Što se događa kada naftna bušotina eksplodira? Efekti ispuhivanja

Kada an bušotina nafte , to znači da su nafta pod visokim tlakom, prirodni plin i formacijski fluidi pobjegli iz bušotine u nekontroliranoj, nasilnoj erupciji koja može uništiti platformu za bušenje, zapaliti se u pakao vidljiv miljama i raspršiti otrovne ugljikovodike po okolnom kopnu ili moru. Bunar koji puše ne znači samo curenje; oslobađa ogromnu energiju pohranjenu u dubokom podzemnom rezervoaru, često pod pritiscima većim od 10.000 do 15.000 funti po kvadratnom inču (psi) , s dovoljnom snagom da izbaci bušaću cijev iz rupe poput koplja i pretvori cijelo ušće bušotine u mlazni motor na goruće gorivo. Točno razumijevanje što se događa kad naftna bušotina eksplodira zahtijeva ispitivanje fizičkih sila koje pokreću događaj, kaskadnog razaranja koje slijedi unutar nekoliko sekundi i sati te trajnih ekoloških i ekonomskih ožiljaka koji mogu trajati desetljećima.

Fizika eksplozije: Zašto naftna bušotina eruptira

Do eksplozije dolazi jer tlak formacije podzemnog ležišta premašuje hidrostatski protutlak stupca bušaće isplake, a blowout preventer (BOP) na morskom dnu ili na površini ne uspijeva zatvoriti bušotinu. U stabilnoj operaciji bušenja, bušotina se puni pažljivo odmjerenom tekućinom za bušenje—mješavinom gline, vode i barita—koja vrši pritisak na dno bušotine malo veći od pritiska formacije stijene koja nosi naftu i plin. Ova prekomjerna ravnoteža sprječava ulazak tekućina iz ležišta u bušotinu. Prema standardu API RP 59 Američkog instituta za naftu, hidrostatski tlak mora premašiti tlak formacije za najmanje 200 do 500 psi tijekom normalnih operacija. Kada se ta ravnoteža izgubi, možda zato što je težina isplake premala, formacija je pod neočekivanim nadtlakom ili je stup isplake uklonjen tijekom izleta iz bušotine, plin iz ležišta počinje ulaziti u bušotinu. Taj se influks naziva udarcem. Ako se udarac ne detektira i BOP se ne aktivira na vrijeme, plin koji se širi gura stup isplake prema gore, dodatno smanjujući tlak u dnu bušotine, a priljev se ubrzava u nenamjerno ispuhivanje.

Energija koja pokreće eksploziju je zapanjujuća. Duboko ležište plina na 10 000 psi i temperatura od 250°F (121°C) pohranjuje količinu potencijalne energije koja je ekvivalentna velikoj bombi. Kako se plin diže u bušotini, on se brzo širi zbog smanjenja hidrostatske visine, umnožavajući svoj volumen stotinama puta. U trenutku kada ovaj plin stigne do površine, možda putuje nadzvučnom brzinom, a jedna iskra - od udara metala, električnog luka ili vruće površine motora - može ga zapaliti u mlazni plamen koji gori na temperaturama iznad 2000°F (1093°C) . Ovo je trenutak kada operacija bušenja postaje katastrofa, a prve sekunde definiraju neposrednu opasnost za osoblje i opremu.

Neposredne posljedice: požar, eksplozija i oblaci otrovnih plinova

Nakon što naftna bušotina eksplodira i zapali se, platforma i njezino okolno područje postaju pakao koji se ne može preživjeti u roku od nekoliko sekundi, generirajući vatrenu kuglu koja se može vidjeti s udaljenosti od desetak milja i ispuštajući smrtonosni oblak sumporovodika ako je ležište kiselo. Početna eksplozija često je eksplozija oblaka pare: ispušteni plin se miješa sa zrakom, a kada omjer goriva i zraka dosegne eksplozivni raspon, detonira dovoljnom snagom da odbaci tešku opremu stotinama stopa. Istraga nesreće Deepwater Horizon koju je proveo Odbor za kemijsku sigurnost SAD-a utvrdila je da je prvu eksploziju na bušotini potaknuo plin metan koji se uzdigao kroz pomorski uspon i ušao u separator isplačnog plina i ventilacijske otvore. Eksplozija je ubila 11 članova posade odmah i poslao platformu vrijednu više milijardi dolara na morsko dno za 36 sati.

Za bušotine koje sadrže vodikov sulfid (kiseli plin), eksplozija oslobađa nevidljivi, otrovni plin teži od zraka koji može ubiti čovjeka jednim udahom pri koncentracijama iznad 500 dijelova na milijun (ppm) . Zone evakuacije za ispuštanje kiselog plina protežu se kilometrima oko lokacije bušotine, a ekipe koje reagiraju moraju nositi samostalne aparate za disanje. Čak i ako se bušotina ne zapali, izbačena sirova nafta može padati kišom na široko područje, prekrivajući zemlju, vegetaciju i vodene tokove gustim, ljepljivim ugljikovodicima. Razumijevanje što se događa kad naftna bušotina eksplodira znači prepoznavanje da prijetnja nije ograničena na neposredno mjesto bušenja; pada kaskadno prema van u radijusu određenom vjetrom, terenom i žestinom erupcije.

Devastacija okoliša uslijed eksplozije naftne bušotine

Eksplozija naftne bušotine na moru ispušta sirovu naftu izravno u morski okoliš brzinom koja nadmašuje prirodno slabljenje, stvarajući plutajuću naftnu mrlju koja ubija morske ptice, morske sisavce, riblje ličinke i cijele koraljne ekosustave. Eksplozija Maconda u Meksičkom zaljevu 2010. ispustila je procijenjenu količinu 4,9 milijuna barela sirove nafte više od 87 dana prije nego što je bušotina začepljena, prema Flow Rate Technical Group koju je okupila vlada SAD-a. Satelitske slike pratile su površinsku mrlju dok je rasla i prekrivala je 40 000 kvadratnih milja , a istraživanja obale dokumentirala su zagađenje uljem 1300 milja obale od Texasa do Floride. Nacionalna uprava za oceane i atmosferu (NOAA) procijenila je da je izlijevanje izravno ubilo ili ozlijedilo preko 100 000 morskih ptica, 6 000 morskih kornjača i milijarde ribljih ličinki , s dugoročnim učincima na razini populacije koji se proučavaju godinama kasnije.

Na kopnu, eksplozija iz proizvodne bušotine ili tijekom bušenja može desetljećima kontaminirati tlo i podzemne vode. Sirova nafta sadrži benzen, policikličke aromatske ugljikovodike i teške metale koji su otrovni za mikrobe tla i mogu migrirati u vodonosnike. Trošak sanacije za jednu veliku kopnenu eksploziju može premašiti 100 milijuna dolara , a prirodni se ekosustav možda neće u potpunosti oporaviti za 30 do 50 godina. Ove trajne ekološke posljedice središnji su dio odgovora što se događa kad naftna bušotina eksplodira , jer izlijevanje ne nestaje kada se bušotina konačno kontrolira; ostaje u ekosustavu, kreće se kroz hranidbenu mrežu i mijenja krajolik za zajednice ljudi i divljih životinja.

Ljudski i ekonomski troškovi eksplozije

Eksplozija je najsmrtonosnija vrsta nesreće u industriji vađenja nafte i plina, odgovorna za većinu incidenata s više smrtnih slučajeva, a financijske posljedice mogu bankrotirati tvrtke kroz obveze čišćenja, kazne i isplate odštete. Američki ured za sigurnost i zaštitu okoliša (BSEE) prati incidente s eksplozijama i izvijestio je da su između 2007. i 2019. eksplozije više od 70% smrtnih slučajeva u nesrećama bušenja na moru u federalnim vodama. Neposredni uzrok smrti obično je ozljeda tupim predmetom od eksplozije, opeklina ili utapanja. Za radnike koji prežive, psihička trauma je dugotrajna, a mnogi doživljavaju posttraumatski stresni poremećaj (PTSP) dugo nakon događaja.

Ekonomski trošak je također nevjerojatan. Katastrofa Deepwater Horizonta rezultirala je plaćanjem BP-a 65 milijardi dolara u ukupnim troškovima, uključujući čišćenje, federalne kazne prema Zakonu o čistoj vodi, procjene štete na prirodnim resursima i ekonomska potraživanja od pogođenih poduzeća. Jedna eksplozija na kopnu koja kontaminira gradsku opskrbu vodom ili prisili na evakuaciju grada može lako dostići stotine milijuna dolara. Ovi troškovi su dio što se događa kad naftna bušotina eksplodira jer se provlače kroz tržišta osiguranja, regulatorne okvire i pristup energetske industrije upravljanju rizicima, što dovodi do strožih sigurnosnih protokola i robusnijeg dizajna bunara.

Kontrola i zaustavljanje eksplozije naftne bušotine

Zaustavljanje ispuhivanja zahtijeva višestruki pristup: postavljanje zaštitnog sklopa na oštećeno ušće bušotine korištenjem daljinski upravljanih vozila u dubokoj vodi, bušenje jedne ili više rasterećenih bušotina za presjecanje izvorne bušotine i pumpanje teškog isplake, ili u ekstremnim slučajevima, korištenje eksploziva za gašenje požara i preusmjeravanje toka. Dimenzija za zatvaranje je masivan, hidraulički aktiviran sklop ventila koji se može spustiti preko bušotine koja šiklja na morskom dnu. Jednom kada se zaključaju na svoje mjesto, ventili se polako zatvaraju, a protok bunara se hvata i preusmjerava u površinske posude. Tijekom Macondo odgovora, zatvaranje je uspješno postavljeno tog dana 87 , privremeno zaustavljanje protoka, ali to je bio rasterećeni bunar, dovršen na dan 107 , koji je trajno uništio bušotinu pumpanjem cementa u rezervoar tisućama stopa ispod morskog dna.

Bušenje rasterećene bušotine je definitivno rješenje jer presreće puhanje bušotine daleko ispod površine i uspostavlja izravnu hidrauličku komunikaciju s formacijom. Inženjeri pumpaju gustu isplaku za bušenje u ležište, nadvladavajući pritisak formacije i zaustavljajući dotok nafte i plina. Zatim se ubrizgava cement kako bi se bušotina trajno zatvorila. Cijeli proces može trajati mjesecima jer se pomoćna bušotina mora izbušiti do preciznog cilja s točnošću od nekoliko stopa na dubinama od nekoliko milja. Ovaj pažljivi inženjerski rad najpouzdaniji je odgovor za zaustavljanje nasilnog spektakla što se događa kad naftna bušotina eksplodira , ali je mučno sporo za zajednice i ekosustave koji apsorbiraju tekuću štetu.

Često postavljana pitanja o eksplozijama naftnih bušotina

Koja je razlika između udarca i puhanja?

Udarac je početni ulazak formacijskih fluida u bušotinu, koji se, ako se otkrije praćenjem volumena jame i brzine protoka, može sigurno cirkulirati pomoću BOP-a. Ispuh je nekontrolirana eskalacija tog udarca nakon što primarne tlačne barijere zataje, što rezultira nesmetanim protokom prema površini. Svaki ispuh počinje kao udarac, a brza, pravilna reakcija na udarac sprječava katastrofalno napredovanje.

Može li se eksplozija predvidjeti prije nego što se dogodi?

Erupcije se ne mogu sa sigurnošću predvidjeti, ali uvjeti koji dovode do njih—abnormalno visok tlak u formaciji, neadekvatna težina isplake i neispravne komponente BOP-a—mogu se identificirati pažljivim praksama bušenja i praćenjem u stvarnom vremenu. Moderne platforme koriste napredne senzore tlaka tijekom bušenja i automatizirane sustave za otkrivanje udarca koji upozoravaju bušilicu na priljev unutar nekoliko sekundi, pružajući mogućnost zatvaranja bušotine prije nego što dođe do eksplozije.

Koliko je vremena potrebno za čišćenje nakon velike eksplozije naftne bušotine?

Fizičko čišćenje vidljive nafte s plaža i močvara može potrajati jedne do pet godina , ali ekološki oporavak može trajati desetljećima. Potopljene uljne prostirke i istrošene kuglice katrana mogu se ponovno pojaviti godinama nakon što vidljiva mrlja nestane. Obnova ribarstva i populacija ptica često traje od 10 do 30 godina, a neka osjetljiva staništa poput dubokovodnih koraljnih zajednica možda se nikada neće u potpunosti vratiti u stanje prije izlijevanja.

Koji bi sigurnosni sustavi trebali spriječiti ispuhivanje bunara?

Primarne sigurnosne barijere su stup tekućine za bušenje i dimnjak za sprječavanje eksplozije. BOP se sastoji od višestrukih setova snažnih klipova koji mogu prorezati bušaću cijev i potpuno zatvoriti bušotinu, prstenastih preventera koji se zatvaraju oko bilo kojeg oblika i kontrolnih mahuna koje aktiviraju klipove hidraulički. Kada se održavaju i testiraju prema API standardu 53, BOP skupovi su vrlo pouzdani, ali istraživanje Deepwater Horizon otkrilo je da su neispravna baterija, pogrešno ožičeni solenoid i zaobiđeni raspored ispitivanja doprinijeli neuspjehu BOP-a da se zatvori kada se aktivira.

Hvatanje što se događa kad naftna bušotina eksplodira otkriva lanac događaja koji počinje s neravnotežom tlaka tisućama stopa pod zemljom i završava s paklom na površini, naftnom mrljom koja se širi preko oceana i dugom, teškom kampanjom za vraćanje kontrole. To je podsjetnik da vađenje fosilnih goriva iz dubokih visokotlačnih ležišta nosi inherentan rizik koji zahtijeva stalnu budnost, rigorozan inženjering i spremnost da se odgovori na najgori mogući scenarij kad god se svrdlo okrene.