Ce este un derrick de petrol? Un ghid complet pentru structură, funcție și tipuri

An foră de petrol este un cadru de oțel înalt, asemănător unui turn, ridicat peste un puț de petrol pentru a susține echipamentele și mașinile de foraj necesare pentru extragerea petrolului de sub suprafața pământului. Fie că ați văzut unul la orizont în Texas sau într-un documentar despre producția de energie offshore, forța de petrol este unul dintre cele mai emblematice simboluri ale industriei petroliere - și unul dintre cele mai importante din punct de vedere mecanic.

Ce este o forță de petrol, mai exact?

Un derrick de petrol este o structură rigidă, permanentă sau semi-permanentă - de obicei realizată din oțel - care oferă înălțimea verticală și suportul mecanic necesar pentru a foraj adânc în pământ pentru petrol și gaze. Derrickul acționează ca coloana vertebrală structurală a întregii operațiuni de foraj, suspendând garnitura de foraj, susținând blocul coroană și blocul de deplasare și suportând sarcinile verticale imense asociate forării până la adâncimi care pot depăși 30.000 de picioare (9.144 de metri).

Spre deosebire de a instalație de foraj — un termen mai larg care cuprinde toate utilajele, pompele și personalul de la fața locului — the foră de petrol se referă în mod specific la turnul structural. Cu toate acestea, în uzul comun, cei doi termeni sunt adesea folosiți interschimbabil.

Termenul „derick” în sine provine de la un spânzurator englez din secolul al XVII-lea, pe nume Thomas Derrick, a cărui spânzurătoare avea un braț de ridicare distinctiv - același principiu mecanic de bază folosit la primele platforme petroliere pentru a ridica sarcini grele.

Istoria forței petroliere

Povestea platformei petroliere începe cu nașterea industriei petroliere moderne la mijlocul secolului al XIX-lea. Fântâna lui Edwin Drake din 1859 din Titusville, Pennsylvania — considerată pe scară largă primul puț de petrol de succes comercial din lume — a folosit un foraj simplu din lemn pentru a-și susține burghiul cu unealtă cu cablu.

Dericks din lemn timpurii (anii 1860–1920)

Dericksurile de petrol timpurii au fost construite din lemn disponibil local. Aceste structuri aveau adesea între 60 și 80 de picioare înălțime și au fost construite în întregime la fața locului. Au fost folosite cu foraj cablu-uneltă — o tehnică de percuție în care o picătură grea a fost aruncată în mod repetat pentru a pulveriza roca. Dericks din lemn erau ieftine și rapide de construit, dar foarte combustibile și predispuse să se prăbușească.

Dericks din oțel și foraj rotativ (1900-1950)

Trecerea la foraj rotativ — care folosește un bit rotativ mai degrabă decât o mișcare de bătaie — a necesitat structuri mai înalte și mai rezistente. Oțelul a înlocuit lemnul ca material dominant. Spindletop gusher din 1901 din Beaumont, Texas, care a produs peste 100.000 de barili pe zi la apogeul său, a demonstrat dramatic puterea acestei noi abordări și a condus la adoptarea pe scară largă a dericks din oțel.

Catarge de foraj moderne și instalații portabile (anii 1960 – prezent)

Astăzi, multe operațiuni de foraj pe uscat folosesc dericks portabile de tip catarg care pot fi transportate de la un loc la altul cu un camion. Operațiunile offshore se bazează pe platforme special construite sau pe nave de foraj plutitoare cu dericks integrate. Turnurile moderne pot sta deasupra 200 de picioare (61 de metri) înalte și încărcături de cârlig de sprijin depășind 2 milioane de lire sterline .

Cum funcționează un derrick de ulei?

O platformă de foraj funcționează prin furnizarea unui cadru înalt și rigid, care permite forătorilor să ridice și să coboare garnitura de foraj, să manipuleze secțiunile de țeavă și să controleze greutatea aplicată burghiului - toate funcțiile esențiale pentru a ajunge la rezervoarele de petrol adânci în subteran.

Iată o defalcare pas cu pas a procesului de bază:

• Ansamblu șir de foraj: Secțiunile de țeavă de oțel (fiecare de obicei cu lungimea de 30 de picioare) sunt conectate și coborâte prin podeaua basculantei în forajul sondei.
• Masă rotativă sau antrenare superioară: Un sistem mecanic rotește întreaga garnitură de foraj, rotind burghiul în partea de jos pentru a tăia roca.
• Circulația fluidului de foraj: Nuroiul de foraj este pompat în jos prin garnitura de foraj și susține inelarul (spațiul dintre țeavă și peretele găurii de foraj), ducând tăieturile de rocă la suprafață și stabilizând puțul.
• Sistem de ridicare: Blocul de coroană al forului (în partea de sus) și blocul de deplasare (care se mișcă în sus și în jos) folosesc cablul de sârmă pentru a ridica sau a coborî șirul de foraj, după cum este necesar.
• Raft pentru țevi: Când adaugă noi secțiuni de țeavă sau trageți garnitura de foraj afară, lucrătorii „tripesc” țeava în sau în afara orificiului. Înălțimea derrick-ului permite lucrătorilor să manevreze eficient suporturile de țeavă (de obicei trei îmbinări de 30 de picioare conectate = 90 de picioare).

Componentăele cheie ale unei platforme petroliere

Înțelegerea a ceea ce alcătuiește o platformă petrolieră ajută la clarificarea modului în care efectuează o astfel de muncă solicitantă. Mai jos sunt principalele componente structurale și mecanice:

Tabel: Componentele structurale și mecanice majore ale unei platforme petroliere tipice și rolurile acestora în operațiunea de foraj.

Tipuri de turnuri de petrol

Există mai multe tipuri distincte de platforme petroliere, fiecare proiectată pentru condiții geologice specifice, locații geografice și cerințe operaționale.

1. Derrick standard (convențional).

Forța standard este construită bucată cu piesă la fața locului și nu este ușor de mutat. A fost designul dominant de la începutul secolului al XX-lea până în anii 1950. Aceste dericks sunt structuri înalte, în formă de piramidă, cu zăbrele din oțel, care variază de obicei între 136 și 175 de picioare în înălțime. Deși încă sunt utilizate în unele operațiuni permanente sau pe termen lung, acestea au fost în mare parte înlocuite cu modele mai portabile.

2. Catarg portabil (Jackknife Derrick)

The catarg portabil , numit și cuțit sau catarg pliabil, este cel mai comun tip de foră de țărm astăzi. Este prefabricat și transportat la locul de foraj pe camioane, apoi ridicat în poziție folosind sisteme hidraulice. Catargele portabile pot fi ridicate sau coborâte în câteva ore, mai degrabă decât în ​​zile și sunt ideale pentru operațiunile în care instalația se mișcă frecvent între locurile de puț. Înălțimile variază de obicei între 100 și 200 de picioare.

3. Slingshot Derrick

O variantă a catargului portabil, derrick-ul cu praștie folosește o configurație „slingshot” pentru ridicare. Acestea sunt deosebit de populare pentru platformele de lucru și service, unde viteza de montare și de montare este critică. Ele sunt de obicei mai ușoare și mai mici decât stâlpii de foraj complet.

4. Platformă offshore Derrick

Platformele fixe offshore - cum ar fi cele găsite în Golful Mexic sau în Marea Nurdului - prezintă dericks integrate construite direct în structura platformei. Acestea pot fi enorme: unele dericks offshore pe platforme semi-submersibile au capacități de încărcare cu cârlig care depășesc 3 milioane de lire sterline și ridică-te peste 250 de picioare deasupra punții platformei.

5. Foraj Navă Derrick

Navele de foraj sunt nave autopropulsate echipate cu un foraj montat deasupra unui bazin central al lunii - o deschidere în carenă prin care șirul de foraj trece în oceanul de dedesubt. Acestea sunt folosite în medii cu ape ultra adânci, unde adâncimile apei pot depăși 12.000 de picioare (3.657 de metri) . Navele de foraj oferă flexibilitate operațională maximă și sunt de obicei cele mai avansate platforme de foraj existente din punct de vedere tehnologic.

Tipuri de foraje de ulei: comparație alăturată

Tabelul de mai jos compară principalele tipuri de foraje petroliere în ceea ce privește cei mai critici parametri operaționali pentru a ajuta la clarificarea tipului care este cel mai potrivit pentru diferite scenarii.

Tabel: Comparația celor cinci tipuri principale de foraje petroliere în funcție de mobilitate, înălțime, aplicare și costul relativ.

Derrick de petrol vs. Foraj: Care este diferența?

An foră de petrol este doar structura turnului, în timp ce a instalație de foraj este sistemul complet - inclusiv derrick, motoare, pompe, sisteme de noroi și tot personalul și echipamentul necesar pentru forarea unui puț.

Gândiți-vă la asta astfel: forța este pentru instalația de foraj ceea ce este cadrul pentru o casă. Cadrul este o componentă structurală esențială, dar casa include și instalațiile sanitare, sistemele electrice, acoperișul și finisajele interioare. În mod similar, platforma de foraj este doar o parte a sistemului de foraj mai mare.

Tabel: Distincții cheie între o platformă de foraj și un sistem complet de foraj.

Materiale și inginerie din spatele platformelor petroliere

Turnurile de petrol moderne sunt minuni de inginerie construite pentru a rezista la solicitări mecanice și de mediu extraordinare. Ele trebuie să suporte sarcini verticale masive cu cârlig, să reziste forțelor laterale ale vântului și să funcționeze fiabil în medii extreme - de la căldura arzătoare a deșerților din Orientul Mijlociu până la apele înghețate ale Mării Norvegiei.

Oțel și aliaje

Oțel structural de înaltă rezistență - adesea Clasa ASTM A36 sau A572 - este materialul primar. Dericks offshore pot folosi aliaje de calitate superioară pentru rezistența la coroziune în medii saline. Un derrick modern poate conține oriunde 50 până la 200 de tone de oțel de structură , în timp ce marile dericks offshore pot necesita mult mai mult.

Evaluări de încărcare

Dericks sunt evaluate după lor capacitatea de încărcare a cârligului — greutatea maximă pe care o pot suporta pe blocul de rulare. Dericks-urile comune de platforme terestre sunt evaluate de la 500.000 până la 2.000.000 de lire sterline . Unitățile offshore pot depăși 3.000.000 de lire sterline . Aceste evaluări iau în considerare greutatea statică a conductei, precum și sarcinile dinamice de șoc în timpul forării.

Proiectare sarcină de vânt

Dericks-urile trebuie, de asemenea, să fie proiectate pentru a rezista vântului. Majoritatea sunt proiectate pentru viteze ale vântului de cel puțin 100 mph (160 km/h) , cu unități offshore construite pentru a face față vântului cu forță de uragan care depășește 150 mph (241 km/h) . Structura de zăbrele deschisă a unui derrick este proiectată în mod intenționat pentru a permite trecerea vântului, reducând suprafața expusă presiunii vântului.

Considerații de siguranță la platformele petroliere

Lucrul pe o platformă petrolieră este una dintre cele mai solicitante din punct de vedere fizic și potențial periculoase locuri de muncă din industria energetică. Cu toate acestea, reglementările moderne de siguranță, tehnologia și instruirea au redus dramatic ratele accidentelor în ultimele decenii.

• Dispozitive de prevenire a erupțiilor (BOP): Supape hidraulice masive instalate la capul sondei pentru a închide puțul în cazul unei creșteri de presiune care ar putea provoca o explozie. Obligat de lege pentru toate operațiunile de foraj.
• Protecție împotriva căderii: Derrickman lucrează la înălțimi de 80 până la 120 de picioare deasupra podelei platformei; instalațiile moderne folosesc hamuri pentru întregul corp, cuști de siguranță și dispozitive de evacuare.
• Automatizare pentru manipularea conductelor: Sistemele robotizate de manipulare a țevilor au înlocuit în mare măsură rafturile manuale pentru țevi în instalațiile moderne, reducând dramatic riscul de răniri în punctul de prindere.
• Sisteme de detectare a gazelor: Monitorizarea continuă a hidrogenului sulfurat (H2S) și a altor gaze periculoase este o practică standard.
• Inspecții platforme: Dericks trebuie inspectate în mod regulat pentru integritatea structurală, cu metode de testare nedistructivă (NDT) utilizate pentru a detecta fisurile sau coroziunea în elementele portante critice.

Impactul asupra mediului și viitorul platformelor petroliere

Amprenta de mediu a forajelor petroliere și a operațiunilor de foraj este un subiect major de dezbatere. Pe de o parte, tehnologiile moderne de foraj au redus semnificativ perturbarea terenului și deșeurile de fluide asociate fiecărui puț. Pe de altă parte, extracția de combustibili fosili rămâne o preocupare centrală în discuțiile despre schimbările climatice.

Foraj direcțional și orizontal

Foraj direct — capacitatea de a direcționa burghiul în direcții neverticale — înseamnă că o singură locație de suprafață poate accesa acum mai multe ținte de rezervor răspândite pe o zonă largă subterană. Un singur foraj poate fora o duzină sau mai multe puțuri dintr-una tampon cu mai multe godeuri , reducând drastic numărul de drumuri de acces și locații de suprafață necesare.

Timpi de foraj redusi

O sondă care ar fi trebuit să foreze 60 de zile în anii 1990 poate fi acum finalizată 10 până la 15 zile cu sisteme moderne de direcție rotativă, burghie avansate și analiză a datelor în timp real - ceea ce înseamnă că forocul ocupă o locație pentru o perioadă mai scurtă și perturbarea generală a mediului este redusă.

Dericks digitale și automatizate

Industria petrolieră se integrează din ce în ce mai mult tehnologie digitală dublă, optimizare a forajului bazată pe inteligență artificială și centre de operațiuni la distanță în operațiuni de platformă. Unele platforme de ultimă oră funcționează acum cu dimensiuni reduse semnificativ ale echipajului datorită automatizării, îmbunătățind atât siguranța, cât și eficiența.

Întrebări frecvente despre Oil Dercks

Î: Cât de înălțime este o forță de petrol tipică?

R: Majoritatea platformelor petroliere de pe uscat variază de la 100 până la 200 de picioare (30 până la 61 de metri) in inaltime. Dericks-urile cu platformă offshore pot depăși 250 de picioare (76 de metri). Cu cât este mai înalt, cu atât țeava poate suporta mai mult, ceea ce accelerează operațiunile de foraj.

Î: Cât timp stă o foră de petrol pe un loc de sondă?

R: Odată ce forarea este completă, forța este îndepărtată. Cele mai multe dericks de pe uscat sunt la fața locului pentru oriunde câteva săptămâni până la câteva luni , în funcție de complexitatea puțului. După forare, puțul este finalizat, iar forajul este mutat într-o nouă locație. Ceea ce rămâne permanent este echipamentul capului de sondă la nivelul solului.

Î: Un cric de pompă este același cu o furcă de ulei?

A: Nu. A mufa pompei (numită și pompă de măgar sau cap de cal) este dispozitivul mecanic balansoar folosit pentru a pompa petrol dintr-un puț care este deja forat și în producție. Un basculant de petrol este structura înaltă folosită în timpul fazei de foraj. Cele două servesc unor scopuri foarte diferite: derrick-ul este temporar și folosit pentru foraj; cricul pompei este permanent și folosit pentru producție.

Î: Ce a înlocuit vechile platforme petroliere din lemn?

R: S-au înlocuit turneele de petrol din lemn zăbrele din oțel începând cu începutul secolului al XX-lea. Operațiunile moderne folosesc acum predominant stârpi portabile de tip catarg din oțel , care poate fi transportat și ridicat rapid. Dericks vechi din lemn se găsesc acum în principal ca monumente istorice și în muzee.

Î: Cât costă o furcă de petrol?

R: Costul unei platforme petroliere poate varia de la 500.000 de dolari până la câteva milioane de dolari , în funcție de mărimea și specificațiile sale. Când luați în considerare pachetul complet de instalații de foraj - motoare, pompe, sisteme de noroi, locuri de cazare și logistică - o platformă completă pe uscat poate costa 10 milioane USD până la 30 milioane USD sau mai mult . O navă modernă de foraj pentru ape ultra adânci cu forada sa integrată poate fi evaluată la peste 600 de milioane de dolari până la 1 miliard de dolari .

Î: Pot fi folosite dericks de petrol pentru sondele de gaze naturale?

A: Da. Aceleași tipuri de foraje petroliere și echipamente de foraj sunt utilizate pentru forarea puțurilor de gaze naturale. Procesul de foraj este în esență identic; diferența constă în tipul de rezervor și echipamentul de producție de suprafață instalat după finalizarea forajului.

Î: Care este treaba derrickman pe o platformă petrolieră?

The derrickman este un muncitor cu înaltă calificare care lucrează la monkey board - o platformă la aproximativ 80 până la 120 de picioare în derrick - în timpul operațiunilor de declanșare a conductelor. Derrickman ghidează suporturile pentru țevi în bord (un suport care deține suporturi individuale pentru țevi) și monitorizează sistemul de fluid de foraj (noroi). Este una dintre cele mai periculoase poziții pe o platformă din cauza înălțimii de lucru implicate.

Concluzie

An foră de petrol este mult mai mult decât o bucată de peisaj industrial - este un sistem structural proiectat cu precizie care face posibilă extracția petrolului de pe pământ. De la turnurile de lemn din Pennsylvania din secolul al XIX-lea până la platformele offshore integrate digital de astăzi, forța petrolieră a evoluat continuu ca răspuns la cerințele rezervoarelor mai adânci, a mediului mai aspre și a proiectelor de puțuri mai complexe.

Înțelegerea ce este un derrick de petrol, cum funcționează și diferitele tipuri disponibile oferă o bază solidă pentru înțelegerea lumii mai extinse a explorării și producției de petrol și gaze. Pe măsură ce industria energetică navighează în tranziția către surse cu emisii scăzute de carbon, tehnologia de foraj – și forța de foraj în centrul său – continuă să avanseze către operațiuni mai sigure, mai eficiente și mai puțin perturbatoare din punct de vedere al mediului.