كيف تعمل بئر النفط؟

بترول من بين الأسماء الأكثر تنوعًا في اللغة الإنجليزية. اعتمادًا على تجربتك الأخيرة وطبيعة حياتك اليومية ، قد يثير سماع الكلمة صور لطهي القلي السريع ، أو الدباغة الشديدة ، أو الرائحة "السميكة" و "الترابية" للإصلاح التلقائي متجر.

لكن اليوم ، أصبح النفط - الذي كان يُطلق عليه ذات مرة "الذهب الأسود" كإشارة إلى الثروة الهائلة التي لا مفر منها لأي شخص اكتشف حقلاً نفطياً ضخماً في القرون الماضية - ذا سمعة سيئة.

سمح الوقود الأحفوري للحضارة الإنسانية بأخذ قفزة تكنولوجية وصناعية عالمية غير مسبوقة إلى الأمام بدءًا من القرن التاسع عشر ، ومع ذلك ، فإن النفط وأبناء عمومته القدامى الذين يعتمدون على الكربون هم منبوذون من نوع ما اليوم. هذا لأن الأدلة التي لا جدال فيها قد تصاعدت لإثبات أن النفط ، على الرغم من قيمته ، ليس فقط عبر قطاع النقل ولكن كل المساعي البشرية الأخرى أيضًا ، تلحق ضرراً خطيراً بالبيئة عندما أحرق.

مهما كانت أفكارك حول أفضل السبل لتلبية احتياجات الطاقة لعالم يبلغ عدد سكانه 7 مليارات نسمة اعتبارًا من عام 2019 ، أي شخص رأى بئرًا للنفط من قبل ، حتى من المسافة ، لا يسعني إلا أن نقدر الانتصار الهندسي الهائل الذي ينطوي عليه ضخ شيء من الأرض ليس فقط في عمق الصخور ، ولكن في الصخور أسفل قاع المحيط بحد ذاتها. تأتي آبار النفط في مجموعة متنوعة من الأنواع المختلفة ولها تاريخ غني بالألوان أكثر مما قد تتوقعه.

يمكن أن يشير "الزيت" إلى عدد من المواد المختلفة غير القطبية والسائلة في درجة حرارة الغرفة. توفر أنواع كثيرة من الزيت طاقة غذائية. لا تذوب في الماء (وهذا هو سبب صعوبة تنظيف الزيت باستخدام الماء وحده) ، لأن سلاسلها الكيميائية الطويلة من الهيدروجين والكربون كارهة للماء ("الخوف من الماء"). يشير مصطلح "النفط" في السياق الحالي إلى المواد الموجودة في تركيزات كبيرة في الشرق الأوسط ، قبالة سواحل فنزويلا وأمريكا الشمالية وعدد قليل من المناطق الأخرى.

النفط (يُطلق عليه أيضًا اسم البترول ، مشتق من الكلمة اللاتينية "بترا" ، أو الصخر ، والأوليوم ، أو الزيت ، أو الزيت هو واحد من ثلاثة الوقود الحفري، الاسم الذي يطلق على المواد التي تشكلت على مدى ملايين السنين من مواد حية ، وإن لم يكن من الحفريات الفعلية. النوعان الآخران هما غاز طبيعي و فحم. معًا ، من المتوقع أن يوفر الوقود الأحفوري الغالبية العظمى من إمدادات الطاقة في العالم بعد عام 2050 مخاوف غير قابلة للذوبان من العلماء والجماعات البيئية بشأن الاحترار الكوكبي الناتج جزئيًا عن الإحتراق.

يمكن اعتبار الكهرباء والتدفئة والنقل الاستخدامات الرئيسية للنفط وأتباعه ، ولكن يمتد وصول الوقود الأحفوري بعيدًا إلى التصنيع وإعداد الطعام ومستحضرات التجميل والصناعات الأخرى مثل نحن سوف.

اعتبارًا من عام 2018 ، كان النفط يتقدم على الغاز الطبيعي من حيث مساهمة حصة أكبر في استهلاك الطاقة في الولايات المتحدة ، مثل النفط بلغت 36 في المائة إلى 31 في المائة للغاز الطبيعي (و 13 في المائة للفحم ، مما يجعل الوقود الأحفوري مسؤولاً عن 80 في المائة من الوقود الأمريكي مستهلك). الزيادة في استخدام تقنية الحفر المعروفة باسم التكسير الهيدروليكي، أو "التكسير" لاستخراج الغاز الطبيعي من الأرض أدى إلى زيادة في استهلاك هذا الوقود بداية من التسعينيات.

تشير جميع المؤشرات إلى أنه سيكون هناك طلب كبير على آبار النفط التي تعمل بشكل صحيح في المستقبل المنظور. كما لوحظ ، قدم البترول 36 في المائة من احتياجات الطاقة الأمريكية اعتبارًا من عام 2018 ، وأنتج ما يقرب من نصف جميع الطاقة المشتقة من الوقود الأحفوري. خضعت هذه الأرقام "الداخلية" لتحولات سريعة في الخامس الأول من القرن الحادي والعشرين ، ولكن بشكل عام ، كانت الأحفوريات كان من المتوقع أن يمثل الوقود نفس الحصة تقريبًا من استهلاك الطاقة محليًا وعالميًا في 2040.

• في عام 2017 ، قامت الولايات المتحدة بتشغيل ما يقرب من 20 مليون برميل من النفط الخام سعة 44 جالونًا يوميًا. هذا هو 880 مليون جالون ، أو أكثر من جالونين ونصف لكل شخص.

يستخدم الزيت - وفي الوقت الحالي ، مطلوب في معظم الحالات - لنقل المركبات. (لا تخلط بين المصطلحات: فالمادة المسماة "بنزين" تأتي من البترول ، بينما الغاز الطبيعي شيء آخر تمامًا.) كما أنه يستخدم مباشرة لتدفئة المباني والإنتاج كهرباء. في التصنيع ، تستخدم صناعة البتروكيماويات البترول كمواد خام لصنع منتجات مثل البلاستيك والمذيبات وغيرها من السلع.

على عكس ظهور الهاتف وزرع القلب البشري أو الراديو اللاسلكي ، لا يوجد شخص واحد يمكن أن يُنسب إليه الفضل في كونه "مخترع" آبار النفط.

كان يتم حفر آبار النفط بالخيزران في الصين منذ زمن بعيد 347 قبل الميلادوكانت هذه مشاريع طموحة: تم الوصول إلى أعماق تصل إلى 800 قدم باستخدام هذه التقنية. لم يكن حتى القرن الخامس عشر الميلادي أو نحو ذلك أن الزيت المأخوذ من الأرض كان يستخدم في مصابيح النهار.

وصلت آبار النفط الأولى إلى أوروبا وكندا والولايات المتحدة في خمسينيات القرن التاسع عشر ، مدفوعة بوعد الوعد الناشئ الثورة الصناعية التي اعتمدت على كميات لا يمكن تصورها من إنتاج الطاقة للحفاظ على قوتها النمو المزدهر.

طوال القرن العشرين ، تم تقديم ممارسات استعادة البخار ، الحفر الأفقي وأخيرا الحوسبة استمر في النمو وتشكيل جانب الاستخراج في صناعة النفط المزدهرة. يعني المزيد من الإنتاج المزيد والمزيد من الآبار القادرة ، وكانت هذه هي النتيجة ، إلى جانب بعض "العيون السوداء" التي يمكن التنبؤ بها على الصناعة.

• اعتبارًا من عام 2016 ، تم تأسيس أكثر من 1500 شركة نفط في الولايات المتحدة وحدها.

كيف يقع النفط بالفعل قبل إزالته من الأرض ، وكيف يحدد مهندسو البتروكيماويات ما إذا كان مخزن النفط الموجود يستحق نفقة سحبه من الأرض بأي وسيلة كانت أسهل؟ في حين أن معظم الاهتمام الذي يُعطى لآبار النفط يكمن بشكل طبيعي في وظيفتها المرئية ، إلا أن قلة من الناس يفهمون كيف يعرف أي شخص مكان وضع هذه الهياكل المهيبة في المقام الأول.

ميزة واحدة غير معروفة بشكل خاص حول استخراج الزيت: في حين أنه موجود بالفعل تحت الأرض ، ليس الأمر كذلك أنه موجود في أحواض سباحة أو خزانات مريحة أو حتى تدفقات ، مثل نسغ في شجرة. بالنسبة للجزء الأكبر ، يجب إزالته من داخل الصخور الفعلية ، وإن كانت كبيرة. (تخيل أنه يتعين عليك إجراء عملية جراحية في الفك من أجل خلع سن واحد مزعج).

لحسن الحظ بالنسبة لصناعة النفط ، تقوم الطبيعة بالكثير من العمل المتمثل في توفير النفط عن طريق دفع بعضه بعيدًا عن الصخور ، والتي غالبًا ما تقع تحت ضغط داخلي لا يصدق. يسمح هذا للباحثين عن النفط بالعثور على مسار إلى المصدر الرئيسي الموجود في عمق الأرض.

مطلوب رسم تخطيطي لآبار النفط لمتابعة المواد هنا بشكل صحيح ، لأن معظم المصطلحات غير مألوفة لمعظم الناس.

يجب حفر كل بئر نفط قبل أن يتم ترتيب المعدات حول الحفرة ، وهذا هو المقصود بالمصطلح "حفر بريمة. "بعد استخدام هذا التجويف الثقيل لإنشاء ثقب في أي مكان يتراوح عرضه بين حوالي ست بوصات وثلاثة أقدام ، يتم تقوية جوانب البئر بغلاف مصنوع من مواد مختلفة في طبقات.

يوجد جهاز ضخ بئر الزيت فوق قمة البئر ، حيث يتم توجيه الزيت المزال من الأسفل إلى جانب واحد. هذا "شجرة الإنتاج"يشبه إلى حد ما حصان من الجانب ، ويحتوي على مكونات تتطابق مع الأسماء. يربط اللجام القضيب الذي يدفع عموديًا لأسفل في البئر بـ "رأس" الحصان ، والذي يعيد توجيه القوة أفقيًا على طول عارضة المشي. تؤدي سلسلة من المستويات المعقدة والبكرات والتروس إلى المحرك الرئيسي ، وهو مصدر الطاقة الميكانيكية في الطرف المقابل من شجرة الإنتاج.

تستخدم تقنيتان رئيسيتان لحفر آبار النفط اليوم. في حفر أفقي، الفكرة هي استخراج النفط الذي يكون موجهًا في الغالب في اتجاه جانبي بالنسبة إلى الأرض. هذا هو الوضع الأكثر شيوعًا في الصخر الزيتي بسبب الطريقة التي تتشكل بها الصخرة نفسها (تميل إلى التصدع الجانبي تحت ضغط عالٍ).

تحتوي وحدة الحفر الأفقية على نمط على شكل حرف J ، مما يعني أن مشغليها يجب أن يكتشفوا أولاً إلى أي مدى يجب أن يتجهوا لأسفل مباشرة قبل أن يتجهوا أفقيًا (وليس دورة 90 درجة). بمجرد التأكد من هذا العمق ، فإن الخطوة التالية هي إيجاد الزاوية الصحيحة لتحسين الوصول إلى الزيت الموجود بالأسفل وإلى جانب واحد.

في التكسير الهيدروليكي ("التكسير") ، وهي تقنية أحدث انطلقت في نهاية القرن العشرين ، وهي سائل شديد الضغط يحتوي على الرمل و يتم ضخ المواد الخشنة الأخرى من خلال فتحات الآبار المحفورة مسبقًا ، مثل الحفر الأفقي المذكور أعلاه آبار. على الرغم من نجاح التكسير من وجهة نظر الكفاءة ، إلا أن عواقبه البيئية جعلته هدفًا للمجموعات البيئية.

على سبيل المثال ، أكثر من 90 في المائة من السائل اللازم للتكسير يبقى في الأرض بعد وضعه هناك، والحاجة إلى الماء مرتفعة للغاية. وتشمل المخاوف الأخرى التعرض للسموم والمياه الجوفية والتلوث وانخفاض جودة الهواء المحلي.

كانت معظم النماذج السابقة التي تم اعتبارها جزءًا من عصر آبار النفط الحالية عبارة عن منصات A-frame ، والتي لا تزال تستخدم حتى اليوم ، ومعظمها في المهمات الاستكشافية. هناك تدريبات ذات قطر كبير (تجويف كبير) تُستخدم في المواقف التي قد لا تكون فيها الدقة الجراحية مشكلة.

يعتمد نوع المثقاب (جزء الحفر الفعلي لأداة الحفر) على الظروف المحلية تحت الأرض ، إلى الحد الذي تكون فيه معروفة أو يمكن التنبؤ بها. إذا كانت عينة من منطقة معينة عالية في المياه الجوفية ، على سبيل المثال ، فمن المحتمل أن يتم اختيار مثقب مجوف. تختلف عمليتا التقييم والحفر من حيث الحجم فقط عن تحديد نوع الجرافة التي يجب استخدامها لحفر حفرة عمود في الفناء الخلفي الخاص بك.

كما قد تكون خمنت ، دخلت منصات حفر النفط المحمولة الصورة على طول الطريق ، ويبلغ وزن النموذج الشائع 265 رطلاً أو نحو ذلك. يمكن تركيبها على شاحنات حسب الحاجة.

في 20 أبريل 2010 ، تم تسمية منصة نفطية الأفق في المياه العميقة، الواقعة قبالة خليج المكسيك ، التي مهدها الساحل الجنوبي الشرقي للولايات المتحدة ، انفجرت ، مما أسفر عن مقتل 11 عاملاً. في الأشهر الثلاثة التي تلت ذلك ، قبل أن يتمكن المهندسون من مالك الحفارة ، شركة بريتيش بتروليوم (BP) ، من تغطية بئر ماكوندو التالف أدناه المنصة ، ما يقدر بنحو 4 ملايين جالون من النفط الخام شق طريقه إلى المحيط ، مما يجعل هذا أسوأ حادث من نوعه من حيث النقاء. مقياس.

تبع ذلك دعاوى قضائية لا حصر لها في أعقاب الانفجار ، وكانت آثاره البيئية شديدة ولا تزال قيد التقييم بعد عقد من الزمان. عندما تحدث مثل هذه الحوادث المؤسفة ، يصبح سد البئر المتضررة كابوسًا لوجستيًا بسبب كونه تحت الماء والضغوط الرائعة في اللعب.

إذا كنت ترغب في مشاهدة فيلم قصير على غرار الرسوم المتحركة لبئر نفط قيد التشغيل ، فراجع الموارد للحصول على مقطع فيديو على YouTube يصور هذا بالضبط. قد تكون كبيرة وغير عملية المظهر ، لكن آبار النفط هي آلات أنيقة ومتقنة ، بغض النظر عن أي عواقب ناجمة عن نشرها الحماسي.