Как работи нефтеният кладенец?

Масло е сред по-универсалните съществителни в английския език. В зависимост от скорошния ви опит и естеството на ежедневието ви, изслушването на думата може да предизвика изображения на готвене със запържено пържене, агресивен тен или „гъстата“ и „земна“ миризма на авторемонт магазин.

Но днес петролът - наречен някога "черно злато" като знак за неизбежното огромно богатство на всеки, който е открил значително нефтено поле през векове назад - има нещо с лоша репутация.

Изкопаемите горива позволиха на човешката цивилизация да направи безпрецедентен технологичен и индустриален скок в световен мащаб напред, започвайки от 19-ти век, но петролът и неговите древни братовчеди, базирани на въглерод, са своеобразни парии днес. Това е така, защото са опровергани неоспорими доказателства, които показват, че петролът, въпреки цялата му стойност не само в транспортния сектор, но всяко друго човешко начинание също е сериозно вредно за околната среда, когато изгорени.

Каквито и да са вашите идеи за това как най-добре да се отговори на енергийните нужди на свят с население, достигащо 7 милиарда към 2019 г., всеки, който някога е виждал петролен кладенец, дори от разстояние, не може да не оцени пълния инженерен триумф, свързан с изпомпването на нещо от земята, което е не само дълбоко в скалата, но и в скала под океанското дъно себе си. Петролните кладенци се предлагат в различни видове и имат по-цветна история, отколкото бихте очаквали.

"Нефт" може да се отнася до редица различни вещества, които са неполярни и течни при стайна температура. Много видове масло осигуряват хранителна енергия. Те не се разтварят във вода (поради което маслото е трудно да се почисти само с вода), тъй като техните дълги водородно-въглеродни химически вериги са хидрофобни („страх от вода“). "Нефт" в настоящия контекст се отнася до нещата, които се намират в значителни концентрации в Близкия изток, край бреговете на Венецуела, Северна Америка и няколко други региона.

Петролът (наричан също петрол, от латински от "петра", или скала, и олеум, или нефт е един от трите основни изкопаеми горива, името, дадено на вещества, образувани в продължение на много милиони години от живи материали, макар и не от действителни вкаменелости. Другите два вида са природен газ и въглища. Заедно се очаква изкопаемите горива да осигурят по-голямата част от енергийните доставки в света след 2050 г. въпреки огромни опасения от учени и екологични групи относно затоплянето на планетите, резултат отчасти от тяхното изгаряне.

Електричеството, отоплението и транспортирането може да се считат за основните употреби на нефт и неговите кохорти, но обхватът на изкопаемите горива се простира далеч в производството, приготвянето на храни, козметиката и други индустрии като добре.

Към 2018 г. петролът изпреварва природния газ, по отношение на което допринася по-голям дял за потреблението на енергия в САЩ, тъй като петролът възлиза на 36% до 31% за природния газ (и 13% за въглищата, което прави изкопаемите горива отговорни за 80% от американското гориво консумирани). Увеличаването на използването на техниката на пробиване, известно като хидравлично разбиване, или "фракинг", за да се извлече природен газ от земята, предизвика нарастване на потреблението на това гориво от 90-те години на миналия век.

Всички индикации сочат, че в обозримо бъдеще ще има голямо търсене на правилно функциониращи нефтени кладенци. Както беше отбелязано, петролът доставя 36 процента от американските енергийни нужди към 2018 г. и дава почти половината от цялата енергия, получена от изкопаеми горива. Тези "вътрешни" цифри бяха обект на бързи промени през първата пета на 21 век, но като цяло фосилни Очакваше се горивата да представляват практически еднакъв дял от потреблението на енергия както в страната, така и в световен мащаб 2040.

• През 2017 г. САЩ захранваха с почти 20 милиона 44-литрови барела суров петрол на ден. Това са 880 милиона галона, или над два и половина галона на човек.

Маслото се използва - и в момента в повечето случаи се изисква - за придвижване на превозни средства. (Не се бъркайте от терминологията: Нещата, наречени „бензин“, произлизат от петрола, докато природният газ е нещо съвсем друго.) Той се използва и директно за отопление на сгради и производство електричество. В производството нефтохимическата промишленост използва нефт като суровина за производство на продукти като пластмаси, разтворители и други стоки.

За разлика от появата на телефона, трансплантацията на човешко сърце или безжичното радио, няма човек, на когото може да се припише, че е "изобретателят" на нефтени кладенци.

Петролни кладенци се пробиват с бамбук в Китай още през 347 пр.н.е., а това бяха амбициозни проекти: с тази технология бяха достигнати дълбочини до 800 фута. Едва през 1500-те или около това масло, взето от земята, се използва в дневните лампи.

Първите петролни кладенци достигат до Европа, Канада и САЩ през 1850-те, водени от обещанието за зараждащото се Индустриална революция, която разчиташе на невъобразими досега количества производство на енергия, за да поддържа своята собствена процъфтяващ растеж.

През целия 20 век, въвеждането на практики за възстановяване на пара, хоризонтално сондиране и накрая компютъризация продължи да расте и да формира аспекта на добива на процъфтяващата петролна индустрия. Повече добив означава все повече и повече способни кладенци и това е резултатът, заедно с някои може би предсказуеми "черни очи" върху индустрията.

• Към 2016 г. само в САЩ са регистрирани над 1500 петролни компании.

Как всъщност се намира петролът, преди да бъде отстранен от земята, и как определят нефтохимическите инженери дали локализираният магазин за петрол си струва да го изтегли от земята по какъвто и да е начин най-лесно? Докато по-голямата част от вниманието, отделяно на петролните кладенци, естествено се дължи на видимата им функция, малко хора разбират как някой знае къде да постави тези внушителни структури на първо място.

Една особено малко известна характеристика за добива на масло: Въпреки че е вярно, че е намерена под земята, не е така, че тя съществува в удобни басейни или резервоари или дори тече, като сок на дърво. В по-голямата си част той трябва да бъде премахнат от вътрешността на действителните скали, макар и големи. (Представете си, че трябва да претърпите голяма операция на челюстта, за да бъде извлечен един-единствен обезпокоителен зъб.)

За щастие на петролната индустрия, природата върши голяма част от работата по осигуряването на петрола, като изтласква част от него от скалите, които често попадат под невероятен вътрешен натиск. Това позволява на хората, търсещи петрол, да намерят пътека до основния източник, разположен по-дълбоко в Земята.

За правилното проследяване на материала тук е необходима схема на нефтени кладенци, тъй като по-голямата част от терминологията е непозната за повечето хора.

Всеки нефтен кладенец трябва да бъде пробит, преди оборудването да може да бъде разположено около отвора, и това е, което се разбира под термина "сондажна машина"След като този тежък отвор се използва за създаване на отвор с широчина от около шест инча до три фута, страните на кладенеца са подсилени с кожух, направен от различни материали на слоеве.

Апаратът на помпата за нефтени кладенци е разположен над горната част на кладенеца, където отстраненото отдолу масло е насочено към едната страна. Това "производствено дърво"прилича малко на кон отстрани и има компоненти с имена, които да съвпадат. Юздата свързва въдицата, бутаща се вертикално надолу в кладенеца, с "главата" на коня, която пренасочва силата хоризонтално по ходяща греда. Поредица от сложни нива, макари и зъбни колела води до основния двигател, източник на механична мощност в противоположния край на производственото дърво.

Днес се използват две основни техники за пробиване на нефтени кладенци. В хоризонтално пробиване, идеята е да се извлече масло, което е ориентирано предимно в странична посока спрямо земята. Това е положението, което се наблюдава най-често в скалните шисти поради начина, по който се образува самата скала (тя има тенденция да се счупи странично под високо налягане).

Хоризонталният свредло има J-образен модел, което означава, че операторите му първо трябва да разберат колко далеч да пробият право надолу, преди да се насочат по-хоризонтално (не 90-градусов завой). След като се установи тази дълбочина, следващата стъпка е намирането на правилния ъгъл за оптимизиране на достъпа до маслото отдолу и от едната му страна.

При хидравлично разбиване ("фракинг"), по-нова техника, излетяла в края на 20 век, течност със силно налягане, която съдържа пясък и друг груб материал се изпомпва през предварително пробити отвори за кладенци, като гореспоменатото хоризонтално пробиване кладенци. Въпреки успеха на фракинга от гледна точка на ефективността, екологичните му последици го превърнаха в обект на екологични групи.

Например, над 90 процента от течността, необходима за фракинг, остава в земята, след като е поставена там, а изискването за вода е изключително високо. Други опасения включват излагане на токсини, подпочвени води и замърсяване и понижаване на местното качество на въздуха.

Повечето от по-ранните модели, считани за част от настоящата ера на нефтени кладенци, са платформи с A-рамка, които се използват и до днес, най-вече в проучвателни мисии. Има тренировки с голям диаметър (големи отвори), използвани в ситуации, в които хирургичната прецизност може да не е проблем.

Типът на шнека (действителната свредла, част от сондажния инструмент) зависи от местните условия под земята, доколкото те са известни или могат да бъдат предсказани. Ако например проба от дадена област е с високо съдържание на подпочвени води, вероятно ще бъде избран кух шнек. Процесите на оценяване и пробиване наистина са различни само по мащаб, от това да решите какъв тип лопата да използвате, за да изкопаете дупка в задния двор.

Както може би се досещате, преносимите сондажни съоръжения за петрол влязоха в картината по пътя, а обикновен модел тежи значителни, но управляеми 265 паунда. Те могат да бъдат монтирани на камиони, ако е необходимо.

На 20 април 2010 г. петролна платформа на име Deepwater Horizon, разположен край Мексиканския залив, притиснат от югоизточното крайбрежие на САЩ, експлодира, убивайки 11 работници. През трите месеца, които последваха, преди инженерите от собственика на платформата, British Petroleum (BP), да успеят да ограничат повреденото Macondo доста отдолу платформата, около 4 милиона галона суров нефт си проправя път в океана, правейки това най-лошата злополука от своя тип от гледна точка на чисто мащаб.

След взрива последваха безброй съдебни дела, чиито екологични последици бяха тежки и все още се оценяват десетилетие по-късно. Когато се случат такива злополуки, затварянето на повредения кладенец се превръща в логистичен кошмар, както поради това, че сте под водата, така и поради фантастичния натиск в играта.

Ако искате да гледате кратък филм в анимационен стил на работещ нефтен кладенец, вижте Ресурси за видеоклип в YouTube, изобразяващ точно това. Те може да са големи и тромави на вид, но нефтените кладенци са елегантни и сложни машини, независимо от последствията от тяхното ревностно разполагане.