IL PETROLIO

IL PETROLIO

Il petrolio è un insieme di sostanze naturali che si trovano normalmente associate alle rocce sedimentarie e derivano dalla trasformazione/decomposizione di sostanze organiche che, anzichè essere distrutte dai normali processi naturali, si conservano e si accumulano nel sottosuolo per milioni di anni all'interno delle rocce sedimentarie stesse che via via si formano. 

La sua utilizzazione pratica è antichissima; l'asfalto, che è un suo derivato, fu impiegato nella costruzione della città di UR in Mesopotamia già nel 3000 a.C., per l'edificazione della Torre di Babele, e per vari secoli fu usato come impermeabilizzante e legante. Ai giorni nostri, il suo impiego è vastissimo, basti pensare ai carburanti che muovono le nostre macchine, oppure alla plastica con cui sono realizzati la maggior parte degli oggetti che utilizziamo quotidianamente... 

Ricerca e sfruttamento del petrolio

  Questa è una sostanza che proviene dalla disgregazione e maturazione di sostanze organiche, e questo processo avviene sotto terra a profondità variabili, dipendenti dalla temperatura e pressione (finestra dell'olio), e da vita ai giacimenti petroliferi. 

Ma come si sfruttano questi giacimenti e soprattutto come si fa a trovarli?

Lo sfruttamento dei primi giacimenti era legato all'individuazione di manifestazioni petrolifere naturali e nella corretta interpretazione del geologo sull'andamento delle strutture. Ancora oggi si basa principalmente sempre sul lavoro del geologo che deve esaminare la zona e effettuare gli opportuni rilevamenti, ma fortunatamente, con il progresso tecnologico, adesso si sono affiancate al lavoro teorico del geologo strumentazioni che forniscono ottimi indizi e informazioni per una corretta valutazione finale della zona.

Uno dei sistemi di analisi sfruttati è il rilevamento magnetometrico che sfrutta il magnetismo terrestre, e viene generalmente eseguito su regioni piuttosto ampie di territorio. Infatti tutte le variazioni del campo magnetico, dette anomalie magnetiche, che non sono imputabili a cause naturali (vedi magnetismo) o artificiali, ad esempio alcune attività industriali, sono causati da contrasti di suscettività magnetica nelle rocce del sottosuolo. Le rocce che forniscono questi contrasti sono soprattutto quelle magmatiche che generalmente formano il substrato su cui poggiano successivamente quelle sedimentarie; quest'ultime, per questo tipo di analisi, sono completamente trascurabili. In figura accanto un rilevamento magnetometrico, (g unità di misura C.G.S.) da Pieri, Petrolio Ed. Zanichelli.

La forma e l'intensità delle anomalie registrate è influenzata dalla profondità che può così essere stimata con relativa precisione. Quindi con questo strumento si cerca di stimare lo spessore di rocce sedimentarie che si trova nel sottosuolo e quindi la possibilità o meno che in questo punto si sia formato o meno del petrolio e/o la presenza di un giacimento.

Accanto a questa misurazione viene effettuata anche quella gravimetrica che misura le variazioni dell'accellerazione di gravità, ossia le differenze di massa delle rocce nel sottosuolo; il gravimetro è una bilancia a molla estremamente sensibile alla quale è collegata una massa costante, quindi le variazioni di peso misurate sono causate da variazioni nella massa di terra sottostante, in pratica misura la variazione di densità (quindi del peso specifico) delle litologie che si trovano al di sotto del gravimetro stesso, quindi uno strato di basalto (di cui è composto il fondo oceanico) attirerà di più a se il peso del gravimetro che non uno strato di sale perché il suo peso specifico è molto più elevato di quello del sale.

In realtà questa misurazione necessita di numerose correzioni poiché misurando la gravità, è influenzata da molti fattori come la topografia della zona (se c'è una montagna vicina, la massa di roccia di questa influenzerà la misurazione), la latitudine (la terra non è una sfera perfetta, anzi), le maree, la quota a cui si effettua la misurazione e molte altre. Con questo sistema , si cercano quelle anomalie di gravità (dette di Brouger) causate da fatti strutturali di grande portata come le variazioni di spessore della crosta o la presenza di un bacino colmato di rocce sedimentarie, che sono relativamente più leggere; con una opportuna elaborazione delle carte si può anche arrivare a mettere in evidenza delle strutture minori. Nella tabella sopra i valori di densità per alcuni tipi di rocce; sotto la teoria alla base del rilevamento sismico.

Il metodo che fornisce le informazioni più attendibili e dettagliate è sicuramente la sismica a riflessione che sfrutta le onde P (vedi i terremoti) provocate artificialmente. Queste onde infatti quando si propagano nel terreno e quando incontrano una litologia diversa, rispetto a quella nella quale viaggiavano, si dividono ed una parte prosegue verso il basso (onde rifratta) mentre una parte di questa rimbalza e ritorna in superfice (onda riflessa, vedi Interno della Terra). Misurando tutte le onde riflesse, mediante dei geofoni, e il loro tempo che hanno impiegato dalla sorgente a tornare in superficie, si ottengono delle sezioni sismiche, anche in 3D, di notevole definizione e profondità (fino a 7-9 Km) che danno indicazioni sia della struttura che della composizione del terreno. Come sorgente si usano o dei normali esplosivi, o dei potenti mezzi meccanici, chiamati vibratori sismici. In mare si sfrutta un getto di ossigeno ad alta pressione che provoca delle onde di compressione nell'acqua che a sua volta le trasmette sul fondo oceanico.
Accanto l'individuazione di un domo salino e relativa sezione sismica; se hai delle domande prova a chiedere al nostro "channel manager" sulla sismica

Una volta individuato il giacimento si procede creando un pozzo esplorativo; infatti solo questo potrà realmente accertare con sicurezza se le trappole identificate dalla prospezione contengano del petrolio e di che tipo. Lo sviluppo di un pozzo esplorativo è un passo fondamentale anche se i suoi costi sono molto superiori a quelli imputabili alla fase di prospezione; infatti mentre un rilevamento sismico può costare tra i 2.000 e 10.000 dollari a Km (circa 400 in mare, perché il processo è più rapido e non si necessita di esplosivi), il costo per la struttura per operare un pozzo esplorativo si aggira tra i 15.000 e 30.000 dollari al giorno in terra e può arrivare a 150.000 dollari al giorno in mare. Considerando che per perforare un pozzo si può impiegare anche un anno, si capisce quanto sia rischiosa ed onerosa questa attività (comunque in caso di successo il gioco vale assai la candela).

Accanto una torre di perforazione e relative aste; nelle immagini sotto alcuni tipi di scalpelli: scalpello a rulli a tre coni; sotto uno scalpello in PDC, da Pieri, Petrolio Ed. Zanichelli.

La tecnica di perforazione più usata è chiamata a rotazione (rotary). 

E' costituito da una punta, chiamata scalpello, poggiata sul fondo del pozzo e collegata alla superficie attraverso una serie di aste cave avvitate l'una all'altra e tenute sospese mediante la torre di perforazione; facendo ruotare l'ultima asta, cioè quella che spunta in superficie, si trasmette la rotazione a tutto il sistema e quindi anche allo scalpello. Contemporaneamente dall'alto viene iniettato nelle aste un fluido a pressione (il fango), la cui composizione è studiata per rispondere a determinate caratteristiche di densità e viscosità. Il fango fuoriesce dallo scalpello e risale attraverso lo spazio vuoto tre le aste e la parete del foro (il percorso può essere anche opposto, nel senso che il fango può fuoriuscire anche dalle aste) fino alla superficie dove viene filtrato e pompato nuovamente in circolo. Questo fango serve sia per portare in superficie i detriti provocati dalla frantumazione della roccia, che per raffreddare lo scalpello; inoltre serve a controbilanciare la pressione dei fluidi contenuti nelle rocce permeabili attraversate che altrimenti entrerebbero nel foro. Generalmente comunque si sigilla il foro mediante rivestimenti di tubi in acciaio cementati alla roccia, il casing, anche se questo processo diminuisce sensibilmente il diametro del pozzo.

Gli scalpelli assumono una notevole importanza e la velocità di avanzamento di un pozzo dipende spesso dalla giusta scelta degli scalpelli. Questi infatti possono avere dimensioni e composizioni differenti dipendendo dal tipo di terreno che si deve attraversare: per quelli particolarmente duri si usano scalpelli diamantati, cioè forniti di una corona in cui sono incastonati numerosi piccoli diamanti industriali, spesso artificiali, che con un alta velocità di rotazione disgregano la roccia con la loro azione abrasiva; o scalpelli in PDC (polycristallyne diomond compact bit) con inserti di carburo di tungsteno e diamanti sintetici; per rocce meno coerenti si possono usare degli scalpelli a rulli o a lame. Accanto uno schema di una nave di perforazione a posizionamento dinamico, sotto una piattaforma a semisommergibile con sistemi di ancoraggio.

Durante la perforazione si studiano le rocce che via via vengono attraversate. In maniera continua analizzando le particelle che escono con il fango, e in modo più mirato, ad intervalli considerati rappresentativi, mediante i cosidetti log (a neutroni, acustici, raggi gamma, decadimento tempo termico, di immersione, inclinazione…). I log consistono nel calare all'interno del pozzo strumenti in grado di fornire dati molto precisi sia sulle litologie di roccia che via via si attraversa, ma anche sulla profondità e sull'andamento del foro.

In mare le tecniche sono sostanzialmente identiche anche se cambia la sistemazione dell'impianto che sarà posto sulle piattaforme o sulle navi dal momento che è necessario che il pozzo sia collegato alla superficie per permettere la circolazione del fango. Vi sono vari tipi di piattaforme che nel caso di pozzi esplorativi devono essere mobili, in modo da spostarsi da un punto ad un altro; possiamo avere le piattaforme jack up che mediante "zampe" si poggiano e sollevano dal fondo (massimo 100 metri), durante gli spostamenti lo scafo galleggia e viene rimorchiato.

Se il punto da perforare si trova in acque profonde (nell'83 si sono raggiunti i 2083 metri) allora vengono utilizzate delle piattaforme galleggianti il cui tipo più usato è quello semisommergibile munito di colonne, di grandi dimensioni, che contengono acqua di mare e fanno da zavorra al resto dello scafo mantenendo la piattaforma molto stabile. Il posizionamento sulla verticale è garantito o da cavi di ormeggio molto robusti o da sistemi di posizionamento dinamici, cioè una serie di motori che possono spostare la piattaforma in tutte le direzioni compensando i moltissimi movimenti dovuti alle onde e alle correnti; la circolazione del fango è garantita da una tubazione flessibile, detta riser. 

Un'altra soluzione sono le navi di perforazione, capaci di spostarsi velocemente e di operare grazie al posizionamento dinamico.

Una volta che il pozzo esplorativo ha individuato quantità sfruttabili di petrolio si passa alla fase di sviluppo e produzione del giacimento; inizialmente si delimita il giacimento mediante dei pozzi di delimitazione, successivamente si perforano i pozzi di produzione che devono garantire il drenaggio completo del giacimento. 

Una volta che il petrolio arriva in superficie si separa il gas dall'olio per liberare entrambi dalle impurità (sali, paraffine, zolfo), che corroderebbero le tubazioni. Questo avviene nei centri di raccolta dal quale poi partono gli oleodotti che porteranno l'olio alle raffinerie. La raccolta del petrolio in mare pone problemi più grossi in quanto si devono costruire delle strutture che garantiscano la produzione del giacimento anche per qualche decennio; a questo scopo vengono realizzate delle piattaforme fisse (in tralicci tubolari, a gravità, a galleggiamento.…, le dimensioni di queste strutture sono davvero imponenti, fino ad arrivare a 300 metri di altezza !!) che grazie ad un numero multiplo di pozzi (di solito tra i 12 e 24), che si diramano dalla piattaforma, garantisce un drenaggio omogeneo di diversi Km quadrati di giacimento e permette di ospitare l'impianto di trattamento del petrolio che successivamente viene direttamente stoccato e poi pompato sulle petroliere. 

Accanto il progetto di sfruttamento Seagap per giacimenti profondi dove non è possibile l'uso di piattaforme fisse, sotto le zone con maggiore concentrazione (e relativi numeri) di piattaforme petrolifere.

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