Hur fungerar en olja väl?

Olja är bland de mer mångsidiga substantiv på engelska. Beroende på din senaste erfarenhet och vardagen kan det hända att du hör ordet bilder av stekpanna, aggressiv garvning eller den "tjocka" och "jordnära" lukten av en bilreparation affär.

Men idag har olja - som en gång kallades "svart guld" som en nick till den oundvikliga stora förmögenheten för alla som upptäckte ett stort oljefält under århundraden tidigare - något av ett dåligt rykte.

Fossila bränslen gjorde det möjligt för den mänskliga civilisationen att ta ett teknologiskt och industriellt språng utan motstycke framåt med början på 1800-talet, men olja och dess gamla kolbaserade kusiner är paria av ett slag i dag. Detta beror på att obestridliga bevis har monterats för att visa att olja, trots hela dess värde, inte bara över transportsektorn, men alla andra mänskliga strävanden också, skadar miljön allvarligt när bränt.

Oavsett dina idéer om hur man bäst tillgodoser energibehovet i en värld med en befolkning som överstiger 7 miljarder från och med 2019, alla som någonsin har sett en oljebrunn, även från en avstånd, kan inte låta bli att uppskatta den rena tekniska triumfen som är involverad i att pumpa ut något från marken som inte bara ligger djupt inne i berget utan i sten under havsbotten sig. Oljebrunnar finns i en mängd olika typer och har en mer färgstark historia än du förväntar dig.

"Olja" kan hänvisa till ett antal olika ämnen som är icke-polära och flytande vid rumstemperatur. Många typer av olja ger näringsenergi. De löses inte upp i vatten (det är därför olja är svårt att rengöra med enbart vatten), eftersom deras långa kemiska väte-kolkedjor är hydrofoba ("vattenfruktande"). "Olja" avser i detta sammanhang de saker som finns i betydande koncentrationer i Mellanöstern, utanför Venezuelas kust, Nordamerika och några andra regioner.

Olja (även vanligtvis kallad petroleum, från latin från "petra" eller sten, och oleum, eller olja är en av tre primära fossila bränslen, namnet på ämnen som bildats under många miljoner år från levande material, men inte från faktiska fossiler. De andra två typerna är naturgas och kol. Tillsammans förväntas fossila bränslen ge den stora majoriteten av världens energiförsörjning efter 2050 trots svängande oro från forskare och miljögrupper om den planetariska uppvärmningen som delvis beror på deras förbränning.

Elektricitet, uppvärmning och transport kan anses vara de viktigaste användningarna av olja och dess kohorter, men räckvidden för fossila bränslen sträcker sig långt till tillverkning, livsmedelsberedning, kosmetika och andra industrier väl.

Från och med 2018 gick oljan före naturgas i termer av som bidrog en större andel till amerikansk energiförbrukning, eftersom olja stod på 36 procent till 31 procent för naturgas (och 13 procent för kol, vilket gjorde fossila bränslen ansvariga för 80 procent av amerikanskt bränsle förbrukad). Ökningen i användningen av borrtekniken känd som hydraulisk spräckning, eller "fracking", för att utvinna naturgas från marken, utlöste en kraftig ökning av det bränsleförbrukningen som började på 1990-talet.

Allt tyder på att det kommer att finnas en hög efterfrågan på oljekällor som fungerar väl under överskådlig framtid. Som noterat levererade petroleum 36 procent av det amerikanska energibehovet från och med 2018 och gav nästan hälften av all energi som härrör från fossila bränslen. Dessa "interna" siffror var föremål för snabba förändringar under den första femtedeln av 2000-talet, men på det hela taget fossil Bränslen förväntades stå för nästan samma andel av energiförbrukningen både hemma och globalt 2040.

• År 2017 drev USA igenom nästan 20 miljoner fat råolja per dag. Det är 880 miljoner liter, eller över två och en halv liter per person.

Olja används - och för närvarande, i de flesta fall krävs - för att flytta fordon. (Var inte förvirrad av terminologin: De saker som kallas "bensin" kommer från petroleum, medan naturgas är något helt annat.) Den används också direkt för att värma byggnader och producera elektricitet. Vid tillverkning använder petrokemisk industri petroleum som råvara för att tillverka produkter som plast, lösningsmedel och andra varor.

Till skillnad från tillkomsten av telefon, mänsklig hjärttransplantation eller trådlös radio, finns det ingen person som kan krediteras för att vara ”oljebrunnens uppfinnare.

Oljebrunnar borrades med bambu i Kina långt tillbaka som 347 f.Kr.och detta var ambitiösa projekt: djup upp till 800 fot nåddes med denna teknik. Det var först på 1500-talet att olja som togs från marken användes i dagens lampor.

De första oljekällorna nådde Europa, Kanada och USA på 1850-talet, drivna av löftet om den begynnande Industriell revolution som förlitade sig på tidigare otänkbara mängder kraftproduktion för att upprätthålla sin egen växande tillväxt.

Under hela 1900-talet, införandet av ångåtervinningsmetoder, horisontell borrning och slutligen datorisering fortsatte att växa och forma utvinningsaspekten av den blomstrande oljeindustrin. Mer produktion betyder mer och mer kapabla brunnar, och detta har varit resultatet, tillsammans med några kanske förutsägbara "svarta ögon" på industrin.

• Från och med 2016 hade över 1 500 oljebolag enbart bildats i USA.

Hur lokaliseras olja innan den tas bort från marken, och hur bestämmer petrokemiska ingenjörer huruvida en lokal oljelager är värt kostnaden för att dra tillbaka den från marken på vilket sätt som helst enklast? Medan det mesta av den uppmärksamhet som ges till oljekällor naturligtvis ligger på deras synliga funktion, förstår få människor hur någon vet var de ska sätta dessa imponerande strukturer i första hand.

En särskilt lite känd funktion om oljeutvinning: Även om det är sant att det finns under jord är det inte så att det finns i bekväma pooler eller reservoarer eller till och med flöden, som sap i ett träd. För det mesta måste det tas bort från det inre av faktiska stenar, om än stora. (Tänk dig att du måste genomgå en större käkkirurgi för att få ut en enda besvärlig tand.)

Lyckligtvis för oljeindustrin gör naturen mycket av arbetet med att göra olja tillgänglig genom att skjuta en del av den ur klipporna, som ofta faller under otroligt internt tryck. Detta gör det möjligt för människor som söker olja att hitta ett spår till huvudkällan som ligger djupare inom jorden.

Ett oljebrunnsdiagram krävs för att korrekt följa materialet här, eftersom de flesta av terminologin är okända för de flesta.

Varje oljebrunn måste borras innan utrustning kan ordnas runt hålet, och det är vad som menas med termen "borrigg. "Efter att detta tunga hål har använts för att skapa ett hål var som helst från cirka sex tum till tre meter bredt, förstärks brunnens sidor med hölje tillverkat av olika material i lager.

Oljebrunnpumpanordningen sitter ovanför brunnens topp, där olja som tas bort underifrån riktas mot ena sidan. Detta "produktionsträd"ser lite ut som en häst från sidan och har komponenter med namn att matcha. Tyglen ansluter stången som skjuter vertikalt ner i brunnen till hästens "huvud", som omdirigerar kraften horisontellt längs en gångstråle. En serie utarbetade nivåer, remskivor och växlar leder till drivkraften, källan till mekanisk kraft i motsatta änden av produktionsträdet.

Två huvudsakliga tekniker används för att borra oljebrunnar idag. I horisontell borrningär tanken att extrahera olja som råkar orienteras i mestadels sidled i förhållande till marken. Detta är den situation som oftast observeras i bergskiffer på grund av hur berget själv bildas (det tenderar att spricka i sidled under högt tryck).

En horisontell borrenhet har J-format mönster, vilket innebär att operatörerna först måste ta reda på hur långt de ska borra rakt ner innan de går mer horisontellt (inte en 90-graders sväng). När detta djup har fastställts är nästa steg att hitta rätt vinkel för att optimera tillgången till oljan under och åt sidan.

Vid hydraulisk sprickbildning ("fracking"), en nyare teknik som startade i slutet av 1900-talet, vätska med högt tryck och som innehåller sand och annat grovt material pumpas genom tidigare borrade borrhål, såsom ovan nämnda horisontella borrning brunnar. Trots framgången med frackning ur effektivitetssynpunkt har dess ekologiska konsekvenser gjort det till ett mål för miljögrupper.

Till exempel över 90 procent av vätskan som behövs för frackning kvarstår i marken efter att den har placerats däroch kravet på vatten är mycket högt. Andra problem är toxinexponering, grundvatten och kontaminering och sänkning av lokal luftkvalitet.

De flesta av de tidigare modellerna som ansågs vara en del av den aktuella oljekällan var A-ramriggar, som fortfarande används idag, mestadels i utforskande uppdrag. Det finns borr med stor diameter (stor borrning) som används i situationer där kirurgisk precision kanske inte är ett problem.

Vilken typ av skruv (den faktiska borrdelen av ett borrverktyg) som används beror på lokala förhållanden under jord, i den utsträckning dessa är kända eller kan förutsägas. Om ett exempel från ett visst område är högt i grundvatten, till exempel, är det troligt att en ihålig skruv kommer att väljas. Utvärderings- och borrprocesserna är egentligen bara olika i skala från att du bestämmer vilken typ av spade som ska användas för att gräva ett stolpehål i din bakgård.

Som du kanske har gissat, kom bärbara oljeborriggar in i bilden längs vägen, och en vanlig modell väger en betydande men hanterbar 265 pund eller så. Dessa kan monteras på lastbilar efter behov.

Den 20 april 2010 namngav en oljeplattform Deepwater Horizon, belägen utanför Mexikanska golfen, vaggad av USA: s sydöstra kust, exploderade och dödade 11 arbetare. Under de tre månader som följde innan ingenjörer från riggens ägare, British Petroleum (BP), kunde täcka den skadade Macondo långt under riggen, uppskattningsvis 4 miljoner liter råolja tog sig in i havet, vilket gör detta till det värsta olyckan av sin typ när det gäller ren skala.

Otaliga rättegångar följde efter explosionen, vars ekologiska effekter var allvarliga och fortfarande utvärderades ett decennium senare. När sådana olyckor inträffar blir det att täcka den skadade brunnen en logistisk mardröm på grund av att det är både under vattnet och det fantastiska trycket i spel.

Om du vill titta på en kortfilm i tecknad stil av en oljekälla i drift, se Resurser för en YouTube-video som visar exakt detta. De kan vara stora och otrevliga, men oljekällor är eleganta och detaljerade maskiner, trots konsekvenser av deras nitiska användning.