Što je naftna dizalica? Potpuni vodič za strukturu, funkciju i vrste

An naftna dizalica je visoka čelična konstrukcija nalik tornju podignuta iznad naftne bušotine za podupiranje opreme za bušenje i strojeva potrebnih za vađenje nafte ispod zemljine površine. Bilo da ste ga vidjeli na horizontu u Teksasu ili u dokumentarcu o proizvodnji energije na moru, dizalica za naftu jedan je od najpoznatijih simbola naftne industrije — i jedan od mehanički najvažnijih.

Što je točno naftna dizalica?

Naftna dizalica je kruta, trajna ili polu-trajna struktura — obično izrađena od čelika — koja osigurava vertikalnu visinu i mehaničku potporu potrebnu za bušenje duboko u zemlju u potrazi za naftom i plinom. Derrick djeluje kao strukturna okosnica cijele operacije bušenja, vješajući bušaću kolonu, podupirući krunski blok i pokretni blok i podnoseći ogromna vertikalna opterećenja povezana s bušenjem do dubina koje mogu premašiti 30.000 stopa (9.144 metara).

Za razliku od a bušilica — širi pojam koji obuhvaća sve strojeve, pumpe i osoblje na gradilištu — naftna dizalica posebno se odnosi na konstrukcijski toranj. Međutim, u uobičajenoj upotrebi ta se dva pojma često koriste naizmjenično.

Sam izraz "dizalica" potječe od engleskog vješala iz 17. stoljeća po imenu Thomas Derrick, čija su vješala imala karakterističnu ruku za podizanje - isti osnovni mehanički princip korišten u ranim naftnim dizalicama za podizanje teških tereta.

Povijest naftne dizalice

Priča o naftnoj dizalici počinje rađanjem moderne naftne industrije sredinom 19. stoljeća. Bunar Edwina Drakea iz 1859. u Titusvilleu, Pennsylvania — koja se smatra prvom komercijalno uspješnom naftnom bušotinom na svijetu — koristila je jednostavnu drvenu dizalicu za podupiranje svoje bušilice s kabelskim alatom.

Rane drvene dizalice (1860-e – 1920-e)

Rane naftne dizalice građene su od lokalno dostupnog drva. Te su građevine često bile visoke od 60 do 80 stopa i građene su u potpunosti na licu mjesta. Korišteni su sa bušenje kabelskim alatom — udaraljkaška tehnika u kojoj se teška bit više puta ispušta kako bi se usitnio kamen. Drvene dizalice bile su jeftine i brze za izgradnju, ali vrlo zapaljive i sklone urušavanju.

Čelične dizalice i rotacijsko bušenje (1900-1950-e)

Pomak na rotacijsko bušenje — koji koristi rotirajuće svrdlo, a ne udarno kretanje — zahtijeva više, čvršće strukture. Čelik je zamijenio drvo kao dominantan materijal. Spindletop gusher iz 1901. u Beaumontu, Teksas, koji je proizvodio više od 100.000 barela dnevno na svom vrhuncu, dramatično je pokazao snagu ovog novog pristupa i potaknuo široko prihvaćanje čeličnih dizalica.

Moderni jarboli za bušenje i prijenosna postrojenja (1960-e–danas)

Danas se mnoge operacije bušenja na kopnu koriste prijenosne dizalice tipa jarbola koji se mogu transportirati od mjesta do mjesta putem kamiona. Operacije na moru oslanjaju se na namjenski izgrađene platforme ili plutajuće brodove za bušenje s integriranim dizalicama. Moderne dizalice mogu stajati iznad 200 stopa (61 metar) visoka i potporna kuka 2 milijuna funti .

Kako radi naftna dizalica?

Naftna dizalica radi tako što pruža visoku, krutu konstrukciju koja omogućuje bušačima da podignu i spuste bušaću kolonu, rukuju dijelovima cijevi i kontroliraju težinu primijenjenu na bušaću krunu - sve bitne funkcije za dosezanje naftnih rezervoara duboko pod zemljom.

Evo detaljne analize temeljnog procesa:

• Sklop bušaćeg niza: Dijelovi čeličnih cijevi (svaki obično dug 30 stopa) spajaju se i spuštaju kroz pod dizalice u bušotinu.
• Rotacijski stol ili gornji pogon: Mehanički sustav rotira cijelu bušaću kolonu, okrećući svrdlo na dnu da proreže stijenu.
• Cirkulacija tekućine za bušenje: Isplaka za bušenje pumpa se kroz bušaću kolonu i podupire prsten (prostor između cijevi i stijenke bušotine), noseći krhotine stijene na površinu i stabilizirajući bušotinu.
• Sustav podizanja: Krunski blok dizalice (na vrhu) i pokretni blok (koji se pomiče gore-dolje) koriste žičano uže za podizanje ili spuštanje bušaćeg niza prema potrebi.
• Stalak za cijevi: Prilikom dodavanja novih dijelova cijevi ili izvlačenja bušaćeg niza, radnici "sapliću" cijev u rupu ili iz nje. Visina dizalice omogućuje radnicima da učinkovito rukuju dijelovima cijevi (obično tri spojnice od 30 stopa spojene = 90 stopa).

Ključne komponente naftne dizalice

Razumijevanje onoga što čini naftnu dizalicu pomaže razjasniti kako ona obavlja tako zahtjevan posao. Ispod su primarne strukturne i mehaničke komponente:

Tablica: Glavne strukturne i mehaničke komponente tipične naftne dizalice i njihove uloge u operaciji bušenja.

Vrste naftnih dizalica

Postoji nekoliko različitih vrsta naftnih dizalica, od kojih je svaka dizajnirana za specifične geološke uvjete, geografske položaje i operativne zahtjeve.

1. Standardna (konvencionalna) dizalica

Standardna dizalica gradi se dio po dio na licu mjesta i nije ga lako premjestiti. Bio je to dominantan dizajn od ranog 20. stoljeća do 1950-ih. Ove dizalice su visoke čelične rešetkaste strukture u obliku piramide, obično u rasponu visine od 136 do 175 stopa. Iako se i dalje koriste u nekim trajnim ili dugoročnim operacijama, uglavnom su zamijenjeni prijenosnijim dizajnom.

2. Prijenosni jarbol (Jackknife Derrick)

The prijenosni jarbol , koji se također naziva i nož ili sklopivi jarbol, danas je najčešći tip dizalice na kopnu. Predfabricirano je i transportirano do mjesta bušenja na kamionima, a zatim se podiže na mjesto pomoću hidrauličkih sustava. Prijenosni jarboli mogu se podići ili spustiti u satima, a ne u danima, i idealni su za operacije u kojima se oprema često pomiče između bušotina. Visine se obično kreću od 100 do 200 stopa.

3. Praćka Derrick

Varijacija prijenosnog jarbola, dizalica s praćkom koristi konfiguraciju "praćke" za podizanje. Oni su posebno popularni za popravke i servisiranje bušotina, gdje je brzina postavljanja i spuštanja bušotine kritična. Obično su lakši i manji od punih jarbola za bušenje.

4. Pučinska platforma Derrick

Fiksne offshore platforme - poput onih pronađenih u Meksičkom zaljevu ili Sjevernom moru - imaju integrirane dizalice ugrađene izravno u strukturu platforme. One mogu biti goleme: neke dizalice na moru na polu-uronjivim platformama imaju nosivost kuke koja prelazi 3 milijuna funti i uzdići se 250 stopa iznad palube platforme.

5. Drill Ship Derrick

Bušaći brodovi su samohodni brodovi opremljeni dizalicom postavljenom iznad središnjeg mjesečevog bazena — otvora u trupu kroz koji bušaća kolona prolazi u ocean ispod. Oni se koriste u ultra-dubokim vodama, gdje dubina vode može premašiti 12 000 stopa (3 657 metara) . Brodovi za bušenje nude maksimalnu operativnu fleksibilnost i obično su tehnološki najnaprednije postojeće platforme za bušenje.

Vrste naftnih dizalica: usporedna usporedba

Tablica u nastavku uspoređuje glavne tipove naftnih bušilica po najkritičnijim radnim parametrima kako bi se razjasnilo koji je tip najprikladniji za različite scenarije.

Tablica: Usporedba pet glavnih tipova naftnih dizalica prema mobilnosti, visini, primjeni i relativnoj cijeni.

Oil Derrick naspram bušilice: u čemu je razlika?

An naftna dizalica je samo struktura tornja, dok je a bušilica je kompletan sustav — uključujući dizalicu, motore, pumpe, isplačne sustave i svo osoblje i opremu potrebnu za bušenje bušotine.

Zamislite to na ovaj način: dizalica je za bušilicu ono što je okvir za kuću. Okvir je bitna konstrukcijska komponenta, ali kuća također uključuje vodovodne, električne sustave, krov i unutarnje završne radove. Slično tome, naftna dizalica je samo jedan dio većeg sustava bušilice.

Tablica: Ključne razlike između naftne bušilice i potpunog sustava bušilice.

Materijali i inženjering iza naftnih dizalica

Moderne dizalice za naftu inženjerska su čuda izgrađena da izdrže izvanredna mehanička i ekološka opterećenja. Moraju podnijeti ogromna okomita opterećenja kuke, oduprijeti se bočnim silama vjetra i pouzdano raditi u ekstremnim okruženjima — od užarene vrućine bliskoistočnih pustinja do ledenih priobalnih voda Norveškog mora.

Čelik i legure

Konstrukcijski čelik visoke čvrstoće — često ASTM A36 ili A572 stupanj — je primarni materijal. Otobalne dizalice mogu koristiti legure višeg stupnja za otpornost na koroziju u slanim sredinama. Moderna kopnena dizalica može sadržavati bilo gdje 50 do 200 tona konstrukcijskog čelika , dok velike dizalice na moru mogu zahtijevati znatno više.

Oznake opterećenja

Derricks su ocijenjeni prema njihovim nosivost kuke — najveća težina koju mogu podnijeti na pokretnom bloku. Uobičajene kopnene dizalice ocijenjene su od 500.000 do 2.000.000 funti . Offshore jedinice mogu premašiti 3.000.000 funti . Ove vrijednosti uzimaju u obzir statičku težinu cijevi kao i dinamička udarna opterećenja tijekom bušenja.

Projekt opterećenja vjetrom

Derricks također moraju biti projektirani da budu otporni na vjetar. Većina je dizajnirana za brzine vjetra od najmanje 100 mph (160 km/h) , s jedinicama na moru izgrađenim za izdržavanje vjetrova jačine uragana 150 mph (241 km/h) . Otvorena rešetkasta struktura dizalice namjerno je dizajnirana da omogući prolaz vjetra, smanjujući površinu izloženu pritisku vjetra.

Sigurnosna razmatranja na naftnim dizalicama

Rad na naftnoj dizalici jedan je od fizički najzahtjevnijih i potencijalno najopasnijih poslova u energetskoj industriji. Međutim, moderni sigurnosni propisi, tehnologija i obuka dramatično su smanjili stope nesreća u posljednjih nekoliko desetljeća.

• Preventori od eksplozije (BOP): Masivni hidraulički ventili instalirani na ušću bušotine za zatvaranje bušotine u slučaju skoka tlaka koji bi mogao uzrokovati eksploziju. Obvezuje se zakonom za sve operacije bušenja.
• Zaštita od pada: Radnik dizalice radi na visinama od 80 do 120 stopa iznad poda bušotine; moderne opreme koriste pojaseve za cijelo tijelo, sigurnosne kaveze i uređaje za bijeg.
• Automatizacija rukovanja cijevima: Robotski sustavi za rukovanje cijevima uvelike su zamijenili ručno postavljanje cijevi u suvremene platforme, dramatično smanjujući rizik od ozljeda priklještenjem.
• Sustavi za detekciju plina: Kontinuirano praćenje sumporovodika (H2S) i drugih opasnih plinova standardna je praksa.
• Inspekcije opreme: Derricks se moraju redovito pregledavati radi strukturalnog integriteta, s metodama ispitivanja bez razaranja (NDT) koje se koriste za otkrivanje pukotina ili korozije u kritičnim nosivim elementima.

Utjecaj na okoliš i budućnost naftnih dizalica

Ekološki otisak naftnih dizalica i operacija bušenja glavna je tema rasprave. S jedne strane, moderne tehnologije bušenja značajno su smanjile uznemiravanje tla i otpadne tekućine povezane sa svakom bušotinom. S druge strane, vađenje fosilnih goriva ostaje središnja briga u raspravama o klimatskim promjenama.

Usmjereno i horizontalno bušenje

Usmjereno bušenje — mogućnost usmjeravanja bušaćeg dlijeta u smjerovima koji nisu okomiti — znači da jedna površinska lokacija sada može pristupiti višestrukim ciljevima ležišta raspoređenim po širokom podzemnom području. Jedna dizalica može izbušiti desetak ili više bušotina iz jedne jastučić s više jažica , drastično smanjujući broj pristupnih cesta i potrebnih površina.

Smanjeno vrijeme bušenja

Bušotina za koju je 1990-ih možda trebalo 60 dana da se buši, sada može biti dovršena 10 do 15 dana s modernim rotacijskim upravljivim sustavima, naprednim svrdlima i analitikom podataka u stvarnom vremenu — što znači da dizalica zauzima mjesto kraće vrijeme i da je ukupni poremećaj okoliša smanjen.

Digitalne i automatizirane dizalice

Naftna industrija se sve više integrira digitalna tehnologija blizanaca, optimizacija bušenja vođena umjetnom inteligencijom i udaljeni operativni centri u operacije bušotine. Neke vrhunske opreme sada rade sa znatno smanjenom posadom zahvaljujući automatizaciji, čime se poboljšava i sigurnost i učinkovitost.

Često postavljana pitanja o naftnim dizalicama

P: Koliko je visoka tipična naftna dizalica?

O: Većina kopnenih naftnih dizalica kreće se od 100 do 200 stopa (30 do 61 metar) u visini. Pušinske platforme dizalice mogu premašiti 250 stopa (76 metara). Što je dizalica viša, cijev može duže stajati, što ubrzava operacije bušenja.

P: Koliko dugo naftna dizalica ostaje na mjestu bušotine?

O: Nakon završetka bušenja, dizalica se uklanja. Većina kopnenih dizalica nalazi se na licu mjesta za bilo koje mjesto nekoliko tjedana do nekoliko mjeseci , ovisno o složenosti bušotine. Nakon bušenja, bušotina je dovršena i dizalica se premješta na novu lokaciju. Ono što trajno ostaje je oprema ušća bušotine na razini tla.

P: Je li dizalica pumpe isto što i dizalica za naftu?

O: Ne. A dizalica pumpe (također nazvana kimajuća magareća pumpa ili pumpa s konjskom glavom) mehanički je uređaj za ljuljanje koji se koristi za pumpanje nafte iz bušotine koja je već izbušena i proizvodi. Naftna dizalica je visoka građevina koja se koristi tijekom faze bušenja. Dvije služe za vrlo različite svrhe: dizalica je privremena i koristi se za bušenje; dizalica pumpe je trajna i koristi se za proizvodnju.

P: Što je zamijenilo stare drvene dizalice za naftu?

O: Drvene dizalice za naftu zamijenjene su čelične rešetkaste dizalice početkom 20. stoljeća. Moderne operacije sada pretežno koriste prijenosne čelične dizalice tipa jarbola , koji se može brzo transportirati i postaviti. Stare drvene dizalice sada se uglavnom nalaze kao povijesni spomenici i u muzejima.

P: Koliko košta naftna dizalica?

O: Cijena same naftne dizalice može varirati od 500.000 do nekoliko milijuna dolara , ovisno o veličini i specifikacijama. Kad uračunate cijeli paket opreme za bušenje - motore, pumpe, sustave isplake, smještaj i logistiku - kompletna oprema na kopnu može koštati 10 do 30 milijuna dolara ili više . Moderni brod za bušenje ultra dubokih voda s integriranom dizalicom može se procijeniti na više 600 milijuna dolara do milijardu dolara .

P: Mogu li se naftne dizalice koristiti za bušotine prirodnog plina?

O: Da. Iste vrste naftnih dizalica i opreme za bušenje koriste se za bušenje bušotina prirodnog plina. Proces bušenja je u biti identičan; razlika leži u vrsti ležišta i opremi za površinsku proizvodnju instaliranoj nakon završetka bušenja.

P: Što je posao dizaličara na naftnoj platformi?

The dizaličar je visokokvalificirani radnik na bušaćim strojevima koji radi na monkey boardu — platformi otprilike 80 do 120 stopa u dizalici — tijekom operacija skidanja cijevi. Mašinar vodi postolje cijevi u držač (stalk koji drži pojedinačne nosače cijevi) i nadzire sustav tekućine za bušenje (isplake). To je jedan od najopasnijih položaja na platformi zbog uključenih radnih visina.

Zaključak

An naftna dizalica daleko je više od dijela industrijske scenografije — to je precizno konstruiran strukturni sustav koji omogućuje vađenje nafte iz zemlje. Od drvenih tornjeva u Pennsylvaniji iz 19. stoljeća do današnjih digitalno integriranih offshore platformi, naftne dizalice kontinuirano su se razvijale kao odgovor na zahtjeve dubljih ležišta, oštrijih okruženja i složenijih dizajna bušotina.

Razumijevanje što je naftna dizalica, kako radi i različitih dostupnih vrsta pruža čvrstu osnovu za razumijevanje šireg svijeta istraživanja i proizvodnje nafte i plina. Dok se energetska industrija kreće u tranziciji prema izvorima s nižim udjelom ugljika, tehnologija bušenja — i sama dizalica u njezinu središtu — nastavljaju napredovati prema sigurnijim, učinkovitijim operacijama koje manje ugrožavaju okoliš.