Der Rektor Gefahren aus der Luft in der Bergbauindustrie gehören verschiedene Arten von Partikeln, natürlich vorkommende Gase, Motorabgase und einige chemische Dämpfe; der Rektor körperliche Gefahren sind Lärm, Segmentvibrationen, Wärme, Luftdruckänderungen und ionisierende Strahlung. Diese treten je nach Mine oder Steinbruch, ihrer Tiefe, der Zusammensetzung des Erzes und des umgebenden Gesteins sowie der Abbaumethode(n) in unterschiedlichen Kombinationen auf. Unter einigen Gruppen von Bergleuten, die an isolierten Orten zusammenleben, besteht auch die Gefahr, dass einige Infektionskrankheiten wie Tuberkulose, Hepatitis (B und E) und das Humane Immunschwächevirus (HIV) übertragen werden. Die Exposition von Bergleuten variiert mit der Arbeit, ihrer Nähe zur Gefahrenquelle und der Wirksamkeit von Methoden zur Gefahrenkontrolle.

Gefahren durch Partikel in der Luft

Freies kristallines Siliziumdioxid ist die am häufigsten vorkommende Verbindung in der Erdkruste und folglich der häufigste luftgetragene Staub, mit dem Bergleute und Steinbrucharbeiter konfrontiert sind. Freie Kieselsäure ist Siliziumdioxid, das mit keiner anderen Verbindung als Silikat chemisch verbunden ist. Die häufigste Form von Kieselsäure ist Quarz, obwohl es auch als Trydimit oder Christobalit vorkommen kann. Lungengängige Partikel entstehen immer dann, wenn kieselsäurehaltiges Gestein gebohrt, gesprengt, zerkleinert oder auf andere Weise zu feinen Partikeln pulverisiert wird. Die Menge an Kieselsäure in verschiedenen Gesteinsarten variiert, ist aber kein zuverlässiger Indikator dafür, wie viel lungengängiger Kieselsäurestaub in einer Luftprobe gefunden werden kann. Es ist beispielsweise nicht ungewöhnlich, dass in einem Gestein 30 % freies Silikat, in einer Luftprobe jedoch 10 % und umgekehrt gefunden werden. Sandstein kann bis zu 100 % Kieselsäure enthalten, Granit bis zu 40 %, Schiefer bis zu 30 %, mit geringeren Anteilen an anderen Mineralien. Eine Exposition kann bei jedem Bergbaubetrieb, ob über Tage oder unter Tage, auftreten, wo Silica in der Deckschicht eines Tagebaus oder der Decke, dem Boden oder der Erzlagerstätte eines Untertagebergwerks gefunden wird. Kieselsäure kann durch den Wind, durch Fahrzeugverkehr oder durch Erdbewegungsmaschinen verteilt werden.

Kieselsäure kann bei ausreichender Exposition Silikose verursachen, eine typische Pneumokoniose, die sich nach jahrelanger Exposition schleichend entwickelt. Eine außergewöhnlich hohe Exposition kann innerhalb weniger Monate zu einer akuten oder beschleunigten Silikose führen, wobei innerhalb weniger Jahre eine erhebliche Beeinträchtigung oder der Tod eintritt. Die Exposition gegenüber Kieselsäure ist auch mit einem erhöhten Risiko für Tuberkulose, Lungenkrebs und einige Autoimmunerkrankungen verbunden, darunter Sklerodermie, systemischer Lupus erythematodes und rheumatoide Arthritis. Frisch gebrochener Quarzstaub scheint reaktiver und gefährlicher zu sein als alter oder abgestandener Staub. Dies kann eine Folge einer relativ höheren Oberflächenladung auf frisch gebildeten Partikeln sein.

Die häufigsten Prozesse, die lungengängigen Quarzstaub im Bergbau und Steinbruch erzeugen, sind Bohren, Sprengen und Schneiden von kieselsäurehaltigem Gestein. Die meisten Löcher, die zum Sprengen gebohrt werden, werden mit einem druckluftbetriebenen Schlagbohrer ausgeführt, der auf einer Traktorraupe montiert ist. Das Loch wird durch eine Kombination aus Drehung, Schlag und Schub des Bohrers hergestellt. Wenn sich das Loch vertieft, werden Stahlbohrstangen hinzugefügt, um den Bohrer mit der Stromquelle zu verbinden. Luft treibt nicht nur das Bohren an, sie bläst auch die Späne und den Staub aus dem Loch, was, wenn es unkontrolliert ist, große Mengen Staub in die Umgebung einbläst. Der handgeführte Presslufthammer oder Senkbohrer arbeitet nach dem gleichen Prinzip, jedoch in kleinerem Maßstab. Dieses Gerät überträgt eine erhebliche Menge an Vibrationen auf den Bediener und damit das Risiko eines weißen Fingers. Bei Bergleuten in Indien, Japan, Kanada und anderswo wurde Vibrations-Weißfinger gefunden. Der Raupenbohrer und der Presslufthammer werden auch bei Bauprojekten verwendet, bei denen Gestein gebohrt oder gebrochen werden muss, um eine Autobahn zu bauen, Gestein für ein Fundament zu brechen, für Straßenreparaturarbeiten und andere Zwecke.

Staubkontrollen für diese Bohrer wurden entwickelt und sind wirksam. Ein Wassernebel, manchmal mit einem Reinigungsmittel, wird in die Blasluft injiziert, wodurch die Staubpartikel koaleszieren und herausfallen. Zu viel Wasser führt dazu, dass sich eine Brücke oder ein Kragen zwischen dem Bohrstahl und der Seite des Lochs bildet. Diese müssen oft gebrochen werden, um das Gebiss zu entfernen; zu wenig Wasser ist wirkungslos. Zu den Problemen bei dieser Art der Steuerung gehören die Verringerung der Bohrgeschwindigkeit, das Fehlen einer zuverlässigen Wasserversorgung und die Verdrängung von Öl, was zu einem erhöhten Verschleiß an geschmierten Teilen führt.

Die andere Art der Staubkontrolle bei Bohrern ist eine Art lokale Absaugung. Der umgekehrte Luftstrom durch den Bohrstahl zieht einen Teil des Staubs ab, und ein Kragen um den Bohrer mit Kanälen und einem Lüfter entfernt den Staub. Diese schneiden besser ab als die oben beschriebenen Nasssysteme: Bohrer halten länger und die Bohrleistung ist höher. Diese Methoden sind jedoch teurer und erfordern mehr Wartung.

Andere schützende Bedienelemente sind Kabinen mit gefilterter und möglicherweise klimatisierter Luftversorgung für Bohrer, Bulldozer und Fahrzeugführer. Als vorübergehende Lösung oder wenn sich alle anderen als unwirksam erweisen, kann ein geeignetes, korrekt angepasstes Atemschutzgerät zum Schutz der Arbeiter verwendet werden.

Siliziumoxid tritt auch in Steinbrüchen auf, die den Stein auf bestimmte Abmessungen schneiden müssen. Die gebräuchlichste zeitgenössische Methode zum Schneiden von Steinen ist die Verwendung eines Kanalbrenners, der mit Dieselkraftstoff und Druckluft betrieben wird. Dies führt zu einigen Silikapartikeln. Das größte Problem bei Kanalbrennern ist der Lärm: Wenn der Brenner zum ersten Mal gezündet wird und wenn er aus einem Schnitt herauskommt, kann der Schallpegel 120 dBA überschreiten. Selbst wenn es in einen Schnitt getaucht wird, liegt das Geräusch bei etwa 115 dBA. Eine alternative Methode zum Schneiden von Steinen ist die Verwendung von Wasser mit sehr hohem Druck.

An oder in der Nähe eines Steinbruchs befindet sich oft eine Mühle, in der Stücke zu einem fertigeren Produkt geformt werden. Sofern keine sehr gute lokale Absaugung vorhanden ist, kann die Exposition gegenüber Kieselsäure hoch sein, da vibrierende und rotierende Handwerkzeuge verwendet werden, um den Stein in die gewünschte Form zu bringen.

Einatembarer Grubenstaub ist eine Gefahr in unterirdischen und übertägigen Kohlebergwerken und in Kohleverarbeitungsanlagen. Es ist ein gemischter Staub, der hauptsächlich aus Kohle besteht, aber auch Kieselerde, Ton, Kalkstein und andere Mineralstäube enthalten kann. Die Zusammensetzung des Kohlengrubenstaubs variiert mit dem Kohleflöz, der Zusammensetzung der umgebenden Schichten und den Abbaumethoden. Kohlengrubenstaub entsteht beim Sprengen, Bohren, Schneiden und Transportieren von Kohle.

Beim mechanisierten Abbau wird mehr Staub erzeugt als bei manuellen Methoden, und einige Methoden des mechanisierten Abbaus produzieren mehr Staub als andere. Schneidemaschinen, die Kohle mit rotierenden, mit Meißeln besetzten Trommeln entfernen, sind die Hauptstaubquellen in mechanisierten Bergbaubetrieben. Dazu gehören sogenannte Continuous Miner und Strebbaumaschinen. Strebbaumaschinen produzieren in der Regel größere Staubmengen als andere Abbaumethoden. Staubverteilung kann auch beim Bewegen von Schilden im Strebbau und beim Umladen von Kohle von einem Fahrzeug oder Förderband auf ein anderes Transportmittel auftreten.

Kohlenminenstaub verursacht Kohlenarbeiter-Pneumokoniose (CWP) und trägt zum Auftreten chronischer Atemwegserkrankungen wie chronischer Bronchitis und Emphysemen bei. Kohle mit hohem Ruß (z. B. hoher Kohlenstoffgehalt wie Anthrazit) ist mit einem höheren CWP-Risiko verbunden. Es gibt auch einige rheumatoide Reaktionen auf Kohlenminenstaub.

Die Erzeugung von Kohlenminenstaub kann durch Änderungen in der Kohleschneidetechnik verringert werden, und seine Ausbreitung kann durch die Verwendung einer angemessenen Belüftung und Wasserbesprühung kontrolliert werden. Wenn die Drehgeschwindigkeit von Schneidtrommeln reduziert und die Fahrgeschwindigkeit (die Geschwindigkeit, mit der die Trommel in das Kohleflöz vordringt) erhöht wird, kann die Staubentwicklung ohne Produktivitätsverlust reduziert werden. Im Strebbau kann die Stauberzeugung reduziert werden, indem Kohle in einem Durchgang (anstatt in zwei) über die Strebwand geschnitten und ohne Schnitt oder durch einen Reinigungsschnitt zurückgefahren wird. Die Staubverteilung auf Strebabschnitten kann durch homotropen Abbau reduziert werden (dh der Kettenförderer am Streb, der Schneidkopf und die Luft bewegen sich alle in die gleiche Richtung). Ein neuartiges Verfahren zum Schneiden von Kohle mit einem exzentrischen Schneidkopf, der kontinuierlich senkrecht zur Körnung einer Lagerstätte schneidet, scheint weniger Staub zu erzeugen als der herkömmliche kreisförmige Schneidkopf.

Eine angemessene mechanische Belüftung, die zuerst über eine Bergbaumannschaft und dann zu und über die Abbauwand strömt, kann die Exposition verringern. Lokale Hilfsbelüftung an der Ortsbrust, unter Verwendung eines Ventilators mit Rohrleitungen und Wäscher, kann die Exposition ebenfalls reduzieren, indem eine lokale Absaugung bereitgestellt wird.

Wassersprays, die strategisch in der Nähe des Bohrkopfs platziert sind und den Staub vom Bergmann weg und in Richtung Streb treiben, tragen ebenfalls dazu bei, die Exposition zu reduzieren. Tenside bieten einen gewissen Vorteil bei der Reduzierung der Kohlenstaubkonzentration.

Exposition gegenüber Asbest tritt bei Asbestbergleuten und in anderen Bergwerken auf, in denen Asbest im Erz gefunden wird. Bei Bergleuten auf der ganzen Welt hat die Exposition gegenüber Asbest das Lungenkrebs- und Mesotheliomrisiko erhöht. Es hat auch das Risiko für Asbestose (eine andere Pneumokoniose) und Atemwegserkrankungen erhöht.

Auspuff des Dieselmotors ist ein komplexes Gemisch aus Gasen, Dämpfen und Feinstaub. Die gefährlichsten Gase sind Kohlenmonoxid, Stickoxide, Stickstoffdioxid und Schwefeldioxid. Es gibt viele flüchtige organische Verbindungen (VOCs), wie Aldehyde und unverbrannte Kohlenwasserstoffe, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs) und Nitro-PAH-Verbindungen (N-PAHs). PAK- und N-PAH-Verbindungen werden auch an Dieselpartikelmaterial adsorbiert. Stickoxide, Schwefeldioxid und Aldehyde sind alle akute Reizstoffe für die Atemwege. Viele der PAK- und N-PAH-Verbindungen sind krebserregend.

Dieselpartikel bestehen aus Kohlenstoffpartikeln mit kleinem Durchmesser (1 mm Durchmesser), die aus dem Abgas kondensiert werden und sich oft in der Luft in Klumpen oder Fäden ansammeln. Diese Partikel sind alle lungengängig. Dieselpartikel und andere Partikel ähnlicher Größe sind bei Labortieren karzinogen und scheinen das Lungenkrebsrisiko bei exponierten Arbeitern bei Konzentrationen über etwa 0.1 mg/m zu erhöhen³. Bergleute in Untertagebergwerken sind Dieselpartikeln in deutlich höheren Konzentrationen ausgesetzt. Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) hält Dieselpartikel für ein wahrscheinliches Karzinogen.

Die Erzeugung von Dieselabgasen kann durch die Motorkonstruktion und mit hochwertigem, sauberem und schwefelarmem Kraftstoff reduziert werden. Herabgesetzte Motoren und Kraftstoffe mit niedriger Cetanzahl und niedrigem Schwefelgehalt erzeugen weniger Feinstaub. Die Verwendung von Kraftstoff mit niedrigem Schwefelgehalt reduziert die Erzeugung von SO₂ und von Feinstaub. Filter sind effektiv und machbar und können mehr als 90 % der Dieselpartikel aus dem Abgasstrom entfernen. Filter sind für Motoren ohne Wäscher und für Motoren mit Wasser- oder Trockenwäscher erhältlich. Kohlenmonoxid kann mit einem Katalysator deutlich reduziert werden. Stickoxide entstehen immer dann, wenn Stickstoff und Sauerstoff unter hohen Druck- und Temperaturbedingungen stehen (dh im Inneren des Dieselzylinders), und sind daher schwieriger zu entfernen.

Die Konzentration dispergierter Dieselpartikel kann in einem Untertagebergwerk durch angemessene mechanische Belüftung und Einschränkungen beim Einsatz von Dieselgeräten reduziert werden. Jedes dieselbetriebene Fahrzeug oder jede andere Maschine benötigt ein Mindestmaß an Belüftung, um die Abgasprodukte zu verdünnen und zu entfernen. Die Menge der Belüftung hängt von der Größe des Motors und seiner Verwendung ab. Wenn mehr als ein dieselbetriebenes Gerät in einem Luftstrom betrieben wird, muss die Belüftung erhöht werden, um die Abgase zu verdünnen und zu entfernen.

Dieselbetriebene Geräte können die Brand- oder Explosionsgefahr erhöhen, da sie heiße Abgase mit Flammen und Funken abgeben und ihre hohen Oberflächentemperaturen angesammelten Kohlenstaub oder andere brennbare Materialien entzünden können. Die Oberflächentemperatur von Dieselmotoren muss in Kohlebergwerken unter 305 °F (150 °C) gehalten werden, um die Verbrennung von Kohle zu verhindern. Flamme und Funken aus dem Auspuff können durch einen Wäscher kontrolliert werden, um die Entzündung von Kohlenstaub und Methan zu verhindern.

Gase und Dämpfe

Tabelle 1 listet Gase auf, die häufig in Bergwerken vorkommen. Die wichtigsten natürlich vorkommenden Gase sind Methan und Schwefelwasserstoff in Kohlebergwerken und Radon in Uran- und anderen Bergwerken. Sauerstoffmangel ist bei beiden möglich. Methan ist brennbar. Die meisten Kohlenminenexplosionen resultieren aus Methanzündungen und werden oft von heftigeren Explosionen gefolgt, die durch Kohlenstaub verursacht werden, der durch den Schock der ursprünglichen Explosion aufgewirbelt wurde. In der Geschichte des Kohlebergbaus waren Brände und Explosionen die Hauptursache für den Tod von Tausenden von Bergleuten. Das Explosionsrisiko kann verringert werden, indem Methan unter seine untere Explosionsgrenze verdünnt wird und potenzielle Zündquellen in den Gesichtsbereichen verboten werden, wo die Konzentration normalerweise am höchsten ist. Das Bestäuben der Grubenrippen (Wand), des Bodens und der Decke mit nicht brennbarem Kalkstein (oder anderem kieselsäurefreiem nicht brennbarem Gesteinsstaub) hilft, Staubexplosionen zu verhindern; Wenn Staub, der durch den Schock einer Methanexplosion aufgewirbelt wird, nicht brennbar ist, tritt keine Sekundärexplosion auf.

Tabelle 1. Gebräuchliche Namen und gesundheitliche Auswirkungen von gefährlichen Gasen, die in Kohlebergwerken vorkommen

Radon ist ein natürlich vorkommendes radioaktives Gas, das in Uranminen, Zinnminen und einigen anderen Minen gefunden wurde. Es wurde nicht in Kohleminen gefunden. Die mit Radon verbundene Hauptgefahr besteht darin, dass es eine Quelle ionisierender Strahlung ist, was unten diskutiert wird.

Andere gasförmige Gefahren schließen Reizstoffe für die Atemwege ein, die in Dieselmotorabgasen und Nebenprodukten von Sprengungen zu finden sind. Kohlenmonoxid findet sich nicht nur in Motorabgasen, sondern auch als Folge von Grubenbränden. Bei Grubenbränden kann CO nicht nur tödliche Konzentrationen erreichen, sondern auch zu einer Explosionsgefahr werden.

Stickoxide (Ich habe nicht_x), hauptsächlich NO und NO₂, werden von Dieselmotoren und als Nebenprodukt von Sprengungen gebildet. In Motoren, NEIN_x werden als inhärentes Nebenprodukt gebildet, wenn Luft, die zu 79 % aus Stickstoff und zu 20 % aus Sauerstoff besteht, hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt wird, genau den Bedingungen, die für das Funktionieren eines Dieselmotors erforderlich sind. Die Produktion von NO_x kann bis zu einem gewissen Grad reduziert werden, indem der Motor so kühl wie möglich gehalten und die Belüftung erhöht wird, um die Abgase zu verdünnen und zu entfernen.

NEIN_x ist auch ein Sprengnebenprodukt. Während des Sprengens werden Bergleute aus einem Gebiet entfernt, in dem gesprengt wird. Die herkömmliche Praxis zur Vermeidung einer übermäßigen Exposition gegenüber Stickoxiden, Staub und anderen Ergebnissen der Sprengung besteht darin, zu warten, bis die Minenbelüftung eine ausreichende Menge an Sprengnebenprodukten aus der Mine entfernt hat, bevor der Bereich über einen Einlassluftweg wieder betreten wird.

Sauerstoffmangel kann auf viele Arten auftreten. Sauerstoff kann durch ein anderes Gas wie Methan verdrängt oder entweder durch Verbrennung oder durch Mikroben in einem Luftraum ohne Belüftung verbraucht werden.

Es gibt eine Vielzahl anderer luftgetragener Gefahren, denen bestimmte Gruppen von Bergleuten ausgesetzt sind. Die Exposition gegenüber Quecksilberdampf und damit das Risiko einer Quecksilbervergiftung ist eine Gefahr für Goldminenarbeiter und Müller sowie für Quecksilberbergleute. Die Exposition gegenüber Arsen und das Risiko von Lungenkrebs treten bei Goldminenarbeitern und Bleiminenarbeitern auf. Unter Nickelminenarbeitern kommt es zu einer Exposition gegenüber Nickel und damit zu einem Risiko für Lungenkrebs und Hautallergien.

Einige Kunststoffe finden auch in Minen Verwendung. Diese beinhalten Harnstoff-Formaldehyd und Polyurethanschäume, die beide vor Ort hergestellte Kunststoffe sind. Sie werden verwendet, um Löcher zu verschließen, die Belüftung zu verbessern und Dachträger besser zu verankern. Formaldehyd und Isocyanate, zwei Ausgangsmaterialien für diese beiden Schäume, reizen die Atemwege und beide können eine allergische Sensibilisierung verursachen, was es für sensibilisierte Bergleute nahezu unmöglich macht, einen der beiden Inhaltsstoffe zu umgehen. Formaldehyd ist ein menschliches Karzinogen (IARC-Gruppe 1).

Physikalische Gefahren

Lärm ist im Bergbau allgegenwärtig. Es wird durch leistungsstarke Maschinen, Ventilatoren, Sprengungen und den Transport des Erzes erzeugt. Das unterirdische Bergwerk hat normalerweise einen begrenzten Platz und erzeugt daher ein hallendes Feld. Die Lärmbelastung ist größer, als wenn sich dieselben Quellen in einer offeneren Umgebung befinden würden.

Die Lärmbelastung kann durch den Einsatz herkömmlicher Lärmschutzmaßnahmen an Bergbaumaschinen reduziert werden. Getriebe können leiser gemacht werden, Motoren können besser gedämpft werden und auch hydraulische Maschinen können leiser werden. Rutschen können isoliert oder mit schallabsorbierenden Materialien ausgekleidet werden. Gehörschutz in Kombination mit regelmäßigen audiometrischen Tests ist oft notwendig, um das Gehör der Bergleute zu erhalten.

Ionisierende Strahlung ist eine Gefahr im Bergbau. Radon kann aus Gestein freigesetzt werden, während es durch Sprengen gelöst wird, aber es kann auch durch unterirdische Ströme in ein Bergwerk gelangen. Es ist ein Gas und daher in der Luft. Radon und seine Zerfallsprodukte geben ionisierende Strahlung ab, von denen einige genug Energie haben, um Krebszellen in der Lunge zu produzieren. Infolgedessen sind die Sterblichkeitsraten durch Lungenkrebs unter Uranbergarbeitern erhöht. Bei Bergleuten, die rauchen, ist die Sterblichkeitsrate sehr viel höher.

Wärme- ist eine Gefahr für Untertage- und Tagebauarbeiter. In Untertagebergwerken stammt die Hauptwärmequelle aus dem Gestein selbst. Pro 1 m Tiefe steigt die Temperatur des Gesteins um etwa 100 °C. Andere Quellen für Hitzestress sind die körperliche Aktivität der Arbeiter, die Menge der umgewälzten Luft, die Temperatur und Feuchtigkeit der Umgebungsluft und die Wärme, die von Bergbaumaschinen, hauptsächlich dieselbetriebenen Maschinen, erzeugt wird. Sehr tiefe Minen (tiefer als 1,000 m) können mit einer Temperatur der Minenrippen von etwa 40 °C zu erheblichen Hitzeproblemen führen. Für Arbeiter an der Oberfläche sind körperliche Aktivität, die Nähe zu heißen Motoren, Lufttemperatur, Feuchtigkeit und Sonnenlicht die Hauptwärmequellen.

Die Reduzierung von Hitzestress kann erreicht werden, indem Hochtemperaturmaschinen gekühlt, die körperliche Aktivität eingeschränkt und ausreichende Mengen an Trinkwasser, Schutz vor der Sonne und ausreichende Belüftung bereitgestellt werden. Bei Oberflächenmaschinen können klimatisierte Kabinen den Maschinenbediener schützen. In tiefen Bergwerken in Südafrika werden beispielsweise unterirdische Klimaanlagen eingesetzt, um etwas Linderung zu verschaffen, und Erste-Hilfe-Material ist verfügbar, um Hitzestress zu bewältigen.

Viele Bergwerke arbeiten in großen Höhen (z. B. mehr als 4,600 m), und aus diesem Grund können Bergleute unter Höhenkrankheit leiden. Dies kann verschlimmert werden, wenn sie zwischen einer Mine in großer Höhe und einem normaleren atmosphärischen Druck hin und her reisen.

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Allgemeines Profil

Rohöle und Erdgase sind Mischungen von Kohlenwasserstoffmolekülen (organische Verbindungen aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen) mit 1 bis 60 Kohlenstoffatomen. Die Eigenschaften dieser Kohlenwasserstoffe hängen von der Anzahl und Anordnung der Kohlenstoff- und Wasserstoffatome in ihren Molekülen ab. Das grundlegende Kohlenwasserstoffmolekül besteht aus 1 Kohlenstoffatom, das mit 4 Wasserstoffatomen (Methan) verbunden ist. Alle anderen Variationen von Erdölkohlenwasserstoffen entwickeln sich aus diesem Molekül. Kohlenwasserstoffe mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen sind in der Regel Gase; diejenigen mit 5 bis 19 Kohlenstoffatomen sind normalerweise Flüssigkeiten; und diejenigen mit 20 oder mehr sind Feststoffe. Neben Kohlenwasserstoffen enthalten Rohöle und Erdgase Schwefel-, Stickstoff- und Sauerstoffverbindungen sowie Spuren von Metallen und anderen Elementen.

Es wird angenommen, dass Rohöl und Erdgas über Millionen von Jahren durch den Zerfall von Vegetation und Meeresorganismen entstanden sind, die unter dem Gewicht der Sedimente zusammengedrückt wurden. Da Öl und Gas leichter als Wasser sind, stiegen sie auf, um die Hohlräume in diesen darüber liegenden Formationen zu füllen. Diese Aufwärtsbewegung hörte auf, als Öl und Gas dichte, darüber liegende, undurchlässige Schichten oder nicht poröses Gestein erreichten. Öl und Gas füllten die Räume in porösen Gesteinsflözen und natürlichen unterirdischen Reservoirs wie gesättigten Sanden mit dem leichteren Gas auf dem schwereren Öl. Diese Räume waren ursprünglich horizontal, aber durch die Verschiebung der Erdkruste entstanden Taschen, sogenannte Verwerfungen, Antiklinalen, Salzstöcke und stratigraphische Fallen, in denen sich Öl und Gas in Reservoirs sammelten.

Schieferöl

Schieferöl oder Kerogen ist eine Mischung aus festen Kohlenwasserstoffen und anderen organischen Verbindungen, die Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel enthalten. Es wird durch Erhitzen aus einem Gestein namens Ölschiefer gewonnen und liefert 15 bis 50 Gallonen Öl pro Tonne Gestein.

Exploration und Produktion ist die übliche Terminologie, die auf den Teil der Erdölindustrie angewendet wird, der für die Exploration und Entdeckung neuer Rohöl- und Gasfelder, das Bohren von Bohrlöchern und das Fördern der Produkte an die Oberfläche verantwortlich ist. In der Vergangenheit wurde Rohöl, das auf natürliche Weise an die Oberfläche gesickert war, gesammelt, um es als Medizin, Schutzbeschichtung und Brennstoff für Lampen zu verwenden. Das Austreten von Erdgas wurde als Feuer registriert, das auf der Erdoberfläche brannte. Erst 1859 wurden Methoden zum Bohren und Gewinnen großer kommerzieller Mengen an Rohöl entwickelt.

Rohöl und Erdgas werden auf der ganzen Welt sowohl unter Land als auch unter Wasser wie folgt gefunden:

• Interkontinentalbecken der westlichen Hemisphäre (US-Golfküste, Mexiko, Venezuela)
• Naher Osten (Arabische Halbinsel, Persischer Golf, Schwarzes und Kaspisches Meer)
• Indonesien und Südchinesisches Meer
• Nord- und Westafrika (Sahara und Nigeria)
• Nordamerika (Alaska, Neufundland, Kalifornien und USA und Kanada auf dem mittleren Kontinent)
• Fernost (Sibirien und China)
• Nordsee.

Abbildung 1 und Abbildung 2 zeigen die weltweite Rohöl- und Erdgasförderung für 1995.

Abbildung 1. Weltrohölproduktion für 1995

Abbildung 2. Weltweite Flüssigproduktion von Erdgasanlagen – 1995

Die Namen von Rohölen identifizieren oft sowohl die Art des Rohöls als auch die Gebiete, in denen sie ursprünglich entdeckt wurden. Beispielsweise ist das erste kommerzielle Rohöl, Pennsylvania Crude, nach seinem Ursprungsort in den Vereinigten Staaten benannt. Andere Beispiele sind Saudi Light und Venezuelan Heavy. Zwei Benchmark-Rohöle, die zur Festlegung der Weltrohölpreise verwendet werden, sind Texas Light Sweet und North Sea Brent.

Klassifizierung von Rohölen

Rohöle sind komplexe Mischungen, die viele verschiedene, einzelne Kohlenwasserstoffverbindungen enthalten; Sie unterscheiden sich in Aussehen und Zusammensetzung von einem Ölfeld zum anderen und unterscheiden sich manchmal sogar von Bohrlöchern, die relativ nahe beieinander liegen. Rohöle reichen in ihrer Konsistenz von wässrig bis zu teerartigen Feststoffen und in ihrer Farbe von klar bis schwarz. Ein „durchschnittliches“ Rohöl enthält etwa 84 % Kohlenstoff; 14 % Wasserstoff; 1 bis 3 % Schwefel; und weniger als 1 % Stickstoff, Sauerstoff, Metalle und Salze. Siehe Tabelle 1 und Tabelle 2.

Tabelle 1. Typische ungefähre Eigenschaften und Eigenschaften und Benzinpotenzial verschiedener typischer Rohöle.

* Repräsentative Durchschnittszahlen.

Tabelle 2. Zusammensetzung von Rohöl und Erdgas

Kohlenwasserstoffe

Paraffine: Die (aliphatischen) Kohlenwasserstoffmoleküle vom paraffinischen gesättigten Kettentyp in Rohöl haben die Formel C_nH_{2n + 2}und können entweder gerade Ketten (normal) oder verzweigte Ketten (Isomere) von Kohlenstoffatomen sein. Die leichteren, geradkettigen Paraffinmoleküle finden sich in Gasen und Paraffinwachsen. Die verzweigtkettigen Paraffine werden normalerweise in schwereren Fraktionen von Rohöl gefunden und haben höhere Oktanzahlen als normale Paraffine.

Aromaten: Aromaten sind ungesättigte (cyclische) Kohlenwasserstoffverbindungen vom Ringtyp. Naphthaline sind kondensierte Doppelringaromen. Die komplexesten Aromaten, mehrkernige (drei oder mehr kondensierte aromatische Ringe), werden in schwereren Fraktionen von Rohöl gefunden.

Naphthene: Naphthene sind Kohlenwasserstoffgruppierungen vom gesättigten Ringtyp mit der Formel
C_nH_2n, in Form geschlossener Ringe angeordnet (cyclisch), in allen Fraktionen von Rohöl zu finden, außer in den leichtesten. Einring-Naphthene (Monocycloparaffine) mit 5 und 6 Kohlenstoffatomen überwiegen, wobei Zweiring-Naphthene (Dicycloparaffine) an den schwereren Enden von Naphtha zu finden sind.

Nicht-Kohlenwasserstoffe

Schwefel und Schwefelverbindungen: Schwefel kommt in Erdgas und Erdöl als Schwefelwasserstoff (H₂S), als Verbindungen (Thiole, Mercaptane, Sulfide, Polysulfide usw.) oder als elementarer Schwefel. Jedes Gas und Rohöl hat unterschiedliche Mengen und Arten von Schwefelverbindungen, aber in der Regel sind Anteil, Stabilität und Komplexität der Verbindungen in schwereren Rohölfraktionen größer.

Schwefelverbindungen, Mercaptane genannt, die bei sehr geringen Konzentrationen deutliche Gerüche aufweisen, werden in Gas, Erdölrohölen und Destillaten gefunden. Am gebräuchlichsten sind Methyl- und Ethylmercaptane. Handelsüblichen Gasen (LNG und LPG) werden häufig Mercaptane zugesetzt, um einen Geruch für die Lecksuche bereitzustellen.

Das Potenzial für die Exposition gegenüber toxischen Konzentrationen von H₂S existiert bei Arbeiten in der Bohrung, Produktion, Transport und Verarbeitung von Rohöl und Erdgas. Die Verbrennung von schwefelhaltigen Erdölkohlenwasserstoffen erzeugt unerwünschte Stoffe wie Schwefelsäure und Schwefeldioxid.

Sauerstoffverbindungen: Sauerstoffverbindungen wie Phenole, Ketone und Carbonsäuren kommen in unterschiedlichen Mengen in Rohölen vor.

Stickstoffverbindungen: Stickstoff findet sich in leichteren Fraktionen von Rohöl als basische Verbindungen und häufiger in schwereren Fraktionen von Rohöl als nichtbasische Verbindungen, die auch Spurenmetalle enthalten können.

Spurenmetalle: Spurenmengen oder kleine Mengen von Metallen, einschließlich Kupfer, Nickel, Eisen, Arsen und Vanadium, werden oft in geringen Mengen in Rohölen gefunden.

Anorganische Salze: Rohöle enthalten oft anorganische Salze wie Natriumchlorid, Magnesiumchlorid und Calciumchlorid, die im Rohöl suspendiert oder in mitgeführtem Wasser (Sole) gelöst sind.

Kohlendioxid: Kohlendioxid kann aus der Zersetzung von Bicarbonaten resultieren, die im Rohöl vorhanden sind oder diesem zugesetzt werden, oder aus Dampf, der im Destillationsprozess verwendet wird.

Naphthensäuren: Einige Rohöle enthalten naphthenische (organische) Säuren, die bei Temperaturen über 232 °C korrosiv werden können, wenn der Säurewert des Rohöls einen bestimmten Wert überschreitet.

Normalerweise vorkommende radioaktive Stoffe: Normal vorkommende radioaktive Materialien (NORMs) sind häufig im Rohöl, in den Bohrvorkommen und im Bohrschlamm vorhanden und können durch geringe Radioaktivität eine Gefahr darstellen.

Relativ einfache Rohölanalysen werden verwendet, um Rohöle als paraffinisch, naphthenisch, aromatisch oder gemischt zu klassifizieren, basierend auf dem vorherrschenden Anteil ähnlicher Kohlenwasserstoffmoleküle. Gemischte Rohöle haben unterschiedliche Mengen von jeder Art von Kohlenwasserstoff. Eine Untersuchungsmethode (US Bureau of Mines) basiert auf Destillation, und eine andere Methode (UOP „K“-Faktor) basiert auf Schwerkraft und Siedepunkten. Umfassendere Rohöluntersuchungen werden durchgeführt, um den Wert des Rohöls (dh seine Ausbeute und Qualität der nützlichen Produkte) und Verarbeitungsparameter zu bestimmen. Rohöle werden normalerweise nach der Ertragsstruktur gruppiert, wobei Benzin mit hoher Oktanzahl eines der begehrtesten Produkte ist. Raffinerie-Rohöleinsatzmaterialien bestehen üblicherweise aus Mischungen von zwei oder mehr unterschiedlichen Rohölen.

Rohöle werden auch in Bezug auf API (spezifisches) Gewicht definiert. Beispielsweise haben schwerere Rohöle niedrige API-Dichten (und hohe spezifische Gewichte). Ein Rohöl mit niedrigem API-Grad kann je nach seinen leichtesten Enden (flüchtigere Bestandteile) entweder einen hohen oder einen niedrigen Flammpunkt haben. Aufgrund der Bedeutung von Temperatur und Druck im Raffinationsprozess werden Rohöle weiter nach Viskosität, Pourpoint und Siedebereich klassifiziert. Andere physikalische und chemische Eigenschaften wie Farbe und Kohlenstoffrückstandsgehalt werden ebenfalls berücksichtigt. Rohöle mit hohem Kohlenstoffgehalt, niedrigem Wasserstoffgehalt und niedriger API-Dichte sind normalerweise reich an Aromaten; während diejenigen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, hohem Wasserstoffgehalt und hoher API-Dichte normalerweise reich an Paraffinen sind.

Rohöle, die nennenswerte Mengen Schwefelwasserstoff oder andere reaktive Schwefelverbindungen enthalten, werden als „sauer“ bezeichnet. Diejenigen mit weniger Schwefel werden als „süß“ bezeichnet. Einige Ausnahmen von dieser Regel sind Rohöle aus West Texas (die unabhängig von ihrem H₂S-Gehalt) und arabische Rohöle mit hohem Schwefelgehalt (die nicht als „sauer“ gelten, da ihre Schwefelverbindungen nicht hochreaktiv sind).

Komprimiertes Erdgas und verflüssigte Kohlenwasserstoffgase

Die Zusammensetzung natürlich vorkommender Kohlenwasserstoffgase ist ähnlich wie bei Rohölen, da sie je nach Quelle eine Mischung aus verschiedenen Kohlenwasserstoffmolekülen enthalten. Sie können als Erdgas (nahezu flüssigkeitsfrei) aus Gasfeldern gefördert werden; erdölbegleitendes Gas, das mit Öl aus Gas- und Ölfeldern gewonnen wird; und Gas aus Gaskondensatfeldern, wo ein Teil der flüssigen Bestandteile des Öls bei hohem Druck (10 bis 70 mPa) in den gasförmigen Zustand übergeht. Wenn der Druck verringert wird (auf 4 bis 8 mPa), scheidet sich Kondensat, das schwerere Kohlenwasserstoffe enthält, durch Kondensation vom Gas ab. Gas wird aus Bohrlöchern mit einer Tiefe von bis zu 4 km (6.4 Meilen) oder mehr gefördert, wobei der Flözdruck von 3 mPa bis zu 70 mPa variiert. (Siehe Abbildung 3.)

Abbildung 3. Offshore-Erdgasbohrloch in 87.5 Metern Wassertiefe im Pitas Point-Gebiet des Santa Barbara Channel, Südkalifornien

American Petroleum Institute

Erdgas enthält 90 bis 99 % Kohlenwasserstoffe, die überwiegend aus Methan (dem einfachsten Kohlenwasserstoff) sowie kleineren Mengen an Ethan, Propan und Butan bestehen. Erdgas enthält außerdem Spuren von Stickstoff, Wasserdampf, Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff und gelegentlich Edelgase wie Argon oder Helium. Erdgase mit mehr als 50 g/m³ von Kohlenwasserstoffen mit Molekülen aus drei oder mehr Kohlenstoffatomen (C₃ oder höher) werden als „magere“ Gase eingestuft.

Erdgas wird je nach Verwendung als Brennstoff komprimiert oder verflüssigt. Erdgas aus Gas- und Gaskondensatfeldern wird im Feld aufbereitet, um bestimmte Transportkriterien zu erfüllen, bevor es komprimiert und in Gaspipelines eingespeist wird. Diese Vorbereitung umfasst die Entfernung von Wasser mit Trocknern (Dehydratoren, Separatoren und Erhitzern), die Entfernung von Öl mit Koaleszenzfiltern und die Entfernung von Feststoffen durch Filtration. Auch Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid werden aus Erdgas entfernt, damit sie Pipelines, Transport- und Verdichtungsanlagen nicht korrodieren. Propan, Butan und Pentan, die in Erdgas enthalten sind, werden ebenfalls vor der Übertragung entfernt, damit sie nicht kondensieren und im System Flüssigkeiten bilden. (Siehe Abschnitt „Erdgasförderung und -verarbeitung“.)

Erdgas wird per Pipeline von Gasfeldern zu Verflüssigungsanlagen transportiert, wo es komprimiert und auf etwa –162 °C gekühlt wird, um verflüssigtes Erdgas (LNG) zu erzeugen (siehe Abbildung 4). Die Zusammensetzung von LNG unterscheidet sich von Erdgas aufgrund der Entfernung einiger Verunreinigungen und Komponenten während des Verflüssigungsprozesses. LNG wird hauptsächlich verwendet, um die Erdgasversorgung während Spitzenbedarfszeiten zu erhöhen und um Gas in abgelegenen Gebieten abseits großer Pipelines zu liefern. Es wird durch Zugabe von Stickstoff und Luft wieder vergast, um es mit Erdgas vergleichbar zu machen, bevor es in die Gasversorgungsleitungen eingespeist wird. Alternativ zu Benzin wird LNG auch als Kraftstoff für Kraftfahrzeuge verwendet.

Abbildung 4. Größte LNG-Anlage der Welt in Arzew, Algerien

American Petroleum Institute

Erdölbegleitende Gase und Kondensatgase werden als „reiche“ Gase klassifiziert, da sie erhebliche Mengen an Ethan, Propan, Butan und anderen gesättigten Kohlenwasserstoffen enthalten. Erdölbegleitende Gase und Kondensatgase werden getrennt und verflüssigt, um verflüssigtes Erdölgas (LPG) durch Komprimierung, Adsorption, Absorption und Kühlung in Öl- und Gasverarbeitungsanlagen zu erzeugen. Diese Gasanlagen produzieren auch Erdgas und andere Kohlenwasserstofffraktionen.

Im Gegensatz zu Erdgas, Erdölbegleitgas und Kondensatgas enthalten Ölverarbeitungsgase (als Nebenprodukte der Raffinerieverarbeitung erzeugt) erhebliche Mengen an Wasserstoff und ungesättigten Kohlenwasserstoffen (Ethylen, Propylen usw.). Die Zusammensetzung von Ölverarbeitungsgasen hängt von jedem spezifischen Prozess und den verwendeten Rohölen ab. Zum Beispiel enthalten Gase, die als Ergebnis des thermischen Krackens erhalten werden, gewöhnlich beträchtliche Mengen an Olefinen, während diejenigen, die durch katalytisches Kracken erhalten werden, mehr Isobutane enthalten. Pyrolysegase enthalten Ethylen und Wasserstoff. Die Zusammensetzung von Erdgasen und typischen Ölverarbeitungsgasen ist in Tabelle 3 dargestellt.

Tabelle 3. Typische ungefähre Zusammensetzung von Natur- und Erdölverarbeitungsgasen (Volumenprozent)

Brennbares Erdgas mit einem Heizwert von 35.7 bis 41.9 MJ/m³ (8,500 bis 10,000 kcal/m³) wird hauptsächlich als Brennstoff zur Wärmeerzeugung in Haushalten, Landwirtschaft, Gewerbe und Industrie eingesetzt. Der Erdgas-Kohlenwasserstoff wird auch als Ausgangsmaterial für petrochemische und chemische Prozesse verwendet. Synthesegas (CO + H₂) wird aus Methan durch Sauerstoffanreicherung oder Wasserdampfumwandlung verarbeitet und zur Herstellung von Ammoniak, Alkohol und anderen organischen Chemikalien verwendet. Komprimiertes Erdgas (CNG) und verflüssigtes Erdgas (LNG) werden beide als Kraftstoff für Verbrennungsmotoren verwendet. Flüssiggase (LPG) aus der Ölverarbeitung haben höhere Heizwerte von 93.7 MJ/m³ (Propan) (22,400 kcal/m³) und 122.9 MJ/m³ (Butan) (29,900 kcal/m³⁾ und werden als Kraftstoff in Haushalten, Gewerbe und Industrie sowie in Kraftfahrzeugen verwendet (NFPA 1991). Die aus Ölverarbeitungsgasen stammenden ungesättigten Kohlenwasserstoffe (Ethylen, Propylen usw.) können in Benzin mit hoher Oktanzahl umgewandelt oder als Rohstoffe in der petrochemischen und chemischen Verarbeitungsindustrie verwendet werden.

Eigenschaften von Kohlenwasserstoffgasen

Gemäß der US-amerikanischen National Fire Protection Association sind brennbare (brennbare) Gase solche, die in den normalerweise in der Luft vorhandenen Sauerstoffkonzentrationen brennen. Das Verbrennen von brennbaren Gasen ähnelt dem von brennbaren flüssigen Kohlenwasserstoffdämpfen, da eine bestimmte Zündtemperatur erforderlich ist, um die Verbrennungsreaktion einzuleiten, und jedes Gas nur innerhalb eines bestimmten definierten Bereichs von Gas-Luft-Gemischen brennt. Brennbare Flüssigkeiten haben a Flammpunkt (die Temperatur (immer unter dem Siedepunkt), bei der sie ausreichend Dämpfe für die Verbrennung abgeben). Für brennbare Gase gibt es keinen offensichtlichen Flammpunkt, da sie normalerweise Temperaturen über ihrem Siedepunkt haben, selbst wenn sie verflüssigt sind, und daher immer Temperaturen haben, die weit über ihren Flammpunkten liegen.

Die US National Fire Protection Association (1976) definiert komprimierte und verflüssigte Gase wie folgt:

• „Komprimierte Gase sind solche, die bei allen normalen atmosphärischen Temperaturen in ihren Behältern unter Druck ausschließlich im gasförmigen Zustand vorliegen.“
• „Verflüssigte Gase sind solche, die bei normalen atmosphärischen Temperaturen in ihren Behältern teils im flüssigen und teils im gasförmigen Zustand vorliegen und solange unter Druck stehen, wie Flüssigkeit im Behälter verbleibt.“

Der Hauptfaktor, der den Druck im Behälter bestimmt, ist die Temperatur der gelagerten Flüssigkeit. Wenn es der Atmosphäre ausgesetzt wird, verdampft das verflüssigte Gas sehr schnell und bewegt sich entlang des Bodens oder der Wasseroberfläche, sofern es nicht durch Wind oder mechanische Luftbewegung in die Luft verteilt wird. Bei normalen atmosphärischen Temperaturen verdampft etwa ein Drittel der Flüssigkeit im Behälter.

Brennbare Gase werden weiter in Brenngas und Industriegas eingeteilt. Brenngase, einschließlich Erdgas und Flüssiggas (Propan und Butan), werden mit Luft verbrannt, um in Öfen, Öfen, Warmwasserbereitern und Boilern Wärme zu erzeugen. Brennbare Industriegase wie Acetylen werden bei Verarbeitungs-, Schweiß-, Schneid- und Wärmebehandlungsvorgängen verwendet. Die Unterschiede in den Eigenschaften von Flüssigerdgas (LNG) und Flüssiggas (LPG) sind in Tabelle 3 dargestellt.

Suche nach Öl und Gas

Die Suche nach Öl und Gas erfordert Kenntnisse in Geographie, Geologie und Geophysik. Rohöl wird normalerweise in bestimmten Arten von geologischen Strukturen gefunden, wie z. B. Antiklinalen, Verwerfungsfallen und Salzstöcken, die unter verschiedenen Terrains und in einer Vielzahl von Klimazonen liegen. Nach der Auswahl eines Interessengebiets werden viele verschiedene Arten von geophysikalischen Untersuchungen durchgeführt und Messungen durchgeführt, um eine genaue Bewertung der unterirdischen Formationen zu erhalten, darunter:

• Magnetometrische Untersuchungen. An Flugzeugen aufgehängte Magnetometer messen Schwankungen des Erdmagnetfelds, um Sedimentgesteinsformationen zu lokalisieren, die im Allgemeinen im Vergleich zu anderen Gesteinen geringe magnetische Eigenschaften haben.
• Photogrammetrische Luftaufnahmen. Mit speziellen Kameras in Flugzeugen aufgenommene Fotografien liefern dreidimensionale Ansichten der Erde, die zur Bestimmung von Landformationen mit potenziellen Öl- und Gasvorkommen verwendet werden.
• Gravimetrische Erhebungen. Da große Massen aus dichtem Gestein die Schwerkraft erhöhen, werden Gravimeter verwendet, um Informationen über darunter liegende Formationen zu liefern, indem sie winzige Unterschiede in der Schwerkraft messen.
• Seismische Untersuchungen. Seismische Untersuchungen geben Aufschluss über die allgemeinen Eigenschaften der Untergrundstruktur (siehe Abbildung 5). Messungen werden von Stoßwellen erhalten, die durch das Auslösen von Sprengladungen in Löchern mit kleinem Durchmesser erzeugt werden, von der Verwendung von Vibrations- oder Schlaggeräten sowohl an Land als auch im Wasser und von Unterwasser-Druckluftstößen. Die verstrichene Zeit zwischen dem Beginn der Stoßwelle und der Rückkehr des Echos wird verwendet, um die Tiefe der reflektierenden Substrate zu bestimmen. Die jüngste Verwendung von Supercomputern zur Erzeugung dreidimensionaler Bilder verbessert die Auswertung seismischer Testergebnisse erheblich.

Abbildung 5. Saudi-Arabien, seismische Operationen

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• Röntgenuntersuchungen. Radiographie ist die Verwendung von Radiowellen, um Informationen zu liefern, die denen ähneln, die aus seismischen Untersuchungen gewonnen werden.
• Stratigraphische Erhebungen. Stratigraphische Probenahme ist die Analyse von Kernen unterirdischer Gesteinsschichten auf Spuren von Gas und Öl. Ein zylindrisches Gesteinsstück, Kern genannt, wird mit einem hohlen Meißel geschnitten und in ein Rohr (Kernrohr) geschoben, das am Meißel befestigt ist. Das Kernrohr wird an die Oberfläche gebracht und der Kern zur Analyse entfernt.

Wenn die Untersuchungen und Messungen das Vorhandensein von Formationen oder Schichten anzeigen, die Erdöl enthalten können, werden Erkundungsbohrungen gebohrt, um festzustellen, ob Öl oder Gas tatsächlich vorhanden ist oder nicht und, falls ja, ob es verfügbar und in kommerziell brauchbaren Mengen erhältlich ist.

Offshore-Operationen

Obwohl die erste Offshore-Ölquelle in den frühen 1900er Jahren vor der Küste Kaliforniens gebohrt wurde, war der Beginn der modernen Meeresbohrungen 1938 mit einer Entdeckung im Golf von Mexiko, 1 Meile (1.6 km) von der US-Küste entfernt. Nach dem Zweiten Weltkrieg breiteten sich Offshore-Bohrungen schnell aus, zunächst in flachen Gewässern neben bekannten landgestützten Produktionsgebieten und dann in anderen Flach- und Tiefwassergebieten auf der ganzen Welt und in Klimazonen, die von der Arktis bis zum Persischen Golf reichten. Offshore-Bohrungen waren anfangs nur in Wassertiefen von etwa 91 m möglich; Moderne Plattformen sind jedoch jetzt in der Lage, in Gewässern mit einer Tiefe von über 3.2 km zu bohren. Offshore-Ölaktivitäten umfassen Exploration, Bohrung, Produktion, Verarbeitung, Unterwasserbau, Wartung und Reparatur sowie den Transport des Öls und Gases an Land per Schiff oder Pipeline.

Offshore-Plattformen

Bohrplattformen unterstützen Bohrinseln, Zubehör und Ausrüstung für Offshore- oder Binnenwasseroperationen und reichen von schwimmenden oder tauchenden Lastkähnen und Schiffen über fest installierte Plattformen auf Stahlbeinen, die in seichten Gewässern verwendet werden, bis hin zu großen, schwimmfähigen Stahlbeton-Schwerkraftplattformen -artige Plattformen, die in tiefen Gewässern verwendet werden. Nach Abschluss der Bohrungen werden Meeresplattformen verwendet, um die Produktionsausrüstung zu unterstützen. Die allergrößten Produktionsplattformen verfügen über Unterkünfte für über 250 Besatzungsmitglieder und anderes Hilfspersonal, Hubschrauberlandeplätze, Verarbeitungsanlagen und Lagermöglichkeiten für Rohöl- und Gaskondensat (siehe Abbildung 6).

Abbildung 6. Bohrschiffe; Bohrschiff Ben Ocean Laneer

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Typischerweise wird beim Tiefwasser-Schwimmplattformbohren die Bohrlochkopfausrüstung auf den Meeresboden abgesenkt und mit dem Bohrlochgehäuse abgedichtet. Die Verwendung von Glasfasertechnologie ermöglicht es einer großen, zentralen Plattform, kleinere Satellitenplattformen und Unterwasserschablonen fernzusteuern und zu betreiben. Produktionsanlagen auf der großen Plattform verarbeiten das Rohöl, Gas und Kondensat aus den Satellitenanlagen, bevor es an Land verschifft wird.

Die Art der Plattform, die bei Unterwasserbohrungen verwendet wird, wird häufig durch die Art des zu bohrenden Bohrlochs (Explorations- oder Produktionsbohrloch) und durch die Wassertiefe bestimmt (siehe Tabelle 4).

Tabelle 4. Plattformtypen für Unterwasserbohrungen

Arten von Brunnen

Erkundungsbohrungen.

Nach der Analyse geologischer Daten und geophysikalischer Untersuchungen werden Erkundungsbohrungen an Land oder auf See gebohrt. Erkundungsbohrungen, die in Gebieten gebohrt werden, in denen bisher weder Öl noch Gas gefunden wurden, werden als „Wildkatzen“ bezeichnet. Bohrlöcher, die auf Öl oder Gas stoßen, werden als „Discovery Wells“ bezeichnet. Andere Explorationsbohrungen, bekannt als „Step-out“- oder „Appraisal“-Bohrungen, werden gebohrt, um die Grenzen eines Feldes nach der Entdeckung zu bestimmen oder um nach neuen öl- und gasführenden Formationen neben oder unter den bereits bekannten zu suchen Produkt enthalten. Ein Bohrloch, das kein Öl oder Gas findet oder zu wenig findet, um wirtschaftlich gefördert zu werden, wird als „trockenes Loch“ bezeichnet.

Entwicklungsbrunnen.

Nach einer Entdeckung wird das Gebiet des Reservoirs mit einer Reihe von Step-out- oder Bewertungsbohrungen grob bestimmt. Anschließend werden Entwicklungsbohrungen gebohrt, um Gas und Öl zu fördern. Die Anzahl der zu bohrenden Entwicklungsbohrungen wird durch die erwartete Definition des neuen Feldes sowohl hinsichtlich der Größe als auch der Produktivität bestimmt. Aufgrund der Ungewissheit darüber, wie Lagerstätten geformt oder begrenzt sind, können sich einige Entwicklungsbohrungen als trockene Löcher herausstellen. Gelegentlich wird gleichzeitig gebohrt und produziert.

Geodruck/geothermische Brunnen.

Geodruck-/geothermische Brunnen sind solche, die Wasser mit extrem hohem Druck (7,000 psi) und hoher Temperatur (149 ºC) produzieren, das Kohlenwasserstoffe enthalten kann. Das Wasser wird zu einer schnell expandierenden Wolke aus heißem Dampf und Dämpfen, wenn es durch ein Leck oder einen Riss in die Atmosphäre freigesetzt wird.

Stripper-Wells.

Stripper-Bohrungen sind solche, die weniger als zehn Barrel Öl pro Tag aus einer Lagerstätte fördern.

Mehrere Abschlussbohrungen.

Wenn beim Bohren eines einzelnen Bohrlochs mehrere produzierende Formationen entdeckt werden, kann für jede einzelne Formation ein separater Rohrstrang in ein einzelnes Bohrloch geführt werden. Öl und Gas aus jeder Formation werden in ihre jeweilige Rohrleitung geleitet und voneinander durch Packer isoliert, die die ringförmigen Räume zwischen dem Rohrleitungsstrang und dem Futterrohr abdichten. Diese Bohrlöcher sind als Mehrfachkomplettierungsbohrlöcher bekannt.

Injektionsbrunnen.

Injektionsbohrungen pumpen Luft, Wasser, Gas oder Chemikalien in Reservoirs produzierender Felder, um entweder den Druck aufrechtzuerhalten oder Öl durch hydraulische Kraft oder erhöhten Druck in Richtung produzierender Bohrlöcher zu befördern.

Dienstbrunnen.

Versorgungsschächte umfassen solche, die für Fischerei- und Drahtleitungsoperationen, Packer/Plug-Platzierung oder -Entfernung und Nachbearbeitung verwendet werden. Servicebrunnen werden auch für die unterirdische Entsorgung von Salzwasser gebohrt, das von Rohöl und Gas getrennt wird.

Bohrmethoden

Bohrinseln.

Einfache Bohrgeräte enthalten einen Derrick (Turm), ein Bohrrohr, eine große Winde zum Absenken und Herausheben des Bohrrohrs, einen Bohrtisch, der das Bohrrohr und den Meißel dreht, einen Schlammmischer und eine Pumpe sowie einen Motor zum Antreiben des Tisches und Winde (siehe Abbildung 7). Kleine Bohrgeräte, die zum Bohren von Sondierungs- oder seismischen Bohrlöchern verwendet werden, können auf Lastwagen montiert werden, um von Ort zu Ort bewegt zu werden. Größere Bohrinseln werden entweder vor Ort errichtet oder verfügen über tragbare, klappbare (Klappmesser-) Bohrtürme für eine einfache Handhabung und Errichtung.

Abbildung 7. Bohrturm auf der Insel Elf Ringnes in der kanadischen Arktis

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Schlag- oder Kabelbohren.

Die älteste Bohrtechnik ist das Schlag- oder Seilbohren. Diese langsame Methode mit begrenzter Tiefe, die selten verwendet wird, beinhaltet das Zerkleinern von Gestein, indem ein schwerer Meißel und ein Stiel auf das Ende eines Kabels gehoben und fallen gelassen werden. In Intervallen wird der Meißel entfernt und das Bohrklein in Wasser suspendiert und durch Spülen oder Pumpen an die Oberfläche entfernt. Wenn sich das Loch vertieft, wird es mit einem Stahlgehäuse ausgekleidet, um ein Einstürzen zu verhindern und vor einer Verunreinigung des Grundwassers zu schützen. Es ist eine beträchtliche Arbeit erforderlich, selbst um ein flaches Bohrloch zu bohren, und beim Auftreffen auf Öl oder Gas gibt es keine Möglichkeit, den unmittelbaren Produktfluss an die Oberfläche zu kontrollieren.

Drehbohren.

Rotationsbohren ist die gebräuchlichste Methode und wird verwendet, um sowohl Explorations- als auch Produktionsbohrungen in Tiefen von über 5 Meilen (7,000 m) zu bohren. Auf Lastwagen montierte leichte Bohrer werden zum Bohren von seismischen Bohrlöchern geringer Tiefe an Land verwendet. Mittlere und schwere rotierende mobile und schwimmende Bohrer werden zum Bohren von Explorations- und Produktionsbohrungen verwendet. Die Drehbohrausrüstung ist auf einer Bohrplattform mit einem 30 bis 40 m hohen Bohrturm montiert und umfasst einen Drehtisch, einen Motor, einen Schlammmischer und eine Einspritzpumpe, einen Seiltrommelzug oder eine Seilwinde und viele Rohrabschnitte. jeweils ca. 27 m lang. Der Drehtisch dreht eine quadratische Kelly, die mit dem Bohrrohr verbunden ist. Die quadratische Kelly hat oben einen Schlammwirbel, der mit Blowout-Preventern verbunden ist. Das Bohrgestänge rotiert mit einer Drehzahl von 40 bis 250 U/min und dreht entweder einen Bohrer, der Schleppmeißel mit feststehenden meißelartigen Schneidkanten aufweist, oder einen Bohrer, dessen Meißel rollende Schneiden mit gehärteten Zähnen aufweist.

Drehschlagbohren.

Drehschlagbohren ist ein Kombinationsverfahren, bei dem ein Drehbohrer eine zirkulierende Hydraulikflüssigkeit verwendet, um einen hammerähnlichen Mechanismus zu betätigen, wodurch eine Reihe von schnellen Schlagschlägen erzeugt wird, die es dem Bohrer ermöglichen, gleichzeitig in die Erde zu bohren und zu hämmern.

Elektro- und Turbobohren.

Die meisten Drehtische, Winden und Pumpen schwerer Bohrmaschinen werden normalerweise von Elektromotoren oder Turbinen angetrieben, was eine erhöhte Flexibilität beim Betrieb und ferngesteuerten Bohren ermöglicht. Elektrobohrer und Turbobohrer sind neuere Methoden, die den Bohrer direkter mit Strom versorgen, indem der Bohrmotor direkt über dem Bohrer am Boden des Lochs angeschlossen wird.

Richtungsbohren.

Richtungsbohren ist eine Rotationsbohrtechnik, die den Bohrstrang entlang eines gekrümmten Pfads leitet, wenn sich das Loch vertieft. Richtungsbohren wird verwendet, um Lagerstätten zu erreichen, die durch vertikales Bohren nicht zugänglich sind. Es reduziert auch die Kosten, da mehrere Bohrlöcher in verschiedenen Richtungen von einer einzigen Plattform aus gebohrt werden können. Extended-Reach-Bohrungen ermöglichen die Erschließung von Unterwasserreservoirs vom Ufer aus. Viele dieser Techniken sind möglich, indem Computer verwendet werden, um automatische Bohrmaschinen und flexible Rohre (Rohrschlangen) zu steuern, die angehoben und abgesenkt werden, ohne Abschnitte zu verbinden und zu trennen.

Andere Bohrverfahren.

Abrasives Bohren verwendet ein abrasives Material unter Druck (anstatt einen Bohrschaft und eine Bohrkrone zu verwenden), um durch das Substrat zu schneiden. Andere Bohrverfahren umfassen Sprengbohren und Flammenlochen.

Aufgabe.

Wenn Öl- und Gasreservoirs nicht mehr produktiv sind, werden die Bohrlöcher typischerweise mit Zement verschlossen, um ein Fließen oder Lecken an die Oberfläche zu verhindern und die unterirdischen Schichten und das Wasser zu schützen. Die Ausrüstung wird entfernt und die Standorte verlassener Brunnen werden gesäubert und in den Normalzustand zurückversetzt.

Bohrarbeiten

Bohrtechniken

Die Bohrplattform stellt eine Basis für Arbeiter bereit, um die Abschnitte des Bohrgestänges zu koppeln und zu entkoppeln, die verwendet werden, um die Bohrtiefe zu erhöhen. Wenn sich das Loch vertieft, werden zusätzliche Rohrlängen hinzugefügt und der Bohrstrang wird am Bohrturm aufgehängt. Wenn ein Bohrmeißel gewechselt werden muss, wird der gesamte Bohrstrang aus dem Loch gezogen, und jeder Abschnitt wird abgenommen und vertikal im Bohrturm gestapelt. Nachdem der neue Meißel an Ort und Stelle angebracht ist, wird der Vorgang umgekehrt, und das Rohr wird zum Bohren in das Loch zurückgeführt.

Es ist Sorgfalt erforderlich, um sicherzustellen, dass das Bohrstrangrohr nicht auseinanderbricht und in das Loch fällt, da es schwierig und kostspielig sein kann, es herauszufischen, und sogar zum Verlust des Bohrlochs führen kann. Ein weiteres potenzielles Problem besteht darin, dass Bohrwerkzeuge beim Bohrstopp im Loch stecken bleiben. Aus diesem Grund wird das Bohren nach Beginn normalerweise fortgesetzt, bis das Bohrloch fertiggestellt ist.

Bohrschlamm

Bohrschlamm ist eine Flüssigkeit aus Wasser oder Öl und Ton mit chemischen Zusätzen (z. B. Formaldehyd, Kalk, Natriumhydrazid, Schwerspat). Natronlauge wird häufig hinzugefügt, um den pH-Wert (Säuregrad) von Bohrschlamm zu kontrollieren und potenziell gefährliche Schlammzusätze und Fertigstellungsflüssigkeiten zu neutralisieren. Bohrschlamm wird unter Druck aus dem Mischtank auf der Bohrplattform in das Bohrloch gepumpt, durch die Innenseite des Bohrrohrs bis zum Bohrmeißel. Es steigt dann zwischen der Außenseite des Bohrrohrs und den Seiten des Lochs auf und kehrt an die Oberfläche zurück, wo es gefiltert und rezirkuliert wird.

Bohrschlamm wird verwendet, um den Bohrmeißel zu kühlen und zu schmieren, das Rohr zu schmieren und das Gesteinsklein aus dem Bohrloch zu spülen. Bohrschlamm wird auch verwendet, um den Fluss aus dem Bohrloch zu kontrollieren, indem er die Seiten des Lochs auskleidet und dem Druck von Gas, Öl oder Wasser widersteht, auf das der Bohrmeißel trifft. Schlammstrahlen können unter Druck auf den Boden des Lochs aufgebracht werden, um das Bohren zu unterstützen.

Gehäuse und Zementierung

Die Verrohrung ist ein spezielles schweres Stahlrohr, das das Bohrloch auskleidet. Es wird verwendet, um ein Einstürzen der Bohrlochwände zu verhindern und Frischwasserschichten zu schützen, indem ein Austreten aus dem zurückfließenden Schlamm während des Bohrvorgangs verhindert wird. Das Gehäuse dichtet auch wasserdurchdrungene Sande und Hochdruckgaszonen ab. Die Verrohrung wird zunächst nahe der Oberfläche verwendet und an Ort und Stelle zementiert, um das Bohrgestänge zu führen. Eine Zementaufschlämmung wird das Bohrrohr nach unten gepumpt und durch den Spalt zwischen der Verrohrung und den Wänden des Bohrlochs wieder nach oben gedrückt. Sobald der Zement aushärtet und die Verrohrung platziert ist, wird das Bohren unter Verwendung eines Bits mit kleinerem Durchmesser fortgesetzt.

Nachdem die Oberflächenverrohrung in das Bohrloch eingebracht wurde, werden Blowout-Preventer (große Ventile, Säcke oder Stößel) an der Oberseite der Verrohrung angebracht, was als Stapel bezeichnet wird. Nach der Entdeckung von Öl oder Gas wird eine Verrohrung in den Boden des Bohrlochs eingesetzt, um Schmutz, Steine, Salzwasser und andere Verunreinigungen aus dem Bohrloch fernzuhalten und eine Leitung für die Rohöl- und Gasförderleitungen bereitzustellen.

Fertigstellung, erweiterte Wiederherstellung und Workover-Operationen

Abschlüsse

Die Fertigstellung beschreibt den Prozess, ein Bohrloch in Produktion zu bringen, nachdem das Bohrloch bis zu der Tiefe gebohrt wurde, in der Öl oder Gas zu finden sind. Die Fertigstellung umfasst eine Reihe von Arbeitsgängen, darunter das Durchdringen der Verrohrung und das Entfernen von Wasser und Sedimenten aus der Pipeline, damit der Fluss ungehindert ist. Spezielle Bohrkronen werden verwendet, um Kerne mit einer Länge von bis zu 50 m zu bohren und zu extrahieren, um während des Bohrvorgangs zu analysieren, wann eine Penetration durchgeführt werden sollte. Das Bohrgestänge und der Meißel werden zuerst entfernt und der letzte Verrohrungsstrang wird an Ort und Stelle zementiert. Eine Perforationskanone, ein Metallrohr mit Fassungen, die entweder Kugeln oder geformte Sprengladungen enthalten, wird dann in das Bohrloch abgesenkt. Die Ladungen werden durch elektrische Impulse durch die Verrohrung in das Reservoir entladen, um Öffnungen zu schaffen, durch die Öl und Gas in das Bohrloch und an die Oberfläche fließen können.

Der Fluss von Rohöl und Erdgas wird durch eine Reihe von Ventilen gesteuert, die als „Weihnachtsbäume“ bezeichnet werden und sich oben am Bohrlochkopf befinden. Monitore und Steuerungen werden installiert, um Sicherheitsventile über und unter der Oberfläche im Falle einer Druckänderung, eines Feuers oder anderer gefährlicher Bedingungen automatisch oder manuell zu betätigen. Sobald Öl und Gas gefördert sind, werden sie getrennt und Wasser und Sedimente werden aus dem Rohöl entfernt.

Förderung und Konservierung von Rohöl und Gas

Die Förderung von Öl ist im Grunde eine Frage der Verdrängung durch Wasser oder Gas. Zum Zeitpunkt der ersten Bohrung steht fast das gesamte Rohöl unter Druck. Dieser natürliche Druck nimmt ab, wenn Öl und Gas während der drei Lebensphasen einer Lagerstätte aus der Lagerstätte entfernt werden.

• Während der ersten Phase, der Spülproduktion, wird der Durchfluss durch den natürlichen Druck in der Lagerstätte bestimmt, der von gelöstem Gas im Öl, unter Druck eingeschlossenem Gas über dem Öl und hydraulischem Druck von unter dem Öl eingeschlossenem Wasser herrührt.
• Beim künstlichen Auftrieb, der zweiten Phase, wird Druckgas in die Lagerstätte gepumpt, wenn der natürliche Druck erschöpft ist.
• Phase drei, Stripper oder marginale Produktion, tritt auf, wenn Bohrlöcher nur intermittierend produzieren.

Ursprünglich gab es wenig Verständnis für die Kräfte, die die Öl- und Gasförderung beeinflussten. Die Untersuchung des Verhaltens von Öl- und Gaslagerstätten begann zu Beginn des 20. Jahrhunderts, als entdeckt wurde, dass das Pumpen von Wasser in eine Lagerstätte die Produktion erhöht. Zu dieser Zeit erholte sich die Industrie zwischen 10 und 20 % der Lagerstättenkapazität, im Vergleich zu den jüngsten Gewinnungsraten von über 60 %, bevor die Bohrlöcher unproduktiv wurden. Das Steuerungskonzept besteht darin, dass eine schnellere Förderrate den Druck in der Lagerstätte schneller abbaut, wodurch die Gesamtmenge an Öl verringert wird, die schließlich zurückgewonnen werden kann. Zwei Maßnahmen, die zur Erhaltung von Erdöllagerstätten verwendet werden, sind Einheitsbildung und Bohrlochabstände.

• Einheitlichkeit ist der Betrieb eines Feldes als eine Einheit, um sekundäre Gewinnungsmethoden anzuwenden und den Druck aufrechtzuerhalten, auch wenn mehrere verschiedene Bediener beteiligt sein können. Die Gesamtproduktion wird gerecht unter den Betreibern aufgeteilt.
• Guter Abstand ist die Begrenzung und richtige Lage von Bohrlöchern, um eine maximale Produktion zu erreichen, ohne ein Feld aufgrund von Überbohren zu dissipieren.

Verfahren zur Gewinnung zusätzlicher Produkte

Die Produktivität von Öl- und Gaslagerstätten wird durch eine Vielzahl von Gewinnungsverfahren verbessert. Eine Methode besteht darin, Passagen in den Schichten entweder chemisch oder physikalisch zu öffnen, damit sich Öl und Gas ungehinderter durch die Lagerstätten zum Bohrloch bewegen können. Wasser und Gas werden in Lagerstätten injiziert, um den Arbeitsdruck durch natürliche Verdrängung aufrechtzuerhalten. Sekundäre Rückgewinnungsmethoden, einschließlich Verdrängung durch Druck, künstlichen Auftrieb und Flutung, verbessern und stellen den Reservoirdruck wieder her. Verbesserte Rückgewinnung ist die Verwendung verschiedener sekundärer Rückgewinnungsmethoden in mehreren und unterschiedlichen Kombinationen. Die verbesserte Gewinnung umfasst auch fortschrittlichere Verfahren zur Gewinnung zusätzlicher Produkte aus erschöpften Lagerstätten, wie z. B. die thermische Gewinnung, bei der Wärme anstelle von Wasser oder Gas verwendet wird, um mehr Rohöl aus den Lagerstätten zu drängen.

Ansäuern

Die Ansäuerung ist eine Methode zur Steigerung der Leistung eines Bohrlochs, indem Säure direkt in ein produzierendes Reservoir gepumpt wird, um durch die Reaktion von Chemikalien und Mineralien Fließkanäle zu öffnen. Salzsäure (oder normale) Säure wurde zuerst verwendet, um Kalksteinformationen aufzulösen. Es wird immer noch am häufigsten verwendet; Allerdings werden der Salzsäure jetzt verschiedene Chemikalien zugesetzt, um ihre Reaktion zu steuern und Korrosion und Emulsionsbildung zu verhindern.

Flusssäure, Ameisensäure und Essigsäure werden zusammen mit Salzsäure je nach Art des Gesteins oder der Mineralien in der Lagerstätte verwendet. Flusssäure wird immer mit einer der anderen drei Säuren kombiniert und diente ursprünglich zum Auflösen von Sandstein. Sie wird oft als „Schlammsäure“ bezeichnet, da sie heute verwendet wird, um Perforationen zu reinigen, die mit Bohrschlamm verstopft wurden, und um beschädigte Durchlässigkeit in der Nähe des Bohrlochs wiederherzustellen. Ameisen- und Essigsäure werden in tiefen, ultraheißen Kalkstein- und Dolomitlagerstätten und als Abbausäuren vor der Perforation verwendet. Essigsäure wird den Brunnen auch als neutralisierendes Puffermittel zugesetzt, um den pH-Wert der Brunnenstimulationsflüssigkeiten zu kontrollieren. Fast alle Säuren haben Zusätze, wie Inhibitoren, um eine Reaktion mit den Metallhüllen zu verhindern, und Tenside, um die Bildung von Schlamm und Emulsionen zu verhindern.

Frakturierung

Frakturierung beschreibt das Verfahren, das verwendet wird, um den Fluss von Öl oder Gas durch eine Lagerstätte und in Bohrlöcher durch Kraft oder Druck zu erhöhen. Die Produktion kann abnehmen, da die Lagerstättenformation nicht durchlässig genug ist, damit das Öl ungehindert zum Bohrloch fließen kann. Beim Brechen werden unterirdische Kanäle geöffnet, indem eine mit speziellen Stützmitteln (einschließlich Sand, Metall, chemischen Pellets und Granaten) behandelte Flüssigkeit unter hohem Druck in das Reservoir gepumpt wird, um Risse zu öffnen. Stickstoff kann der Flüssigkeit zugesetzt werden, um die Expansion zu stimulieren. Wenn der Druck abgelassen wird, zieht sich die Flüssigkeit zurück und die Stützmittel bleiben an Ort und Stelle und halten die Risse offen, damit das Öl freier fließen kann.

Massiver Bruch (Mass Frac) beinhaltet das Pumpen großer Flüssigkeitsmengen in Bohrlöcher, um hydraulisch Risse zu erzeugen, die Tausende von Fuß lang sind. Massive Fracturing wird typischerweise verwendet, um Gasquellen zu öffnen, wo die Reservoirformationen so dicht sind, dass nicht einmal Gas sie passieren kann.

Druckhaltung

Zwei gängige Techniken zur Druckhaltung sind die Injektion von Wasser und Gas (Luft, Stickstoff, Kohlendioxid und Erdgas) in Lagerstätten, in denen der natürliche Druck reduziert oder für die Förderung nicht ausreicht. Beide Methoden erfordern das Bohren von zusätzlichen Injektionsbohrungen an bestimmten Stellen, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Das Einpressen von Wasser oder Gas zur Aufrechterhaltung des Arbeitsdrucks des Brunnens wird genannt natürliche Verschiebung. Die Verwendung von Druckgas zur Erhöhung des Drucks im Vorratsbehälter wird genannt künstlicher (Gas-)Aufzug.

Wasserüberschwemmung

Die am häufigsten verwendete sekundäre verbesserte Rückgewinnungsmethode besteht darin, Wasser in ein Ölreservoir zu pumpen, um das Produkt in Richtung produzierender Bohrlöcher zu drücken. In Fünf-Punkte-Wasserflutung, Vier Injektionsbohrungen werden so gebohrt, dass sie ein Quadrat bilden, wobei die Produktionsbohrung in der Mitte liegt. Die Injektion wird gesteuert, um ein gleichmäßiges Vordringen der Wasserfront durch das Reservoir in Richtung der fördernden Bohrung aufrechtzuerhalten. Ein Teil des verwendeten Wassers ist Salzwasser, das aus dem Rohöl gewonnen wird. In Niederspannungswasserflutung, Dem Wasser wird ein Tensid zugesetzt, um den Fluss des Öls durch die Lagerstätte zu unterstützen, indem es seine Haftung am Gestein verringert.

Mischbare Flutung

Fluten mit mischbaren Flüssigkeiten und mischbaren Polymeren sind verbesserte Rückgewinnungsverfahren, die verwendet werden, um die Wasserinjektion durch Verringerung der Oberflächenspannung von Rohöl zu verbessern. Ein mit Flüssigkeit mischbares (eines, das im Rohöl gelöst werden kann) wird in ein Reservoir injiziert. Darauf folgt eine Injektion eines weiteren Fluids, das die Mischung aus rohem und mischbarem Fluid in Richtung des produzierenden Bohrlochs drückt. Fluten mit mischbarem Polymer beinhaltet die Verwendung eines Waschmittels, um das Rohöl aus den Schichten zu waschen. Ein Gel oder eingedicktes Wasser wird hinter das Reinigungsmittel injiziert, um das Rohöl in Richtung der Produktionsbohrung zu bewegen.

Feuerflutung

Feuerflut, bzw in situ (in place)-Verbrennung, ist ein teures thermisches Rückgewinnungsverfahren, bei dem große Mengen Luft oder sauerstoffhaltiges Gas in die Lagerstätte eingeblasen und ein Teil des Rohöls entzündet wird. Die Hitze des Feuers senkt die Viskosität des schweren Rohöls, sodass es leichter fließt. Heiße Gase, die durch das Feuer erzeugt werden, erhöhen den Druck in der Lagerstätte und erzeugen eine schmale brennende Front, die das dünnere Rohöl von der Injektionsbohrung zur Produktionsbohrung drückt. Das schwerere Rohöl bleibt an Ort und Stelle und liefert zusätzlichen Brennstoff, wenn sich die Flammenfront langsam vorwärts bewegt. Der Verbrennungsprozess wird genau überwacht und gesteuert, indem die eingeblasene Luft oder das eingeblasene Gas reguliert wird.

Dampfinjektion

Dampfinjektion oder Dampffluten ist ein thermisches Rückgewinnungsverfahren, bei dem schweres Rohöl erhitzt und seine Viskosität verringert wird, indem superheißer Dampf in die unterste Schicht eines relativ flachen Reservoirs eingespritzt wird. Der Dampf wird über einen Zeitraum von 10 bis 14 Tagen injiziert, und das Bohrloch wird für etwa eine weitere Woche geschlossen, damit der Dampf das Reservoir gründlich erhitzen kann. Gleichzeitig dehnt die erhöhte Wärme Lagerstättengase aus, wodurch der Druck in der Lagerstätte erhöht wird. Der Schacht wird dann wieder geöffnet und das erhitzte, weniger viskose Rohöl fließt in den Schacht hinauf. Ein neueres Verfahren injiziert Niedrigtemperaturdampf mit niedrigerem Druck gleichzeitig in größere Abschnitte von zwei, drei oder mehr Zonen, wodurch eine „Dampfkammer“ entsteht, die das Öl in jeder der Zonen nach unten drückt. Dadurch wird ein größerer Ölfluss an die Oberfläche erreicht, während weniger Dampf verbraucht wird.

Erdgasproduktion und -verarbeitung

Es gibt zwei Arten von Bohrlöchern, die Erdgas fördern. Nassgasbohrungen produzieren Gas, das gelöste Flüssigkeiten enthält, und Trockengasbohrungen produzieren Gas, das nicht leicht verflüssigt werden kann

Nachdem Erdgas aus produzierenden Bohrlöchern entnommen wurde, wird es zur Verarbeitung an Gasanlagen geschickt. Die Gasverarbeitung erfordert Kenntnisse darüber, wie Temperatur und Druck zusammenwirken und die Eigenschaften von Flüssigkeiten und Gasen beeinflussen. Fast alle Gasaufbereitungsanlagen verarbeiten Gase, die Mischungen verschiedener Kohlenwasserstoffmoleküle sind. Der Zweck der Gasaufbereitung besteht darin, diese Gase durch verschiedene Prozesse wie Absorption, Fraktionierung und Kreislaufführung in Komponenten ähnlicher Zusammensetzung zu trennen, damit sie transportiert und von den Verbrauchern verwendet werden können.

Absorptionsprozesse

Die Absorption umfasst drei Verarbeitungsschritte: Gewinnung, Entfernung und Trennung.

Wiederherstellung.

Entfernt unerwünschte Restgase und etwas Methan durch Absorption aus dem Erdgas. Die Absorption findet in einem Gegenstrombehälter statt, wo das Bohrgas am Boden des Behälters eintritt und durch das nach unten strömende Absorptionsöl nach oben strömt. Das Absorptionsöl ist „mager“, wenn es oben in den Behälter eintritt, und „reich“, wenn es den Boden verlässt, da es die gewünschten Kohlenwasserstoffe aus dem Gas absorbiert hat. Das oben aus dem Gerät austretende Gas wird als „Restgas“ bezeichnet.

Die Absorption kann auch durch Kühlung erreicht werden. Das Restgas wird zur Vorkühlung des Einlassgases verwendet, das dann mit Temperaturen von 0 bis –40 ºC durch eine Gaskühlereinheit geleitet wird. Mageres Absorberöl wird durch einen Ölkühler gepumpt, bevor es mit dem kühlen Gas in der Absorbereinheit in Kontakt kommt. Die meisten Anlagen verwenden Propan als Kältemittel in den Kühleinheiten. Glykol wird direkt in den Einlassgasstrom injiziert, um sich mit Wasser im Gas zu vermischen, um ein Gefrieren und die Bildung von Hydraten zu verhindern. Das Glykol-Wasser-Gemisch wird im Glykolabscheider von Kohlenwasserstoffdampf und -flüssigkeit getrennt und anschließend durch Verdampfen des Wassers in einer Regeneratoreinheit wieder aufkonzentriert.

Entfernung.

Der nächste Schritt im Absorptionsprozess ist die Entfernung oder Demethanisierung. Das restliche Methan wird in Ethanrückgewinnungsanlagen aus dem reichen Öl entfernt. Dies ist normalerweise ein zweiphasiger Prozess, der zuerst mindestens die Hälfte des Methans aus dem reichen Öl entfernt, indem der Druck verringert und die Temperatur erhöht wird. Das verbleibende angereicherte Öl enthält normalerweise genug Ethan und Propan, um eine Reabsorption wünschenswert zu machen. Wenn es nicht verkauft wird, wird das Überkopfgas als Anlagenbrennstoff oder als Vorsättiger verwendet oder zum Einlassgas im Hauptabsorber zurückgeführt.

Trennung

Der letzte Schritt im Absorptionsprozess, die Destillation, verwendet Dämpfe als Medium, um die gewünschten Kohlenwasserstoffe aus dem reichen Absorptionsöl zu entfernen. Wet Stills verwenden Dampfdämpfe als Strippmedium. In Trockendestillierapparaten werden Kohlenwasserstoffdämpfe als Strippmedium verwendet, die aus der teilweisen Verdampfung des durch den Destillierkolben gepumpten heißen Öls gewonnen werden. Der Destillierapparat steuert den endgültigen Siedepunkt und das Molekulargewicht des mageren Öls und den Siedepunkt der endgültigen Kohlenwasserstoffproduktmischung.

Andere Prozesse

Fraktionierung.

Ist die Trennung des gewünschten Kohlenwasserstoffgemisches aus Absorptionsanlagen in spezifische, einzelne, relativ reine Produkte. Eine Fraktionierung ist möglich, wenn die beiden Flüssigkeiten, Kopf- und Sumpfprodukt genannt, unterschiedliche Siedepunkte haben. Der Fraktionierungsprozess besteht aus drei Teilen: einem Turm zum Trennen von Produkten, einem Reboiler zum Erhitzen des Inputs und einem Kondensator zum Abführen von Wärme. Der Turm hat eine Fülle von Böden, so dass viel Dampf- und Flüssigkeitskontakt auftritt. Die Reboilertemperatur bestimmt die Zusammensetzung des Sumpfprodukts.

Schwefelrückgewinnung.

Schwefelwasserstoff muss aus Gas entfernt werden, bevor es zum Verkauf verschifft wird. Dies wird in Schwefelrückgewinnungsanlagen erreicht.

Gas Radfahren.

Der Gaskreislauf ist weder ein Mittel zur Druckhaltung noch eine sekundäre Rückgewinnungsmethode, sondern eine verbesserte Rückgewinnungsmethode, die verwendet wird, um die Produktion von flüssigen Erdgasen aus „Nassgas“-Reservoiren zu steigern. Nachdem dem „Nassgas“ in Kreislaufanlagen Flüssigkeiten entzogen wurden, wird das verbleibende „Trockengas“ über Injektionsbohrungen in die Lagerstätte zurückgeführt. Wenn das „trockene Gas“ durch das Reservoir rezirkuliert, nimmt es mehr Flüssigkeiten auf. Die Produktions-, Aufbereitungs- und Rezirkulationszyklen werden wiederholt, bis alle rückgewinnbaren Flüssigkeiten aus dem Reservoir entfernt wurden und nur noch „trockenes Gas“ übrig bleibt.

Standortentwicklung zur Förderung von Öl- und Gasfeldern

Um ein neues Öl- oder Gasfeld in Produktion zu bringen, ist eine umfangreiche Standortentwicklung erforderlich. Der Zugriff auf die Website kann durch klimatische und geografische Bedingungen eingeschränkt oder eingeschränkt sein. Die Anforderungen umfassen den Transport; Konstruktion; Wartungs-, Wohn- und Verwaltungseinrichtungen; Ausrüstung zur Öl-, Gas- und Wassertrennung; Rohöl- und Erdgastransport; Wasser- und Abfallentsorgungsanlagen; und viele andere Dienstleistungen, Einrichtungen und Arten von Ausrüstung. Die meisten davon sind vor Ort nicht ohne Weiteres verfügbar und müssen entweder vom Bohr- oder Produktionsunternehmen oder von externen Auftragnehmern bereitgestellt werden.

Auftragnehmertätigkeiten

Auftragnehmer werden in der Regel von Öl- und Gasexplorations- und Produktionsunternehmen eingesetzt, um einige oder alle der folgenden unterstützenden Dienstleistungen zu erbringen, die zum Bohren und Erschließen von Produktionsfeldern erforderlich sind:

• Baustellenvorbereitung - Gestrüpprodung, Straßenbau, Rampen und Gehwege, Brücken, Flugzeuglandeplätze, Seehäfen, Werften, Docks und Anlegestellen
• Errichtung und Installation - Bohrausrüstung, Energie und Versorgungsunternehmen, Tanks und Rohrleitungen, Wohnungen, Wartungsgebäude, Garagen, Aufhängungen, Service- und Verwaltungsgebäude
• Unterwasserarbeiten - Installation, Inspektion, Reparatur und Wartung von Unterwasserausrüstung und -strukturen
• Wartung und Reparatur - vorbeugende Wartung von Bohr- und Förderanlagen, Fahrzeugen und Booten, Maschinen und Gebäuden
• Vertragsdienstleistungen - Gastronomie; Hauswirtschaft; Schutz und Sicherheit von Einrichtungen und Perimetern; Hausmeister-, Erholungs- und Hilfstätigkeiten; Lagerung und Vertrieb von Schutzausrüstung, Ersatzteilen und Einwegartikeln
• Engineering und Technik – Tests und Analysen, Computerdienste, Inspektionen, Labore, zerstörungsfreie Analysen, Lagerung und Handhabung von Sprengstoffen, Brandschutz, Genehmigungen, Umwelt, Medizin und Gesundheit, Arbeitshygiene und -sicherheit und Reaktion auf Verschüttungen
• Externe Dienstleistungen - Telefon, Radio und Fernsehen, Kanalisation und Müll
• Transport- und Materialhandhabungsausrüstung - Flugzeuge und Hubschrauber, Marinedienste, schwere Bau- und Materialhandhabungsausrüstung

Utilities

Unabhängig davon, ob Explorations-, Bohr- und Produktionsbetriebe an Land oder auf See stattfinden, sind Strom, leichte Elektrizität und andere unterstützende Versorgungseinrichtungen erforderlich, darunter:

• Stromerzeugung - Gas, Strom und Dampf
• Wasser - Frischwasserversorgung, Reinigung und Aufbereitung sowie Prozesswasser
• Kanalisation und Entwässerung - Regenwasser, sanitäre Behandlung und (ölhaltige) Abwasserbehandlung und -entsorgung
• Kommunikation - Telefon, Radio und Fernsehen, Computer- und Satellitenkommunikation
• Utilities - Licht, Wärme, Lüftung und Kühlung.

Arbeitsbedingungen, Gesundheit und Sicherheit

Arbeiten auf Bohrinseln erfordern normalerweise eine Mindestbesatzung von 6 Personen (primär und sekundär Bohrer, drei Hilfsbohrer oder Helfer (roughnecks) Und eine Kathead Person), die einem Bauleiter oder Vorarbeiter (Werkzeugschieber), der für den Bohrfortschritt verantwortlich ist. Die primären und sekundären Bohrer tragen die Gesamtverantwortung für den Bohrbetrieb und die Überwachung der Bohrmannschaft während ihrer jeweiligen Schichten. Bohrer sollten mit den Fähigkeiten und Einschränkungen ihrer Mannschaften vertraut sein, da die Arbeit nur so schnell voranschreiten kann wie das langsamste Besatzungsmitglied.

Hilfsbohrer sind auf der Plattform stationiert, um Geräte zu bedienen, Instrumente abzulesen und routinemäßige Wartungs- und Reparaturarbeiten durchzuführen. Die Cathead-Person muss in die Nähe der Oberseite des Bohrturms klettern, wenn das Bohrrohr in das Bohrloch eingeführt oder daraus herausgezogen wird, und dabei helfen, die Rohrabschnitte in den und aus dem Stapel zu bewegen. Während des Bohrens bedient die Cathead-Person auch die Schlammpumpe und unterstützt die Bohrmannschaft allgemein.

Personen, die Perforationskanonen montieren, platzieren, entladen und zurückholen, sollten geschult, mit den Gefahren von Sprengstoffen vertraut und für den Umgang mit Sprengstoffen, Zündschnüren und Sprengkapseln qualifiziert sein. Andere Mitarbeiter, die in und um Ölfelder arbeiten, sind Geologen, Ingenieure, Mechaniker, Fahrer, Wartungspersonal, Elektriker, Pipelinebetreiber und Arbeiter.

Brunnen werden rund um die Uhr gebohrt, entweder in 8- oder 12-Stunden-Schichten, und die Arbeiter benötigen beträchtliche Erfahrung, Fähigkeiten und Ausdauer, um die strengen körperlichen und geistigen Anforderungen der Arbeit zu erfüllen. Die Überbeanspruchung einer Besatzung kann zu schweren Unfällen oder Verletzungen führen. Das Bohren erfordert enge Teamarbeit und Koordination, um die Aufgaben sicher und rechtzeitig zu erledigen. Aufgrund dieser und anderer Anforderungen müssen die Arbeitsmoral sowie die Gesundheit und Sicherheit der Arbeitnehmer berücksichtigt werden. Angemessene Ruhe- und Entspannungszeiten, nahrhaftes Essen und angemessene Hygiene- und Wohnräume, einschließlich Klimaanlage in heißem, feuchtem Klima und Heizung in Gebieten mit kaltem Wetter, sind unerlässlich.

Zu den wichtigsten Berufsgefahren im Zusammenhang mit Explorations- und Produktionsbetrieben gehören Krankheiten durch geografische und klimatische Einflüsse, Stress durch lange Reisen über Wasser oder unwegsames Gelände und Personenschäden. Psychische Probleme können sich aus der physischen Isolation von Erkundungsstandorten und ihrer Entfernung von Basislagern und den ausgedehnten Arbeitsperioden ergeben, die auf Offshore-Bohrplattformen und an abgelegenen Onshore-Standorten erforderlich sind. Viele andere Gefahren, die speziell bei Offshore-Operationen auftreten, wie z. B. Unterwassertauchen, werden an anderer Stelle in diesem Dokument behandelt Enzyklopädie.

Offshore-Arbeit ist jederzeit gefährlich, sowohl während als auch außerhalb der Arbeit. Einige Arbeitnehmer können den Stress nicht bewältigen, der mit der Offshore-Arbeit in einem anspruchsvollen Tempo, über längere Zeiträume, unter relativer Beschränkung und unter ständig wechselnden Umweltbedingungen verbunden ist. Zu den Anzeichen von Stress bei Arbeitnehmern gehören ungewöhnliche Reizbarkeit, andere Anzeichen von psychischer Belastung, übermäßiges Trinken oder Rauchen und Drogenkonsum. Von Arbeitern auf Plattformen wurde über Probleme mit Schlaflosigkeit berichtet, die durch hohe Vibrations- und Lärmpegel verschlimmert werden können. Verbrüderung unter den Arbeitern und häufiger Landgang können Stress reduzieren. Seekrankheit und Ertrinken sowie extreme Wetterbedingungen sind weitere Gefahren bei der Offshore-Arbeit.

Krankheiten wie Atemwegserkrankungen resultieren aus der Exposition gegenüber rauem Klima, Infektionen oder parasitären Erkrankungen in Gebieten, in denen diese endemisch sind. Obwohl viele dieser Krankheiten noch einer epidemiologischen Untersuchung bei Bohrarbeitern bedürfen, ist bekannt, dass Ölarbeiter unter Periarthritis der Schulter und des Schulterblatts, Humerus-Epicondylitis, Arthrose der Halswirbelsäule und Polyneuritis der oberen Gliedmaßen leiden. Auch bei Bohrarbeiten besteht die Gefahr von Erkrankungen durch Lärm- und Vibrationsbelastung. Die Schwere und Häufigkeit dieser bohrbedingten Krankheiten scheint proportional zur Dienstzeit und der Exposition gegenüber ungünstigen Arbeitsbedingungen zu sein (Duck 1983; Ghosh 1983; Montillier 1983).

Verletzungen bei der Arbeit bei Bohr- und Produktionsaktivitäten können viele Ursachen haben, darunter Ausrutschen und Stürze, Handhabung von Rohren, Heben von Rohren und Ausrüstung, Missbrauch von Werkzeugen und unsachgemäße Handhabung von Sprengstoffen. Verbrennungen können durch Dampf, Feuer, Säure oder Schlamm verursacht werden, die Chemikalien wie Natriumhydroxid enthalten. Dermatitis und Hautverletzungen können durch den Kontakt mit Rohöl und Chemikalien verursacht werden.

Es besteht die Möglichkeit einer akuten und chronischen Exposition gegenüber einer Vielzahl von ungesunden Materialien und Chemikalien, die bei Öl- und Gasbohrungen und -förderungen vorhanden sind. Einige Chemikalien und Materialien, die in potenziell gefährlichen Mengen vorhanden sein können, sind in Tabelle 2 aufgeführt und umfassen:

• Rohöl, Erdgas und Schwefelwasserstoffgas während Bohrungen und Blowouts
• Schwermetalle, Benzol und andere Verunreinigungen im Rohöl
• Asbest, Formaldehyd, Salzsäure und andere gefährliche Chemikalien und Materialien
• Normal vorkommende radioaktive Materialien (NORMs) und Geräte mit radioaktiven Quellen.

Sicherheit

Bohrungen und Produktion finden in allen Klimazonen und unter unterschiedlichen Wetterbedingungen statt, von tropischen Dschungeln und Wüsten bis zur gefrorenen Arktis und vom Festland bis zur Nordsee. Bohrmannschaften müssen unter schwierigen Bedingungen arbeiten, die Lärm, Vibrationen, schlechtem Wetter, physischen Gefahren und mechanischen Ausfällen ausgesetzt sind. Die Plattform, der Drehtisch und die Ausrüstung sind normalerweise rutschig und vibrieren durch den Motor- und Bohrbetrieb, was von den Arbeitern absichtliche und vorsichtige Bewegungen erfordert. Beim Besteigen der Bohrinsel und des Bohrturms besteht die Gefahr des Ausrutschens und Sturzes aus der Höhe, und es besteht die Gefahr, Rohöl, Gas, Schlamm und Motorabgasen ausgesetzt zu werden. Der Vorgang des schnellen Trennens und erneuten Verbindens eines Bohrgestänges erfordert Training, Geschick und Präzision von den Arbeitern, um immer wieder sicher ausgeführt zu werden.

Offshore arbeitende Bau-, Bohr- und Produktionsmannschaften müssen mit den gleichen Gefahren rechnen wie Mannschaften, die an Land arbeiten, und mit den zusätzlichen Gefahren, die für Offshore-Arbeiten spezifisch sind. Dazu gehören die Möglichkeit des Einsturzes der Plattform auf See und Vorkehrungen für spezielle Evakuierungsverfahren und Überlebensausrüstung im Notfall. Eine weitere wichtige Überlegung bei der Offshore-Arbeit ist die Anforderung, sowohl beim Tiefsee- als auch beim Flachwassertauchen Ausrüstung zu installieren, zu warten und zu inspizieren.

Feuer und Explosion

Beim Perforieren eines Bohrlochs besteht immer die Gefahr eines Ausbruchs mit Freisetzung einer Gas- oder Dampfwolke, gefolgt von Explosion und Feuer. Zusätzliche Brand- und Explosionsgefahr besteht in Gasverarbeitungsbetrieben.

Mitarbeiter von Offshore-Plattformen und Bohrinseln sollten nach einer gründlichen körperlichen Untersuchung sorgfältig untersucht werden. Die Auswahl von Offshore-Crewmitgliedern mit einer Vorgeschichte oder Hinweisen auf Lungen-, Herz-Kreislauf- oder neurologische Erkrankungen, Epilepsie, Diabetes, psychische Störungen und Drogen- oder Alkoholabhängigkeit erfordert sorgfältige Abwägung. Da von den Arbeitern erwartet wird, dass sie Atemschutzgeräte verwenden, und insbesondere von denjenigen, die für die Brandbekämpfung ausgebildet und ausgerüstet sind, müssen sie körperlich und geistig auf ihre Fähigkeit zur Ausführung dieser Aufgaben untersucht werden. Die ärztliche Untersuchung sollte eine psychologische Bewertung beinhalten, die die besonderen beruflichen Anforderungen widerspiegelt.

Medizinische Notdienste auf Offshore-Bohrinseln und Produktionsplattformen sollten Vorkehrungen für eine kleine Apotheke oder Klinik umfassen, die jederzeit mit einem qualifizierten Arzt an Bord besetzt ist. Die Art der erbrachten medizinischen Leistung wird durch die Verfügbarkeit, Entfernung und Qualität der verfügbaren Dienste an Land bestimmt. Die Evakuierung kann per Schiff oder Helikopter erfolgen, oder ein Arzt kann zur Plattform reisen oder dem Arzt an Bord bei Bedarf über Funk medizinischen Rat geben. Ein medizinisches Schiff kann dort stationiert werden, wo mehrere große Plattformen in einem kleinen Gebiet wie der Nordsee operieren, um leichter verfügbar zu sein und einen kranken oder verletzten Arbeiter schnell zu versorgen.

Personen, die nicht direkt auf Bohrinseln oder -plattformen arbeiten, sollten ebenfalls vor der Einstellung und regelmäßig medizinisch untersucht werden, insbesondere wenn sie für die Arbeit in anormalem Klima oder unter harten Bedingungen eingesetzt werden. Diese Untersuchungen sollten die besonderen körperlichen und psychischen Anforderungen der Tätigkeit berücksichtigen.

Personenschutz

Ein arbeitshygienisches Überwachungs- und Probenahmeprogramm sollte in Verbindung mit einem medizinischen Überwachungsprogramm implementiert werden, um das Ausmaß und die Auswirkungen einer gefährlichen Exposition von Arbeitnehmern systematisch zu bewerten. Während der Exploration, der Bohrungen und der Produktion sollte eine Überwachung auf brennbare Dämpfe und toxische Belastungen wie Schwefelwasserstoff durchgeführt werden. Praktisch keine Exposition gegenüber H₂S sollte erlaubt sein, insbesondere auf Offshore-Plattformen. Eine wirksame Methode zur Kontrolle der Exposition ist die Verwendung von richtig gewichtetem Bohrschlamm, um H₂S vor dem Eindringen in den Brunnen und durch Hinzufügen von Chemikalien zum Schlamm, um eingeschlossenes H zu neutralisieren₂S. Alle Arbeiter sollten darin geschult werden, das Vorhandensein von H. zu erkennen₂S und ergreifen Sie sofort vorbeugende Maßnahmen, um die Möglichkeit einer toxischen Exposition und Explosionen zu verringern.

Personen, die an Explorations- und Produktionsaktivitäten beteiligt sind, sollten geeignete persönliche Schutzausrüstung zur Verfügung haben und verwenden, einschließlich:

• Kopfschutz (Schutzhelme und wetterfeste Liner)
• Handschuhe (ölbeständige, rutschfeste Arbeitshandschuhe, bei Bedarf feuerisoliert oder thermisch)
• Armschutz (lange Ärmel oder ölbeständige Stulpen)
• Fuß- und Beinschutz (wettergeschützte, ölundurchlässige Sicherheitsstiefel mit Stahlkappe und rutschfester Sohle)
• Augen- und Gesichtsschutz (Schutzbrille, Schutzbrille und Gesichtsschutz für den Umgang mit Säure)
• Hautschutz vor Hitze und Kälte (Sonnenschutzsalbe und Kaltwetter-Gesichtsmasken)
• Klimatisierte und wetterfeste Kleidung (Parkas, Regenbekleidung)
• Gegebenenfalls Feuerwehrausrüstung, feuerfeste Kleidung und säurebeständige Schürzen oder Anzüge.

Kontrollräume, Wohnquartiere und andere Räume auf großen Offshore-Plattformen werden normalerweise unter Druck gesetzt, um das Eindringen schädlicher Atmosphären, wie z. B. Schwefelwasserstoffgas, das beim Eindringen oder in einem Notfall freigesetzt werden kann, zu verhindern. Ein Atemschutz kann erforderlich sein, falls der Druck ausfällt und wenn die Möglichkeit besteht, dass Sie bei Arbeiten außerhalb von Druckbereichen giftigen Gasen (Schwefelwasserstoff), Erstickungsmitteln (Stickstoff, Kohlendioxid), Säuren (Fluorwasserstoff) oder anderen atmosphärischen Schadstoffen ausgesetzt werden .

Bei Arbeiten in der Nähe von Geodruck-/geothermischen Brunnen sollten isolierte Handschuhe und vollständige Hitze- und Dampfschutzanzüge mit zugeführter Atemluft in Betracht gezogen werden, da der Kontakt mit heißem Dampf und Dämpfen Verbrennungen an Haut und Lunge verursachen kann.

Sicherheitsgurte und Rettungsleinen sollten auf Laufstegen und Gangways verwendet werden, insbesondere auf Offshore-Plattformen und bei schlechtem Wetter. Beim Klettern auf Rigs und Bohrtürmen sollten Gurte und Rettungsleinen mit einem angebrachten Gegengewicht verwendet werden. Personenkörbe, die vier oder fünf Arbeiter befördern, die persönliche Schwimmvorrichtungen tragen, werden häufig verwendet, um Besatzungen zwischen Booten und Offshore-Plattformen oder Bohrinseln zu transferieren. Eine andere Möglichkeit der Übertragung sind „Schaukelseile“. Seile, die verwendet werden, um von Booten zu Plattformen zu schwingen, werden direkt über der Kante der Bootsanlegestellen aufgehängt, während die von Plattformen zu Booten 3 oder 4 Fuß von der Außenkante hängen sollten.

Die Bereitstellung von Waschgelegenheiten für Arbeiter und Kleidung sowie die Einhaltung angemessener Hygienepraktiken sind grundlegende Maßnahmen zur Bekämpfung von Dermatitis und anderen Hautkrankheiten. Falls erforderlich, sollten Notduschen und Notduschen in Betracht gezogen werden.

Sicherheitsschutzmaßnahmen

Sicherheitsabschaltsysteme für Öl- und Gasplattformen verwenden verschiedene Geräte und Monitore, um Lecks, Brände, Brüche und andere gefährliche Zustände zu erkennen, Alarme zu aktivieren und den Betrieb in einer geplanten, logischen Reihenfolge abzuschalten. Wo es aufgrund der Art des Gases oder des Rohöls erforderlich ist, sollten zerstörungsfreie Prüfmethoden wie Ultraschall, Radiographie, Magnetpulver, flüssiges Farbeindringmittel oder visuelle Inspektionen verwendet werden, um das Ausmaß der Korrosion von Rohrleitungen, Heizrohren und Behandlern zu bestimmen und Behälter, die in der Rohöl-, Kondensat- und Gasförderung und -verarbeitung verwendet werden.

Oberflächen- und unterirdische Sicherheitsabsperrventile schützen Onshore-Anlagen, einzelne Bohrlöcher in seichten Gewässern und Offshore-Tiefwasserbohr- und Produktionsplattformen mit mehreren Bohrlöchern und werden automatisch (oder manuell) aktiviert im Falle eines Feuers, kritischer Druckänderungen, katastrophaler Ausfall am Bohrlochkopf oder andere Notfälle. Sie werden auch verwendet, um kleine Injektionsbohrungen und Gasliftbohrungen zu schützen.

Die Inspektion und Pflege von Kränen, Winden, Trommeln, Drahtseilen und zugehörigem Zubehör ist ein wichtiger Sicherheitsaspekt beim Bohren. Das Fallenlassen eines Pipelinestrangs in einem Bohrloch ist ein schwerwiegender Vorfall, der zum Verlust des Bohrlochs führen kann. Verletzungen und manchmal Todesfälle können auftreten, wenn Mitarbeiter von einem Drahtseil getroffen werden, das unter Spannung reißt. Ein sicherer Betrieb der Bohranlage ist auch abhängig von einem leichtgängigen, gut gewarteten Hebewerk mit richtig eingestellten Catheads und Bremssystemen. Halten Sie Krane bei Arbeiten an Land in sicherem Abstand zu Hochspannungsleitungen.

Der Umgang mit Explosivstoffen während Explorations- und Bohrarbeiten sollte unter der Kontrolle einer speziell qualifizierten Person stehen. Einige Sicherheitsvorkehrungen, die bei der Verwendung einer Perforationspistole zu beachten sind, umfassen:

• Niemals auf eine geladene Pistole schlagen oder sie fallen lassen oder Rohre oder andere Materialien auf eine geladene Pistole fallen lassen.
• Beseitigen Sie die Schusslinie und evakuieren Sie unnötiges Personal aus dem Boden der Bohranlage und dem darunter liegenden Boden, während die Perforationskanone in das Bohrloch abgesenkt und aus dem Bohrloch herausgeholt wird.
• Kontrollieren Sie die Arbeiten am oder um den Bohrlochkopf, während sich die Kanone im Bohrloch befindet.
• Beschränken Sie die Verwendung von Funkgeräten und verbieten Sie das Lichtbogenschweißen, während die Pistole am Kabel befestigt ist, um eine Entladung durch einen unbeabsichtigten elektrischen Impuls zu verhindern.

Notfallplanung und Übungen sind wichtig für die Sicherheit von Arbeitern auf Öl- und Gasbohr- und Produktionsplattformen und Offshore-Plattformen. Jede Art von potenziellem Notfall (z. B. Feuer oder Explosion, Freisetzung entzündlicher oder giftiger Gase, ungewöhnliche Wetterbedingungen, Arbeiter über Bord und die Notwendigkeit, eine Plattform zu verlassen) sollte bewertet und spezifische Reaktionspläne entwickelt werden. Die Arbeiter müssen in den richtigen Maßnahmen in Notfällen geschult und mit der zu verwendenden Ausrüstung vertraut sein.

Die Sicherheit und das Überleben von Hubschraubern im Falle eines Sturzes ins Wasser sind wichtige Überlegungen für den Betrieb von Offshore-Plattformen und die Notfallvorsorge. Piloten und Passagiere sollten während des Fluges Sicherheitsgurte und, falls erforderlich, Überlebensausrüstung tragen. Schwimmwesten sollten jederzeit getragen werden, sowohl während des Fluges als auch beim Transfer vom Hubschrauber auf die Plattform oder das Schiff. Beim Betreten, Verlassen oder Arbeiten in der Nähe eines Hubschraubers muss sorgfältig darauf geachtet werden, dass sich keine Körper und Materialien unter dem Weg des Rotorblatts befinden.

Die Schulung von Onshore- und Offshore-Arbeitern ist für einen sicheren Betrieb unerlässlich. Arbeitnehmer sollten verpflichtet werden, regelmäßig angesetzte Sicherheitsbesprechungen zu besuchen, die sowohl obligatorische als auch andere Themen abdecken. Gesetzliche Vorschriften wurden von Regierungsbehörden erlassen, darunter die US-Arbeitsschutzbehörde, die US-Küstenwache für Offshore-Operationen und die Äquivalente im Vereinigten Königreich, Norwegen und anderswo, die die Sicherheit und Gesundheit von Explorations- und Produktionsarbeitern regeln, sowohl onshore als auch offshore. Der Verhaltenskodex der Internationalen Arbeitsorganisation Sicherheit und Gesundheit beim Bau fester Offshore-Anlagen in der Erdölindustrie (1982) gibt hierzu Hinweise. Das American Petroleum Institute verfügt über eine Reihe von Standards und empfohlenen Verfahren zur Sicherheit und Gesundheit im Zusammenhang mit Explorations- und Produktionsaktivitäten.

Brandschutz- und Präventionsmaßnahmen

Brandverhütung und -schutz, insbesondere auf Offshore-Bohrinseln und Produktionsplattformen, ist ein wichtiges Element für die Sicherheit der Arbeiter und den laufenden Betrieb. Die Arbeiter sollten geschult und ausgebildet werden, um das Feuerdreieck zu erkennen, wie in beschrieben Feuer Kapitel, in Bezug auf entzündliche und brennbare Kohlenwasserstoffflüssigkeiten, -gase und -dämpfe und die potenziellen Gefahren von Bränden und Explosionen. Ein Bewusstsein für Brandverhütung ist unerlässlich und umfasst Kenntnisse über Zündquellen wie Schweißen, offene Flammen, hohe Temperaturen, elektrische Energie, statische Funken, Sprengstoffe, Oxidationsmittel und unverträgliche Materialien.

An Land und auf See kommen sowohl passive als auch aktive Brandschutzsysteme zum Einsatz.

• Passive Systeme umfassen Brandschutz, Layout und Abstand, Gerätedesign, elektrische Klassifizierung und Entwässerung.
• Es sind Detektoren und Sensoren installiert, die Alarme auslösen und möglicherweise auch automatische Schutzsysteme aktivieren, wenn sie Hitze, Flammen, Rauch, Gas oder Dämpfe erkennen.
• Aktiver Brandschutz umfasst Löschwassersysteme, Löschwasserversorgung, Pumpen, Hydranten, Schläuche und ortsfeste Sprinkleranlagen; Automatische Systeme für Trockenchemikalien und manuelle Feuerlöscher; Halon- und Kohlendioxidsysteme für beengte oder umschlossene Bereiche wie Kontrollräume, Computerräume und Labors; und Schaumwassersysteme.

Mitarbeiter, die Brände bekämpfen sollen, von kleinen Bränden in der Entstehungsphase bis hin zu großen Bränden in geschlossenen Räumen, wie z. B. auf Offshore-Plattformen, müssen ordnungsgemäß geschult und ausgerüstet sein. Arbeiter, die als Feuerwehrführer und Einsatzleiter eingesetzt werden, benötigen Führungsqualitäten und eine zusätzliche Spezialausbildung in fortgeschrittenen Brandbekämpfungs- und Feuerleittechniken.

Umweltschutz

Die Hauptquellen der Luft-, Wasser- und Bodenverschmutzung bei der Öl- und Erdgasförderung sind Ölverschmutzungen oder Gaslecks an Land oder auf See, in Öl und Gas enthaltener Schwefelwasserstoff, der in die Atmosphäre entweicht, gefährliche Chemikalien in Bohrschlamm, die Wasser oder Land kontaminieren und Verbrennungsprodukte von Ölquellenbränden. Die möglichen Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit durch das Einatmen von Rauchpartikeln aus großflächigen Bränden auf Ölfeldern sind seit den Ölquellenbränden in Kuwait während des Golfkriegs 1991 von großer Bedeutung.

Verschmutzungskontrollen umfassen typischerweise:

• API-Separatoren und andere Abfall- und Wasserbehandlungsanlagen
• Auslaufkontrolle, einschließlich Ausleger für Verschüttungen auf Wasser
• Auffangbehälter, Deiche und Entwässerung zur Kontrolle von Ölverschmutzungen und zur Ableitung von ölhaltigem Wasser zu Aufbereitungsanlagen.

Es wird eine Gasausbreitungsmodellierung durchgeführt, um den wahrscheinlichen Bereich zu ermitteln, der von einer Wolke aus entweichendem giftigem oder brennbarem Gas oder Dampf betroffen wäre. Grundwasserspiegelstudien werden durchgeführt, um das maximale Ausmaß der Wasserverschmutzung zu prognostizieren, sollte eine Ölverschmutzung auftreten.

Arbeiter sollten geschult und qualifiziert sein, Erste-Hilfe-Maßnahmen bei Verschüttungen und Leckagen zu leisten. Auftragnehmer, die sich auf die Sanierung von Verschmutzungen spezialisiert haben, werden in der Regel mit der Verwaltung großer Leckagemaßnahmen und Sanierungsprojekte beauftragt.

Zurück

1993 betrug die weltweite Stromerzeugung 12.3 Billionen Kilowattstunden (United Nations 1995). (Eine Kilowattstunde ist die Strommenge, die benötigt wird, um zehn 100-Watt-Glühbirnen 1 Stunde lang zum Leuchten zu bringen.) Man kann das Ausmaß dieses Unterfangens anhand von Daten aus den Vereinigten Staaten beurteilen, die allein 25 % der Gesamtenergie erzeugten. Die US-Elektrizitätsversorgungsindustrie, eine Mischung aus öffentlichen und privaten Unternehmen, erzeugte 3.1 1993 Billionen Kilowattstunden mit mehr als 10,000 Erzeugungseinheiten (US Department of Energy 1995). Der Teil dieser Branche, der sich im Besitz von Privatinvestoren befindet, beschäftigt 430,000 Menschen im Betrieb und in der Wartung elektrischer Anlagen und erwirtschaftet einen Jahresumsatz von 200 Milliarden US-Dollar.

Strom wird in Anlagen erzeugt, die fossile Brennstoffe (Erdöl, Erdgas oder Kohle) nutzen oder Kernenergie oder Wasserkraft nutzen. 1990 stammten beispielsweise 75 % des französischen Stroms aus Kernkraftwerken. 1993 stammten 62 % des weltweit erzeugten Stroms aus fossilen Brennstoffen, 19 % aus Wasserkraft und 18 % aus Atomkraft. Andere wiederverwendbare Energiequellen wie Wind, Sonne, Erdwärme oder Biomasse machen nur einen kleinen Teil der weltweiten Stromerzeugung aus. Von den Kraftwerken wird der Strom dann über Verbundnetze oder Netze zu den lokalen Verteilnetzen und weiter bis zum Verbraucher transportiert.

Die Belegschaft, die all dies ermöglicht, ist in der Regel überwiegend männlich und verfügt über ein hohes Maß an technischem Geschick und Wissen über „das System“. Die Aufgaben, die diese Arbeitnehmer übernehmen, sind sehr vielfältig und haben Gemeinsamkeiten mit der Bau-, Fertigungs-, Förder-, Transport- und Kommunikationsbranche. In den nächsten Artikeln werden einige dieser Operationen im Detail beschrieben. Die Artikel über elektrische Wartungsstandards und Umweltbelange heben auch wichtige Regulierungsinitiativen der US-Regierung hervor, die sich auf die Stromversorgungsbranche auswirken.

Zurück

Die Menschen haben vor vielen Jahrtausenden gelernt, die Energie des fließenden Wassers zu nutzen. Seit mehr als einem Jahrhundert wird Strom mit Wasserkraft erzeugt. Die meisten Menschen verbinden die Nutzung von Wasserkraft mit dem Aufstauen von Flüssen, aber auch Wasserkraft kann durch die Nutzung der Gezeiten erzeugt werden.

Wasserkraftanlagen erstrecken sich über ein riesiges Terrain und viele Klimazonen, vom arktischen Permafrost bis zum äquatorialen Regenwald. Der geografische Standort der Erzeugungsanlage wirkt sich auf die möglicherweise vorhandenen gefährlichen Bedingungen aus, da Berufsgefahren wie aggressive Insekten und Tiere oder sogar giftige Pflanzen von Standort zu Standort unterschiedlich sind.

Eine Hydrierstation besteht im Allgemeinen aus a Damm das eine große Menge Wasser einschließt, a Überlauf das überschüssiges Wasser kontrolliert abgibt und a Kraftpaket. Deiche und andere Wasserrückhalte- und Kontrollstrukturen können ebenfalls Teil des Wasserkraftwerks sein, obwohl sie nicht direkt an der Stromerzeugung beteiligt sind. Das Krafthaus enthält Leitkanäle, die Wasser durch Turbinen leiten, die die lineare Strömung des Wassers in eine rotierende Strömung umwandeln. Wasser fällt entweder durch die Schaufeln der Turbine oder fließt horizontal durch sie hindurch. Turbine und Generator sind miteinander verbunden. Somit verursacht die Rotation der Turbine eine Rotation des Rotors des Generators.

Das elektrische Energiepotential aus dem Wasserfluss ist das Produkt aus der Masse des Wassers, der Fallhöhe und der Erdbeschleunigung. Die Masse ist eine Funktion der zur Verfügung stehenden Wassermenge und ihrer Fließgeschwindigkeit. Die Auslegung des Kraftwerks bestimmt die Höhe des Wassers. Die meisten Konstruktionen saugen Wasser nahe der Oberseite des Damms an und leiten es dann unten in ein vorhandenes stromabwärts gelegenes Flussbett ab. Dies optimiert die Höhe, während ein angemessener und kontrollierbarer Durchfluss aufrechterhalten wird.

In den meisten modernen Wasserkraftwerken sind die Turbogeneratoren vertikal ausgerichtet. Dies sind die bekannten Strukturen, die in diesen Stationen über das Erdgeschoss hinausragen. Fast die gesamte Struktur befindet sich jedoch unterhalb dessen, was auf der Ebene des Erdgeschosses sichtbar ist. Dazu gehören der Generatorschacht und darunter der Turbinenschacht sowie das Ansaug- und Druckrohr. Diese Strukturen und die wasserführenden Kanäle werden gelegentlich betreten.

Bei Stationen älteren Jahrgangs ist der Turbogenerator horizontal ausgerichtet. Die Welle der Turbine ragt aus einer Wand in das Krafthaus, wo sie mit dem Generator verbunden ist. Der Generator ähnelt einem sehr großen Elektromotor im alten Stil mit offenem Gehäuse. Als Beweis für das Design und die Bauqualität dieser Geräte sind einige Anlagen aus der Zeit der Jahrhundertwende noch immer in Betrieb. Einige heutige Stationen enthalten aktualisierte Versionen der Designs der älteren Stationen. In solchen Stationen umgibt der Wasserkanal den Turbogenerator vollständig und der Eintritt erfolgt durch ein rohrförmiges Gehäuse, das durch den Wasserkanal verläuft.

In den Wicklungen des Rotors im Generator wird ein Magnetfeld aufrechterhalten. Die Energie für dieses Feld wird von Reihen von Blei-Säure- oder ätzmittelgefüllten Nickel-Cadmium-Batterien geliefert. Die Bewegung des Rotors und das in seinen Wicklungen vorhandene Magnetfeld induzieren ein elektromagnetisches Feld in den Wicklungen des Stators. Das induzierte elektromagnetische Feld liefert die elektrische Energie, die dem Stromnetz zugeführt wird. Elektrische Spannung ist der elektrische Druck, der durch das fließende Wasser entsteht. Um den elektrischen Druck – also die Spannung – auf einem konstanten Niveau zu halten, muss der Wasserfluss durch die Turbine verändert werden. Dies geschieht, wenn sich die Nachfrage oder die Bedingungen ändern.

Der Stromfluss kann zu Lichtbögen führen, wie zum Beispiel im Erregerpaket im Rotor. Lichtbögen können Ozon erzeugen, das selbst bei geringen Konzentrationen den Gummi in Feuerwehrschläuchen und anderen Materialien beeinträchtigen kann.

Wasserkraftgeneratoren erzeugen sehr hohe Ströme und hohe Spannungen. Leiter von den Generatoren sind mit einem Einheitstransformator und von diesem mit einem Leistungstransformator verbunden. Der Leistungstransformator erhöht die Spannung und reduziert den Strom für die Übertragung über große Entfernungen. Niedriger Strom minimiert den Energieverlust durch Erwärmung während der Übertragung. Einige Systeme verwenden Schwefelhexafluoridgas anstelle herkömmlicher Öle als Isolator. Lichtbögen können Abbauprodukte erzeugen, die erheblich gefährlicher sein können als Schwefelhexafluorid.

Die Stromkreise umfassen Unterbrecher, die den Generator schnell und unvorhersehbar vom Stromnetz trennen können. Einige Einheiten verwenden einen Druckluftstoß, um die Verbindung zu unterbrechen. Wenn ein solches Gerät einsetzt, erzeugt es einen extrem hohen Pegel an Impulsgeräuschen.

Verwaltung und Stationsbetrieb

Die meisten Menschen sind mit den Aspekten der Verwaltung und des Stationsbetriebs der Wasserkraft vertraut, die im Allgemeinen das öffentliche Profil der Organisation ausmachen. Die Kraftwerksverwaltung bemüht sich um einen zuverlässigen Betrieb der Anlage. Die Verwaltung umfasst Büropersonal, das in geschäftlichen und technischen Funktionen tätig ist, sowie das Management. Zu den Stationsbetriebsmitarbeitern gehören Betriebsleiter und Vorgesetzte sowie Prozessbediener.

Die Hydroerzeugung ist ein Prozessbetrieb, aber im Gegensatz zu anderen Prozessbetrieben, beispielsweise in der chemischen Industrie, haben viele Hydrierstationen kein Betriebspersonal. Die Stromerzeugungsanlage wird per Fernsteuerung betrieben, manchmal über große Entfernungen. Nahezu alle Arbeitstätigkeiten fallen während der Wartung, Reparatur, Änderung und Aufrüstung von Anlagen und Ausrüstungen an. Diese Betriebsweise erfordert effektive Systeme, die die Kontrolle von der Energieerzeugung auf die Wartung übertragen können, um ein unerwartetes Anlaufen zu verhindern.

Gefahren und die Managementstruktur

Energieversorger werden traditionell als „Bottom-up“-Organisationen geführt. Das heißt, die Organisationsstruktur bietet traditionell einen Weg der Aufstiegsmobilität, der mit Einstiegspositionen beginnt und bis zum Senior Management führt. Relativ wenige Personen treten seitlich in die Organisation ein. Dies bedeutet, dass die Aufsicht und das Management in einem Energieversorgungsunternehmen wahrscheinlich die gleichen Arbeitsbedingungen erlebt haben wie die Personen, die derzeit Einstiegspositionen besetzen. Eine solche Organisationsstruktur kann Auswirkungen auf die potenzielle Exposition von Arbeitnehmern gegenüber gefährlichen Stoffen haben, insbesondere solchen mit chronisch kumulativen Wirkungen. Denken Sie zum Beispiel an Rauschen. Mitarbeiter, die derzeit in Führungspositionen tätig sind, könnten selbst einen schweren Hörverlust erlitten haben, als sie an Arbeitsplätzen mit beruflicher Lärmbelastung beschäftigt waren. Ihr Hörverlust könnte in betrieblichen audiometrischen Testprogrammen unentdeckt bleiben, da solche Programme in der Regel nur diejenigen Mitarbeiter umfassen, die derzeit einem hohen Lärmpegel bei der Arbeit ausgesetzt sind.

Wartung von Erzeugungsanlagen

Die Wartung von Stromerzeugungsanlagen unterteilt sich in zwei Haupttätigkeitsarten: elektrische Wartung und mechanische Wartung. Während beide Arten von Arbeit gleichzeitig und nebeneinander auftreten können, sind die Fähigkeiten und die Arbeit, die erforderlich sind, um diese auszuführen, völlig unterschiedlich.

Wartungsarbeiten können das Abschalten und Zerlegen einer Einheit erforderlich machen. Der Wasserfluss am Einlass wird durch Headgates gesteuert. Headgates sind Stahlkonstruktionen, die in den Einlasskanal abgesenkt werden, um den Wasserfluss zu blockieren. Durch das Blockieren des Flusses kann Wasser aus den Innenkanälen abfließen. Der Ruhewasserspiegel im Austritt aus der Turbine (Saugrohr) liegt unterhalb des Niveaus des Spiralgehäuses und der Schaufeln des Turbinenlaufrads. Dies ermöglicht den Zugriff auf diese Strukturen. Das Spiralgehäuse ist eine sich verjüngende, spiralförmige Struktur, die den Wasserfluss gleichmäßig um das Turbinenlaufrad lenkt. Wasser strömt aus dem Spiralgehäuse durch Leitschaufeln, die den Fluss lenken, und bewegliche Schaufeln (Schlupfklappen), die das Volumen steuern.

Bei Bedarf können der Generator und die Turbine von ihren normalen Standorten entfernt und auf dem Hauptboden des Krafthauses platziert werden. Der Ausbau kann zum Neulackieren oder Entfetten sowie zur Reparatur und zum Austausch von Wicklungen, Lagern, Bremsen oder Hydrauliksystemen erforderlich sein.

Manchmal werden die Schaufeln des Laufrads sowie Leitgitter, die Leitschaufeln und die wasserführenden Strukturen in Spiralgehäuse und Saugrohr durch Kavitation beschädigt. Kavitation tritt auf, wenn der Druck im Wasser unter seinen Dampfdruck fällt. Wenn dies geschieht, bilden sich Gasblasen und die durch diese Blasen verursachten Turbulenzen erodieren die Materialien, die das Wasser berührt. Es kann erforderlich sein, die beschädigten Materialien durch Schweißen zu reparieren oder die Stahl- und Betonoberflächen zu reparieren und neu zu beschichten.

Stahlkonstruktionen müssen möglicherweise auch repariert und neu beschichtet werden, wenn sie korrodiert sind.

Gefahren

Mit der Stromerzeugung aus Wasserkraft sind vielfältige Gefahren verbunden. Einige dieser Gefahren gelten für alle Mitarbeiter, die in der Branche arbeiten, während andere auf diejenigen beschränkt sind, die entweder an elektrischen oder mechanischen Wartungsarbeiten beteiligt sind. Die meisten Gefahren, die auftreten können, sind in Tabelle 1 und Tabelle 2 zusammengefasst, die auch Vorsichtsmaßnahmen zusammenfassen.

Tabelle 1. Kontrolle der Exposition gegenüber ausgewählten chemischen und biologischen Gefahren bei der Stromerzeugung aus Wasserkraft

Tabelle 2. Kontrolle der Exposition gegenüber ausgewählten chemischen und biologischen Gefahren bei der Stromerzeugung aus Wasserkraft

Auswirkungen auf die Umwelt

Die Stromerzeugung aus Wasserkraft wurde als umweltfreundlich beworben. Natürlich bringt es der Gesellschaft durch die Bereitstellung von Energie und die Stabilisierung des Wasserflusses einen enormen Nutzen. Aber eine solche Energieerzeugung geht nicht ohne Umweltkosten einher, die in den letzten Jahren immer mehr öffentliche Anerkennung und Aufmerksamkeit erhalten haben. So ist heute beispielsweise bekannt, dass die Überschwemmung großer Erd- und Gesteinsgebiete durch saures Wasser zur Auslaugung von Metallen aus diesen Materialien führt. Eine Bioakkumulation von Quecksilber wurde in Fischen festgestellt, die im Wasser solcher Überschwemmungsgebiete gefangen wurden.

Überschwemmungen verändern auch die Turbulenzmuster im Wasser sowie den Grad der Sauerstoffversorgung. Beides kann schwerwiegende ökologische Auswirkungen haben. So sind zum Beispiel Lachspisten an aufgestauten Flüssen verschwunden. Dieses Verschwinden ist zum Teil darauf zurückzuführen, dass die Fische einen Pfad zu dem höheren Wasserspiegel entweder nicht finden oder überqueren können. Außerdem ähnelt das Wasser eher einem See als einem Fluss, und das stille Wasser eines Sees ist mit Lachsläufen nicht kompatibel.

Überschwemmungen zerstören auch den Lebensraum der Fische und können die Brutgebiete für Insekten zerstören, von denen Fische und andere Organismen als Nahrung abhängen. In einigen Fällen haben Überschwemmungen produktive land- und forstwirtschaftliche Flächen zerstört. Die Überschwemmung großer Gebiete hat auch die Besorgnis über den Klimawandel und andere Veränderungen im ökologischen Gleichgewicht geweckt. Das Zurückhalten von Süßwasser, das dazu bestimmt war, in einen Salzwasserkörper zu fließen, hat auch Bedenken hinsichtlich Änderungen des Salzgehalts geweckt.

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