Por Augusto Correnti (Shell Argentina), Farzana Binte Miswan y Johana Nevito (pasantía en Total), y Carla Oliveira dos Santos y Fernanda Campos Furtado (pasantía en Equinor).
El presente trabajo, que marca la visión sustentable hacia donde apunta la industria, fue galardonado recientemente con el premio internacional EAGE Minus CO2 Challenge 2020; uno de sus autores es un ingeniero argentino, miembro de la Comisión de Jóvenes profesionales del IAPG
En el escenario actual de transición energética, la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero es una tarea clave en la que centrarse, y la industria del petróleo y el gas tiene la experiencia necesaria para desempeñar un papel protagónico en la búsqueda de soluciones. Con el objetivo de explorar y proponer alternativas rentables y eficientes, se evaluó una estrategia de desarrollo con emisiones negativas en el campo de Norne. El reservorio Norne es un campo de gas con un anillo de petróleo compuesto por las formaciones Garn, Ile, Tofte y Tilje, situado en el mar de Noruega, a unos 200 km de la costa y con una profundidad de agua de 380 metros.
PLAN DE DESARROLLO
La producción de hidrocarburos del campo Norne se optimizó evaluando diferentes estrategias de desarrollo de campo simulando el comportamiento dinámico del reservorio y evaluando los resultados económicos. Se evaluó en primer lugar la producción de petróleo utilizando pozos dirigidos al anillo de petróleo, pero la opción se descartó a causa de resultados económicos desfavorables como resultado del volumen limitado de petróleo ubicado en Norne. Por lo tanto, el principal objetivo de producción fue la zona de gas, incluyendo la producción de condensado asociada. La estrategia optimizada consistió en 9 pozos perforados en las formaciones que contienen gas natural, como se muestra en la Figura 1. El cronograma de perforación de los pozos se definió en función del rendimiento individual de cada pozo, con el fin de maximizar el retorno económico del proyecto
.
Figura 1: Estrategia de ubicación de pozos seleccionada.
La estrategia de producción propuesta ofrece un 59,2% de recuperación de gas y un 5,6% de recuperación de petróleo. La evaluación económica del desarrollo de campo se realizó suponiendo un precio del petróleo de 60 USD/bbl, un precio de 0,23 USD/Gas Sm3, costos de OPEX de 7,5 USD/bbl, 920 MMUSD de CAPEX asociados a instalaciones de superficie, un pozo de inyección de agua, nueve pozos productores de gas, depreciación de CAPEX durante 6 años, 55 kgCO2/boe de intensidad de emisiones de CO2, un precio de crédito al carbono de 60 USD/tonelada, la base imponible del impuesto de sociedades de Noruega del 22% y la base imponible especial a hidrocarburos del 56%. La evaluación económica del proyecto mostró un valor actual neto de 482 MMUSD y un período de amortización de 9,9 años. La Figura 2 muestra la evolución del flujo de caja del campo Norne.
Figura 2: Evolución de los componentes del flujo de caja para el proyecto de desarrollo de Norne.
ANÁLISIS DE EMISIONES DE CO2
Las emisiones de CO2 se estimaron considerando el ciclo de vida completo de los fluidos producidos. Se utilizaron factores de intensidad de carbono en cada etapa del ciclo de vida del petróleo y el gas para estimar la huella de carbono de cada producto. La Figura 3 muestra las emisiones totales de CO2 del proyecto de desarrollo de campo, segmentadas por cada etapa del ciclo de vida analizada.
Figura 3: Emisiones de CO2 estimadas para cada etapa del ciclo de vida de los fluidos producidos.
GESTIÓN DE EMISIONES DE CO2
Para alcanzar el objetivo de huella de carbono neutral, se requiere una opción técnica y económicamente viable para reducir las emisiones de CO2 en al menos 2,78 MMtonCO2/año. Se evaluaron diferentes alternativas con el fin de disminuir las emisiones del proyecto. Se analizaron tecnologías como el uso de turbinas eólicas y reactores nuclear modulares como opciones de fuentes de energía para la etapa de producción de hidrocarburos. Estas opciones se descartaron debido al pequeño impacto en términos de reducción de emisiones para la evaluación completa del ciclo de vida del proyecto, y la inversión relativamente alta asociada.
Dado que el uso final del petróleo y el gas es el principal contribuyente a las emisiones del proyecto, se necesitan tecnologías de emisiones negativas para lograr la neutralidad del carbono. Por lo tanto, se evaluaron soluciones innovadoras como el uso del hidrógeno como combustible, como sustituto de combustibles líquidos convencionales, y el uso de fotobiorreactores de algas para convertir el CO2 en biomasa. En ambos casos, la escala de reducción de emisiones que se puede lograr no es suficiente para contrarrestar las emisiones del proyecto. Por lo tanto, se determinó que la mejor opción con escala suficiente para lograr la neutralidad del carbono es la captura y almacenamiento de carbono. La Figura 4 resume todas las opciones consideradas para reducir la huella de carbono del proyecto.
Figura 4: Fuentes de CO2 del proyecto y tecnologías de emisión negativas evaluadas para contrarrestar las emisiones del proyecto.
Las formaciones Tilje y Are dentro del grupo Bat en el Mar de Noruega fueron consideradas como reservorios objetivo para almacenar CO2. El grupo Viking actuará como el sello principal para garantizar un almacenamiento seguro y confinado. La Figura 5 muestra las formaciones descritas anteriormente. Se estimó que la capacidad de almacenamiento de CO2 era de 147,4 MMton de CO2.
Figura 5: Las formaciones de Ore y Tilje debajo del campo de Norne en el Mar de Noruega fueron consideradas como reservorios objetivo para almacenar CO2. El grupo Viking actuará como un sello para garantizar que el almacenamiento geológico de CO2 sea seguro.
Después de determinar la formación objetivo para almacenar CO2, se evaluaron diferentes industrias como fuentes de carbono. Se necesita una fuente de carbono con emisiones significativas para contrarrestar la huella de carbono del proyecto, donde no sólo el CO2 puede ser capturado fácilmente, sino también fácilmente licuado y transportado a Norne. Una planta de carbón en Alemania, una industria cementera en Noruega y dos refinerías europeas fueron evaluadas económicamente para determinar la mejor solución. Los costos de CAPEX y OPEX y la reducción del impuesto sobre el carbono asociada a las alternativas del proyecto CCS se estimaron y utilizaron para determinar la financiación gubernamental necesaria para hacer que cada opción sea económicamente viable. La Figura 6 ilustra los resultados de la evaluación económica de todas las opciones consideradas.
Figura 6: Comparación entre diferentes fuentes de CO2 en términos de compensación de emisiones y financiación gubernamental requerida.
La alternativa que requiere la financiación gubernamental más baja y, al mismo tiempo, logra emisiones netas negativas, es la refinería de Pernis. No obstante, al considerar a las refinerías de Pernis y Mongstad en conjunto, dos gobiernos podrían colaborar con el proyecto con una menor inversión individual. Por lo tanto, se decidió proponer esta última alternativa para balancear las emisiones del proyecto.
Esta solución está alineada con los planes de cambio climático de los gobiernos noruego y holandés. Al proporcionar fondos a esta alternativa, el gobierno holandés invertirá en una solución eficaz para lograr su objetivo de reducir las emisiones del país en un 49% en 2030, en comparación con los niveles de 1990. Suponiendo que la financiación gubernamental necesaria para este proyecto se dividirá por la cantidad de emisiones capturadas y almacenadas provenientes de cada país, el gobierno holandés y noruego proporcionarían 450 MMUSD y 300 MMUSD, respectivamente. Para demostrar la viabilidad económica del proyecto al gobierno noruego, la cantidad de fondos gubernamentales necesarios para la implementación de esta solución representa sólo el 53% de los ingresos fiscales totales que el proyecto de desarrollo generará.
Por último, con el fin de hacer que la estrategia propuesta para la gestión del carbono sea más atractiva para los inversores y los gobiernos involucrados, el proyecto podría gestionar también fuentes adicionales de CO2, fuera del alcance inicial anteriormente descripto. Dado que la formación objetivo para la inyección de CO2 tiene capacidad para almacenamiento adicional y el proyecto tendrá la infraestructura adecuada para realizar el transporte, inyección y almacenamiento de CO2, las emisiones de otras fuentes podrían ser manejadas, siempre y cuando el emisor acepte pagar una tarifa por el transporte y almacenamiento de su CO2 en Norne. Esta estrategia no sólo permitiría a Norne reducir aún más las emisiones de CO2, sino que también proporcionaría un ingreso adicional para el proyecto.
CONCLUSION
El plan de desarrollo del campo Norne propone una opción técnica y económicamente viable para producir, transportar, refinar y consumir hidrocarburos sin aumentar las emisiones netas de CO2 en la atmósfera. Se evaluaron diferentes soluciones y se encontró que la opción de captura y almacenamiento de carbono tenía la escala adecuada para contrarrestar las emisiones del proyecto. Se estima que la estrategia optimizada para producir hidrocarburos del campo Norne tiene un valor actual neto de 482 MMUSD. Combinado con captura de carbono utilizando las refinerías de Mongstad y Pernis como fuentes de emisiones, se alcanzará un neto de -5,92 millones de toneladas de emisiones de CO2 para el final de proyecto, requiriendo 750 MMUSD de financiación de los gobiernos de Holanda y Noruega. La colaboración entre diferentes industrias, gobiernos y países es esencial para alcanzar un futuro con carbono neutral. Reducir la huella de carbono mundial manteniendo al mismo tiempo el nivel de vida en un mundo con una población y una economía en crecimiento es un desafío compartido, que debe abordarse con soluciones innovadoras y esfuerzos combinados.
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