ENVIRONMENT AND TECHNOLOGIES

Assessment of the impact of the introduction of automated systems for detecting and eliminating methane leaks on atmospheric air quality and climate risks in oil and gas producing regions

Authors

  • Gennady V. Karaev Moscow Institute of Modern Academic Education, 109316, г. Москва, Волгоградский проспект, д. 32, корп. 11

How to cite

GOST Karaev G. V. Assessment of the impact of the introduction of automated systems for detecting and eliminating methane leaks on atmospheric air quality and climate risks in oil and gas producing regions // Environmental Management Issues. 2025. Vol. 4. No. 6. P. 31-40. DOI: 10.25726/d2110-0497-3321-e
APA Karaev, G. V. (2025). Assessment of the impact of the introduction of automated systems for detecting and eliminating methane leaks on atmospheric air quality and climate risks in oil and gas producing regions. Environmental Management Issues, 4(6), 31-40. https://doi.org/10.25726/d2110-0497-3321-e

Abstract

The study assesses the environmental and climate effects of deploying automated systems for methane leak detection and mitigation at oil and gas facilities, showing that shifting from episodic LDAR surveys to continuous monitoring can reduce emissions and associated risks by multiples; the aim is to develop and validate a methodology for quantitatively estimating the multiplicative effect on emissions, air-quality, and climate-benefit indicators in comparable baseline and intervention scenarios. Materials and methods include a synthetically constructed dataset for a large West Siberian region for 2014-2023 integrating production monitoring (LDAR, incident logs), TROPOMI satellite archives, meteorological data, and equipment reliability specifications; Monte Carlo stochastic modeling (leak occurrence and duration profiles), a parametric model of the automated system (detection probability, time to detection and isolation), agent-based simulation of maintenance crew response, and a Gaussian dispersion model were applied to compute ground-level CH4 concentrations, while avoided emissions were converted to CO2-equivalents using GWP20/GWP100. The results indicate a reduction in annual fugitive emissions from 90,35 to 19,30 thousand t CH4 (-78,64%), including -80,46% at booster compressor stations, -77,71% on trunk gas pipelines, and -75,72% at well pads; the key mechanism is shortening the mean leak duration by more than 40x (from 1,128.7 to 25.15 h) alongside lowering average detection time from 1,080.5 h to 0.45 h and raising the probability of detecting leaks >10 kg/h to 0,998. Air-quality modeling shows a mean annual decrease in ground-level methane concentration by 185.7 ppb within the 500-m impact zone, and avoided emissions amount to ~6 Mt CO2-eq/yr (GWP20); economic effects include a monetized climate benefit (SCC) of $115.3 million/yr and additional revenue from retained gas of $28,4 million/yr with a payback period of 3,8 years. The conclusions confirm the high environmental and investment appeal of continuous monitoring and justify prioritizing the integration of sensors, UAVs, and satellite data with predictive analytics to further reduce leaks and climate risks.

Keywords

methane leaks continuous monitoring ambient air quality climate risks oil and gas production

References

Автандилов О.А., Черкаев Г.В., Чихонадских Е.А. Оценка воздействия на атмосферный воздух при эксплуатации нефтегазового месторождения // Неделя науки Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. 2024. Т. 1. № 1. С. 13-16.

Алексеева М.Н., Федоров Д.В., Ященко И.Г., Русских И.В. Моделирование содержания парниковых газов в атмосфере нефтегазодобывающих районов // Оптика атмосферы и океана. 2024. Τ. 37. № 11(430). С. 976-982.

Алиева Г.В., Фатуллаев А.А., Багиров А.Ф. Метод дистанционного обнаружения метанового облака, возникшего из-за утечки в газопроводе // Справочник. Инженерный журнал. 2025. № 1(334). С. 58-62.

Вихарев В.В., Дядина А.В., Калинина А.И., Коровкина А.И. Мониторинг объектов нефтегазовой сферы как составляющая комплексной защиты от внешних воздействий // Градостроительство. Инфраструктура. Коммуникации. 2024. № 2(35). С. 40-46.

Душко О.В., Бармин П.А., Жукова Н.С. О выявлении источников мелкодисперсных выбросов нефтяных факелов на территории РФ путем комплексной картографии // Биосферная совместимость: человек, регион, технологии. 2022. № 4(40). С. 72-80.

Каледина Н.О., Аржанов И.Е. Совершенствование функциональной структуры системы мониторинга метана в угольных шахтах // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2022. № 12. С. 128-140.

Канин В.А., Пивень Ю.А. Автоматизированный контроль содержания в шахтной атмосфере взрывоопасных непредельных углеводородов // Научный вестник НИИГД Респиратор. 2025. № 2(62). С. 20-27.

Кузнецова Ю.В., Насирова А.Р., Керимов А.Г. Использование систем дистанционного контроля в управлении рисками на опасных производственных объектах нефтегазовой отрасли // Вестник НЦБЖД. 2025. № 2(64). С. 109-117.

Михайлов Н.С., Петрова Я.О., Самарина О.А. Проведение экологического мониторинга выбросов парниковых газов на месторождениях АО Самаранефтегаз // Ашировские чтения. 2024. Τ. 2. № 1(16). С. 593-598.

Морозова А.Э., Сизов О.С., Миронова М.А. Дистанционная оценка качества атмосферного воздуха в пределах крупнейших месторождений нефти и газа России (2019-2023) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 1. С. 285-300.

Павлович Ю.Л., Долгушина Л.В., Кабакова Е.С. Методы мониторинга состояния нефтегазовых объектов // Актуальные проблемы безопасности в техносфере. 2025. № 1(17). С. 16-31.

Панарин В.М., Маслова А.А., Гришаков К.В., Гришакова О.В. Механизм и модель оценки данных системы автоматизированного мониторинга загрязнения атмосферного воздуха промышленно развитых регионов // Экология и промышленность России. 2023. Т. 27. № 3. С. 40-45.

Пшенин В.В., Джемилёв Э.Р., Розанова Л.Р., Комаровский М.С. Результаты анализа показателей аварийности систем газораспределения // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2022. № 4(138). С. 89-101.

Рябцев Н.А., Буцынская Т.А., Членов А.Н. Влияние технических средств обнаружения на уровень автоматизации системы тревожной сигнализации // Проблемы техносферной безопасности: материалы международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов. 2022. № 11. С. 213-216.

Рясная О.И., Нор П.Е. Малоотходные технологии для снижения углеводородов в атмосферном воздухе // Актуальные вопросы энергетики. 2024. Т. 6. № 1. С. 119-123.

Issue

Section

ENVIRONMENT AND TECHNOLOGIES
Want to publish with us?
Submit an article

Machine-readable metadata

Similar Articles

1 2 3 4 5 > >> 

You may also start an advanced similarity search for this article.