rozwiązanie (bez bomb atomowych) problemu wycieku węglowodorów po wypadku na platformie morskiej Deep Water Horizon (Zatoka Meksykańska)
W poszukiwaniu rozwiązania
30 czerwca – 5 lipca 2010 roku
Przyczyną katastrofy, która miała miejsce w odległości 60 km od wybrzeża Luizjany, na platformie morskiej Deep Water Horizon, była wybuchowa eksplozja – nagła wypływ węglowodorów podczas wiercenia otworu na dnie oceanu. Wystarczy spojrzenie do Wikipedii, by zobaczyć, że liczne platformy, zarówno lądowe, jak i morskie, doświadczyły tego typu nagłego wypływu podczas wiercenia.
Urządzenie BOP (blow out preventer) zazwyczaj wyposaża się w każdy wiercony otwór i umożliwia natychmiastowe zamknięcie rury wiertniczej, po prostu zgnieceniu jej. Zabezpiecza to przed nagłym wzrostem ciśnienia, który może wynosić od 300 do 1000 barów.
Italskie urządzenie BOP, stosowane na wierconych otworach.
Poniższy obrazek pokazuje rozmiary tego urządzenia:
Urządzenie BOP
Na stronie internetowej można zobaczyć animację działania zestawu dwóch jednostek, które działają przez przetarcie rury wiertniczej.
Zestaw dwóch urządzeń BOP, zaciskających rurę wiertniczą
To samo zdjęcie po przetarcie rury w dwóch miejscach.
Te urządzenia mogą być uruchamiane z platformy przez personel lub automatycznie, za pomocą czujników dźwiękowych umieszczonych w pobliżu wierconego otworu, które wykrywają nagły wzrost ciśnienia, spowodowany tym, że wiertło nagle napotka pustą przestrzeń wypełnioną węglowodorami pod wysokim ciśnieniem, niezależnie od przyczyny tego ciśnienia. Na głębokości 10 km może to być ciśnienie tectoniczne, związane z ruchem płyt tektonicznych. Przeczytałem w artykułach opublikowanych w internecie, że głębokość wiercenia na platformie Deep Water Horizon wynosiła 5000 metrów.
Dla nieznanej przyczyny, której może nigdy nie odkryć, chyba że ktoś z personelu zdradzi, BP postanowiło pozostać przy ręcznym systemie sterowania z platformy. Wtedy doszło do wybuchu, który wyrzucił na powierzchnię ogromną pęcherz metanu, który zapalił się na powierzchni, natychmiast spalając platformę, zabijając jedenastu robotników i raniąc siedemnaście innych. W środku tego oceanu ognia nie było możliwości aktywowania urządzeń BOP. Ogień rozprzestrzenił się po całej platformie, która nadal paliła się, została ewakuowana w pośpiechu i zatonęła dwa dni później.
Robert Kennedy Jr., prawnik specjalizujący się w sprawach środowiskowych, opublikował artykuł z 10 maja 2010 roku w Huffington Post, w którym poważnie oskarżył firmę zarządzającą tym wierceniem. Według niego, urządzenie wyzwalane sygnałem dźwiękowym jest obowiązkowe na platformach w wielu krajach. Jednak gdy administracja Busha objęła władzę w USA, pod wpływem Dicka Cheneya, firmy wiercące na morzu zostały zwolnione z konieczności instalacji tego urządzenia, kosztującego zaledwie 500 000 dolarów (koszt pół dnia pracy na platformie morskiej). Według Roberta Kennedy'ego Jr. amerykańska administracja jest siedzibą systematycznej korupcji, udzielającą zezwoleń i zwolnień najbardziej oferującym.
Zróbmy małą przerwę, by wyjaśnić podstawy wiercenia węglowodorów.
Poniżej pokazano, jak działa wiercony derrick na lądzie.
Derrick napędza wiertło, często wyposażone w trzy obracające się ścięciowe kółka.
Wiertło (trochę zużyte). W środku otwór do wtrysku wody wiertniczej
Rury wiertnicze mają standardową długość (30 stóp, czyli trochę więcej niż 9 metrów). Rury zapasowe są zazwyczaj ułożone przy derricku. Wstawia się je kolejno, łącząc je śrubami o standardowym skoku. Ostatnia wstawiona rura jest połączona z mocnym „rurą kwadratową”, która jest zamocowana w obrotowej stole, która sama jest napędzana przez silnik. Gdy kolejna rura wiertnicza została wciśnięta, ruch się zatrzymuje. Rura jest odłączona od rury kwadratowej, która jest podnoszona. Wstawia się nową rurę, wkręca się ją i podłącza do jej części górnej do rury kwadratowej. Następnie rura kwadratowa ponownie jest zamocowana w stole obrotowym, a silnik ponownie uruchamiany. Wiercenie kontynuuje się.
Widzimy, że wiercenie na głębokości 1000 metrów w skale wymaga 100 rur wiertniczych. Jeśli wiercenie Deep Water Horizon osiągnęło 5000 metrów, a operacja trwała 78 dni, to oznacza 7 rur dziennie.
Średnica wiercenia, określona przez średnicę wycięcia wiertła, jest większa niż średnica rury wiertniczej, co pozostawia przestrzeń między nią a wydrążonym kanałem w skale lub osadach – przestrzeń, która pozwala na wypływ odłamków i montaż „kapsuły” („tubu”), kontaktującego się z skałą przez beton.
Wiertło potrzebuje chłodzenia. Chłodzenie to odbywa się za pomocą cieczy, która jest wtryskiwana pod ciśnieniem przez rurę wiertniczą i wypływa po jej obwodzie, zabierając ze sobą odłamki skał. W wierceniach węglowodorów używa się specjalnej wody wiertniczej, opartej na glinie i polimerach, która ma właściwości zarówno smarujące, jak i tiksotropowe. Ta woda zachowuje płynność, jeśli jest w ruchu, ale przyjmuje postać ciała stałego, jeśli ruch się zatrzyma. Dlatego, gdy wiercenie zostaje zatrzymane, ta substancja pozostaje na miejscu. Bez tej kluczowej właściwości byłoby niemożliwe wykonywanie wierceń. Gdy praca wiercenia się wznowi, woda wiertnicza ponownie staje się płynna.
To dokładnie ta sama właściwość, jaką mają piaski ślizgające się, które można spotkać w estuariach, jak np. w Bénodet, w Bretonii. Mówię to, ponieważ gdy miałem jedenaście lat i byłem w obozie harcerskim, ledwo nie zniknąłem w takim miejscu, a gdyby nie miałem przy sobie gałązki sosnowej, nie byłbym tutaj, by to opowiedzieć.
W niski przyprzyn, szedłem po tej czarnej, wydającej się twardej mazi, kiedy nagle zniknąłem w niej do połowy tułowia. Zdenerwowanie mojego kroku wystarczyło, by spowodować natychmiastową zmianę fazy. Ale z powodu mojej nieruchomości, ta tiksotropowa mazia natychmiast ponownie przybrała stałą postać, mocno trzymając połowę mojego ciała. Pomyślałem i użyłem swojej gałązki jako podpory, by się wydostać z pułapki. Ale nie było to łatwe, proszę mi wierzyć.
Klasyczny składnik wody wiertniczej nazywa się bentonią, która jest oparta na glinie, a jej gęstość wynosi około 1,8. Ta gęstość odgrywa kluczową rolę w zapobieganiu wypływowi węglowodorów poprzez prosty efekt ciśnienia hydrostatycznego.
10 metrów wody = 1 atmosfera, czyli 1 bar
10 metrów bentonitu: 1,8 atmosfery, czyli 1,8 kilograma na centymetr kwadratowy.
Weźmy przykład wiercenia morskiego na platformie Deep Water. Ona wystaje nad dnem o 1500 lub 1600 metrów. Jeśli dodamy tę głębokość do głębokości (przyjętej) wiercenia, otrzymamy 6600 metrów, czyli ciśnienie wody wiertniczej na poziomie wiertła wynosi 1188 barów. To ciśnienie zapobiega wypływowi węglowodorów do platformy na powierzchni. To ciśnienie spada do 660 barów, gdy woda wiertnicza została zastąpiona wodą morską.
Pierwsze platformy węglowodorowe pracowały w kilkudziesięciu metrach wody, opierając się na stałych nogach. Dlaczego wiercenia morskie? Bo nie było powodu, by nie znaleźć ropy naftowej w regionach skorupy ziemskiej pokrytych oceanami. Wiercenia morskie przed Teksasem znajdują się po prostu na kontynuacji podmorskiej pól ropy naftowej tego stanu. Pierwsze wiercenia morskie miały miejsce w Zatoce Meksykańskiej. Na początku lat sześćdziesiątych, podczas kryzysu ropy, Anglikowie i Norwegowie rozwijali eksploatację zasobów gazowych i ropy naftowej w Morzu Północnym, na głębokościach o niewielkiej głębokości.
Uwaga: w tych wierceniach angielskich i norweskich systemy wyzwalania urządzeń BOP są wszystkie automatyczne, uruchamiane przez czujnik dźwiękowy. To tam jest uznawane za obowiązkową miarę bezpieczeństwa.
Aby wytrzymać burze, platformy muszą mieć od razu ogromne rozmiary.
Kiedy zaczęto rozważać instalację platform na dnie głębszym niż 300 metrów, nie było już możliwe oparcie ich na dnie. Zaczęto więc kierować się ku strukturą pływającej. Na początku te platformy były zaczepione do dna. Ale gdy głębokość wzrosła, okazało się możliwe ich pozycjonowanie za pomocą silników, przy czym struktura automatycznie centrowała się nad wierconym otworem, znajdującym się tuż przy dnie. Najnowsze platformy, zaprojektowane do bardzo głębokich wierceń, są „półzatopione”. Mogą pływać na ogromnych komorach, które służą do przechowywania płynu o średniej gęstości 0,9 w stosunku do wody. Ta ogromna masa nadaje im inercję, sprawiając, że są praktycznie niewrażliwe na najmocniejsze fale i burze. Taką platformą była Deep Water Horizon. Problem techniczny, który musiał zostać rozwiązany, dotyczył wytrzymałości mechanicznej części wyrastającej z rury wiertniczej, nazywanej „riser” (która wyrasta), pod wpływem własnej wagi.
Ta technologia rozwijała się szybko, a obecnie można prowadzić wiercenia na głębokościach do 2000 metrów (aktualny rekord: głębokość 2500 metrów w Alasce). Naftowcy celują w jeszcze większe głębokości – „horyzont trzech tysięcy metrów”. W nadchodzących latach nastąpi wyścig o głębokość, ponieważ odkryto ogromne złoża morskie na głębokościach od trzech do pięciu tysięcy metrów, a nawet siedmiu tysięcy metrów, w odległości setek kilometrów od wybrzeża Brazylii.
Przypadkiem wspomnijmy, że prezydent brazylijski Lula nie chce, jak wcześniej, oddać tych pól ropy obcym firmom za pomocą koncesji. Chce, by brazylijska ropa była wydobywana przez Brazylijczyków. Chce również, by dochody z tej eksploatacji przynosiły korzyści całej populacji brazylijskiej, a nie tylko państwom przybrzeżnym wokół miast, takich jak Rio de Janeiro.
Przyszły „katastrofa lotnicza” w perspektywie?
AGIP (Azienda Generale Italiana Petrol) została założona w 1926 roku w Włoszech. Po wojnie, w 1950 roku, Enrico Mattei, który walczył z Niemcami podczas II wojny światowej od 1943 roku, został powołany do rozbrojenia tej struktury pochodzącej z faszyzmu włoskiego. Jednak w tym czasie odkryto złoże gazu naturalnego w dolinie Po. Mattei porzucił ten projekt i zasugerował rządowi włoskiemu z czasów, by narodowizować sektor energetyczny Włoch, co zostało zrealizowane poprzez utworzenie ENI (Ente Nazionale idrocarburi), której pierwszym prezesem został on sam.
Enrico Mattei, zabity w 1962 roku
Mattei rozwinął wtedy bardzo dynamiczną politykę poszukiwania ropy, jej przetwarzania i dystrybucji, zajmując rynki ropy dzięki umowie „pięćdziesiąt na pięćdziesiąt”, która pozwalała krajom posiadającym złoża ropy i gazu naftowego na korzystanie z tej masy. Na końcu lat pięćdziesiątych cała Włochy była wypełniona stacjami benzynowymi z słynnym herbarzem rzymskiej wilczycy, którą nieznajomy z Wikipedii nazywa „psem z sześcioma nogami”.
Lepsze warunki, jakie Mattei udzielał krajom posiadającym złoża, nie podobały się Karcie. Ostatecznie został wyeliminowany przez sabotaż swojego prywatnego samolotu. W 1972 roku film L’Affaire Mattei otrzymał Złoty Lwia na festiwalu w Kani. Główną rolę grał aktor Gian Maria Volontè. Ale po premiery film został kupiony przez amerykańską firmę Paramount, która go zatopiła. Obecnie nie ma żadnej kopii CD ani DVD tego filmu, ani nie jest on dostępny w kinotekach.
Koniec tej rozważania. Odkrycia dokonane (przez brazylijskich geologów) głębokich złoża ropy naftowej u wybrzeża Brazylii, niezwykle bogate, prowadzą nas do pytania o tę „zaburzoną głowę” skupioną na „pikie ropy”. Jeśli eksploatacja morska będzie się rozwijać, niezliczone złoża pozostają do odkrycia i wykorzystania. Czy rzadkość ropy na tej planecie nie będzie miała miejsca już jutro? Szacunki mówią, że w nadchodzących dekadach, jeśli eksploatacja morska się rozwinie, może stanowić 80% pokrycia nowych potrzeb.
Możliwości oferowane przez tę głęboką eksploatację morską, której nie postrzegamy granic, skupiają wszystkie wysiłki naftowców, a wyobrażamy sobie znaczenie polityczne: niezależność energetyczna od krajów OPEP (Organizacji Krajów Eksportujących Ropę). Takie znaczenie, że podczas wywiadów „odpowiedzialni” z firm mówią, że nie ma możliwości przerwania wyścigu ku temu nowemu Eldoradu. Mimo że wiadomo, że Obama właśnie wydał moratorium na wiercenia głębokie na sześć miesięcy. Firmy wybuchają, widząc dzienny koszt utrzymania platformy w stanie technicznym. Ale bardzo prawdopodobne, że amerykański podatnik poniesie koszt tej utraty przychodu.
By dotrzeć do tych „dżungli”, firmy są gotowe (nas) podjąć wszystkie ryzyka.
W trakcie tego, zestaw BOP (urządzeń zapobiegających wybuchowi) znajduje się na dnie, w pobliżu wierconego otworu.
Zestaw urządzeń BOP w wierceniu morskim
Eksploatacja morska jest droższa niż eksploatacja lądowa. Ustawienie platformy jak Deep Water Horizon kosztuje milion dolarów dziennie. Inny aspekt, który wynika natychmiast z przedstawionego schematu: woda wiertnicza zazwyczaj nie może być odzyskana. Opada przez rurę wiertniczą i po powrocie gromadzi się na powierzchni oceanu.
Wysoka gęstość tej wody jest elementem niezbędnym do zapobiegania nagłemu wypływowi węglowodorów. Załóżmy, że głębokość wiercenia pod platformą Deep Water Horizon wynosiła 5000 metrów. Otwór pod wiertłem wywiera na skałę ciśnienie równe
(1600 metrów głębokości wody + 5000 metrów wiercenia) × 1,8 = 1188 barów.
Jeśli zamiast wtryskiwać wodę wiertniczą, naftowcy używają wody morskiej do chłodzenia i smarowania (oszczędności), system nie może już utrzymać ciśnienia powyże