rodzaju paliwa jest wydobywane – gęstość, objętość, właściwości, kiedy wykonywana jest konserwacja, czy dochodzi do awarii itp.).

I stąd właśnie pochodzą dane dla badaczy z Uniwersytetu z Vermont, które wykorzystali do uczenia maszynowego. Ich analiza pozwoliła skorelować dane z przeciekających i nieprzeciekających odwiertów i zidentyfikować 16 istotnych właściwości pozwalających przewidzieć, że odwiert będzie nieszczelny.

Za trzy kluczowe cechy odwiertów już istniejących i najbardziej zagrożonych wyciekiem uznano:
1) odchylające się od pionowej linii wiercenia;
2) starsze studnie, wiercone przed wprowadzeniem nowych technik;
3) podziemne studzienki o większych obwodach, budowane przy użyciu dużych ilości cementu (większe prawdopodobieństwo ubytków w betonie).

SI miała dostęp do dużej ilości danych z 4 tys. odwiertów. Dotyczyły one m.in. właściwości wydobywanych ropy i gazu, a system był w stanie zidentyfikować nieszczelne studzienki z 87-proc. dokładnością.

W przypadku większej próbki, ok. 28,5 tys. studzienek, gdzie właściwości ropy i gazu nie były znane, poziom dokładności prognoz SI wynosił 62 proc.

Uzbrojeni naukowcy

Problem wycieków metanu z odwiertów jest na tyle poważny, że Fundusz Ochrony Środowiska (Environmental Defense Fund, organizacja non profit z Nowego Jorku o globalnym zasięgu) postanowił w 2021 r. wystrzelić nowego satelitę do ich śledzenia.

Wszystkie dane pozyskane przez maszynę będą udostępniane, aby rządy mogły efektywnie usuwać źródła zanieczyszczenia atmosfery. Wart kilkadziesiąt milionów dolarów MethaneSat ma dostarczyć dane bardziej szczegółowe niż te dostępne dzięki obecnie działającym satelitom klimatycznym i monitorować około 50 regionów odpowiadających za 80 proc. światowego wydobycia ropy i gazu.

Sztuczna inteligencja stworzona na uczelni w Vermont może dostarczyć tańsze i szybsze rozwiązanie.

– Najważniejsze, że dysponujemy już narzędziem, które może nam pomóc w skuteczniejszym identyfikowaniu nieszczelnych odwiertów. Biorąc pod uwagę to, że metan ma tak znaczący udział w globalnym ociepleniu, jest to potężna broń w walce z tym zjawiskiem, którą należy wykorzystać – przyznaje profesor George Pinder, który prowadził eksperyment wraz ze swoim doktorantem Jamesem Montague’em.

Wyniki badań rzucają też nowe światło na to, jak należy projektować i konstruować nowe studnie, aby zminimalizować ryzyko wycieku.

Trump kontra Obama

W ostatnich dniach urzędowania w fotelu prezydenckim Barack Obama objął ochroną przed wierceniami obszar Stanów Zjednoczonych o powierzchni blisko 40 mln hektarów. Był to element jego polityki ochrony środowiska naturalnego i walki z globalnym ociepleniem.

Donald Trump niedługo po objęciu prezydentury anulował to rozporządzenie. Umożliwił wydobycie ciekłych kopalin z chronionych wcześniej obszarów Pacyfiku w okolicach Kalifornii, atlantyckich wód w rejonie Maine oraz wschodniej części Zatoki Meksykańskiej.

Zniósł także regulacje podnoszące wymogi bezpieczeństwa dla szybów naftowych, które zostały uruchomione po wycieku ropy w wyniku wybuchu platformy wiertniczej Deepwater Horizon w Zatoce Meksykańskiej w 2010 r. Wyciek ropy spowodowany wybuchem nagromadzonego w instalacji metanu był największą katastrofą ekologiczną w historii USA i bezprecedensową na skalę światową.

Prawie równocześnie z decyzjami Trumpa amerykański Kongres uchwalił kolejną niekorzystną dla środowiska regulację o możliwości wydobycia ropy i gazu na Alasce, na terenie Narodowego Rezerwatu Przyrody. Nie podoba się to ani ekologom, ani klimatologom.

Na dodatek, nawet przy obniżonych decyzjami Trumpa i Kongresu wymaganiach dla odwiertów i platform, działające w hrabstwach oraz stanowe agencje regulacyjne nie mają wystarczająco wielu inspektorów i dość pieniędzy, by choć zlokalizować przeciekające studnie, nie mówiąc już o ich naprawie.

Metodologia wykorzystująca sztuczną inteligencję może być nieoceniona, bo jest w stanie z dużą dokładnością wskazać inspektorom zagrożone przeciekami odwierty.

Skip to content