Mitä tapahtuu, kun öljykaivo räjähtää? Blowout-efektit

Kun an öljykaivo puhaltaa , se tarkoittaa, että korkeapaineinen öljy, maakaasu ja muodostumisnesteet ovat karanneet porausreiästä hallitsemattomassa, rajussa purkauksessa, joka voi tuhota porauslaitteiston, syttyä kilometrien päähän näkyväksi helvetiksi ja suihkuttaa myrkyllisiä hiilivetyjä ympäröivälle maalle tai merelle. Kaivo, joka puhaltaa, ei vain vuoda; se vapauttaa syvälle maanalaiseen säiliöön varastoitunutta valtavaa energiaa usein ylittävillä paineilla 10 000 - 15 000 puntaa neliötuumaa kohden (psi) , riittävällä voimalla laukaista poraputken reiästä kuin keihään ja muuttaa koko kaivonpään polttavan polttoaineen suihkumoottoriksi. Ymmärtää tarkalleen mitä tapahtuu, kun öljykaivo puhaltaa vaatii tarkastelemaan tapahtuman laukaisevia fyysisiä voimia, sekunneissa ja tunneissa seuraavaa peräkkäistä tuhoa sekä pysyviä ympäristöllisiä ja taloudellisia arpia, jotka voivat säilyä vuosikymmeniä.

Purkauksen fysiikka: miksi öljykaivo purkautuu

Räjähdys tapahtuu, koska maanalaisen säiliön muodostumispaine ylittää porausmutapatsaan hydrostaattisen vastapaineen ja puhalluksen estäjä (BOP)-pino merenpohjassa tai pinnalla ei tiivistä kaivoa. Vakaassa porauksessa porausreikä täytetään huolellisesti punnitulla porausnesteellä – saven, veden ja bariitin seoksella – joka kohdistaa reiän pohjaan hieman korkeamman paineen kuin öljyä ja kaasua sisältävän kalliomuodostelman paine. Tämä ylitasapaino estää säiliön nesteiden pääsyn kaivoon. American Petroleum Instituten standardin API RP 59 mukaan hydrostaattisen paineen tulee ylittää muodostumispaine vähintään marginaalilla. 200-500 psi normaalin toiminnan aikana. Kun tämä tasapaino menetetään, ehkä siksi, että mudan paino on liian alhainen, muodostuma on yllättäen ylipaineistettu tai mutapatsas poistetaan reiästä poistumisen aikana, säiliökaasua alkaa tulla porausreikään. Tätä tulvaa kutsutaan potkuksi. Jos potkua ei havaita eikä BOP aktivoidu ajoissa, laajeneva kaasu työntää mutapatsaan ylöspäin, mikä edelleen vähentää pohjareiän painetta, ja sisäänvirtaus kiihtyy karkaavaksi puhallukseksi.

Räjähdyksen aiheuttama energia on huikea. Syvä kaasusäiliö klo 10 000 psi ja lämpötila 250°F (121°C) varastoi isoa pommia vastaavan määrän potentiaalista energiaa. Kaasun noustessa kaivossa se laajenee nopeasti pienentyvän hydrostaattisen paineen vuoksi ja moninkertaistaa sen tilavuuden satoja kertoja. Kun tämä kaasu saavuttaa pinnan, se saattaa kulkea yliäänenopeuksilla, ja yksittäinen kipinä – metalliiskusta, sähkökaaresta tai kuumasta moottorin pinnasta – voi sytyttää sen suihkuliekiksi, joka palaa korkeammissa lämpötiloissa. 2000°F (1093°C) . Tämä on hetki, jolloin porauksesta tulee katastrofi, ja ensimmäiset sekunnit määrittelevät välittömän vaaran henkilökunnalle ja laitteille.

Välittömät seuraukset: tulipalo, räjähdys ja myrkylliset kaasupilvet

Kun öljykaivo puhaltaa ja syttyy, porauslautasta ja sitä ympäröivästä alueesta tulee muutamassa sekunnissa eloonjäämätön helvetti, joka synnyttää tulipallon, joka näkyy kymmenien kilometrien päähän, ja vapauttaa tappavan rikkivetykaasutulvan, jos säiliö on hapan. Alkuräjähdys on usein höyrypilven räjähdys: ulos vapautunut kaasu sekoittuu ilman kanssa, ja kun polttoaine-ilma-suhde saavuttaa räjähdysrajan, se räjähtää riittävällä voimalla heittääkseen raskaan kaluston satojen jalkojen päähän. Yhdysvaltain kemikaaliturvallisuuslautakunnan suorittama Deepwater Horizon -onnettomuustutkinta totesi, että ensimmäinen räjähdys laiturissa johtui metaanikaasusta, joka oli noussut meren nousuputken läpi ja mennyt mutakaasunerottimeen ja tuuletusaukoihin. Räjähdys tappoi 11 miehistön jäsentä välittömästi ja lähetti monen miljardin dollarin laitteiston merenpohjaan 36 tunnissa.

Kaivoissa, jotka sisältävät rikkivetyä (hapan kaasua), puhallus vapauttaa näkymätöntä, ilmaa raskaampaa myrkyllistä kaasua, joka voi tappaa ihmisen yhdellä hengityksellä yli pitoisuuksilla. 500 miljoonasosaa (ppm) . Evakuointivyöhykkeet hapan kaasun puhalluksia varten ulottuvat kilometrien päähän kaivopaikan ympäriltä, ​​ja reagoivien miehistöjen on käytettävä itsenäistä hengityslaitetta. Vaikka kaivo ei syty, ulos purkautunut raakaöljy voi sataa alas laajalle alueelle ja peittää maan, kasvillisuuden ja vesistöjä paksuilla, tahmeilla hiilivedyillä. Ymmärtäminen mitä tapahtuu, kun öljykaivo puhaltaa tarkoittaa sen tunnustamista, että uhka ei rajoitu välittömään harjoituspaikkaan; se putoaa ulospäin tuulen, maaston ja purkauksen voimakkuuden määräämällä säteellä.

Öljykaivon purkauksen aiheuttama ympäristötuho

Offshore-öljykaivon tyhjennys vapauttaa raakaöljyä suoraan meriympäristöön nopeudella, joka ylittää luonnollisen vaimennuksen, jolloin syntyy kelluva öljylauta, joka tappaa merilintuja, merinisäkkäitä, kalan toukkia ja kokonaisia koralliekosysteemejä. Macondon räjähdys Meksikonlahdella vuonna 2010 purki arviolta 4,9 miljoonaa tynnyriä raakaöljyä Yhdysvaltain hallituksen kokoaman virtausnopeuden teknisen ryhmän mukaan yli 87 päivää ennen kaivon rajaamista. Satelliittikuvat seurasivat pinnan liukasta sen peittyessä 40 000 neliökilometriä , ja rantaviivatutkimukset dokumentoivat öljyn saastumista 1300 mailia rantaviivaa Texasista Floridaan. National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) arvioi, että vuoto kuoli tai loukkaantui suoraan 100 000 merilintua, 6 000 merikilpikonnaa ja miljardeja toukkakaloja , ja pitkäaikaisia väestötason vaikutuksia tutkitaan vielä vuosia myöhemmin.

Maalla tuotantokaivosta tai porauksen aikana tapahtuva puhallus voi saastuttaa maaperän ja pohjaveden vuosikymmeniksi. Raakaöljy sisältää bentseeniä, polysyklisiä aromaattisia hiilivetyjä ja raskasmetalleja, jotka ovat myrkyllisiä maaperän mikrobeille ja voivat kulkeutua pohjavesikerroksiin. Yhden suuren maalla tapahtuvan purkauksen korjauskustannukset voivat ylittää 100 miljoonaa dollaria , ja luonnollinen ekosysteemi saattaa toipua täysin vasta 30–50 vuoteen. Nämä kestävät ympäristövaikutukset ovat keskeinen osa vastausta mitä tapahtuu, kun öljykaivo puhaltaa , koska vuoto ei katoa, kun kaivo lopulta hallitaan; se pysyy ekosysteemissä liikkuen ravintoverkon läpi ja muuttaen maisemaa ihmis- ja villieläinyhteisöille.

Purkauksen inhimilliset ja taloudelliset kustannukset

Räjähdysten aiheuttamat onnettomuudet ovat tappavin öljy- ja kaasunporausteollisuudessa, ja ne aiheuttavat suurimman osan kuolemantapauksista, ja taloudelliset seuraukset voivat ajaa yritykset konkurssiin puhdistusvastuiden, sakkojen ja korvausten kautta. Yhdysvaltain turvallisuus- ja ympäristövalvontavirasto (BSEE) seuraa räjähdystapauksia ja on raportoinut, että vuosien 2007 ja 2019 välisenä aikana räjäytykset aiheuttivat yli 70 % kuolemantapauksista offshore-porausonnettomuuksissa liittovaltion vesillä. Välitön kuolinsyy on yleensä räjähdyksen, palovamman tai hukkumisen aiheuttama tylppä voimavamma. Selviytyneille työntekijöille psyykkinen trauma on pitkäkestoista, ja monet kokevat posttraumaattisen stressihäiriön (PTSD) kauan tapahtuman jälkeen.

Taloudelliset kustannukset ovat yhtä järkyttävät. Deepwater Horizonin katastrofi johti BP:n maksamiseen 65 miljardia dollaria kokonaiskustannuksissa, mukaan lukien siivous, puhtaan veden lain mukaiset liittovaltion rangaistukset, luonnonvaravahinkojen arvioinnit ja kärsineiden yritysten taloudelliset vaateet. Yksittäinen maalla tapahtuva räjähdys, joka saastuttaa kunnallisen vesihuollon tai pakottaa evakuoimaan kaupungin, voi helposti nousta satoihin miljooniin dollareihin. Nämä kustannukset ovat osa mitä tapahtuu, kun öljykaivo puhaltaa koska ne leviävät vakuutusmarkkinoiden, sääntelykehysten ja energia-alan riskienhallinnan lähestymistavan läpi, mikä johtaa tiukempiin turvallisuusprotokolliin ja vankempaan kaivojen suunnitteluun.

Öljykaivon purkamisen hallinta ja pysäyttäminen

Räjähdysten pysäyttäminen vaatii monitahoista lähestymistapaa: suojapinon asentaminen vaurioituneeseen kaivonpäähän kauko-ohjattavien ajoneuvojen avulla syvässä vedessä, yhden tai useamman pelastuskaivon leikkaaminen alkuperäisen porausreiän leikkaamiseksi ja raskaan tappavan mudan pumppaaminen tai ääritapauksissa räjähteiden käyttäminen tulipalon sammuttamiseen ja virtauksen suuntaamiseen. Sulkupino on massiivinen, hydraulisesti aktivoitu venttiilikokoonpano, joka voidaan laskea merenpohjassa olevan kaivonpään yli. Kun venttiilit on lukittu paikoilleen, ne suljetaan hitaasti ja kaivon virtaus otetaan talteen ja ohjataan pinta-astioihin. Macondon vastauksen aikana rajoituspino asennettiin onnistuneesti päivänä 87 , pysäytti virtauksen väliaikaisesti, mutta se oli helpotuskaivo, valmistui päivänä 107 , joka tappoi kaivon pysyvästi pumppaamalla sementtiä säiliöön tuhansia jalkoja merenpohjan alapuolella.

Kaivon poraus on lopullinen ratkaisu, koska se katkaisee puhalluksen syvälle pinnan alapuolelle ja muodostaa suoran hydraulisen yhteyden muodostukseen. Insinöörit pumppaavat tiheää porausmutaa säiliöön, voittaakseen muodostumispaineen ja pysäyttäen öljyn ja kaasun sisäänvirtauksen. Sitten ruiskutetaan sementtiä kaivon tiivistämiseksi pysyvästi. Koko prosessi voi kestää kuukausia, koska helpotuskaivo on porattava tarkkaan kohteeseen muutaman metrin tarkkuudella useiden mailien syvyydessä. Tämä huolellinen suunnittelutyö on luotettavin vastaus väkivaltaisen spektaakkelin pysäyttämiseen mitä tapahtuu, kun öljykaivo puhaltaa , mutta se on tuskallisen hidasta yhteisöille ja ekosysteemeille, jotka absorboivat jatkuvaa vahinkoa.

Usein kysyttyjä kysymyksiä öljykaivoista

Mitä eroa on potkulla ja puhalluksella?

Potku on muodostumisnesteiden ensimmäinen sisääntulo porausreikään, joka voidaan kierrättää turvallisesti ulos BOP:n avulla, jos se havaitaan kaivon tilavuuden ja virtausnopeuden tarkkailulla. Puhallus on tämän potkun hallitsematon eskalaatio sen jälkeen, kun ensisijaiset paineesteet rikkoutuvat, mikä johtaa esteettömään virtaukseen pintaan. Jokainen räjähdys alkaa potkuna, ja nopea, oikea vastaus potkuun estää katastrofaalisen etenemisen.

Voidaanko räjähdys ennustaa ennen kuin se tapahtuu?

Purkauksia ei voida ennustaa varmuudella, mutta niihin johtavat olosuhteet – epätavallisen korkea muodostuspaine, riittämätön mudan paino ja vialliset BOP-komponentit – voidaan tunnistaa huolellisen porauksen ja reaaliaikaisen seurannan avulla. Nykyaikaisissa porauslaitteissa käytetään kehittyneitä paineantureita porauksen aikana ja automaattisia potkujen tunnistusjärjestelmiä, jotka varoittavat porausvirrasta muutamassa sekunnissa ja tarjoavat mahdollisuuden sulkea kaivon ennen kuin ilmapurkaus kehittyy.

Kuinka kauan siivoaminen kestää suuren öljykaivon puhalluksen jälkeen?

Näkyvän öljyn fyysinen puhdistus rannoilta ja soilta saattaa kestää yhdestä viiteen vuotta , mutta ekologinen elpyminen voi kestää vuosikymmeniä. Upotetut öljymatot ja haalistuneita tervapalloja voivat nousta pintaan vuosia sen jälkeen, kun näkyvä vuoto on poissa. Kalastus- ja lintupopulaatioiden palautuminen kestää usein 10–30 vuotta, ja jotkin herkät elinympäristöt, kuten syvänmeren koralliyhteisöt, eivät ehkä koskaan palaa täysin vuotoa edeltävään tilaan.

Millaiset turvajärjestelmät estävät kaivon puhaltamisen?

Ensisijaiset turvaesteet ovat porausnestekolonni ja puhalluksenestopino. BOP koostuu useista tehokkaista paininsarjoista, jotka voivat leikata poraputken läpi ja tiivistää porausreiän kokonaan, rengasmaisista estäjistä, jotka sulkeutuvat minkä tahansa muodon ympärille, ja ohjausyksiköistä, jotka aktivoivat männät hydraulisesti. Kun BOP-pinot huolletaan ja testataan API-standardin 53 mukaisesti, ne ovat erittäin luotettavia, mutta Deepwater Horizon -tutkimus paljasti, että viallinen akku, väärin kytketty solenoidi ja ohitettu testiaikataulu vaikuttivat kaikki siihen, että BOP ei sulkeutunut aktivoituessaan.

Tartunta mitä tapahtuu, kun öljykaivo puhaltaa paljastaa tapahtumaketjun, joka alkaa paineepätasapainosta tuhansia jalkoja maan alla ja päättyy infernoon pinnalla, öljylauta, joka leviää valtameren yli, ja pitkä, vaikea kampanja hallinnan palauttamiseksi. Se on muistutus siitä, että fossiilisten polttoaineiden talteenottoon syvistä, korkeapaineisista säiliöistä liittyy luontainen riski, joka vaatii jatkuvaa valppautta, tiukkaa suunnittelua ja valmiutta vastata pahimpaan mahdolliseen skenaarioon aina, kun poranterä kääntyy.