Jak działa szyb naftowy?

Olej jest jednym z bardziej wszechstronnych rzeczowników w języku angielskim. W zależności od twoich ostatnich doświadczeń i charakteru twojego codziennego życia, usłyszenie tego słowa może wywołać obrazy smażenia na patelni, agresywnego opalania czy „gęstego” i „ziemiastego” zapachu auto-naprawy sklep.

Ale dzisiaj ropa – kiedyś nazywana „czarnym złotem” jako ukłon w stronę nieuniknionej ogromnej fortuny każdego, kto w minionych stuleciach odkrył spore pole naftowe – ma coś w rodzaju złej reputacji.

Paliwa kopalne umożliwiły ludzkiej cywilizacji dokonanie bezprecedensowego skoku technologicznego i przemysłowego na całym świecie naprzód, począwszy od XIX wieku, ale ropa i jej starożytni kuzyni z węgla są swego rodzaju pariasami dzisiaj. Dzieje się tak dlatego, że zebrały się niepodważalne dowody na to, że olej, mimo całej jego wartości, nie tylko w całym kraju, sektor transportu, ale także każde inne ludzkie przedsięwzięcie, jest poważnie szkodliwe dla środowiska, gdy spalony.

Bez względu na to, jakie masz pomysły na najlepsze zaspokojenie potrzeb energetycznych świata z populacją przekraczającą 7 miliardów w 2019 r., każdy, kto kiedykolwiek widział szyb naftowy, nawet z odległości, nie mogę nie docenić czystego triumfu inżynieryjnego związanego z wypompowywaniem czegoś z ziemi, co jest nie tylko głęboko w skale, ale także w skale poniżej dna oceanu samo. Szyby naftowe występują w wielu różnych typach i mają bardziej barwną historię, niż można by się spodziewać.

„Olej” może odnosić się do wielu różnych substancji, które są niepolarne i płynne w temperaturze pokojowej. Wiele rodzajów oleju dostarcza energii odżywczej. Nie rozpuszczają się w wodzie (dlatego olej jest trudny do oczyszczenia samą wodą), ponieważ ich długie łańcuchy chemiczne wodorowo-węglowe są hydrofobowe („boją się wody”). „Ropa” w obecnym kontekście odnosi się do substancji, które znajdują się w znacznych stężeniach na Bliskim Wschodzie, u wybrzeży Wenezueli, Ameryki Północnej i kilku innych regionach.

Ropa (powszechnie nazywana również ropą, z łaciny od „petra” lub skała i oleum lub olej jest jednym z trzech podstawowych paliwa kopalne, nazwa nadana substancjom powstałym przez wiele milionów lat z żywych materiałów, ale nie z rzeczywistych skamielin. Pozostałe dwa typy to gazu ziemnego i węgiel. Oczekuje się, że paliwa kopalne łącznie zapewnią zdecydowaną większość światowych dostaw energii po 2050 r., mimo że obszerne obawy naukowców i grup zajmujących się ochroną środowiska dotyczące globalnego ocieplenia wynikającego po części z ich spalanie.

Elektryczność, ogrzewanie i transport można uznać za główne zastosowania ropy naftowej i jej kohorty, ale zasięg paliw kopalnych rozciąga się daleko na produkcję, przygotowanie żywności, kosmetyki i inne branże, ponieważ dobrze.

Od 2018 r. ropa wyprzedzała gaz ziemny, który miał większy udział w zużyciu energii w USA, ponieważ ropa naftowa wyniósł od 36 do 31 procent w przypadku gazu ziemnego (i 13 procent w przypadku węgla, co sprawia, że ​​paliwa kopalne odpowiadają za 80 procent paliwa w USA strawiony). Wzrost wykorzystania techniki wiercenia znanej jako szczelinowanie hydrauliczne, lub „szczelinowanie”, w celu wydobycia gazu ziemnego z ziemi, wywołało gwałtowny wzrost zużycia tego paliwa, począwszy od lat 90. XX wieku.

Wszystko wskazuje na to, że w najbliższej przyszłości będzie duże zapotrzebowanie na prawidłowo funkcjonujące szyby naftowe. Jak zauważono, ropa naftowa zaspokajała 36% amerykańskiego zapotrzebowania na energię w 2018 r. i pozyskiwała prawie połowę całej energii pochodzącej z paliw kopalnych. Te „wewnętrzne” postacie podlegały szybkim zmianom w pierwszej piątej XXI wieku, ale ogólnie rzecz biorąc, skamieliny oczekiwano, że paliwa będą odpowiadać za praktycznie taki sam udział w zużyciu energii zarówno w kraju, jak i na świecie w 2040.

• W 2017 roku Stany Zjednoczone zasilały prawie 20 milionów 44-galonowych baryłek ropy dziennie. To 880 milionów galonów, czyli ponad dwa i pół galonów na osobę.

Olej jest używany – i obecnie w większości przypadków jest potrzebny – do przemieszczania pojazdów. (Nie daj się zmylić terminologii: substancja nazywana „benzyną” pochodzi z ropy naftowej, podczas gdy gaz ziemny to coś zupełnie innego.) Jest również używany bezpośrednio do ogrzewania budynków i produkcji Elektryczność. W produkcji przemysł petrochemiczny wykorzystuje ropę naftową jako surowiec do wytwarzania produktów takich jak tworzywa sztuczne, rozpuszczalniki i inne towary.

W przeciwieństwie do pojawienia się telefonu, przeszczepu ludzkiego serca czy bezprzewodowego radia, nie ma jednej osoby, której można by przypisać „wynalazcę szybu naftowego”.

Już od dawna w Chinach wiercono szyby naftowe bambusem 347 p.n.e.i były to ambitne projekty: dzięki tej technologii osiągnięto głębokości do 800 stóp. Dopiero w XVI wieku olej wydobyty z ziemi był używany w lampach dziennych.

Pierwsze szyby naftowe dotarły do ​​Europy, Kanady i Stanów Zjednoczonych w latach 50. XIX wieku, napędzane obietnicą Rewolucja przemysłowa, która opierała się na niewyobrażalnych wcześniej ilościach produkcji energii, aby utrzymać swoją własną rozkwitający wzrost.

Przez cały XX wiek wprowadzono praktyki odzysku pary, wiercenie poziome i w końcu komputeryzacja nadal się rozwijał i kształtował aspekt wydobywczy dynamicznie rozwijającego się przemysłu naftowego. Większa produkcja oznacza coraz bardziej wydajne odwierty i taki był rezultat, wraz z pewnymi być może przewidywalnymi „podbitymi oczami” w branży.

• Do 2016 r. w samych Stanach Zjednoczonych zarejestrowano ponad 1500 firm naftowych.

Jak faktycznie znajduje się ropa, zanim zostanie usunięta z ziemi i jak to określają inżynierowie petrochemii? czy zlokalizowany magazyn ropy jest wart poniesienia kosztów wydobycia go z ziemi w jakikolwiek sposób? najłatwiej? Podczas gdy większość uwagi, jaką poświęca się szybom naftowym, w naturalny sposób skupia się na ich widocznych funkcjach, niewiele osób rozumie, skąd ktokolwiek wie, gdzie umieścić te imponujące konstrukcje.

Jedna szczególnie mało znana cecha wydobycia ropy: chociaż to prawda, że ​​została znaleziona pod ziemią, to nie jest tak, że istnieje w dogodnych basenach lub zbiornikach, a nawet przepływach, jak sok na drzewie. W większości należy go usunąć z wnętrza rzeczywistych skał, aczkolwiek dużych. (Wyobraź sobie, że musisz przejść poważną operację szczęki, aby usunąć jeden kłopotliwy ząb.)

Na szczęście dla przemysłu naftowego przyroda wykonuje większość pracy polegającej na udostępnianiu ropy naftowej, wypychając jej część ze skał, które często znajdują się pod niesamowite ciśnienie wewnętrzne. Pozwala to ludzkim poszukiwaczom ropy na znalezienie szlaku do głównego źródła znajdującego się głębiej w Ziemi.

Aby właściwie śledzić materiał tutaj, wymagany jest diagram szybu naftowego, ponieważ większość terminologii jest nieznana większości ludzi.

Każdy szyb naftowy musi zostać wywiercony, zanim sprzęt będzie mógł zostać umieszczony wokół otworu, i to właśnie oznacza termin „wiertnicaPo tym, jak ten ciężki otwór został użyty do stworzenia otworu o szerokości od około sześciu cali do trzech stóp, boki studni są wzmocnione obudową wykonaną z różnych materiałów warstwami.

Aparatura pompy szybu naftowego znajduje się nad szczytem odwiertu, gdzie ropa usuwana od dołu jest kierowana na jedną stronę. To "drzewo produkcyjne" z boku wygląda trochę jak koń i ma komponenty z nazwami do dopasowania. Uzda łączy pręt wpychający się pionowo w dół do studni z „głową” konia, która przekierowuje siłę poziomo wzdłuż ruchomej belki. Szereg skomplikowanych poziomów, kół pasowych i kół zębatych prowadzi do głównego napędu, źródła mocy mechanicznej na przeciwległym końcu drzewa produkcyjnego.

Obecnie do wiercenia szybów naftowych stosuje się dwie główne techniki. W wiercenie poziome, chodzi o wydobywanie ropy, która akurat jest zorientowana przeważnie w bok w stosunku do podłoża. Jest to sytuacja najczęściej obserwowana w łupkach skalnych ze względu na sposób, w jaki formuje się sama skała (ma tendencję do pękania na boki pod wysokim ciśnieniem).

Wiertarka pozioma ma wzór w kształcie litery J, co oznacza, że ​​operatorzy muszą najpierw ustalić, jak daleko należy wiercić prosto w dół, zanim ruszą bardziej poziomo (nie obracać o 90 stopni). Po ustaleniu tej głębokości następnym krokiem jest znalezienie odpowiedniego kąta, aby zoptymalizować dostęp do oleju poniżej i po jednej stronie.

W szczelinowaniu hydraulicznym ("szczelinowanie"), nowsza technika, która wystartowała pod koniec XX wieku, płyn pod wysokim ciśnieniem zawierający piasek i sand inny surowy materiał jest pompowany przez wcześniej wywiercone odwierty, takie jak wspomniane wcześniej odwierty poziome studnie. Pomimo sukcesu szczelinowania z punktu widzenia wydajności, jego konsekwencje ekologiczne sprawiły, że stał się celem dla grup zajmujących się ochroną środowiska.

Na przykład ponad 90 procent płynu potrzebnego do szczelinowania pozostaje w ziemi po jego umieszczeniu, a zapotrzebowanie na wodę jest niezwykle wysokie. Inne obawy dotyczą narażenia na toksyny, wód gruntowych i zanieczyszczenia oraz obniżenia lokalnej jakości powietrza.

Większość wcześniejszych modeli uważanych za część obecnej ery szybów naftowych to wiertnice typu A, które są nadal używane do dziś, głównie w misjach eksploracyjnych. Istnieją wiertła o dużej średnicy (duże otwory) stosowane w sytuacjach, w których chirurgiczna precyzja może nie stanowić problemu.

Rodzaj użytego świdra (rzeczywista część wiertła narzędzia wiertniczego) zależy od lokalnych warunków pod ziemią, w zakresie, w jakim są one znane lub można je przewidzieć. Jeśli na przykład próbka z danego obszaru jest wysoko w wodzie gruntowej, prawdopodobnie zostanie wybrany wydrążony świder. Procesy oceny i wiercenia różnią się tak naprawdę tylko skalą od decyzji, jakiej łopaty użyć do wykopania dziury po słupie na swoim podwórku.

Jak można się domyślić, przenośne platformy wiertnicze pojawiły się po drodze, a typowy model waży spore, ale możliwe do opanowania około 265 funtów. W razie potrzeby można je zamontować na ciężarówkach.

20 kwietnia 2010 r. platforma wiertnicza o nazwie Horizon Deepwater, położony nad Zatoką Meksykańską, kołysany przez południowo-wschodnie wybrzeże Stanów Zjednoczonych, eksplodował, zabijając 11 robotników. W ciągu trzech miesięcy, które nastąpiły, zanim inżynierowie z właściciela platformy, British Petroleum (BP), zdołali przykryć uszkodzone Macondo znacznie poniżej platformy, około 4 miliony galonów ropy naftowej przedostało się do oceanu, co czyni to najgorszym nieszczęściem tego typu pod względem czystości skala.

Po wybuchu toczyły się niezliczone procesy sądowe, których skutki ekologiczne były poważne i nadal oceniane dekadę później. Kiedy zdarzają się takie wpadki, zamknięcie uszkodzonej studni staje się logistycznym koszmarem, zarówno z powodu przebywania pod wodą, jak i fantastycznej presji w grze.

Jeśli chcesz obejrzeć krótki filmik w stylu kreskówkowym przedstawiający działanie szybu naftowego, zobacz Zasoby, gdzie znajdziesz film na YouTube przedstawiający dokładnie to. Mogą być duże i nieporęcznie wyglądające, ale szyby naftowe są eleganckimi i skomplikowanymi maszynami, niezależnie od wszelkich konsekwencji ich gorliwej eksploatacji.