Kako deluje naftni vodnjak?

Olje je med bolj vsestranskimi samostalniki v angleškem jeziku. Slišati besedo lahko vzbuja odvisno od vaše nedavne izkušnje in narave vašega vsakdana podobe kuhanega mešanice, agresivno porjavitev ali "gost" in "zemeljski" vonj popravila trgovina.

Toda danes ima nafta, nekoč imenovano "črno zlato", kot naklon neizogibni bogastvu vsakogar, ki je v preteklih stoletjih odkril veliko naftno polje, nekaj slabega slovesa.

Fosilna goriva so človeški civilizaciji omogočila tehnološki in industrijski preskok brez primere po vsem svetu naprej, začenši v 19. stoletju, vendar so nafta in njeni stari bratranci na osnovi ogljika neke vrste parije danes. To je zato, ker so neizpodbitni dokazi pokazali, da je olje, ne glede na njegovo vrednost, ne glede na to prometnem sektorju, vendar tudi vsa druga prizadevanja človeka resno škodijo okolju, ko pogorel.

Ne glede na vaše ideje o tem, kako najbolje odgovoriti na energetske potrebe sveta s 7 milijardami prebivalcev od leta 2019, lahko kdor koli, ki je kdaj videl naftno vrtino, tudi s razdalji, ne morem pomagati, ampak ceniti sam inženirski triumf, povezan s črpanjem nečesa iz zemlje, ki ni le globoko v skali, ampak v skali pod dnom oceana sama. Naftne vrtine so različnih vrst in imajo bolj pestro zgodovino, kot bi lahko pričakovali.

"Olje" se lahko nanaša na številne različne snovi, ki so nepolarne in so tekoče pri sobni temperaturi. Številne vrste olja zagotavljajo hranilno energijo. Ne raztopijo se v vodi (zato je olje težko očistiti samo z vodo), saj so njihove dolge kemično verige vodik-ogljik hidrofobne ("strah pred vodo"). "Nafta" se v tem kontekstu nanaša na snovi, ki jih najdemo v pomembnih koncentracijah na Bližnjem vzhodu, ob obali Venezuele, Severne Amerike in nekaterih drugih regijah.

Nafta (navadno imenovana tudi nafta, iz latinščine "petra" ali kamnina in oleum ali olje je ena od treh primarnih fosilna goriva, ime snovi, ki so nastajale več milijonov let iz živih materialov, čeprav ne iz dejanskih fosilov. Drugi dve vrsti sta zemeljski plin in premog. Kljub temu naj bi fosilna goriva skupaj zagotavljala veliko večino svetovne oskrbe z energijo po letu 2050 zaskrbljenost znanstvenikov in okoljskih skupin glede segrevanja planetov, ki je delno posledica njihovega zgorevanje.

Električna energija, ogrevanje in prevoz bi lahko bili glavni načini uporabe nafte in njenih skupin, vendar doseg fosilnih goriv sega daleč v predelovalne dejavnosti, pripravo hrane, kozmetiko in druge panoge no.

Od leta 2018 je nafta prehitevala zemeljski plin, kar je prispevalo večji delež k ameriški porabi energije, saj je nafta znašala od 36 do 31 odstotkov za zemeljski plin (in 13 odstotkov za premog, zaradi česar so fosilna goriva odgovorna za 80 odstotkov ameriškega goriva porabljen). Povečanje uporabe vrtalne tehnike, znane kot hidravlično lomljenje, ali "fracking" za pridobivanje zemeljskega plina iz tal je sprožil porast porabe goriva v začetku devetdesetih let.

Vse kaže, da bo v bližnji prihodnosti veliko povpraševanje po pravilno delujočih naftnih vrtinah. Kot smo že omenili, je nafta od leta 2018 oskrbovala 36 odstotkov ameriških potreb po energiji in prinesla skoraj polovico vse energije, pridobljene iz fosilnih goriv. Te "notranje" številke so se v prvi petini 21. stoletja hitro spreminjale, toda na splošno so fosilni Pričakovati je bilo, da bodo goriva v državi skoraj enak delež porabe energije tako doma kot po svetu 2040.

• Leta 2017 so ZDA dnevno oskrbovale skoraj 20 milijonov 44-litrskih sodčkov surove nafte. To je 880 milijonov litrov ali več kot dve litri in pol na osebo.

Olje se uporablja - in trenutno je v večini primerov potrebno - za premikanje vozil. (Naj vas terminologija ne zmede: "bencin" prihaja iz nafte zemeljski plin je nekaj povsem drugega.) Uporablja se tudi neposredno za ogrevanje stavb in proizvodnjo elektrika. V predelovalnih dejavnostih petrokemična industrija uporablja nafto kot surovino za izdelavo izdelkov, kot so plastika, topila in drugo blago.

Za razliko od pojava telefona, presaditve človeškega srca ali brezžičnega radia ni nobene osebe, ki bi ji lahko pripisali zasluge, da je "izumitelj naftnih vrtin".

Naftne vrtine so na Kitajskem vrtali z bambusom že leta 347 pr, in to so bili ambiciozni projekti: s to tehnologijo so dosegli globine do 800 čevljev. Šele v petnajstih letih prejšnjega stoletja je bilo v dnevnih svetilkah uporabljeno olje, odvzeto s tal.

Prve naftne vrtine so dosegle Evropo, Kanado in ZDA v petdesetih letih prejšnjega stoletja, ki jih je vodila obljuba o novonastalih Industrijska revolucija, ki se je zanašala na prej nepredstavljive količine proizvodnje električne energije rastoča rast.

Skozi 20. stoletje je bila uvedba postopki pridobivanja pare, vodoravno vrtanje in končno informatizacija še naprej rasla in oblikovala ekstrakcijski vidik cvetoče naftne industrije. Več proizvodnje pomeni vedno bolj sposobne vrtine, kar je bil rezultat, skupaj z nekaterimi morda predvidljivimi "črnimi očmi" na panogi.

• Od leta 2016 je bilo samo v ZDA registriranih več kot 1500 naftnih družb.

Kako se olje dejansko nahaja, preden ga odstranimo iz zemlje, in kako določajo inženirji petrokemije ali se locirana zaloga nafte splača umakniti iz zemlje s kakršnimi koli sredstvi najlažje? Medtem ko večina pozornosti, namenjene naftnim vrtinam, seveda leži na njihovi vidni funkciji, le malo ljudi razume, kako kdo ve, kam sploh postaviti te impozantne strukture.

Ena posebej malo znana lastnost pridobivanja olja: Res je, da je bila najdena pod zemljo ni tako, da obstaja v priročnih bazenih ali rezervoarjih ali celo teče, na primer sok na drevesu. Večinoma ga je treba odstraniti iz notranjosti dejanskih kamnin, čeprav velikih. (Predstavljajte si, da bi morali imeti večjo operacijo čeljusti, da bi vam izvadili en težaven zob.)

Na srečo za naftno industrijo narava veliko dela, da nafto da na razpolago tako, da jo nekaj potisne iz kamnin, ki pogosto pridejo pod neverjeten notranji pritisk. To ljudem, ki iščejo olje, omogoča iskanje poti do glavnega vira, ki se nahaja globlje znotraj Zemlje.

Za pravilno sledenje gradivu je potreben diagram naftnih vrtin, saj večina terminologije večini ljudi ni znana.

Vsako naftno vrtino je treba izvrtati, preden je mogoče opremo razporediti po luknji, in to je tisto, kar pomeni izraz "vrtalni stroj"Potem ko se s tem težkim izvrtinom ustvari luknja, široka približno šest do tri metre, so stranice vodnjaka ojačane s plaščem iz različnih materialov.

Naprava črpalke za naftni vrt se nahaja nad vrhom vrtine, kjer je olje, odvzeto od spodaj, usmerjeno na eno stran. Ta "drevo proizvodnje"izgleda kot konj s strani in ima sestavne dele z imeni, ki se ujemajo. Uzda povezuje palico, ki potiska navpično navzdol v vodnjak, s konjsko "glavo", ki vodoravno preusmeri silo vzdolž sprehajalnega nosilca. Niz dovršenih nivojev, jermenic in zobnikov vodi do premikača, vira mehanske moči na nasprotnem koncu drevesa proizvodnje.

Danes se za vrtanje naftnih vrtin uporabljata dve glavni tehniki. V vodoravno vrtanje, ideja je pridobiti olje, ki je usmerjeno v pretežno bočno smer glede na tla. To je stanje, ki ga najpogosteje opazimo v kamnitih skrilavcih zaradi načina nastanka same kamnine (ponavadi se pod visokim pritiskom lomi bočno).

Vodoravna vrtalna enota ima vzorec v obliki črke J, kar pomeni, da morajo njeni operaterji najprej ugotoviti, kako daleč vrtati naravnost navzdol, preden se usmerijo bolj vodoravno (ne za 90 stopinj). Ko je ta globina ugotovljena, je naslednji korak iskanje pravega kota za optimizacijo dostopa do olja spodaj in na eno stran.

Pri hidravličnem lomljenju ("fracking"), novejša tehnika, ki se je začela konec 20. stoletja, tekočina pod visokim pritiskom, ki vsebuje pesek in drugi surovi material se črpa skozi predhodno izvrtane izvrtine vrtin, kot je omenjeno vodoravno vrtanje vodnjaki. Kljub uspehu frackinga z vidika učinkovitosti so zaradi njegovih ekoloških posledic tarča okoljskih skupin.

Na primer, čez 90 odstotkov tekočine, ki je potrebna za fraking, ostane v tleh, potem ko jo vnesemo, in potreba po vodi je izredno velika. Drugi pomisleki vključujejo izpostavljenost toksinom, podtalnici in onesnaženju ter zniževanje lokalne kakovosti zraka.

Večina prejšnjih modelov, za katere se je štelo, da so del sedanje dobe naftnih vrtin, so bile ploščadi A-frame, ki se uporabljajo še danes, večinoma v raziskovalnih misijah. Obstajajo vrtalniki velikega premera, ki se uporabljajo v primerih, ko kirurška natančnost morda ne bo problem.

Vrsta uporabljenega polža (dejanski del vrtalnega orodja) je odvisna od lokalnih pogojev pod zemljo, kolikor so ti znani ali jih je mogoče predvideti. Če je na primer vzorec z določenega območja visoko v podtalnici, je verjetno izbran votel polž. Postopki ocenjevanja in vrtanja se v resnici razlikujejo le od tega, da se odločite, kakšno lopato boste uporabili za kopanje luknje na dvorišču.

Kot ste morda že slutili, so se med potjo na pot pojavile prenosne ploščadi za vrtanje nafte, običajni model pa tehta precejšnjih, a obvladljivih 265 kilogramov. Po potrebi jih je mogoče namestiti na tovornjake.

20. aprila 2010 je naftna ploščad z imenom Globokomorski obzor, ki se nahaja ob Mehiškem zalivu, ob vzhodni obali ZDA je eksplodiralo in ubilo 11 delavcev. V treh mesecih, ki so sledili, preden so inženirji lastnika ploščadi, British Petroleum (BP), lahko pokvarjeni Macondo zaprli precej spodaj ploščad, približno 4 milijone litrov surove nafte se je napotilo v ocean, zaradi česar je to najhujša nesreča te vrste v smislu lestvica.

Po eksploziji je sledilo nešteto tožb, katerih ekološki učinki so bili hudi in jih še desetletje ocenjujejo. Ko pride do takšnih nezgod, pokrov poškodovanega vodnjaka postane logistična nočna mora, tako zaradi podvodnosti kot zaradi fantastičnih pritiskov v igri.

Če si želite ogledati risani kratki film o delujoči naftni vrtini, glejte Vire za YouTube video, ki prikazuje točno to. Morda so velike in okornega videza, toda naftne vrtine so elegantni in dodelani stroji, ne glede na posledice njihove goreče uporabe.