Nauka

Bomby z bąbli

Przekleństwo morskich wierceń

Czy to się kiedyś skończy? Kolejne próby powstrzymania wycieku  z Deepwater Horizon nie przynoszą poprawy Czy to się kiedyś skończy? Kolejne próby powstrzymania wycieku z Deepwater Horizon nie przynoszą poprawy U.S. Coast Guard
Przyczyną katastrofy platformy wiertniczej Deepwater Horizon w Zatoce Meksykańskiej mogły być hydraty metanu. To nadzieja energetyczna ludzkości i przekleństwo wierceń głębokomorskich.
Katastrofę da się powstrzymać chyba dopiero po wykonaniu szybu odciążającegoJR/Polityka Katastrofę da się powstrzymać chyba dopiero po wykonaniu szybu odciążającego

Publiczne przesłuchania szefów firm odpowiedzialnych za katastrofę rozpoczęły się 11 maja w Waszyngtonie. Na razie niewiele z nich wynika. Koncern BP obwinia podwykonawców z firm Transocean i Halliburton, ci się bronią twierdząc, że wykonywali jedynie polecenia brytyjskiego koncernu.

Eksploracja złóż nafty i gazu od zawsze była związana z wysokim ryzykiem. Doskonale o tym wiedzieli już XIX-wieczni nafciarze, wiedzą również dzisiejsi eksploratorzy, wyposażeni bez porównania lepiej. Najniebezpieczniejszym momentem podczas całej skomplikowanej, wieloetapowej operacji budowy szybu wydobywczego jest dowiercanie się do skał zawierających sprężony gaz ziemny i ropę. Zazwyczaj do zrównoważenia ciśnienia panującego w złożu wystarczy wypełnienie rury wiertniczej mieszaniną wody i iłu, zwaną płuczką wiertniczą. W wyjątkowych sytuacjach, kiedy zwykła płuczka nie wystarcza, dodaje się do niej sproszkowany baryt – ciężki, naturalny minerał. Cięższa płuczka wywiera większe ciśnienie hydrostatyczne na dno otworu wiertniczego, blokując możliwość wyrzutu gazu i ropy. Jeśli i to nie pomaga, ostatnią linią obrony jest głowica przeciwwybuchowa, zwana w żargonie wiertniczym prewenterem.

Nieszczelne szczęki

To mechanicznie dosyć skomplikowane urządzenie składa się z co najmniej dwóch niezależnych zespołów stalowych szczęk, napędzanych siłownikami hydraulicznymi, które powinny w razie potrzeby zamknąć szczelnie wylot rury wiertniczej. Pierwsze modele głowic przeciwwybuchowych powstały w latach 20. zeszłego stulecia w amerykańskiej firmie Cameron International – tej samej, która dostarczyła supernowoczesny prewenter na platformę Deepwater Horizon. Właśnie to 450-tonowe monstrum, wykonane z najlepszych stali i tworzyw, precyzyjne jak szwajcarski zegarek, jest głównym podejrzanym w dochodzeniu przyczyn katastrofy, która 20 kwietnia spowodowała śmierć 11 ludzi, zatonięcie platformy i gigantyczny wyciek ropy.

Agregat wysokości 10 m wieńczy kolumnę rur okładzinowych na dnie morza. Jego stalowe szczęki powinny zatrzasnąć się na sygnał elektryczny, przesłany kablem z pokładu platformy. Jak wiemy, nie zamknęły się. Nigdy się nie dowiemy, czy taki sygnał został przesłany, bo pracownik obsługujący wyłącznik zginął podczas wybuchu. Tak czy inaczej, głowica powinna automatycznie zareagować na nagły wzrost ciśnienia, jak również na przerwanie obwodu elektrycznego. Jeśli i to zawiodło (a tak właśnie się stało), pozostaje ręczne przestawienie dźwigni wystającej z korpusu prewentera, uruchamiającej siłowniki hydrauliczne. Oczywiście na głębokości 1500 m rękę ludzką musi zastąpić stalowe ramię podwodnego robota. Ku zaskoczeniu inżynierów, wielokrotne próby przestawienia dźwigni nie odniosły skutku.

Prześwietlenie głowicy promieniami rentgena 11 i 12 maja wskazało, że prewenter jest częściowo zamknięty. Co zawiodło? Bez wydobycia głowicy na powierzchnię nigdy się tego nie dowiemy, ale pojawiły się doniesienia, że już wcześniej urządzenie sprawiało kłopoty – odnotowano wycieki płynu hydraulicznego i spadek ciśnienia gazu w tzw. akumulatorach hydraulicznych, które dostarczają energii koniecznej do pracy systemu.

Otwarta pozostaje sprawa dodatkowego wyłącznika – akustycznego, którego nie zainstalowano na feralnej platformie. Ten wyłącznik to nadajnik impulsów ultradźwiękowych, umieszczony na statku pomocniczym krążącym w pobliżu platformy. W razie totalnej katastrofy, można za jego pomocą wysłać sekwencję impulsów do odbiornika na prewenterze, co powinno uruchomić jego mechanizm hydrauliczny blokujący otwór wiertniczy.

Takie urządzenia ostatniej szansy stosują obowiązkowo dwa państwa – Norwegia (od 1993 r.) i Brazylia (od eksplozji w 2007 r., w której zginęło 11 ludzi). Niektóre platformy Shella i francuskiego koncernu Total są również wyposażone w wyłączniki akustyczne. Nie ma jednak pewności, czy obecność czwartego z kolei wyłącznika zapobiegłaby katastrofie. BP argumentuje, że jego funkcję pełni dźwignia obsługiwana przez podwodne roboty. Nie bez znaczenia jest koszt takiego urządzenia – 500 tys. dol., nie licząc stałej obsługi.

Wybuchowe hydraty

Niepokojący scenariusz przedstawił 8 maja prof. Robert Bea z University of California w Berkeley. Specjalista w dziedzinie bezpieczeństwa inżynieryjnego rurociągów naftowych, doradca BP w latach 90., twierdzi, że przyczyną katastrofy mogły być hydraty metanu. Ta niezwykła substancja, podobna do zwykłego lodu, powstaje, gdy metan miesza się z wodą w niskiej temperaturze, przy odpowiednio wysokim ciśnieniu. Hydraty metanu należą do grupy struktur klatkowych – w sieci cząsteczek wody zamykają, jak w klatkach, cząsteczki gazu. Z nietypowej budowy wewnętrznej wynikają niesamowite właściwości hydratów – są one bowiem zamrożonym paliwem. Po wydobyciu na powierzchnię białe bryły rozpadają się błyskawicznie na metan i wodę. Podpalone płoną jasnym ogniem. Nic dziwnego – 1 m sześc. metanowego lodu zawiera 164 m sześc. metanu.

Hydraty występujące powszechnie w szelfowych częściach oceanu – również w Zatoce Meksykańskiej – uważane są za nadzieję energetyczną ludzkości, znane złoża zawierają bowiem ilości gazu porównywalne z dotychczas eksploatowanymi złożami klasycznymi (POLITYKA 19/06). Jednocześnie są najbardziej niebezpieczną naturalną substancją, jaką można spotkać na dnie morza. Ich strukturę utrzymuje w całości jedynie wysokie ciśnienie i niska temperatura; przy zmianie jednego lub obu parametrów rozpadają się, czasami w sposób gwałtowny. Świadczą o tym kratery głębokości 350 m, jakie zdobią dno Morza Barentsa. Powstały podczas obniżenia o kilkadziesiąt metrów poziomu morza podczas ostatniej epoki lodowej, co spowodowało spadek ciśnienia hydrostatycznego i w konsekwencji wybuchowy rozpad hydratów. Z uwagi na tę nieprzyjemną cechę nie ma, jak dotąd, chętnych do przemysłowej eksploatacji metanowego lodu, aczkolwiek badania są prowadzone.

Wystarczy tylko iskra

Hydraty są również cichym przekleństwem wierceń głębokomorskich i operatorów rurociągów arktycznych, którzy muszą utrzymywać gaz w rurach w stanie możliwie suchym – najmniejsze zawodnienie powoduje bowiem natychmiastowe narastanie lodowych korków i zamknięcie przepływu. Doświadczyli tego ratownicy, próbujący umieścić 7 maja stalową obudowę nad uszkodzonym prewenterem Deepwater Horizon. Metan, wydobywający się wraz ropą z otworu wiertniczego, zgromadził się w postaci hydratu w górnej części obudowy i zablokował jej wylot. Próbę przerwano, kopuła spoczywa kilkaset metrów od uszkodzonego otworu.

Obecność hydratów metanu na dnie Zatoki Meksykańskiej stwierdzono już w latach 70. Wielokrotnie publikowano zdjęcia, wykonane z amerykańskiego batyskafu Alvin, przedstawiające pagórki hydratów, z których unoszą się bańki gazu. Latem 2002 r. francuski statek badawczy „Marion Dufrense” wydobył z Zatoki 25 rdzeni długości 50 m każdy, stosując oryginalną technikę wciskania stalowej rury w osady denne. Wiele rdzeni zawierało warstwy hydratów metanu.

Amerykański naukowiec dokumentuje swoją hipotezę wynikami badań, ogłoszonymi w zeszłym roku przez specjalistów z firmy Halliburton. Inżynierowie wzięli pod lupę proces cementacji otworu wiertniczego. Pod tą fachową nazwą kryje się wtłaczanie mieszanki podobnej do zwykłego cementu do przestrzeni wokół rur wiertniczych. Cement okleja zewnętrzną powierzchnię rur kilku-, kilkunastocentymetrową warstwą, wciska się we wszystkie szczeliny i nierówności, wiążąc górny stumetrowy odcinek rur z miękkimi skałami i osadami dennymi. Stabilizuje to i uszczelnia jednocześnie ciężką kolumnę rur prowadzących do złoża.

Standardowo wykonuje się taką operację w ramach przekształcenia otworu poszukiwawczego w szyb eksploatacyjny. Po cementacji i uzbrojeniu wylotu kolumny rur w choinkę zaworów i łączników prowadzących do podwodnych rurociągów platforma może odpłynąć. Dalej szyb działa samodzielnie.

Inżynierowie Halliburtona w swym opracowaniu stwierdzili, że wtłoczenie kilkudziesięciu metrów sześciennych mieszanki cementowej wywołuje wzrost temperatury osadów dennych – podczas chemicznej reakcji wiązania cementu wydziela się bowiem ciepło. Jeżeli osady te zawierają metanowy lód, nawet w niewielkich koncentracjach, to ów wzrost temperatury wystarczy do spowodowania gwałtownego rozpadu hydratów. Powstają niewielkie początkowo bańki gazu, które unoszą się w wodzie, rozprężają i rosną. Do powierzchni morza docierają w postaci ogromnych bąbli, wystarczających do otulenia chmurą gazu nawet tak dużego obiektu jak 120-metrowa platforma wiertnicza. Wystarczy niewielka iskra, by spowodować zapłon i eksplozję.

Należy dodać, że specjaliści z firmy Halliburton, wskazujący w swym opracowaniu na niebezpieczeństwo związane z cementacją otworu wiertniczego, wykonali ten zabieg 20 godz. przed eksplozją Deepwater Horizon.

Szyb za szyb

Zamknięcie odwiertu w Zatoce Meksykańskiej, z którego w ciągu doby wycieka co najmniej 5 tys. baryłek ropy, musi się w końcu powieść. Oprócz stalowej obudowy, która leży bezużytecznie gdzieś w pobliżu nieszczęsnego otworu, ratownicy mają w zanadrzu wiele innych pomysłów: mniejszą obudowę, zabezpieczoną przed oblodzeniem poprzez wypełnienie jej alkoholem, wetknięcie rury odsysającej ropę w uszkodzony rurociąg (co udało się 17 maja), zasypanie prewentera górą pociętych opon samochodowych i piłek golfowych, a następnie zalanie całości ciężkim mułem i cementem, w końcu stosowane rutynowo w takich sytuacjach odcięcie prewentera od kolumny rur i zastąpienie go nowym, sprawnym urządzeniem.

Najwięcej nadziei wzbudza również klasyczny sposób – wykonanie w pobliżu nowego szybu, co pozwoli na odciążenie uszkodzonego i całkowite przejęcie eksploatacji. Potrzeba na to jednak 2–3 miesięcy. A czasu jest mało. Nacisk opinii publicznej, przerażonej rozmiarami kataklizmu, wykraczającymi daleko poza katastrofę tankowca „Exxon Valdez”, jest ogromny.

Specjaliści szacują, że koszty likwidacji skutków katastrofy, liczone już w setkach milionów dolarów, mogą sięgnąć nawet 10 mld dol. Gorzej, że to nie koniec – niezależnie od wyników dochodzenia przed Kongresem, które rozstrzygnie (lub nie), co zawiodło w przypadku Deepwater Horizon, przemysł naftowy czekają ciężkie chwile. Wiercenia głębokomorskie, porównywane często nie bez racji z wyprawami kosmicznymi, czeka długi proces modernizacji i poprawy norm bezpieczeństwa. Podobnie jak po katastrofie Challengera może on trwać nawet 10 lat i zakończyć się gwałtowną podwyżką kosztów wydobycia, którą odczujemy wszyscy.

Era promów kosmicznych właśnie się kończy i na razie nie ma pomysłu, czym je zastąpić. Ropy naftowej i gazu nie da się łatwo zastąpić, a znaczna część ich zasobów jest pod dnem morza.

Polityka 23.2010 (2759) z dnia 05.06.2010; Nauka; s. 74
Oryginalny tytuł tekstu: "Bomby z bąbli"
Więcej na ten temat
Reklama

Codzienny newsletter „Polityki”. Tylko ważne tematy

Na podany adres wysłaliśmy wiadomość potwierdzającą.
By dokończyć proces sprawdź swoją skrzynkę pocztową i kliknij zawarty w niej link.

Informacja o RODO

Polityka RODO

  • Informujemy, że administratorem danych osobowych jest Polityka Sp. z o.o. SKA z siedzibą w Warszawie 02-309, przy ul. Słupeckiej 6. Przetwarzamy Twoje dane w celu wysyłki newslettera (podstawa przetwarzania danych to konieczność przetwarzania danych w celu realizacji umowy).
  • Twoje dane będą przetwarzane do chwili ew. rezygnacji z otrzymywania newslettera, a po tym czasie mogą być przetwarzane przez okres przedawnienia ewentualnych roszczeń.
  • Podanie przez Ciebie danych jest dobrowolne, ale konieczne do tego, żeby zamówić nasz newsletter.
  • Masz prawo do żądania dostępu do swoich danych osobowych, ich sprostowania, usunięcia lub ograniczenia przetwarzania, a także prawo wniesienia sprzeciwu wobec przetwarzania, a także prawo do przenoszenia swoich danych oraz wniesienia skargi do organu nadzorczego.

Czytaj także

Nauka

Skąd dramatyczne wahania liczby infekcji covid-19?

Czym tłumaczyć gwałtowny spadek raportowanych zakażeń koronawirusem? Rozmawiamy z dr. Franciszkiem Rakowskim z ICM, który modeluje przebieg pandemii od samego jej początku.

Karol Jałochowski
26.11.2020
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną