giải pháp (không dùng bom nguyên tử) cho sự rò rỉ hydrocacbon sau tai nạn tại giàn khoan ngoài khơi Deep Water Horizon của BP (Vịnh Mexico)
Tìm kiếm một giải pháp
30 tháng 6 năm 2010 - 5 tháng 7 năm 2010
Nguyên nhân của thảm họa xảy ra cách bờ Louisiana khoảng 60 km, tại giàn khoan ngoài khơi Deep Water Horizon, là do một hiện tượng "bùng nổ" (blow out), tức là sự trồi lên đột ngột của hydrocacbon trong quá trình khoan một giếng ở đáy đại dương. Chỉ cần một cái nhìn qua Wikipedia cho thấy nhiều giàn khoan, cả trên cạn lẫn dưới biển, đã từng trải qua hiện tượng phun trào đột ngột trong quá trình khoan.
Một thiết bị BOP (thiết bị ngăn chặn bùng nổ) thường được trang bị cho mọi đầu giếng khoan, và có thể đóng ngay lập tức ống khoan chỉ bằng cách ép chặt nó, giúp kiểm soát áp suất tăng đột ngột lên tới 300 đến 1000 bar.
Một hệ thống BOP kiểu Ý, được lắp đặt trên đầu giếng khoan.
Hình ảnh sau đây cho thấy kích thước của thiết bị:
Một thiết bị BOP
Trên mạng, một đoạn phim hoạt hình minh họa cách hoạt động của một bộ hai thiết bị BOP, hoạt động bằng cách cắt đứt ống khoan.
Một bộ hai thiết bị BOP, siết chặt ống khoan
Cùng một thiết bị, sau khi cắt đứt ống khoan tại hai vị trí.
Các thiết bị này có thể được điều khiển từ giàn khoan bởi nhân viên, hoặc tự động hoạt động nhờ các cảm biến âm thanh đặt gần đầu giếng khoan, phát hiện sự tăng áp suất đột ngột, do mũi khoan đột ngột chạm vào một hốc chứa hydrocacbon dưới áp suất cao, bất kể nguồn gốc áp suất là gì. Ở độ sâu 10 km, áp suất này có thể do hoạt động kiến tạo, liên quan đến sự dịch chuyển của các mảng kiến tạo. Tôi đọc được trên các tài liệu trên mạng rằng, đối với Deep Water Horizon, độ sâu khoan được cho là 5000 mét.
Do một lý do chưa bao giờ được làm rõ, trừ khi nhân viên nào đó tiết lộ, BP đã quyết định chỉ sử dụng hệ thống điều khiển thủ công từ giàn khoan. Một hiện tượng bùng nổ đã xảy ra, phun lên mặt nước một lượng khí metan khổng lồ, bốc cháy ngay lập tức trên mặt nước, thiêu rụi giàn khoan, giết chết 11 công nhân và làm bị thương 17 người khác. Giữa biển lửa bao trùm, không thể kích hoạt các BOP. Lửa lan nhanh khắp giàn khoan, khiến nó tiếp tục cháy, phải sơ tán khẩn cấp và chìm xuống biển sau hai ngày.
Robert Kennedy Jr, luật sư chuyên về các vấn đề môi trường, đã đăng một bài viết ngày 10 tháng 5 năm 2010 trên Huffington Post, nơi ông đưa ra những cáo buộc nghiêm trọng đối với công ty điều hành giàn khoan này. Theo ông, thiết bị kích hoạt bằng tín hiệu âm thanh bắt buộc phải được lắp đặt trên các giàn khoan dầu ở nhiều quốc gia. Nhưng khi chính quyền Bush lên nắm quyền tại Hoa Kỳ, dưới sự can thiệp của Dick Cheney, các công ty khai thác dầu ngoài khơi được miễn phải lắp thiết bị này, dù chi phí chỉ khoảng 500.000 đô la Mỹ (tương đương nửa ngày làm việc trên giàn khoan). Theo Robert Kennedy Jr, chính quyền Mỹ bị tham nhũng hệ thống, cấp phép và miễn trừ cho những ai trả giá cao nhất.
Chúng ta hãy tạm dừng để tìm hiểu về nguyên lý cơ bản của khoan dầu.
Dưới đây là cách hoạt động của một giàn khoan trên cạn.
Giàn khoan điều khiển một mũi khoan, thường được trang bị ba đá mài quay.
Một mũi khoan (đã bị mòn một chút). Ở trung tâm là lỗ phun dung dịch khoan.
Các thanh khoan có chiều dài tiêu chuẩn (30 feet, tức hơn 9 mét). Các ống dự trữ thường được đặt dọc theo giàn khoan. Chúng được lắp đặt dần dần bằng cách vặn nối vào nhau theo một bước ren tiêu chuẩn. Ống cuối cùng được lắp nối với một "ống vuông" chắc chắn ở phần trên, nằm kẹp trong một "bàn xoay", được truyền động bởi một động cơ. Khi một thanh khoan tiếp theo đã lún sâu, ta dừng chuyển động. Tháo rời thanh khoan khỏi ống vuông, nâng ống vuông lên. Lắp một thanh khoan mới, vặn vào và nối phần trên vào ống vuông. Sau đó, ống vuông được kẹp lại vào bàn xoay, động cơ được khởi động lại. Quá trình khoan tiếp tục.
Bạn có thể thấy rằng một giếng khoan sâu 1000 mét trong đá sẽ sử dụng 100 thanh khoan. Nếu giếng khoan Deep Water Horizon sâu 5000 mét và quá trình kéo dài 78 ngày, tức là trung bình mỗi ngày khoan 7 thanh.
Đường kính giếng khoan, xác định bởi đường kính cắt của mũi khoan, lớn hơn đường kính ống khoan, tạo ra khoảng trống giữa ống khoan và lỗ khoan trong đá hoặc trầm tích, khoảng trống này cho phép các mảnh vụn khoan trồi lên và lắp đặt một "ống lót" (casing), một "ống bảo vệ" tiếp xúc với đá bằng bê tông.
Mũi khoan cần được làm mát. Việc làm mát được thực hiện bằng một chất lỏng được phun vào ống khoan dưới áp suất, và trôi lên theo viền ngoài ống, mang theo các mảnh đá vụn. Trong khoan dầu, người ta sử dụng một loại "dung dịch khoan" đặc biệt, dựa trên đất sét và polymer, có tính chất vừa bôi trơn vừa thixotropic. Chất này giữ được độ chảy nếu được duy trì chuyển động, nhưng khi ngừng chuyển động sẽ trở nên đặc như chất rắn. Do đó, khi dừng khoan, chất này sẽ giữ nguyên vị trí. Nếu không có tính chất quan trọng này, việc khoan sẽ không thể thực hiện được. Khi khoan tiếp tục, dung dịch khoan sẽ trở lại trạng thái chảy.
Đây chính là tính chất của "cát lún", mà bạn có thể gặp ở các cửa sông, như ở Bénodet, vùng Bretagne. Tôi nói điều này vì khi tôi 11 tuổi, đang ở một trại thiếu nhi, tôi gần như đã bị chìm vào loại cát này, và nếu không có một cành thông mà tôi mang theo, tôi đã không còn sống để kể lại câu chuyện này.
Khi thủy triều xuống, tôi đi trên một lớp bùn đen, trông có vẻ chắc chắn, thì bỗng nhiên tôi chìm đột ngột đến tận hông. Sự rung động của bước chân tôi đã đủ để gây ra sự thay đổi pha tức thì. Nhưng do tôi đứng yên, lớp bùn thixotropic đã nhanh chóng trở lại trạng thái rắn, giữ chặt nửa thân mình tôi. Tôi suy nghĩ và dùng cành cây làm điểm tựa để trèo ra khỏi cái bẫy. Nhưng đó không phải là việc dễ dàng, tôi xin bạn tin điều đó.
Thành phần tiêu chuẩn của dung dịch khoan dầu được gọi là bentonite, dựa trên đất sét, có mật độ khoảng 1,8. Mật độ này đóng vai trò then chốt trong việc ngăn chặn sự trồi lên của hydrocacbon, chỉ bằng hiệu ứng áp suất thủy tĩnh.
10 mét nước = 1 atm, hay 1 bar
10 mét bentonite: 1,8 atm, 1,8 kg trên mỗi cm².
Xét trường hợp khoan ngoài khơi tại giàn Deep Water. Giàn khoan nằm trên đáy biển sâu 1500 hoặc 1600 mét. Nếu cộng độ sâu này với độ sâu (được cho là) của giếng khoan, ta được 6600 mét, tức là áp suất dung dịch khoan tại mũi khoan là 1188 bar. Áp suất này ngăn cản hydrocacbon trồi lên giàn khoan ở mặt nước. Áp suất này giảm xuống còn 660 bar khi dung dịch khoan bị thay bằng nước biển.
Các giàn khoan đầu tiên hoạt động ở độ sâu vài chục mét, đặt trên các chân đế chắc chắn. Tại sao phải khoan ngoài khơi? Vì không có lý do gì để không tìm thấy dầu ở những vùng lớp vỏ Trái Đất được bao phủ bởi đại dương. Các giàn khoan ngoài khơi ở Texas chỉ đơn giản là mở rộng các mỏ dầu trên đất liền. Các giàn khoan ngoài khơi đầu tiên được thực hiện ở Vịnh Mexico. Vào đầu những năm 1970, trong bối cảnh khủng hoảng dầu mỏ, người Anh và Na Uy đã phát triển khai thác nguồn tài nguyên khí và dầu ngoài khơi ở Biển Bắc, trên các đáy biển nông.
Một điểm chính xác: trong các giếng khoan ở Anh và Na Uy, các hệ thống kích hoạt BOP đều tự động, được điều khiển bởi cảm biến âm thanh. Đây là một biện pháp an toàn được coi là bắt buộc tại đó.
Để chịu được bão tố, các giàn khoan phải có kích thước lớn ngay từ đầu.
Khi người ta nghĩ đến việc lắp đặt giàn khoan trên đáy biển sâu hơn 300 mét, thì việc đặt chân đế lên đáy là không thể. Người ta chuyển sang các cấu trúc nổi. Ban đầu, các giàn khoan này được neo cố định xuống đáy. Nhưng khi độ sâu tăng, người ta phát hiện có thể điều khiển vị trí bằng động cơ, cấu trúc tự động định vị chính xác trên đầu giếng khoan, nằm sát đáy. Các giàn khoan mới nhất, được thiết kế cho khoan siêu sâu, là "nửa chìm". Chúng có thể trôi nổi trên những khoang khổng lồ chứa một chất lỏng có mật độ trung bình khoảng 0,9 so với nước biển. Khối lượng khổng lồ này mang lại cho giàn khoan một quán tính khiến nó gần như không bị ảnh hưởng bởi sóng lớn và bão. Đây là trường hợp của giàn khoan Deep Water Horizon. Một vấn đề kỹ thuật cần giải quyết là độ bền cơ học của phần ống khoan nổi lên trên mặt nước, gọi là "riser" (phần nổi), dưới tác động của trọng lượng riêng.
Kỹ thuật này đã phát triển nhanh chóng, và hiện tại có thể khoan ở đáy biển sâu 2000 mét (kỷ lục hiện tại: đáy sâu 2500 mét tại Alaska). Các công ty dầu mỏ đang nhắm đến độ sâu "ba nghìn mét". Trong những năm tới, sẽ có một cuộc đua về độ sâu, đơn giản vì các mỏ dầu ngoài khơi rất lớn đã được phát hiện ở đáy sâu từ 3.000 đến 5.000 mét, thậm chí 7.000 mét, cách bờ biển Brazil hàng trăm km.
Một chi tiết nhỏ: Tổng thống Brazil, Lula, không muốn, như trước đây, để các mỏ dầu này rơi vào tay các công ty nước ngoài thông qua các hợp đồng thuê. Ông muốn người Brazil tự khai thác dầu của Brazil. Ông cũng muốn lợi nhuận từ việc khai thác này được chia sẻ cho toàn bộ người dân Brazil, chứ không chỉ cho các bang ven biển, gần các thành phố như Rio de Janeiro.
Một "thảm họa máy bay" tương lai đang cận kề?
AGIP (Azienda Generale Italiana Petrol) được thành lập tại Ý năm 1926. Sau chiến tranh, năm 1950, Enrico Mattei, người từng chiến đấu chống Đức Quốc xã từ năm 1943, được giao nhiệm vụ giải thể tổ chức này, vốn là di sản của Ý Quốc xã. Nhưng đúng lúc đó, một mỏ khí tự nhiên được phát hiện trong thung lũng Po. Mattei từ bỏ kế hoạch này và đề xuất với chính phủ Ý thời đó việc quốc hữu hóa ngành năng lượng, điều này được thực hiện bằng việc thành lập ENI (Ente Nazionale idrocarburi), mà ông trở thành Chủ tịch đầu tiên.
Enrico Mattei, bị ám sát năm 1962
Mattei sau đó phát triển một chính sách khai thác dầu, tinh chế và phân phối hết sức năng động, bằng cách thiết lập các thỏa thuận "chia đôi" (fifty-fifty), giúp các nước sở hữu mỏ dầu và khí đốt được hưởng lợi từ nguồn tài nguyên này. Cuối những năm 1950, toàn Ý tràn ngập các trạm xăng mang biểu tượng nổi tiếng của "con sói La Mã", mà một người không hiểu biết trên Wikipedia gọi là "chó sáu chân".
Sự hậu thuẫn mà Mattei dành cho các nước sở hữu mỏ dầu khiến các tập đoàn lớn phẫn nộ. Ông cuối cùng bị loại bỏ bằng cách đánh bom máy bay riêng. Năm 1972, một bộ phim L'affaire Mattei giành giải Cành Cọ Vàng tại Liên hoan Phim Cannes, với vai chính do diễn viên Gian Maria Volontè thủ vai. Nhưng sau khi ra mắt, bộ phim bị công ty Mỹ Paramount mua lại và chôn vùi. Hiện tại, không có bản sao CD hay DVD nào của bộ phim, và cũng không có trong các bảo tàng điện ảnh.
Kết thúc đoạn suy nghĩ. Những phát hiện về các mỏ dầu sâu ngoài khơi bờ biển Brazil, cực kỳ phong phú, khiến ta phải đặt câu hỏi về hiện tượng "đỉnh dầu mỏ" đang được truyền bá. Nếu khai thác ngoài khơi tiếp tục phát triển, hàng loạt mỏ dầu lớn vẫn còn chưa được khám phá và khai thác. Như vậy, sự khan hiếm dầu trên Trái Đất có lẽ sẽ không xảy ra trong tương lai gần? Một số ước tính cho rằng trong vài thập kỷ tới, nếu khai thác ngoài khơi phát triển mạnh, nó có thể đáp ứng tới 80% nhu cầu mới.
Các khả năng mở rộng từ khai thác ngoài khơi sâu, mà con người chưa thể thấy giới hạn, đang thu hút toàn bộ nỗ lực của các công ty dầu mỏ, và ta có thể hình dung được tham vọng chính trị đằng sau: độc lập năng lượng khỏi các nước OPEC (Tổ chức Các nước Xuất khẩu Dầu mỏ). Một tham vọng quá lớn đến mức khi phỏng vấn, các "người đứng đầu" công ty nói rằng việc dừng cuộc đua đến "vàng đen mới" là điều không thể. Trong khi đó, người ta biết rằng Obama vừa ban hành lệnh cấm tạm thời các hoạt động khoan sâu trong sáu tháng. Các công ty phẫn nộ vì chi phí hàng ngày của giàn khoan đứng yên. Nhưng rất có thể, người dân Mỹ sẽ phải chịu chi phí thiệt hại này.
Để đạt được những khoản lợi nhuận khổng lồ này, các công ty sẵn sàng (chúng ta) chấp nhận mọi rủi ro.
Trong khi đó, một bộ BOP (thiết bị ngăn bùng nổ) được đặt ở đáy, gần đầu giếng khoan.
Bộ BOP trong khoan ngoài khơi
Khai thác ngoài khơi đắt đỏ hơn khai thác trên cạn. Việc triển khai một giàn khoan như Deep Water Horizon tốn một triệu đô la mỗi ngày. Một khía cạnh khác, dễ thấy từ sơ đồ phía trên: dung dịch khoan thường không thể thu hồi. Nó trôi xuống theo ống khoan và sau khi trồi lên, tích tụ trên mặt biển.
Mật độ cao của dung dịch khoan là yếu tố thiết yếu để chống lại sự trồi lên bất ngờ của hydrocacbon. Giả sử độ sâu khoan dưới giàn Deep Water Horizon là 5000 mét. Lỗ khoan, dưới mũi khoan, tạo ra áp suất lên đá bằng:
(1600 mét nước + 5000 mét khoan) × 1,8 = 1188 bar.
Nếu thay vì phun dung dịch khoan, các công ty dầu mỏ dùng nước biển để làm mát và bôi trơn (tiết kiệm chi phí), hệ thống chỉ có thể chứa được áp suất 660 bar. Dư luận cho rằng, trong quá trình khoan tại Deep Water Horizon, để tiết kiệm chi phí, người ta đã thay dung dịch khoan bằng nước biển ngay trước thời điểm thảm họa, trái với lời cảnh báo rõ ràng của các chuyên gia, nói rằng hành động này mang rủi ro quá lớn.
Nếu mũi khoan chạm vào một túi dầu (mật độ 0,9), thì dầu sẽ chịu áp lực từ đá và trầm tích phía trên. Để hình dung, hãy tưởng tượng một cái bong bóng chứa nước, bạn ấn lên bằng đất hoặc cát. Nếu bạn đâm một chiếc kim vào môi trường này, khi chạm vào chất lỏng bên trong bong bóng, chất lỏng sẽ phun ra. Do đó, việc kiểm soát các "dòng chảy" (thuật ngữ chuyên môn) là rất quan trọng. Khi các công ty khoan, các mảnh vụn được phân tích liên tục để đánh giá độ đặc và mật độ riêng. Đồng thời, dầu không tự nhiên hiện ra như một chất lỏng tập trung trong một túi. Thường thì cái gọi là mỏ dầu là một khối đá xốp chứa chất lỏng quý giá này, mà áp suất sẽ giúp khai thác ra.
Vụ việc Deep Water Horizon có tiền lệ, từ năm 1979. Đó là vụ khoan ngoài khơi IXTOC:
http://en.wikipedia.org/wiki/Ixtoc_I_oil_spill
Dầu tràn do khoan IXTOC năm 1979, phía bắc Yucatan, cách bờ 100 km, do bùng nổ. Thời gian: 9 tháng...
Bản đồ này cho thấy phạm vi đáy biển có thể được khảo sát dầu mỏ trong Vịnh Mexico.
Vào thời điểm thảm họa IXTOC, Internet chưa tồn tại. Công chúng cũng chưa được nhạy cảm về môi trường như ngày nay. Họ chỉ biết những gì được báo chí công bố, và báo chí dễ dàng bị kiểm soát bởi những người có quyền lực và tài chính lớn. Hơn nữa, những người đầu tiên bị ảnh hưởng là người Mexico. Theo thời gian, người Texas, cách hiện trường 1000 km, mới bị ảnh hưởng. Dòng chảy đã lan rộng ô nhiễm đến một khu vực rộng lớn của Vịnh Mexico dưới dạng các mảng dầu trôi.
Cần thêm rằng, như sau vụ đốt cháy giếng dầu của Saddam Hussein ở Kuwait, tự nhiên đã sử dụng các giải pháp (vi sinh vật) hiệu quả hơn dự kiến để "tiêu hóa" dầu thô. Sau 30 năm, tác động sinh thái của thảm họa IXTOC gần như không còn dấu vết.
Khoan sâu 3600 mét dưới đáy biển, nằm ở độ sâu 50 mét, mũi khoan đột ngột chạm vào một lớp trầm tích mềm vào ngày 3 tháng 6 năm 1979, qua đó dung dịch khoan có thể thoát ra dọc theo các khe nứt. Dung dịch khoan trong giếng bị thay thế bằng nước biển, ít đặc hơn, khiến khả năng ngăn chặn bằng áp suất thủy tĩnh bị ảnh hưởng. Các lãnh đạo công ty Mexico Permex (thành lập năm 1939) quyết định rút ống khoan để cố gắng bịt kín các khe nứt mà dung dịch khoan đang trôi đi. Nhưng thao tác này đã trở thành thảm họa. Dung dịch khoan bị phun lên mặt nước do sự trồi lên của khí. Việc ngăn chặn (ban đầu do áp suất thủy tĩnh 650 bar từ dung dịch khoan) đã ngừng. Một hiện tượng bùng nổ xảy ra, mà các BOP không thể ngăn được do sự cố kỹ thuật (đã xảy ra từ trước).
Methane có mật độ gần bằng không khí. Do đó, khi một luồng khí methane trồi lên mặt giàn khoan, khí này không bay lên cao mà hòa trộn với không khí, rồi tiếp xúc với một trong các động cơ điện, gây ra một vụ cháy tàn phá, giống như trường hợp Deep Water Horizon. Ở đây