Il principale pericoli aerei nell'industria mineraria includono diversi tipi di particolato, gas presenti in natura, gas di scarico dei motori e alcuni vapori chimici; il principale rischi fisici sono il rumore, le vibrazioni segmentali, il calore, le variazioni della pressione barometrica e le radiazioni ionizzanti. Questi si verificano in varie combinazioni a seconda della miniera o della cava, della sua profondità, della composizione del minerale e della roccia circostante e dei metodi di estrazione. Tra alcuni gruppi di minatori che vivono insieme in luoghi isolati, c'è anche il rischio di trasmettere alcune malattie infettive come la tubercolosi, l'epatite (B ed E) e il virus dell'immunodeficienza umana (HIV). L'esposizione dei minatori varia a seconda del lavoro, della sua vicinanza alla fonte dei pericoli e dell'efficacia dei metodi di controllo dei pericoli.

Rischi di particolato aereo

Silice cristallina libera è il composto più abbondante nella crosta terrestre e, di conseguenza, è la polvere aerodispersa più comune che i minatori ei lavoratori delle cave affrontano. La silice libera è biossido di silicio che non è legato chimicamente con nessun altro composto come un silicato. La forma più comune di silice è il quarzo sebbene possa anche apparire come tridimite o cristobalite. Le particelle respirabili si formano ogni volta che la roccia contenente silice viene perforata, fatta saltare, frantumata o altrimenti polverizzata in particelle fini. La quantità di silice nelle diverse specie di roccia varia ma non è un indicatore affidabile di quanta polvere di silice respirabile può essere trovata in un campione d'aria. Non è raro, ad esempio, trovare il 30% di silice libera in una roccia ma il 10% in un campione d'aria, e viceversa. L'arenaria può essere fino al 100% di silice, granito fino al 40%, ardesia, 30%, con proporzioni minori in altri minerali. L'esposizione può verificarsi in qualsiasi operazione mineraria, in superficie o sotterranea, in cui la silice si trova nel sovraccarico di una miniera in superficie o nel soffitto, nel pavimento o nel deposito di una miniera sotterranea. La silice può essere dispersa dal vento, dal traffico veicolare o dalle macchine movimento terra.

Con un'esposizione sufficiente, la silice può causare la silicosi, una tipica pneumoconiosi che si sviluppa insidiosamente dopo anni di esposizione. Un'esposizione eccezionalmente elevata può causare silicosi acuta o accelerata entro pochi mesi con danni significativi o morte che si verificano entro pochi anni. L'esposizione alla silice è anche associata ad un aumentato rischio di tubercolosi, cancro ai polmoni e di alcune malattie autoimmuni, tra cui sclerodermia, lupus eritematoso sistemico e artrite reumatoide. La polvere di silice appena fratturata sembra essere più reattiva e più pericolosa della polvere vecchia o stantia. Ciò può essere una conseguenza di una carica superficiale relativamente più elevata sulle particelle appena formate.

I processi più comuni che producono polvere di silice respirabile nelle miniere e nelle cave sono la perforazione, la sabbiatura e il taglio della roccia contenente silice. La maggior parte dei fori praticati per la sabbiatura vengono eseguiti con un trapano a percussione ad aria montato su un trattore cingolato. Il foro è realizzato con una combinazione di rotazione, impatto e spinta della punta del trapano. Man mano che il foro si approfondisce, vengono aggiunte aste di perforazione in acciaio per collegare la punta del trapano alla fonte di alimentazione. L'aria non solo alimenta la perforazione, ma soffia anche i trucioli e la polvere fuori dal foro che, se incontrollata, inietta grandi quantità di polvere nell'ambiente. Il martello pneumatico manuale o il trapano a tuffo funziona secondo lo stesso principio ma su scala ridotta. Questo dispositivo trasmette all'operatore una notevole quantità di vibrazioni e con essa, il rischio di vibrazione del dito bianco. La vibrazione del dito bianco è stata trovata tra i minatori in India, Giappone, Canada e altrove. La trivella e il martello pneumatico sono utilizzati anche nei progetti di costruzione in cui la roccia deve essere perforata o rotta per realizzare un'autostrada, per rompere la roccia per una fondazione, per lavori di riparazione stradale e altri scopi.

I controlli della polvere per questi trapani sono stati sviluppati e sono efficaci. Una nebbia d'acqua, a volte con un detergente, viene iniettata nell'aria soffiata che aiuta le particelle di polvere a fondersi e cadere. Troppa acqua provoca la formazione di un ponte o di un collare tra l'acciaio del trapano e il lato del foro. Questi spesso devono essere rotti per rimuovere la punta; troppo poca acqua è inefficace. I problemi con questo tipo di controllo includono la riduzione della velocità di perforazione, la mancanza di un approvvigionamento idrico affidabile e lo spostamento dell'olio con conseguente aumento dell'usura delle parti lubrificate.

L'altro tipo di controllo della polvere sui trapani è un tipo di ventilazione di scarico locale. Il flusso d'aria inverso attraverso l'acciaio del trapano aspira parte della polvere e un collare attorno alla punta del trapano con canalizzazione e ventola per rimuovere la polvere. Questi hanno prestazioni migliori rispetto ai sistemi a umido sopra descritti: le punte durano più a lungo e la velocità di perforazione è maggiore. Tuttavia, questi metodi sono più costosi e richiedono più manutenzione.

Altri controlli che forniscono protezione sono le cabine con alimentazione dell'aria filtrata e possibilmente climatizzata per operatori di perforazione, operatori di bulldozer e conducenti di veicoli. L'apposito respiratore, correttamente montato, può essere utilizzato per la protezione del lavoratore come soluzione temporanea o se tutti gli altri si rivelassero inefficaci.

L'esposizione alla silice si verifica anche nelle cave di pietra che devono tagliare la pietra a dimensioni specificate. Il metodo contemporaneo più comune per tagliare la pietra è con l'uso di un bruciatore a canale alimentato da gasolio e aria compressa. Ciò si traduce in un po 'di particolato di silice. Il problema più rilevante dei bruciatori a canale è la rumorosità: alla prima accensione del bruciatore e quando esce da un taglio, il livello sonoro può superare i 120 dBA. Anche quando è immerso in un taglio, il rumore è di circa 115 dBA. Un metodo alternativo per tagliare la pietra consiste nell'utilizzare acqua ad altissima pressione.

Spesso attaccato o vicino a una cava di pietra c'è un mulino dove i pezzi vengono scolpiti in un prodotto più finito. A meno che non vi sia un'ottima ventilazione di scarico locale, l'esposizione alla silice può essere elevata perché vengono utilizzati utensili manuali vibranti e rotanti per modellare la pietra nella forma desiderata.

Polvere di miniera di carbone respirabile rappresenta un pericolo nelle miniere di carbone sotterranee e di superficie e negli impianti di lavorazione del carbone. È una polvere mista, costituita principalmente da carbone, ma può includere anche silice, argilla, calcare e altre polveri minerali. La composizione della polvere della miniera di carbone varia a seconda del giacimento di carbone, della composizione degli strati circostanti e dei metodi di estrazione. La polvere delle miniere di carbone è generata da esplosioni, perforazioni, tagli e trasporti di carbone.

Viene generata più polvere con l'estrazione meccanizzata che con i metodi manuali e alcuni metodi di estrazione meccanizzata producono più polvere di altri. Le macchine da taglio che rimuovono il carbone con tamburi rotanti tempestati di picconi sono le principali fonti di polvere nelle operazioni minerarie meccanizzate. Questi includono i cosiddetti minatori continui e le macchine minerarie a parete lunga. Le macchine minerarie a parete lunga di solito producono quantità di polvere maggiori rispetto ad altri metodi di estrazione. La dispersione della polvere può avvenire anche con il movimento degli scudi nelle miniere a parete lunga e con il trasferimento del carbone da un veicolo o da un nastro trasportatore ad altri mezzi di trasporto.

La polvere delle miniere di carbone provoca la pneumoconiosi dei lavoratori del carbone (CWP) e contribuisce all'insorgenza di malattie croniche delle vie respiratorie come la bronchite cronica e l'enfisema. Il carbone di alto rango (p. es., ad alto contenuto di carbonio come l'antracite) è associato a un rischio più elevato di CWP. Ci sono anche alcune reazioni di tipo reumatoide alla polvere della miniera di carbone.

La generazione di polvere di miniera di carbone può essere ridotta modificando le tecniche di taglio del carbone e la sua dispersione può essere controllata con l'uso di un'adeguata ventilazione e spruzzi d'acqua. Se la velocità di rotazione dei tamburi di taglio viene ridotta e la velocità del tram (la velocità con cui il tamburo avanza nel giacimento di carbone) viene aumentata, la produzione di polvere può essere ridotta senza perdite di produttività. Nell'estrazione a parete lunga, la generazione di polvere può essere ridotta tagliando il carbone in un passaggio (anziché due) attraverso la faccia e spostandolo indietro senza tagliare o mediante un taglio di pulizia. La dispersione di polvere sulle sezioni a parete lunga può essere ridotta con l'estrazione omotropale (ovvero, il trasportatore a catena sul fronte, la testa di taglio e l'aria viaggiano tutti nella stessa direzione). Un nuovo metodo di taglio del carbone, utilizzando una testa di taglio eccentrica che taglia continuamente perpendicolarmente alla grana di un deposito, sembra generare meno polvere rispetto alla testa di taglio circolare convenzionale.

Un'adeguata ventilazione meccanica che scorre prima su una squadra mineraria e poi verso e attraverso il fronte minerario può ridurre l'esposizione. Anche la ventilazione locale ausiliaria sul fronte di lavoro, utilizzando un ventilatore con canalizzazione e scrubber, può ridurre l'esposizione fornendo ventilazione di scarico locale.

Anche gli spruzzi d'acqua, posizionati strategicamente vicino alla testa di taglio e allontanando la polvere dal minatore e verso il viso, aiutano a ridurre l'esposizione. I tensioattivi forniscono alcuni vantaggi nel ridurre la concentrazione di polvere di carbone.

Esposizione all'amianto si verifica tra i minatori di amianto e in altre miniere dove l'amianto si trova nel minerale. Tra i minatori di tutto il mondo, l'esposizione all'amianto ha aumentato il rischio di cancro ai polmoni e di mesotelioma. Ha anche aumentato il rischio di asbestosi (un'altra pneumoconiosi) e di malattie delle vie respiratorie.

Scarico del motore diesel è una miscela complessa di gas, vapori e particolato. I gas più pericolosi sono il monossido di carbonio, l'ossido di azoto, il biossido di azoto e il biossido di zolfo. Esistono molti composti organici volatili (COV), come aldeidi e idrocarburi incombusti, idrocarburi policiclici aromatici (IPA) e composti nitro-IPA (N-PAH). Anche i composti PAH e N-PAH vengono adsorbiti sul particolato diesel. Gli ossidi di azoto, il biossido di zolfo e le aldeidi sono tutti irritanti delle vie respiratorie acute. Molti dei composti PAH e N-PAH sono cancerogeni.

Il particolato diesel è costituito da particelle di carbonio di piccolo diametro (1 mm di diametro) che vengono condensate dai fumi di scarico e spesso si aggregano nell'aria in grumi o stringhe. Queste particelle sono tutte respirabili. Il particolato diesel e altre particelle di dimensioni simili sono cancerogene negli animali da laboratorio e sembrano aumentare il rischio di cancro ai polmoni nei lavoratori esposti a concentrazioni superiori a circa 0.1 mg/mXNUMX³. I minatori nelle miniere sotterranee sperimentano l'esposizione al particolato diesel a livelli significativamente più elevati. L'Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro (IARC) ritiene che il particolato diesel sia un probabile cancerogeno.

La generazione di gas di scarico diesel può essere ridotta grazie alla progettazione del motore e a un carburante di alta qualità, pulito e a basso contenuto di zolfo. Motori declassati e carburanti con basso numero di cetano e basso contenuto di zolfo producono meno particolato. L'uso di carburante a basso tenore di zolfo riduce la generazione di SO₂ e di particolato. I filtri sono efficaci e fattibili e possono rimuovere oltre il 90% del particolato diesel dal flusso di scarico. I filtri sono disponibili per motori senza scrubber e per motori con scrubber ad acqua oa secco. Il monossido di carbonio può essere notevolmente ridotto con un convertitore catalitico. Gli ossidi di azoto si formano quando l'azoto e l'ossigeno si trovano in condizioni di alta pressione e temperatura (es. all'interno del cilindro del gasolio) e, di conseguenza, sono più difficili da eliminare.

La concentrazione di particolato diesel disperso può essere ridotta in una miniera sotterranea mediante un'adeguata ventilazione meccanica e restrizioni sull'uso di apparecchiature diesel. Qualsiasi veicolo diesel o altra macchina richiederà una quantità minima di ventilazione per diluire e rimuovere i prodotti di scarico. La quantità di ventilazione dipende dalle dimensioni del motore e dai suoi usi. Se in un percorso d'aria è in funzione più di un'apparecchiatura alimentata a diesel, sarà necessario aumentare la ventilazione per diluire e rimuovere lo scarico.

Le apparecchiature alimentate a diesel possono aumentare il rischio di incendio o esplosione poiché emettono uno scarico caldo, con fiamme e scintille, e le sue elevate temperature superficiali possono incendiare la polvere di carbone accumulata o altro materiale combustibile. La temperatura superficiale dei motori diesel deve essere mantenuta al di sotto di 305 ° C (150 ° F) nelle miniere di carbone per impedire la combustione del carbone. La fiamma e le scintille dallo scarico possono essere controllate da uno scrubber per impedire l'accensione della polvere di carbone e del metano.

Gas e vapori

La tabella 1 elenca i gas che si trovano comunemente nelle miniere. I gas naturali più importanti sono metano ed solfuro d'idrogeno nelle miniere di carbone e radon nell'uranio e in altre miniere. La carenza di ossigeno è possibile in entrambi. Il metano è combustibile. La maggior parte delle esplosioni nelle miniere di carbone derivano da accensioni di metano e sono spesso seguite da esplosioni più violente causate dalla polvere di carbone che è stata sospesa dallo shock dell'esplosione originale. Nel corso della storia dell'estrazione del carbone, gli incendi e le esplosioni sono stati la principale causa di morte di migliaia di minatori. Il rischio di esplosione può essere ridotto diluendo il metano al di sotto del suo limite inferiore di esplosività e vietando potenziali fonti di ignizione nelle aree del viso, dove la concentrazione è solitamente la più alta. Spolverare le nervature della miniera (muro), pavimento e soffitto con calcare incombustibile (o altra polvere di roccia incombustibile priva di silice) aiuta a prevenire le esplosioni di polvere; se la polvere sospesa dall'urto di un'esplosione di metano non è combustibile, non si verificherà un'esplosione secondaria.

Tabella 1. Nomi comuni ed effetti sulla salute dei gas pericolosi presenti nelle miniere di carbone

Il radon è un gas radioattivo presente in natura che è stato trovato nelle miniere di uranio, nelle miniere di stagno e in alcune altre miniere. Non è stato trovato nelle miniere di carbone. Il pericolo principale associato al radon è il suo essere una fonte di radiazioni ionizzanti, che viene discusso di seguito.

Altri pericoli gassosi includono sostanze irritanti per le vie respiratorie che si trovano negli scarichi dei motori diesel e nei sottoprodotti delle esplosioni. Monossido di carbonio si trova non solo nello scarico del motore, ma anche a causa di incendi in miniera. Durante gli incendi in miniera, il CO può raggiungere non solo concentrazioni letali, ma può anche diventare un pericolo di esplosione.

Ossido d'azoto (NO_x), principalmente NO e NO₂, sono formati da motori diesel e come sottoprodotto della sabbiatura. Nei motori, NO_x si formano come sottoprodotto intrinseco della messa in aria, di cui il 79% è azoto e il 20% è ossigeno, in condizioni di alta temperatura e pressione, le stesse condizioni necessarie al funzionamento di un motore diesel. La produzione di n_x può essere ridotto in una certa misura mantenendo il motore il più fresco possibile e aumentando la ventilazione per diluire e rimuovere lo scarico.

NO_x è anche un sottoprodotto dell'esplosione. Durante l'esplosione, i minatori vengono rimossi da un'area in cui si verificherà l'esplosione. La pratica convenzionale per evitare un'eccessiva esposizione agli ossidi di azoto, alla polvere e ad altri risultati dell'esplosione consiste nell'attendere che la ventilazione della miniera rimuova una quantità sufficiente di sottoprodotti dell'esplosione dalla miniera prima di rientrare nell'area attraverso una via aerea di aspirazione.

Carenza di ossigeno può avvenire in molti modi. L'ossigeno può essere sostituito da qualche altro gas, come il metano, oppure può essere consumato dalla combustione o dai microbi in uno spazio aereo senza ventilazione.

Esiste una varietà di altri rischi aerei a cui sono esposti particolari gruppi di minatori. L'esposizione ai vapori di mercurio, e quindi il rischio di avvelenamento da mercurio, è un pericolo tra i minatori d'oro e i mugnai e tra i minatori di mercurio. L'esposizione all'arsenico e il rischio di cancro ai polmoni si verificano tra i minatori d'oro e di piombo. L'esposizione al nichel, e quindi al rischio di cancro ai polmoni e allergie cutanee, si verifica tra i minatori di nichel.

Alcune materie plastiche trovano impiego anche nelle miniere. Questi includono urea-formaldeide ed schiume poliuretaniche, entrambi realizzati in plastica sul posto. Sono utilizzati per tappare i buchi e migliorare la ventilazione e per fornire un migliore ancoraggio per i supporti del tetto. La formaldeide e gli isocianati, due materiali di partenza per queste due schiume, sono irritanti per le vie respiratorie ed entrambi possono causare sensibilizzazione allergica, rendendo quasi impossibile per i minatori sensibilizzati aggirare entrambi gli ingredienti. La formaldeide è cancerogena per l'uomo (IARC Gruppo 1).

Rischi fisici

Rumore è onnipresente nel settore minerario. È generato da potenti macchine, ventilatori, sabbiatura e trasporto del minerale. La miniera sotterranea di solito ha uno spazio limitato e quindi crea un campo riverberante. L'esposizione al rumore è maggiore che se le stesse sorgenti si trovassero in un ambiente più aperto.

L'esposizione al rumore può essere ridotta utilizzando mezzi convenzionali di controllo del rumore sui macchinari minerari. Le trasmissioni possono essere silenziate, i motori possono essere silenziati meglio e anche i macchinari idraulici possono essere silenziati. Gli scivoli possono essere coibentati o rivestiti con materiali fonoassorbenti. Per preservare l'udito dei minatori sono spesso necessarie protezioni acustiche combinate con test audiometrici regolari.

Radiazione ionizzante è un pericolo nell'industria mineraria. Il radon può essere liberato dalla pietra mentre questa viene sciolta mediante esplosioni, ma può anche entrare in una miniera attraverso corsi d'acqua sotterranei. È un gas e quindi è in volo. Il radon ei suoi prodotti di decadimento emettono radiazioni ionizzanti, alcune delle quali hanno energia sufficiente per produrre cellule tumorali nei polmoni. Di conseguenza, i tassi di mortalità per cancro ai polmoni tra i minatori di uranio sono elevati. Per i minatori che fumano, il tasso di mortalità è molto più alto.

calore è un pericolo sia per i minatori sotterranei che per quelli di superficie. Nelle miniere sotterranee, la principale fonte di calore proviene dalla roccia stessa. La temperatura della roccia sale di circa 1 °C ogni 100 m di profondità. Altre fonti di stress da calore includono la quantità di attività fisica svolta dai lavoratori, la quantità di aria circolante, la temperatura e l'umidità dell'aria ambiente e il calore generato dalle attrezzature minerarie, principalmente quelle alimentate a diesel. Le miniere molto profonde (più profonde di 1,000 m) possono porre notevoli problemi di calore, con la temperatura delle costole della miniera di circa 40 °C. Per i lavoratori di superficie, l'attività fisica, la vicinanza di motori caldi, la temperatura dell'aria, l'umidità e la luce del sole sono le principali fonti di calore.

La riduzione dello stress da calore può essere ottenuta raffreddando i macchinari ad alta temperatura, limitando l'attività fisica e fornendo quantità adeguate di acqua potabile, riparo dal sole e ventilazione adeguata. Per le macchine di superficie, le cabine con aria condizionata possono proteggere l'operatore dell'attrezzatura. Nelle miniere profonde in Sud Africa, ad esempio, vengono utilizzate unità di condizionamento d'aria sotterranee per fornire un po' di sollievo e sono disponibili forniture di pronto soccorso per affrontare lo stress da calore.

Molte miniere operano ad altitudini elevate (ad esempio, superiori a 4,600 m) e per questo motivo i minatori possono soffrire di mal di montagna. Ciò può essere aggravato se viaggiano avanti e indietro tra una miniera ad alta quota e una pressione atmosferica più normale.

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Profilo generale

Il petrolio greggio e i gas naturali sono miscele di molecole di idrocarburi (composti organici di atomi di carbonio e idrogeno) contenenti da 1 a 60 atomi di carbonio. Le proprietà di questi idrocarburi dipendono dal numero e dalla disposizione degli atomi di carbonio e idrogeno nelle loro molecole. La molecola di base dell'idrocarburo è costituita da 1 atomo di carbonio legato a 4 atomi di idrogeno (metano). Tutte le altre variazioni degli idrocarburi del petrolio si evolvono da questa molecola. Gli idrocarburi contenenti fino a 4 atomi di carbonio sono generalmente gas; quelli con da 5 a 19 atomi di carbonio sono generalmente liquidi; e quelli con 20 o più sono solidi. Oltre agli idrocarburi, i greggi ei gas naturali contengono composti di zolfo, azoto e ossigeno insieme a tracce di metalli e altri elementi.

Si ritiene che il petrolio greggio e il gas naturale si siano formati nel corso di milioni di anni dal decadimento della vegetazione e degli organismi marini, compressi sotto il peso della sedimentazione. Poiché il petrolio e il gas sono più leggeri dell'acqua, si sono sollevati per riempire i vuoti in queste formazioni sovrastanti. Questo movimento verso l'alto si fermò quando il petrolio e il gas raggiunsero strati densi, sovrastanti, impermeabili o rocce non porose. Il petrolio e il gas hanno riempito gli spazi nelle giunture rocciose porose e nei giacimenti sotterranei naturali, come le sabbie sature, con il gas più leggero sopra il petrolio più pesante. Questi spazi erano originariamente orizzontali, ma lo spostamento della crosta terrestre ha creato sacche, chiamate faglie, anticlinali, cupole saline e trappole stratigrafiche, dove il petrolio e il gas si raccoglievano in serbatoi.

Olio di scisto

L'olio di scisto, o kerogene, è una miscela di idrocarburi solidi e altri composti organici contenenti azoto, ossigeno e zolfo. Viene estratto, mediante riscaldamento, da una roccia chiamata scisto bituminoso, producendo da 15 a 50 galloni di petrolio per tonnellata di roccia.

Esplorazione e produzione è la terminologia comune applicata a quella parte dell'industria petrolifera che è responsabile dell'esplorazione e della scoperta di nuovi giacimenti di petrolio greggio e gas, della perforazione di pozzi e del trasporto dei prodotti in superficie. Storicamente, il petrolio greggio, che era naturalmente filtrato in superficie, veniva raccolto per essere utilizzato come medicinale, rivestimento protettivo e combustibile per lampade. Le infiltrazioni di gas naturale sono state registrate come incendi che bruciano sulla superficie della terra. Fu solo nel 1859 che furono sviluppati metodi di perforazione e ottenimento di grandi quantità commerciali di petrolio greggio.

Il petrolio greggio e il gas naturale si trovano in tutto il mondo, sotto terra e sotto l'acqua, come segue:

• Bacino intercontinentale dell'emisfero occidentale (costa del Golfo degli Stati Uniti, Messico, Venezuela)
• Medio Oriente (Penisola Arabica, Golfo Persico, Mar Nero e Mar Caspio)
• Indonesia e Mar Cinese Meridionale
• Africa settentrionale e occidentale (Sahara e Nigeria)
• Nord America (Alaska, Terranova, California e Stati Uniti e Canada del continente centrale)
• Estremo Oriente (Siberia e Cina)
• Mare del Nord.

La figura 1 e la figura 2 mostrano la produzione mondiale di petrolio greggio e gas naturale per il 1995.

Figura 1. Produzione mondiale di greggio per il 1995

Figura 2. Produzione mondiale di liquidi negli impianti di gas naturale - 1995

I nomi dei greggi spesso identificano sia il tipo di greggio che le aree in cui sono stati originariamente scoperti. Ad esempio, il primo greggio commerciale, il Pennsylvania Crude, prende il nome dal suo luogo di origine negli Stati Uniti. Altri esempi sono Saudi Light e Venezuelan Heavy. Due greggi di riferimento utilizzati per fissare i prezzi mondiali del greggio sono il Texas Light Sweet e il Brent del Mare del Nord.

Classificazione dei greggi

I greggi sono miscele complesse contenenti molti diversi composti idrocarburici individuali; differiscono nell'aspetto e nella composizione da un giacimento petrolifero all'altro, e talvolta sono anche diversi da pozzi relativamente vicini l'uno all'altro. Gli oli grezzi variano in consistenza da acquoso a solido simile al catrame e in colore da trasparente a nero. Un greggio “medio” contiene circa l'84% di carbonio; 14% di idrogeno; dall'1 al 3% di zolfo; e meno dell'1% di azoto, ossigeno, metalli e sali. Vedi tabella 1 e tabella 2.

Tabella 1. Caratteristiche e proprietà approssimative tipiche e potenziale della benzina di vari greggi tipici.

* Numeri medi rappresentativi.

Tabella 2. Composizione del petrolio greggio e del gas naturale

idrocarburi

Paraffine: Le molecole di idrocarburi (alifatici) del tipo a catena satura paraffinica nel petrolio greggio hanno la formula C_nH_{2n + 2}, e possono essere catene diritte (normali) o catene ramificate (isomeri) di atomi di carbonio. Le molecole di paraffina a catena lineare più leggere si trovano nei gas e nelle cere di paraffina. Le paraffine a catena ramificata si trovano solitamente nelle frazioni più pesanti del petrolio greggio e hanno un numero di ottani più elevato rispetto alle paraffine normali.

Aromatici: Gli aromatici sono composti idrocarburici (ciclici) di tipo ad anello insaturo. I naftaleni sono composti aromatici a doppio anello fusi. Gli aromatici più complessi, i polinucleari (tre o più anelli aromatici fusi), si trovano nelle frazioni più pesanti del petrolio greggio.

Nafteni: I nafteni sono raggruppamenti di idrocarburi di tipo ad anello saturo, con la formula
C_nH_2n, disposti in forma di anelli chiusi (ciclici), presenti in tutte le frazioni del greggio tranne le più leggere. Predominano i nafteni a singolo anello (mono-cicloparaffine) con 5 e 6 atomi di carbonio, con i nafteni a due anelli (dicicloparaffine) che si trovano nelle estremità più pesanti della nafta.

Non idrocarburi

Zolfo e composti solforati: Lo zolfo è presente nel gas naturale e nel petrolio greggio come idrogeno solforato (H₂S), come composti (tioli, mercaptani, solfuri, polisolfuri, ecc.) o come zolfo elementare. Ogni gas e petrolio greggio ha quantità e tipi diversi di composti di zolfo, ma di norma la proporzione, la stabilità e la complessità dei composti sono maggiori nelle frazioni di petrolio greggio più pesanti.

Composti di zolfo chiamati mercaptani, che presentano odori distinti rilevabili a concentrazioni molto basse, si trovano in gas, petrolio greggio e distillati. I più comuni sono metil ed etil mercaptani. I mercaptani vengono spesso aggiunti al gas commerciale (GNL e GPL) per fornire un odore per il rilevamento delle perdite.

Il potenziale di esposizione a livelli tossici di H₂S esiste quando si lavora nella perforazione, nella produzione, nel trasporto e nella lavorazione del petrolio greggio e del gas naturale. La combustione di idrocarburi di petrolio contenenti zolfo produce sostanze indesiderabili come acido solforico e anidride solforosa.

Composti dell'ossigeno: I composti dell'ossigeno, come fenoli, chetoni e acidi carbossilici, si trovano negli oli grezzi in quantità variabili.

Composti di azoto: L'azoto si trova nelle frazioni più leggere del petrolio greggio come composti basici e più spesso nelle frazioni più pesanti del petrolio greggio come composti non basici che possono anche includere tracce di metalli.

Tracce di metalli: Tracce o piccole quantità di metalli, tra cui rame, nichel, ferro, arsenico e vanadio, si trovano spesso nei greggi in piccole quantità.

Sali inorganici: Gli oli grezzi contengono spesso sali inorganici, come cloruro di sodio, cloruro di magnesio e cloruro di calcio, sospesi nel greggio o disciolti in acqua trascinata (salamoia).

Diossido di carbonio: L'anidride carbonica può derivare dalla decomposizione dei bicarbonati presenti o aggiunti al greggio o dal vapore utilizzato nel processo di distillazione.

Acidi naftenici: Alcuni greggi contengono acidi naftenici (organici), che possono diventare corrosivi a temperature superiori a 232 °C quando il numero di acidità del greggio è superiore a un certo livello.

Materiali radioattivi normalmente presenti: I materiali radioattivi normalmente presenti (NORM) sono spesso presenti nel petrolio greggio, nei depositi di perforazione e nel fango di perforazione e possono rappresentare un pericolo a causa di bassi livelli di radioattività.

Per classificare gli oli grezzi come paraffinici, naftenici, aromatici o misti, in base alla proporzione predominante di molecole di idrocarburi simili, vengono utilizzati saggi relativamente semplici sul petrolio greggio. I greggi a base mista hanno quantità variabili di ogni tipo di idrocarburo. Un metodo di analisi (US Bureau of Mines) si basa sulla distillazione e un altro metodo (fattore UOP "K") si basa sulla gravità e sui punti di ebollizione. Per determinare il valore del greggio (cioè la sua resa e la qualità dei prodotti utili) ei parametri di lavorazione vengono condotti saggi più completi del greggio. Gli oli grezzi sono generalmente raggruppati in base alla struttura del rendimento, con la benzina ad alto numero di ottano che è uno dei prodotti più desiderabili. Le materie prime di petrolio greggio di raffineria sono solitamente costituite da miscele di due o più diversi greggi.

I greggi sono anche definiti in termini di peso API (specifico). Ad esempio, i greggi più pesanti hanno pesi API bassi (e pesi specifici elevati). Un petrolio greggio a bassa gravità API può avere un punto di infiammabilità alto o basso, a seconda delle sue estremità più leggere (costituenti più volatili). A causa dell'importanza della temperatura e della pressione nel processo di raffinazione, i greggi sono ulteriormente classificati in base a viscosità, punti di scorrimento e intervalli di ebollizione. Vengono prese in considerazione anche altre caratteristiche fisiche e chimiche, come il colore e il contenuto di residui carboniosi. Gli oli grezzi con alto contenuto di carbonio, basso contenuto di idrogeno e basso peso API sono generalmente ricchi di aromatici; mentre quelli con basso contenuto di carbonio, alto contenuto di idrogeno e alta gravità API sono generalmente ricchi di paraffine.

Gli oli grezzi che contengono quantità apprezzabili di idrogeno solforato o altri composti reattivi dello zolfo sono chiamati "acidi". Quelli con meno zolfo sono chiamati "dolci". Alcune eccezioni a questa regola sono i greggi West Texas (che sono sempre considerati “sour” indipendentemente dal loro H₂contenuto di S) e grezzi arabi ad alto contenuto di zolfo (che non sono considerati “acidi” perché i loro composti di zolfo non sono altamente reattivi).

Gas naturale compresso e gas di idrocarburi liquefatti

La composizione dei gas di idrocarburi presenti in natura è simile a quella del petrolio greggio in quanto contengono una miscela di diverse molecole di idrocarburi a seconda della loro fonte. Possono essere estratti come gas naturale (quasi privi di liquidi) dai giacimenti di gas; gas associato al petrolio che viene estratto con petrolio da giacimenti di gas e petrolio; e gas da giacimenti di gas condensato, dove alcuni dei componenti liquidi del petrolio si convertono allo stato gassoso quando la pressione è elevata (da 10 a 70 mPa). Quando la pressione viene ridotta (da 4 a 8 mPa) la condensa contenente idrocarburi più pesanti si separa dal gas per condensazione. Il gas viene estratto da pozzi che raggiungono una profondità fino a 4 miglia (6.4 km) o più, con pressioni di giunzione che variano da 3 mPa fino a 70 mPa. (Vedi figura 3.)

Figura 3. Pozzo di gas naturale offshore situato in 87.5 metri d'acqua nell'area di Pitas Point del Canale di Santa Barbara, California meridionale

American Petroleum Institute

Il gas naturale contiene dal 90 al 99% di idrocarburi, costituiti prevalentemente da metano (l'idrocarburo più semplice) insieme a quantità minori di etano, propano e butano. Il gas naturale contiene anche tracce di azoto, vapore acqueo, anidride carbonica, idrogeno solforato e occasionalmente gas inerti come argon o elio. Gas naturali contenenti più di 50 g/m³ di idrocarburi con molecole di tre o più atomi di carbonio (C₃ o superiore) sono classificati come gas “magri”.

A seconda di come viene utilizzato come combustibile, il gas naturale viene compresso o liquefatto. Il gas naturale proveniente dai giacimenti di gas e condensato di gas viene trattato sul campo per soddisfare specifici criteri di trasporto prima di essere compresso e immesso nei gasdotti. Questa preparazione include la rimozione dell'acqua con essiccatori (disidratatori, separatori e riscaldatori), la rimozione dell'olio mediante filtri a coalescenza e la rimozione dei solidi mediante filtrazione. Anche il solfuro di idrogeno e l'anidride carbonica vengono rimossi dal gas naturale, in modo che non corrodano le tubazioni e le apparecchiature di trasporto e compressione. Anche il propano, il butano e il pentano, presenti nel gas naturale, vengono rimossi prima della trasmissione in modo che non condensino e formino liquidi nel sistema. (Vedere la sezione “Operazioni di produzione e lavorazione del gas naturale.”)

Il gas naturale viene trasportato tramite gasdotto dai giacimenti di gas agli impianti di liquefazione, dove viene compresso e raffreddato a circa –162 ºC per produrre gas naturale liquefatto (GNL) (vedi figura 4). La composizione del GNL è diversa dal gas naturale a causa della rimozione di alcune impurità e componenti durante il processo di liquefazione. Il GNL viene utilizzato principalmente per aumentare le forniture di gas naturale durante i periodi di picco della domanda e per fornire gas in aree remote lontane dai principali gasdotti. Viene rigassificato mediante aggiunta di azoto e aria per renderlo assimilabile al gas naturale prima di essere immesso nelle linee di alimentazione del gas. Il GNL è utilizzato anche come carburante per autotrazione in alternativa alla benzina.

Figura 4. Il più grande impianto GNL del mondo ad Arzew, Algeria

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I gas associati al petrolio ei gas condensati sono classificati come gas "ricchi", perché contengono quantità significative di etano, propano, butano e altri idrocarburi saturi. I gas associati al petrolio e condensati vengono separati e liquefatti per produrre gas di petrolio liquefatto (GPL) mediante compressione, adsorbimento, assorbimento e raffreddamento negli impianti di lavorazione del petrolio e del gas. Questi impianti a gas producono anche benzina naturale e altre frazioni di idrocarburi.

A differenza del gas naturale, del gas associato al petrolio e del gas condensato, i gas di lavorazione del petrolio (prodotti come sottoprodotti della lavorazione di raffineria) contengono notevoli quantità di idrogeno e idrocarburi insaturi (etilene, propilene e così via). La composizione dei gas di lavorazione del petrolio dipende da ciascun processo specifico e dai greggi utilizzati. Ad esempio, i gas ottenuti a seguito di cracking termico contengono solitamente quantità significative di olefine, mentre quelli ottenuti da cracking catalitico contengono più isobutani. I gas di pirolisi contengono etilene e idrogeno. La composizione dei gas naturali e dei tipici gas di lavorazione del petrolio è mostrata nella tabella 3.

Tabella 3. Tipica composizione approssimativa dei gas naturali e di lavorazione del petrolio (percentuale in volume)

Gas naturale combustibile, con potere calorifico da 35.7 a 41.9 MJ/m³ (da 8,500 a 10,000 kcal/m³), è utilizzato principalmente come combustibile per la produzione di calore in applicazioni domestiche, agricole, commerciali e industriali. L'idrocarburo del gas naturale è utilizzato anche come materia prima per processi petrolchimici e chimici. Gas di sintesi (CO + H₂) viene elaborato dal metano mediante ossigenazione o conversione del vapore acqueo e utilizzato per produrre ammoniaca, alcol e altri prodotti chimici organici. Il gas naturale compresso (CNG) e il gas naturale liquefatto (GNL) sono entrambi utilizzati come carburante per i motori a combustione interna. I gas di petrolio liquefatti (GPL) della lavorazione del petrolio hanno un potere calorifico più elevato di 93.7 MJ/m³ (propano) (22,400 kcal/m³) e 122.9 MJ/m³ (butano) (29,900 kcal/m³⁾ e sono utilizzati come carburante nelle case, nelle imprese e nell'industria, nonché nei veicoli a motore (NFPA 1991). Gli idrocarburi insaturi (etilene, propilene e così via) derivati ​​dai gas di lavorazione del petrolio possono essere convertiti in benzina ad alto numero di ottano o utilizzati come materie prime nell'industria petrolchimica e chimica.

Proprietà dei gas idrocarburici

Secondo la US National Fire Protection Association, i gas infiammabili (combustibili) sono quelli che bruciano nelle concentrazioni di ossigeno normalmente presenti nell'aria. La combustione dei gas infiammabili è simile a quella dei vapori liquidi di idrocarburi infiammabili, poiché è necessaria una specifica temperatura di accensione per avviare la reazione di combustione e ciascuno brucerà solo entro un certo intervallo definito di miscele gas-aria. I liquidi infiammabili hanno a punto d'infiammabilità (la temperatura (sempre inferiore al punto di ebollizione) alla quale emettono vapori sufficienti per la combustione). Non esiste un punto di infiammabilità apparente per i gas infiammabili, poiché normalmente si trovano a temperature superiori ai loro punti di ebollizione, anche quando liquefatti, e sono quindi sempre a temperature ben superiori ai loro punti di infiammabilità.

La US National Fire Protection Association (1976) definisce i gas compressi e liquefatti come segue:

• "I gas compressi sono quelli che a tutte le normali temperature atmosferiche all'interno dei loro contenitori, esistono esclusivamente allo stato gassoso sotto pressione."
• “I gas liquefatti sono quelli che alle normali temperature atmosferiche all'interno dei loro contenitori, esistono in parte allo stato liquido e in parte allo stato gassoso, e sono sotto pressione fintanto che del liquido rimane nel contenitore.”

Il fattore principale che determina la pressione all'interno del recipiente è la temperatura del liquido immagazzinato. Quando esposto all'atmosfera, il gas liquefatto vaporizza molto rapidamente, viaggiando lungo il suolo o la superficie dell'acqua a meno che non sia disperso nell'aria dal vento o dal movimento meccanico dell'aria. A temperature atmosferiche normali, circa un terzo del liquido nel contenitore vaporizzerà.

I gas infiammabili sono ulteriormente classificati come gas combustibile e gas industriale. I gas combustibili, compreso il gas naturale ei gas di petrolio liquefatti (propano e butano), vengono bruciati con l'aria per produrre calore in forni, fornaci, scaldabagni e caldaie. I gas industriali infiammabili, come l'acetilene, sono utilizzati nelle operazioni di lavorazione, saldatura, taglio e trattamento termico. Le differenze nelle proprietà del gas naturale liquefatto (GNL) e dei gas di petrolio liquefatti (GPL) sono riportate nella tabella 3.

Alla ricerca di petrolio e gas

La ricerca di petrolio e gas richiede una conoscenza della geografia, della geologia e della geofisica. Il petrolio greggio si trova solitamente in alcuni tipi di strutture geologiche, come anticlinali, trappole di faglia e cupole saline, che si trovano sotto vari terreni e in un'ampia gamma di climi. Dopo aver selezionato un'area di interesse, vengono condotti molti diversi tipi di indagini geofisiche e misurazioni effettuate al fine di ottenere una valutazione precisa delle formazioni del sottosuolo, tra cui:

• Rilievi magnetometrici. I magnetometri appesi agli aeroplani misurano le variazioni del campo magnetico terrestre per individuare le formazioni rocciose sedimentarie che generalmente hanno proprietà magnetiche basse rispetto ad altre rocce.
• Rilievi aerofotogrammetrici. Le fotografie scattate con macchine fotografiche speciali negli aeroplani forniscono viste tridimensionali della terra che vengono utilizzate per determinare le formazioni terrestri con potenziali depositi di petrolio e gas.
• Rilievi gravimetrici. Poiché grandi masse di roccia densa aumentano la forza di gravità, i gravimetri vengono utilizzati per fornire informazioni sulle formazioni sottostanti misurando minuscole differenze di gravità.
• Indagini sismiche. Gli studi sismici forniscono informazioni sulle caratteristiche generali della struttura del sottosuolo (vedi figura 5). Le misurazioni sono ottenute da onde d'urto generate dall'attivazione di cariche esplosive in fori di piccolo diametro, dall'uso di dispositivi vibranti o percussivi sia a terra che in acqua, e da getti subacquei di aria compressa. Il tempo trascorso tra l'inizio dell'onda d'urto e il ritorno dell'eco viene utilizzato per determinare la profondità del substrato riflettente. Il recente utilizzo di supercomputer per generare immagini tridimensionali migliora notevolmente la valutazione dei risultati dei test sismici.

Figura 5. Arabia Saudita, operazioni sismiche

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• Indagini radiografiche. La radiografia è l'uso delle onde radio per fornire informazioni simili a quelle ottenute dalle indagini sismiche.
• Rilievi stratigrafici. Il campionamento stratigrafico è l'analisi di carote di strati rocciosi sotterranei per tracce di gas e petrolio. Un pezzo cilindrico di roccia, chiamato nucleo, viene tagliato da una punta cava e spinto verso l'alto in un tubo (canna centrale) attaccato alla punta. Il carotiere viene portato in superficie e il nucleo viene rimosso per l'analisi.

Quando le indagini e le misurazioni indicano la presenza di formazioni o strati che possono contenere petrolio, vengono perforati pozzi esplorativi per determinare se petrolio o gas sia effettivamente presente e, in tal caso, se sia disponibile e ottenibile in quantità commercialmente sostenibili.

Operazioni offshore

Sebbene il primo pozzo petrolifero offshore sia stato perforato all'inizio del 1900 al largo della costa della California, l'inizio della moderna perforazione marina risale al 1938, con una scoperta nel Golfo del Messico, a 1 km dalla costa degli Stati Uniti. Dopo la seconda guerra mondiale, le trivellazioni offshore si espansero rapidamente, prima in acque poco profonde adiacenti a note aree di produzione terrestre, e poi in altre aree di acque basse e profonde in tutto il mondo e in climi che variano dall'Artico al Golfo Persico. All'inizio, la perforazione offshore era possibile solo a profondità d'acqua di circa 1.6 m; tuttavia, le moderne piattaforme sono ora in grado di perforare acque profonde oltre 91 km. Le attività petrolifere offshore comprendono l'esplorazione, la perforazione, la produzione, la lavorazione, la costruzione sottomarina, la manutenzione e la riparazione e il trasporto di petrolio e gas a terra tramite nave o oleodotto.

Piattaforme offshore

Le piattaforme di perforazione supportano impianti di perforazione, forniture e attrezzature per operazioni offshore o in acque interne e vanno da chiatte e navi galleggianti o sommergibili, a piattaforme fisse su gambe in acciaio utilizzate in acque poco profonde, a grandi piattaforme galleggianti, in cemento armato, a gravità piattaforme di tipo utilizzato in acque profonde. Al termine della perforazione, le piattaforme marine vengono utilizzate per supportare le apparecchiature di produzione. Le piattaforme di produzione più grandi hanno alloggi per oltre 250 membri dell'equipaggio e altro personale di supporto, eliporti, impianti di lavorazione e capacità di stoccaggio di petrolio greggio e condensato di gas (vedi figura 6).

Figura 6. Vasi di perforazione; nave perforatrice Ben Ocean Laneer

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Tipicamente, con la perforazione della piattaforma galleggiante in acque profonde, l'attrezzatura della testa del pozzo viene abbassata sul fondo dell'oceano e sigillata al rivestimento del pozzo. L'uso della tecnologia in fibra ottica consente a una grande piattaforma centrale di controllare e gestire a distanza piattaforme satellitari più piccole e modelli sottomarini. Gli impianti di produzione sulla grande piattaforma elaborano il petrolio greggio, il gas e il condensato provenienti dagli impianti satellite, prima che vengano spediti a terra.

Il tipo di piattaforma utilizzata nelle perforazioni subacquee è spesso determinato dal tipo di pozzo da perforare (esplorativo o di produzione) e dalla profondità dell'acqua (vedi tabella 4).

Tabella 4. Tipi di piattaforme per la perforazione subacquea

Tipi di pozzi

Pozzi esplorativi.

Dopo l'analisi dei dati geologici e le indagini geofisiche, vengono perforati pozzi esplorativi, sia a terra che in mare aperto. I pozzi esplorativi che vengono perforati in aree in cui non sono stati precedentemente trovati né petrolio né gas sono chiamati "gatti selvatici". Quei pozzi che colpiscono petrolio o gas sono chiamati "pozzi di scoperta". Altri pozzi esplorativi, noti come pozzi “step-out” o “appraisal”, vengono perforati per determinare i limiti di un giacimento dopo la scoperta, o per cercare nuove formazioni petrolifere e di gas accanto o al di sotto di quelle già note contenere il prodotto. Un pozzo che non trova petrolio o gas, o trova troppo poco per produrre economicamente, è chiamato "buco secco".

Pozzi di sviluppo.

Dopo una scoperta, l'area del giacimento viene approssimativamente determinata con una serie di pozzi step-out o di valutazione. I pozzi di sviluppo vengono quindi perforati per produrre gas e petrolio. Il numero di pozzi evolutivi da perforare è determinato dalla prevista definizione del nuovo giacimento, sia in termini di dimensioni che di produttività. A causa dell'incertezza su come i serbatoi sono modellati o confinati, alcuni pozzi di sviluppo possono rivelarsi buchi asciutti. Occasionalmente, la perforazione e la produzione avvengono simultaneamente.

Geopressione/pozzi geotermici.

I pozzi geopressione/geotermici sono quelli che producono acqua ad altissima pressione (7,000 psi) e ad alta temperatura (149 ºC) che può contenere idrocarburi. L'acqua diventa una nuvola di vapore caldo e vapori in rapida espansione quando viene rilasciata nell'atmosfera da una perdita o da una rottura.

Pozzi spogliarellista.

I pozzi stripper sono quelli che producono meno di dieci barili di petrolio al giorno da un giacimento.

Più pozzi di completamento.

Quando vengono scoperte più formazioni produttive durante la perforazione di un singolo pozzo, una serie di tubi separata può essere inserita in un singolo pozzo per ogni singola formazione. Petrolio e gas provenienti da ciascuna formazione vengono convogliati nelle rispettive tubazioni e isolati l'uno dall'altro da elementi di tenuta, che sigillano gli spazi anulari tra la batteria di tubazioni e l'involucro. Questi pozzi sono noti come pozzi a completamento multiplo.

Pozzi di iniezione.

I pozzi di iniezione pompano aria, acqua, gas o sostanze chimiche nei serbatoi dei campi di produzione, sia per mantenere la pressione che per spostare il petrolio verso i pozzi di produzione mediante la forza idraulica o l'aumento della pressione.

Pozzi di servizio.

I pozzi di servizio includono quelli utilizzati per la pesca e le operazioni di filo metallico, il posizionamento o la rimozione o la rimozione di packer/plug e la rilavorazione. Vengono inoltre perforati pozzi di servizio per lo smaltimento sotterraneo dell'acqua salata, che viene separata dal greggio e dal gas.

Metodi di perforazione

Impianti di perforazione.

Gli impianti di perforazione di base contengono un derrick (torre), un tubo di perforazione, un grande argano per abbassare e sollevare il tubo di perforazione, un tavolo di perforazione che ruota il tubo di perforazione e la punta, un miscelatore di fango e una pompa e un motore per azionare il tavolo e verricello (vedi figura 7). Piccoli impianti di perforazione utilizzati per perforare pozzi esplorativi o sismici possono essere montati su camion per lo spostamento da un sito all'altro. Gli impianti di perforazione più grandi vengono montati in loco o sono dotati di derrick portatili e incernierati (jack knife) per una facile movimentazione e montaggio.

Figura 7. Impianto di perforazione sull'isola di Elf Ringnes nell'Artico canadese

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Percussione o perforazione di cavi.

La tecnica di perforazione più antica è la perforazione a percussione o cavo. Questo metodo lento e a profondità limitata, raramente utilizzato, prevede la frantumazione della roccia sollevando e facendo cadere una punta e un gambo di scalpello pesante all'estremità di un cavo. A intervalli, la punta viene rimossa e le talee vengono sospese in acqua e rimosse mediante lavaggio o pompaggio in superficie. Man mano che il foro si approfondisce, viene rivestito con un involucro in acciaio per prevenire il crollo e proteggere dalla contaminazione delle acque sotterranee. È necessario un lavoro considerevole per perforare anche un pozzo poco profondo e, dopo aver colpito petrolio o gas, non c'è modo di controllare il flusso immediato del prodotto in superficie.

Perforazione a rotazione.

La perforazione a rotazione è il metodo più comune e viene utilizzata per perforare sia pozzi esplorativi che di produzione a profondità superiori a 5 miglia (7,000 m). Le perforatrici leggere, montate su camion, vengono utilizzate per perforare pozzi sismici a bassa profondità a terra. Per la perforazione di pozzi di esplorazione e produzione vengono utilizzate perforatrici mobili e galleggianti rotanti medie e pesanti. L'attrezzatura di perforazione rotativa è montata su una piattaforma di perforazione con un derrick alto da 30 a 40 m e comprende una tavola rotante, un motore, un miscelatore di fango e una pompa dell'iniettore, un paranco o un argano del tamburo della linea metallica e molte sezioni di tubo, ciascuno di circa 27 m di lunghezza. La tavola rotante ruota una kelly quadrata collegata al tubo di perforazione. Il kelly quadrato ha una parte girevole del fango sulla parte superiore che è collegata ai dispositivi di prevenzione delle esplosioni. L'asta di perforazione ruota a una velocità compresa tra 40 e 250 giri/min, facendo girare un trapano dotato di punte a trascinamento con taglienti fissi simili a scalpello o un trapano la cui punta ha frese rotanti con denti temprati.

Perforazione a percussione rotativa.

La perforazione a percussione rotativa è un metodo combinato in base al quale un trapano a percussione rotante utilizza un fluido idraulico circolante per azionare un meccanismo simile a un martello, creando così una serie di rapidi colpi di percussione che consentono al trapano di forare e battere contemporaneamente nel terreno.

Perforazione elettrica e turbo.

La maggior parte delle tavole rotanti, degli argani e delle pompe delle perforatrici pesanti sono generalmente azionate da motori elettrici o turbine, il che consente una maggiore flessibilità nelle operazioni e la perforazione telecomandata. Il trapano elettrico e il trapano turbo sono metodi più recenti che forniscono più potenza diretta alla punta del trapano collegando il motore di perforazione appena sopra la punta nella parte inferiore del foro.

Perforazione direzionale.

La perforazione direzionale è una tecnica di perforazione a rotazione che dirige la batteria di perforazione lungo un percorso curvo man mano che il foro si approfondisce. La perforazione direzionale viene utilizzata per raggiungere depositi inaccessibili alla perforazione verticale. Riduce anche i costi, poiché è possibile perforare più pozzi in direzioni diverse da un'unica piattaforma. La perforazione a portata estesa consente di attingere a bacini sottomarini dalla riva. Molte di queste tecniche sono possibili utilizzando computer per dirigere perforatrici automatiche e tubi flessibili (tubi a spirale), che vengono sollevati e abbassati senza collegare e scollegare le sezioni.

Altri metodi di perforazione.

La perforazione abrasiva utilizza un materiale abrasivo sotto pressione (invece di utilizzare lo stelo e la punta del trapano) per tagliare il substrato. Altri metodi di perforazione includono la perforazione esplosiva e il piercing alla fiamma.

Abbandono.

Quando i giacimenti di petrolio e gas non sono più produttivi, i pozzi vengono generalmente tappati con cemento per impedire il flusso o la fuoriuscita in superficie e per proteggere gli strati sotterranei e l'acqua. Le attrezzature vengono rimosse ei siti dei pozzi abbandonati vengono ripuliti e riportati alla normalità.

Operazioni di perforazione

Tecniche di perforazione

La piattaforma di perforazione fornisce una base per i lavoratori per accoppiare e disaccoppiare le sezioni del tubo di perforazione che vengono utilizzate per aumentare la profondità della perforazione. Man mano che il foro si approfondisce, vengono aggiunti ulteriori tratti di tubo e la batteria di perforazione viene sospesa alla torre. Quando è necessario sostituire una punta di perforazione, l'intera serie di tubi di perforazione viene estratta dal foro e ogni sezione viene staccata e impilata verticalmente all'interno della torre. Dopo che la nuova punta è stata montata in posizione, il processo viene invertito e il tubo viene riportato nel foro per continuare la perforazione.

È necessario prestare attenzione per garantire che il tubo della corda di perforazione non si separi e non cada nel foro, poiché potrebbe essere difficile e costoso ripescare e potrebbe anche comportare la perdita del pozzo. Un altro potenziale problema è se gli strumenti di perforazione si incastrano nel foro quando la perforazione si interrompe. Per questo motivo, una volta iniziata la perforazione, di solito si continua fino al completamento del pozzo.

Fango di perforazione

Il fango di perforazione è un fluido composto da acqua o olio e argilla con additivi chimici (es. formaldeide, calce, idrazide di sodio, barite). La soda caustica viene spesso aggiunta per controllare il pH (acidità) del fango di perforazione e per neutralizzare additivi del fango potenzialmente pericolosi e fluidi di completamento. Il fango di perforazione viene pompato nel pozzo sotto pressione dal serbatoio di miscelazione sulla piattaforma di perforazione, lungo l'interno del tubo di perforazione fino alla punta del trapano. Risale quindi tra l'esterno del tubo di perforazione e le pareti del foro, ritornando in superficie, dove viene filtrato e rimesso in circolo.

Il fango di perforazione viene utilizzato per raffreddare e lubrificare la punta di perforazione, lubrificare il tubo e lavare i frammenti di roccia dal foro. Il fango di perforazione viene utilizzato anche per controllare il flusso dal pozzo rivestendo i lati del foro e resistendo alla pressione di qualsiasi gas, olio o acqua che incontra la punta del trapano. Getti di fango possono essere applicati sotto pressione sul fondo del foro per facilitare la perforazione.

Involucro e cementazione

L'involucro è uno speciale tubo d'acciaio pesante che riveste il foro del pozzo. Viene utilizzato per prevenire il crollo delle pareti del foro di perforazione e proteggere gli strati di acqua dolce impedendo la fuoriuscita del flusso di ritorno del fango durante le operazioni di perforazione. L'involucro sigilla anche sabbie permeate d'acqua e zone di gas ad alta pressione. L'involucro viene inizialmente utilizzato vicino alla superficie ed è cementato in posizione per guidare il tubo di perforazione. Un impasto cementizio viene pompato lungo il tubo di perforazione e risalito attraverso lo spazio tra il rivestimento e le pareti del foro del pozzo. Una volta che il cemento è indurito e il rivestimento è posizionato, la perforazione continua utilizzando una punta di diametro inferiore.

Dopo che l'involucro superficiale è stato posizionato nel pozzo, i dispositivi di prevenzione delle esplosioni (grandi valvole, sacchi o pistoni) sono attaccati alla parte superiore dell'involucro, in quella che viene chiamata pila. Dopo la scoperta di petrolio o gas, l'involucro viene inserito nel fondo del pozzo per mantenere sporco, rocce, acqua salata e altri contaminanti fuori dal foro del pozzo e per fornire un condotto per le linee di estrazione del petrolio greggio e del gas.

Operazioni di completamento, ripristino avanzato e workover

Completamento

Il completamento descrive il processo di messa in produzione di un pozzo dopo che il pozzo è stato perforato alla profondità in cui si prevede di trovare petrolio o gas. Il completamento comporta una serie di operazioni, compresa la penetrazione dell'involucro e la pulizia di acqua e sedimenti dalla condotta in modo che il flusso non sia ostacolato. Foretti speciali vengono utilizzati per perforare ed estrarre carote lunghe fino a 50 m per l'analisi durante l'operazione di perforazione per determinare quando deve essere eseguita la penetrazione. L'asta di perforazione e la punta vengono prima rimosse e l'ultima serie di rivestimento viene cementata in posizione. Una pistola perforante, che è un tubo metallico contenente prese contenenti proiettili o cariche esplosive sagomate, viene quindi calata nel pozzo. Le cariche vengono scaricate mediante impulso elettrico attraverso l'involucro nel serbatoio per creare aperture per il flusso di petrolio e gas nel pozzo e in superficie.

Il flusso di greggio e gas naturale è controllato da una serie di valvole, dette “alberi di Natale”, che sono poste alla sommità della testa del pozzo. I monitor e i controlli sono installati per azionare automaticamente o manualmente le valvole di sicurezza superficiali e sotterranee, in caso di variazione di pressione, incendio o altre condizioni pericolose. Una volta che il petrolio e il gas sono stati prodotti, vengono separati e l'acqua e i sedimenti vengono rimossi dal petrolio greggio.

Produzione e conservazione di petrolio greggio e gas

La produzione di petrolio è fondamentalmente una questione di spostamento con acqua o gas. Al momento della perforazione iniziale, quasi tutto il greggio è sotto pressione. Questa pressione naturale diminuisce man mano che petrolio e gas vengono rimossi dal giacimento, durante le tre fasi della vita di un giacimento.

• Durante la prima fase, la produzione di flussaggio, il flusso è regolato dalla pressione naturale nel giacimento che proviene dal gas disciolto nell'olio, dal gas intrappolato sotto pressione sopra l'olio e dalla pressione idraulica dall'acqua intrappolata sotto l'olio.
• Il sollevamento artificiale, la seconda fase, prevede il pompaggio di gas pressurizzato nel giacimento quando la pressione naturale si esaurisce.
• La fase tre, stripper o produzione marginale, si verifica quando i pozzi producono solo in modo intermittente.

All'inizio c'era poca comprensione delle forze che influenzavano la produzione di petrolio e gas. Lo studio del comportamento dei giacimenti di petrolio e gas iniziò all'inizio del XX secolo, quando si scoprì che il pompaggio di acqua in un giacimento aumentava la produzione. A quel tempo, l'industria stava recuperando tra il 20 e il 10% della capacità del giacimento, rispetto ai recenti tassi di recupero di oltre il 20% prima che i pozzi diventassero improduttivi. Il concetto di controllo è che un tasso di produzione più rapido dissipa più rapidamente la pressione nel giacimento, riducendo così la quantità totale di petrolio che può essere eventualmente recuperato. Due misure utilizzate per conservare i giacimenti di petrolio sono l'unitizzazione e la spaziatura dei pozzi.

• Unitizzazione è il funzionamento di un campo come un'unica unità al fine di applicare metodi di recupero secondari e mantenere la pressione, anche attraverso il coinvolgimento di diversi operatori. La produzione totale è ripartita equamente tra gli operatori.
• Ben spaziatura è l'ubicazione limitante e corretta dei pozzi in modo da ottenere la massima produzione senza dissipare un campo a causa della perforazione eccessiva.

Metodi di recupero del prodotto aggiuntivo

La produttività dei giacimenti di petrolio e gas è migliorata da una varietà di metodi di recupero. Un metodo consiste nell'aprire chimicamente o fisicamente passaggi negli strati per consentire a petrolio e gas di muoversi più liberamente attraverso i giacimenti fino al pozzo. Acqua e gas vengono iniettati nei serbatoi per mantenere la pressione di esercizio per spostamento naturale. I metodi di recupero secondari, compreso lo spostamento per pressione, il sollevamento artificiale e l'allagamento, migliorano e ripristinano la pressione del giacimento. Il recupero avanzato è l'uso di vari metodi di recupero secondari in combinazioni multiple e diverse. Il recupero potenziato include anche metodi più avanzati per ottenere prodotti aggiuntivi da giacimenti esauriti, come il recupero termico, che utilizza il calore anziché l'acqua o il gas per espellere più petrolio greggio dai giacimenti.

acidificante

L'acidificazione è un metodo per aumentare la produzione di un pozzo pompando acido direttamente in un serbatoio di produzione per aprire canali di flusso attraverso la reazione di sostanze chimiche e minerali. L'acido cloridrico (o normale) è stato inizialmente utilizzato per dissolvere le formazioni calcaree. È ancora più comunemente usato; tuttavia, all'acido cloridrico vengono ora aggiunti vari prodotti chimici per controllarne la reazione e prevenire la corrosione e la formazione di emulsioni.

Vengono utilizzati anche acido fluoridrico, acido formico e acido acetico, insieme all'acido cloridrico, a seconda del tipo di roccia o di minerali presenti nel giacimento. L'acido fluoridrico è sempre combinato con uno degli altri tre acidi e originariamente era usato per sciogliere l'arenaria. Viene spesso chiamato "acido di fango", poiché ora viene utilizzato per pulire le perforazioni che sono state tappate con fango di perforazione e per ripristinare la permeabilità danneggiata vicino al foro del pozzo. L'acido formico e l'acido acetico sono utilizzati nei giacimenti profondi e ultracaldi di calcare e dolomite e come acidi di decomposizione prima della perforazione. L'acido acetico viene anche aggiunto ai pozzetti come agente tampone neutralizzante per controllare il pH dei fluidi di stimolazione del pozzo. Quasi tutti gli acidi hanno additivi, come inibitori per impedire la reazione con gli involucri metallici e tensioattivi per prevenire la formazione di morchie ed emulsioni.

frattura

frattura descrive il metodo utilizzato per aumentare il flusso di petrolio o gas attraverso un giacimento e nei pozzi mediante forza o pressione. La produzione può diminuire perché la formazione del giacimento non è abbastanza permeabile da consentire al petrolio di fluire liberamente verso il pozzo. Le forze di fratturazione aprono canali sotterranei pompando un fluido trattato con speciali agenti di sostegno (tra cui sabbia, metallo, granuli chimici e conchiglie) nel serbatoio ad alta pressione per aprire fessure. L'azoto può essere aggiunto al fluido per stimolare l'espansione. Quando la pressione viene rilasciata, il fluido si ritira e gli agenti di sostegno rimangono in posizione, mantenendo aperte le fessure in modo che l'olio possa fluire più liberamente.

frattura massiccia (mass frac) comporta il pompaggio di grandi quantità di fluido nei pozzi per creare idraulicamente fessure lunghe migliaia di piedi. La fratturazione massiccia viene tipicamente utilizzata per aprire pozzi di gas in cui le formazioni del giacimento sono così dense che nemmeno il gas può attraversarle.

Mantenimento della pressione

Due comuni tecniche di mantenimento della pressione sono l'iniezione di acqua e gas (aria, azoto, anidride carbonica e gas naturale) in giacimenti in cui le pressioni naturali sono ridotte o insufficienti per la produzione. Entrambi i metodi richiedono la perforazione di pozzi di iniezione ausiliari in posizioni designate per ottenere i migliori risultati. Viene chiamata l'iniezione di acqua o gas per mantenere la pressione di esercizio del pozzo spostamento naturale. Viene chiamato l'uso di gas pressurizzato per aumentare la pressione nel serbatoio ascensore artificiale (a gas).

Inondazioni d'acqua

Il metodo di recupero potenziato secondario più comunemente utilizzato consiste nel pompare acqua in un giacimento petrolifero per spingere il prodotto verso i pozzi di produzione. In inondazioni d'acqua in cinque punti, vengono perforati quattro pozzi di iniezione a formare un quadrato con al centro il pozzo di produzione. L'iniezione è controllata per mantenere un avanzamento uniforme del fronte d'acqua attraverso il serbatoio verso il pozzo di produzione. Parte dell'acqua utilizzata è acqua salata, ottenuta dal petrolio greggio. In inondazioni di acqua a bassa tensione, all'acqua viene aggiunto un tensioattivo per favorire il flusso dell'olio attraverso il serbatoio riducendone l'adesione alla roccia.

Inondazione miscibile

Il fluido miscibile e l'inondazione di polimero miscibile sono metodi di recupero avanzati utilizzati per migliorare l'iniezione di acqua riducendo la tensione superficiale del petrolio greggio. Un fluido miscibile (che può essere disciolto nel grezzo) viene iniettato in un serbatoio. Segue l'iniezione di un altro fluido che spinge la miscela fluida grezza e miscibile verso il pozzo di produzione. Inondazione di polimeri miscibili prevede l'uso di un detergente per lavare il greggio dagli strati. Un gel o acqua addensata viene iniettato dietro il detergente per spostare il greggio verso il pozzo di produzione.

Inondazioni antincendio

Inondazioni antincendio, o on-site La combustione (sul posto) è un costoso metodo di recupero termico in cui grandi quantità di aria o gas contenente ossigeno vengono iniettate nel giacimento e una parte del greggio viene incendiata. Il calore del fuoco riduce la viscosità del greggio pesante in modo che scorra più facilmente. I gas caldi, prodotti dall'incendio, aumentano la pressione nel giacimento e creano uno stretto fronte di combustione che spinge il greggio più sottile dal pozzo di iniezione al pozzo di produzione. Il greggio più pesante rimane al suo posto, fornendo ulteriore combustibile mentre il fronte di fiamma si sposta lentamente in avanti. Il processo di combustione è strettamente monitorato e controllato regolando l'aria o il gas iniettato.

Iniezione di vapore

L'iniezione di vapore, o inondazione di vapore, è un metodo di recupero termico che riscalda il greggio pesante e ne abbassa la viscosità iniettando vapore surriscaldato nello strato più basso di un giacimento relativamente poco profondo. Il vapore viene iniettato per un periodo da 10 a 14 giorni e il pozzo viene chiuso per un'altra settimana circa per consentire al vapore di riscaldare completamente il serbatoio. Allo stesso tempo, l'aumento del calore espande i gas del giacimento, aumentando così la pressione nel giacimento. Il pozzo viene quindi riaperto e il greggio riscaldato, meno viscoso, fluisce nel pozzo. Un metodo più recente inietta vapore a bassa temperatura a pressione inferiore in sezioni più grandi di due, tre o più zone contemporaneamente, sviluppando una "cassa di vapore" che comprime l'olio in ciascuna delle zone. Ciò fornisce un maggiore flusso di olio sulla superficie, utilizzando meno vapore.

Operazioni di produzione e lavorazione del gas naturale

Esistono due tipi di pozzi che producono gas naturale. I pozzi di gas umido producono gas che contiene liquidi disciolti e i pozzi di gas secco producono gas che non può essere facilmente liquefatto

Dopo che il gas naturale è stato prelevato dai pozzi di produzione, viene inviato agli impianti a gas per la lavorazione. La lavorazione del gas richiede la conoscenza di come la temperatura e la pressione interagiscono e influenzano le proprietà sia dei fluidi che dei gas. Quasi tutti gli impianti di trattamento del gas gestiscono gas che sono miscele di varie molecole di idrocarburi. Lo scopo del trattamento del gas è separare questi gas in componenti di composizione simile mediante vari processi come l'assorbimento, il frazionamento e il ciclo, in modo che possano essere trasportati e utilizzati dai consumatori.

Processi di assorbimento

L'assorbimento prevede tre fasi di lavorazione: recupero, rimozione e separazione.

Recovery.

Rimuove gas residui indesiderati e parte del metano mediante assorbimento dal gas naturale. L'assorbimento avviene in un recipiente controcorrente, dove il gas del pozzo entra nel fondo del recipiente e scorre verso l'alto attraverso l'olio di assorbimento, che scorre verso il basso. L'olio di assorbimento è "magro" quando entra nella parte superiore del recipiente e "ricco" quando lascia il fondo poiché ha assorbito gli idrocarburi desiderabili dal gas. Il gas che fuoriesce dalla parte superiore dell'unità è chiamato "gas residuo".

L'assorbimento può anche essere ottenuto mediante refrigerazione. Il gas residuo viene utilizzato per preraffreddare il gas in ingresso, che quindi passa attraverso un'unità di refrigerazione del gas a temperature comprese tra 0 e –40 ºC. L'olio dell'assorbitore povero viene pompato attraverso un refrigeratore d'olio, prima di entrare in contatto con il gas freddo nell'unità dell'assorbitore. La maggior parte degli impianti utilizza il propano come refrigerante nelle unità di raffreddamento. Il glicole viene iniettato direttamente nel flusso di gas in ingresso per miscelarsi con l'eventuale acqua presente nel gas al fine di prevenire il congelamento e la formazione di idrati. La miscela glicole-acqua viene separata dal vapore e dal liquido di idrocarburi nel separatore di glicole e quindi riconcentrata facendo evaporare l'acqua in un'unità di rigenerazione.

Rimozione.

Il passo successivo nel processo di assorbimento è la rimozione, o demetanizzazione. Il restante metano viene rimosso dal petrolio ricco negli impianti di recupero dell'etano. Questo è di solito un processo in due fasi, che prima rifiuta almeno la metà del metano dal petrolio ricco riducendo la pressione e aumentando la temperatura. L'olio ricco rimanente di solito contiene abbastanza etano e propano per rendere desiderabile il riassorbimento. Se non venduto, il gas di testa viene utilizzato come combustibile dell'impianto o come pre-saturatore, oppure viene riciclato al gas in ingresso nell'assorbitore principale.

Separazione.

La fase finale del processo di assorbimento, la distillazione, utilizza i vapori come mezzo per estrarre gli idrocarburi desiderabili dal ricco olio di assorbimento. Gli alambicchi umidi utilizzano i vapori di vapore come mezzo di strippaggio. Negli alambicchi a secco, i vapori di idrocarburi, ottenuti dalla vaporizzazione parziale dell'olio caldo pompato attraverso il ribollitore dell'alambicco, vengono utilizzati come mezzo di strippaggio. L'alambicco controlla il punto di ebollizione finale e il peso molecolare dell'olio magro e il punto di ebollizione della miscela finale di idrocarburi.

Altri processi

Frazionamento.

È la separazione della miscela desiderabile di idrocarburi dagli impianti di assorbimento, in prodotti specifici, individuali, relativamente puri. Il frazionamento è possibile quando i due liquidi, detti prodotto di testa e prodotto di fondo, hanno punti di ebollizione differenti. Il processo di frazionamento ha tre parti: una torre per separare i prodotti, un ribollitore per riscaldare l'ingresso e un condensatore per rimuovere il calore. La torre ha un'abbondanza di vassoi in modo che si verifichi molto contatto tra vapore e liquidi. La temperatura del ribollitore determina la composizione del prodotto di fondo.

Recupero dello zolfo.

Il solfuro di idrogeno deve essere rimosso dal gas prima che venga spedito per la vendita. Ciò si ottiene negli impianti di recupero dello zolfo.

Ciclo del gas.

Il ciclo del gas non è né un mezzo per mantenere la pressione né un metodo secondario di recupero, ma è un metodo di recupero potenziato utilizzato per aumentare la produzione di liquidi di gas naturale dai giacimenti di "gas umido". Dopo che i liquidi sono stati rimossi dal "gas umido" negli impianti di ciclo, il restante "gas secco" viene restituito al giacimento attraverso i pozzi di iniezione. Mentre il "gas secco" ricircola attraverso il serbatoio, assorbe più liquidi. I cicli di produzione, lavorazione e ricircolo si ripetono fino a quando tutti i liquidi recuperabili sono stati rimossi dal giacimento e rimane solo “gas secco”.

Sviluppo del sito per la produzione di giacimenti di petrolio e gas

Per portare in produzione un nuovo giacimento di petrolio o gas è necessario un ampio sviluppo del sito. L'accesso al sito può essere limitato o vincolato dalle condizioni climatiche e geografiche. I requisiti includono il trasporto; costruzione; strutture di manutenzione, abitative e amministrative; attrezzature per la separazione di olio, gas e acqua; trasporto di greggio e gas naturale; impianti di smaltimento delle acque e dei rifiuti; e molti altri servizi, strutture e attrezzature. La maggior parte di questi non è prontamente disponibile presso il sito e deve essere fornita dall'azienda di perforazione o produzione o da appaltatori esterni.

Attività dell'appaltatore

Gli appaltatori sono generalmente utilizzati dalle società di esplorazione e produzione di petrolio e gas per fornire alcuni o tutti i seguenti servizi di supporto necessari per perforare e sviluppare giacimenti di produzione:

• Preparazione del sito - sgombero di arbusti, costruzione di strade, rampe e passerelle, ponti, aree di atterraggio per aeromobili, porto marittimo, pontili, banchine e approdi
• Montaggio e installazione - attrezzature di perforazione, energia e servizi pubblici, serbatoi e condutture, alloggi, edifici di manutenzione, garage, appendiabiti, edifici di servizio e amministrativi
• Lavori subacquei - installazione, ispezione, riparazione e manutenzione di attrezzature e strutture subacquee
• Manutenzione e riparazione - manutenzione preventiva di attrezzature di perforazione e produzione, veicoli e imbarcazioni, macchinari ed edifici
• Servizi in appalto - ristorazione; faccende domestiche; protezione e sicurezza della struttura e del perimetro; attività di custodia, ricreazione e assistenza; stoccaggio e distribuzione di dispositivi di protezione, pezzi di ricambio e forniture monouso
• Ingegneria e tecnica - test e analisi, servizi informatici, ispezioni, laboratori, analisi non distruttive, stoccaggio e manipolazione di esplosivi, protezione antincendio, permessi, ambiente, medicina e salute, igiene e sicurezza industriale e risposta agli sversamenti
• Servizi esterni - telefono, radio e televisione, fognature e immondizia
• Attrezzature per il trasporto e la movimentazione dei materiali - aeromobili ed elicotteri, servizi marittimi, attrezzature per la movimentazione dei materiali e per l'edilizia pesante

Utilità

Indipendentemente dal fatto che le operazioni di esplorazione, perforazione e produzione si svolgano a terra o in mare aperto, sono necessarie elettricità, elettricità leggera e altri servizi di supporto, tra cui:

• Produzione di energia - gas, elettricità e vapore
• Acqua - fornitura di acqua dolce, depurazione e trattamento e acque di processo
• Fognatura e drenaggio - acque meteoriche, trattamento sanitario e trattamento e smaltimento delle acque reflue (oleose).
• Comunicazioni: telefono, radio e televisione, computer e comunicazioni satellitari
• Utenze - luce, riscaldamento, ventilazione e raffrescamento.

Condizioni di lavoro, salute e sicurezza

Il lavoro sugli impianti di perforazione prevede solitamente un equipaggio minimo di 6 persone (primario e secondario perforatori, tre assistenti perforatori o aiutanti (Roughnecks) E testa di gatto persona) che riferisce a un supervisore del sito o a un caposquadra (spintore di utensili) che è responsabile della progressione della perforazione. I perforatori primari e secondari hanno la responsabilità generale delle operazioni di perforazione e della supervisione dell'equipaggio di perforazione durante i rispettivi turni. I perforatori dovrebbero avere familiarità con le capacità e i limiti delle loro squadre, poiché il lavoro può progredire solo alla stessa velocità del membro dell'equipaggio più lento.

Gli assistenti alla perforazione sono di stanza sulla piattaforma per azionare attrezzature, leggere strumenti ed eseguire lavori di manutenzione e riparazione ordinaria. La persona cathead deve arrampicarsi vicino alla sommità della torre di perforazione quando il tubo di perforazione viene inserito o estratto dal foro del pozzo e assistere nello spostamento delle sezioni di tubo dentro e fuori dal camino. Durante la perforazione, l'addetto alla trivellazione aziona anche la pompa del fango e fornisce assistenza generale alla squadra di perforazione.

Le persone che montano, posizionano, scaricano e recuperano pistole perforanti devono essere addestrate, familiari con i pericoli degli esplosivi e qualificate per maneggiare esplosivi, cavo di innesco e detonatori. Altro personale che lavora dentro e intorno ai giacimenti petroliferi include geologi, ingegneri, meccanici, autisti, personale di manutenzione, elettricisti, operatori di oleodotti e operai.

I pozzi vengono perforati 8 ore su 12, con turni di XNUMX o XNUMX ore, e i lavoratori richiedono una notevole esperienza, abilità e resistenza per soddisfare le rigorose esigenze fisiche e mentali del lavoro. L'eccessiva estensione di un equipaggio può causare gravi incidenti o lesioni. La perforazione richiede uno stretto lavoro di squadra e coordinamento al fine di svolgere i compiti in modo sicuro e tempestivo. A causa di questi e altri requisiti, è necessario prestare attenzione al morale, alla salute e alla sicurezza dei lavoratori. Sono essenziali periodi adeguati di riposo e relax, cibo nutriente e igiene e alloggi adeguati, compresa l'aria condizionata nei climi caldi e umidi e il riscaldamento nelle zone fredde.

I principali rischi professionali associati alle operazioni di esplorazione e produzione includono malattie dovute all'esposizione a elementi geografici e climatici, stress dovuto a viaggi su lunghe distanze sull'acqua o su terreni accidentati e lesioni personali. I problemi psicologici possono derivare dall'isolamento fisico dei siti esplorativi e dalla loro lontananza dai campi base e dai lunghi periodi di lavoro richiesti sulle piattaforme di perforazione offshore e nei siti remoti onshore. Molti altri rischi specifici delle operazioni offshore, come le immersioni subacquee, sono trattati altrove in questo Enciclopedia.

Il lavoro offshore è sempre pericoloso, sia dentro che fuori dal lavoro. Alcuni lavoratori non sono in grado di gestire lo stress di lavorare in mare aperto a un ritmo impegnativo, per lunghi periodi di tempo, in condizioni di relativo confinamento e soggetti a condizioni ambientali in continua evoluzione. I segni di stress nei lavoratori includono irritabilità insolita, altri segni di disagio mentale, consumo eccessivo di alcol o fumo e uso di droghe. Problemi di insonnia, che possono essere aggravati da elevati livelli di vibrazioni e rumore, sono stati segnalati dai lavoratori sulle piattaforme. La fraternizzazione tra i lavoratori e frequenti congedi a terra possono ridurre lo stress. Il mal di mare e l'annegamento, così come l'esposizione a condizioni meteorologiche avverse, sono altri pericoli nel lavoro offshore.

Malattie come le malattie delle vie respiratorie derivano dall'esposizione a climi rigidi, infezioni o malattie parassitarie in aree dove queste sono endemiche. Sebbene molte di queste malattie necessitino ancora di uno studio epidemiologico nei lavoratori della perforazione, è noto che i lavoratori petroliferi hanno sperimentato periartrite della spalla e della scapola, epicondilite omerale, artrosi del rachide cervicale e polineurite degli arti superiori. Il rischio di malattie dovute all'esposizione al rumore e alle vibrazioni è presente anche nelle operazioni di perforazione. La gravità e la frequenza di queste malattie legate alla perforazione sembra essere proporzionale alla durata del servizio e all'esposizione a condizioni di lavoro avverse (Duck 1983; Ghosh 1983; Montillier 1983).

Gli infortuni durante il lavoro nelle attività di perforazione e produzione possono derivare da molte cause, tra cui scivolamenti e cadute, manipolazione di tubi, sollevamento di tubi e attrezzature, uso improprio di strumenti e uso improprio di esplosivi. Le ustioni possono essere causate da vapore, fuoco, acido o fango contenente sostanze chimiche come l'idrossido di sodio. Dermatiti e lesioni cutanee possono derivare dall'esposizione a petrolio greggio e sostanze chimiche.

Esiste la possibilità di un'esposizione acuta e cronica a un'ampia varietà di materiali e sostanze chimiche non salutari presenti nelle trivellazioni e nella produzione di petrolio e gas. Alcuni prodotti chimici e materiali che possono essere presenti in quantità potenzialmente pericolose sono elencati nella tabella 2 e includono:

• Petrolio greggio, gas naturale e gas di idrogeno solforato durante la perforazione e gli scoppi
• Metalli pesanti, benzene e altri contaminanti presenti nel greggio
• Amianto, formaldeide, acido cloridrico e altri prodotti chimici e materiali pericolosi
• Materiali radioattivi normalmente presenti (NORM) e apparecchiature con sorgenti radioattive.

Sicurezza

La perforazione e la produzione avvengono in tutti i tipi di clima e in condizioni meteorologiche variabili, dalle giungle tropicali e deserti all'Artico ghiacciato, dalla terraferma al Mare del Nord. Le squadre di perforazione devono lavorare in condizioni difficili, soggette a rumore, vibrazioni, condizioni meteorologiche avverse, rischi fisici e guasti meccanici. La piattaforma, la tavola rotante e l'attrezzatura sono solitamente scivolose e vibrano a causa del motore e dell'operazione di perforazione, richiedendo ai lavoratori movimenti deliberati e attenti. Esiste il rischio di scivolamenti e cadute dall'alto durante la salita sull'impianto di perforazione e sulla torre di perforazione e vi è il rischio di esposizione a petrolio greggio, gas, fango e fumi di scarico del motore. L'operazione di disconnessione rapida e quindi riconnessione dell'asta di perforazione richiede formazione, abilità e precisione da parte dei lavoratori per essere eseguita in sicurezza ogni volta.

Le squadre di costruzione, perforazione e produzione che lavorano in mare aperto devono affrontare gli stessi rischi delle squadre che lavorano a terra e con i rischi aggiuntivi specifici del lavoro in mare aperto. Questi includono la possibilità di crollo della piattaforma in mare e disposizioni per procedure di evacuazione specializzate e attrezzature di sopravvivenza in caso di emergenza. Un'altra considerazione importante quando si lavora in mare aperto è il requisito per le immersioni in acque profonde e poco profonde di installare, mantenere e ispezionare l'attrezzatura.

Incendio ed esplosione

C'è sempre il rischio di scoppio durante la perforazione di un pozzo, con rilascio di gas o nuvole di vapore, seguito da esplosione e incendio. Esiste un ulteriore potenziale di incendio ed esplosione nelle operazioni di processo del gas.

I lavoratori delle piattaforme offshore e delle piattaforme di perforazione devono essere attentamente valutati dopo aver effettuato un esame fisico approfondito. La selezione dei membri dell'equipaggio offshore con una storia o evidenza di malattie polmonari, cardiovascolari o neurologiche, epilessia, diabete, disturbi psicologici e dipendenza da droghe o alcol richiede un'attenta considerazione. Poiché i lavoratori dovranno utilizzare dispositivi di protezione respiratoria e, in particolare, quelli addestrati e attrezzati per combattere gli incendi, devono essere valutati fisicamente e mentalmente per la capacità di svolgere questi compiti. La visita medica dovrebbe includere una valutazione psicologica che rifletta i particolari requisiti del lavoro.

I servizi medici di emergenza sulle piattaforme di perforazione offshore e sulle piattaforme di produzione dovrebbero includere disposizioni per un piccolo dispensario o clinica, con personale medico qualificato a bordo in ogni momento. Il tipo di servizio medico fornito sarà determinato dalla disponibilità, dalla distanza e dalla qualità dei servizi disponibili a terra. L'evacuazione può avvenire tramite nave o elicottero, oppure un medico può recarsi sulla piattaforma o fornire consulenza medica via radio al medico di bordo, quando necessario. Una nave medica può essere stazionata dove un certo numero di grandi piattaforme opera in una piccola area, come il Mare del Nord, per essere più prontamente disponibile e fornire rapidamente assistenza a un lavoratore malato o infortunato.

Anche le persone che non lavorano effettivamente su piattaforme o piattaforme di perforazione dovrebbero essere sottoposte a esami medici preliminari e periodici, in particolare se sono impiegate per lavorare in climi anormali o in condizioni difficili. Questi esami dovrebbero prendere in considerazione le particolari esigenze fisiche e psicologiche del lavoro.

Protezione personale

Dovrebbe essere attuato un programma di monitoraggio e campionamento dell'igiene del lavoro, unitamente a un programma di sorveglianza medica, per valutare sistematicamente l'entità e l'effetto delle esposizioni pericolose per i lavoratori. Il monitoraggio dei vapori infiammabili e delle esposizioni tossiche, come l'idrogeno solforato, dovrebbe essere implementato durante le operazioni di esplorazione, perforazione e produzione. Praticamente nessuna esposizione a H₂S dovrebbe essere consentito, soprattutto su piattaforme offshore. Un metodo efficace per controllare l'esposizione consiste nell'utilizzare fango di perforazione opportunamente ponderato per mantenere H₂S dall'entrare nel pozzo e aggiungendo sostanze chimiche al fango per neutralizzare eventuali H₂S. Tutti i lavoratori dovrebbero essere addestrati a riconoscere la presenza di H₂S e adottare misure preventive immediate per ridurre la possibilità di esposizione a sostanze tossiche ed esplosioni.

Le persone impegnate in attività di esplorazione e produzione dovrebbero avere a disposizione e utilizzare adeguati dispositivi di protezione individuale, tra cui:

• Protezione della testa (elmetti e fodere resistenti alle intemperie)
• Guanti (guanti da lavoro resistenti all'olio, antiscivolo, ignifughi o termici dove necessario)
• Protezione del braccio (maniche lunghe o guanti antiolio)
• Protezione del piede e della gamba (stivali di sicurezza impermeabili all'olio e protetti dalle intemperie con punte in acciaio e suole antiscivolo)
• Protezione degli occhi e del viso (occhiali di sicurezza, occhiali protettivi e visiera per la manipolazione degli acidi)
• Protezione della pelle dal caldo e dal freddo (protezione solare e mascherine antifreddo)
• Abbigliamento climatizzato e resistente alle intemperie (parka, abbigliamento antipioggia)
• Ove richiesto, equipaggiamento antincendio, indumenti ignifughi e grembiuli o tute resistenti agli acidi.

Le sale di controllo, gli alloggi e altri spazi su grandi piattaforme offshore sono generalmente pressurizzati per impedire l'ingresso di atmosfere dannose, come il gas di idrogeno solforato, che può essere rilasciato in caso di penetrazione o in caso di emergenza. Potrebbe essere necessaria una protezione respiratoria in caso di caduta di pressione e quando esiste la possibilità di esposizione a gas tossici (acido solfidrico), asfissianti (azoto, anidride carbonica), acidi (acido fluoridrico) o altri contaminanti atmosferici quando si lavora al di fuori delle aree pressurizzate .

Quando si lavora vicino a geopressione/pozzi geotermici, è necessario prendere in considerazione guanti isolanti e tute protettive complete contro il calore e il vapore con aria respirabile fornita, poiché il contatto con vapore e vapori caldi può causare ustioni alla pelle e ai polmoni.

Le imbracature di sicurezza e le linee di vita dovrebbero essere utilizzate su passerelle e passerelle, in particolare su piattaforme offshore e in condizioni meteorologiche avverse. Quando si arrampicano su rig e derrick, è necessario utilizzare imbracature e linee di vita con un contrappeso collegato. I cestini del personale, che trasportano quattro o cinque lavoratori che indossano dispositivi di galleggiamento personali, vengono spesso utilizzati per trasferire gli equipaggi tra barche e piattaforme offshore o piattaforme di perforazione. Un altro mezzo di trasferimento è tramite "corde oscillanti". Le corde utilizzate per oscillare dalle barche alle piattaforme sono appese direttamente sopra il bordo degli sbarchi delle barche, mentre quelle dalle piattaforme alle barche dovrebbero pendere a 3 o 4 piedi dal bordo esterno.

Fornire impianti di lavaggio sia per i lavoratori che per gli indumenti e seguire pratiche igieniche adeguate sono misure fondamentali per controllare la dermatite e altre malattie della pelle. Ove necessario, dovrebbero essere prese in considerazione stazioni di lavaggio oculare di emergenza e docce di sicurezza.

Misure di protezione della sicurezza

I sistemi di arresto di sicurezza delle piattaforme petrolifere e del gas utilizzano vari dispositivi e monitor per rilevare perdite, incendi, rotture e altre condizioni pericolose, attivare allarmi e interrompere le operazioni in una sequenza logica pianificata. Ove necessario a causa della natura del gas o del grezzo, è necessario utilizzare metodi di prova non distruttivi, come ultrasuoni, radiografia, particelle magnetiche, liquidi penetranti o ispezioni visive, per determinare l'entità della corrosione di tubazioni, tubi del riscaldatore, dispositivi di trattamento e navi utilizzate nella produzione e lavorazione di petrolio greggio, condensati e gas.

Le valvole di intercettazione di sicurezza superficiali e sotterranee proteggono le installazioni a terra, i pozzi singoli in acque poco profonde e le piattaforme di perforazione e produzione in acque profonde multipozzo offshore e vengono attivate automaticamente (o manualmente) in caso di incendio, variazioni di pressione critiche, guasto catastrofico alla testa del pozzo o altra emergenza. Sono anche usati per proteggere piccoli pozzi di iniezione e pozzi di sollevamento del gas.

L'ispezione e la cura di gru, argani, tamburi, funi metalliche e accessori associati è un'importante considerazione per la sicurezza nella perforazione. La caduta di una stringa di conduttura all'interno di un pozzo è un incidente grave, che può comportare la perdita del pozzo. Lesioni, e talvolta decessi, possono verificarsi quando il personale viene colpito da una fune metallica che si rompe sotto tensione. Il funzionamento sicuro della piattaforma di perforazione dipende anche da un'opera di traino scorrevole e ben mantenuta, con catheads e sistemi di frenatura adeguatamente regolati. Quando si lavora a terra, tenere le gru a distanza di sicurezza dalle linee elettriche.

La manipolazione degli esplosivi durante le operazioni di esplorazione e perforazione dovrebbe essere sotto il controllo di una persona specificamente qualificata. Alcune precauzioni di sicurezza da prendere in considerazione durante l'utilizzo di una pistola perforante includono:

• Non colpire o far cadere mai una pistola carica, né far cadere tubazioni o altri materiali su una pistola carica.
• Liberare la linea di fuoco ed evacuare il personale non necessario dal pavimento della piattaforma di perforazione e dal pavimento sottostante mentre la pistola perforante viene abbassata e recuperata dal foro del pozzo.
• Controllare il lavoro sopra o intorno alla testa del pozzo mentre la pistola è nel pozzo.
• Limitare l'uso delle radio e proibire la saldatura ad arco mentre la pistola è attaccata al cavo per impedire la scarica di un impulso elettrico involontario.

La pianificazione della preparazione alle emergenze e le esercitazioni sono importanti per la sicurezza dei lavoratori sugli impianti di perforazione e produzione di petrolio e gas e sulle piattaforme offshore. Ogni diverso tipo di potenziale emergenza (ad es. incendio o esplosione, rilascio di gas infiammabili o tossici, condizioni meteorologiche insolite, lavoratore fuori bordo e necessità di abbandonare una piattaforma) dovrebbe essere valutato e sviluppati piani di risposta specifici. I lavoratori devono essere formati sulle azioni corrette da intraprendere in caso di emergenza e avere familiarità con le attrezzature da utilizzare.

La sicurezza e la sopravvivenza dell'elicottero in caso di caduta in acqua sono considerazioni importanti per le operazioni delle piattaforme offshore e la preparazione alle emergenze. Piloti e passeggeri devono indossare le cinture di sicurezza e, ove richiesto, l'equipaggiamento di sopravvivenza durante il volo. I giubbotti di salvataggio devono essere sempre indossati, sia durante il volo che durante il trasferimento dall'elicottero alla piattaforma o alla nave. Quando si entra, si esce o si lavora intorno a un elicottero, è necessaria un'attenta attenzione per mantenere corpi e materiali sotto il percorso della pala del rotore.

La formazione dei lavoratori onshore e offshore è essenziale per un'operazione sicura. I lavoratori dovrebbero essere tenuti a partecipare regolarmente a riunioni programmate sulla sicurezza, sia su argomenti obbligatori che su altri argomenti. Le normative statutarie sono state emanate dalle agenzie governative, tra cui la US Occupational Safety and Health Administration, la US Coast Guard per le operazioni offshore e gli equivalenti nel Regno Unito, in Norvegia e altrove, che regolano la sicurezza e la salute dei lavoratori di esplorazione e produzione, sia onshore che offshore. Il codice di condotta dell'Organizzazione internazionale del lavoro Sicurezza e salute nella costruzione di installazioni offshore fisse nell'industria petrolifera (1982) fornisce una guida in questo settore. L'American Petroleum Institute ha una serie di standard e pratiche raccomandate riguardanti la sicurezza e la salute relative alle attività di esplorazione e produzione.

Misure di protezione e prevenzione incendi

La prevenzione e la protezione antincendio, in particolare sulle piattaforme di perforazione offshore e sulle piattaforme di produzione, è un elemento importante per la sicurezza dei lavoratori e il proseguimento delle operazioni. I lavoratori dovrebbero essere addestrati e istruiti a riconoscere il triangolo del fuoco, come discusso nel Antincendio capitolo, in quanto si applica a liquidi, gas e vapori di idrocarburi infiammabili e combustibili e ai potenziali pericoli di incendi ed esplosioni. La consapevolezza della prevenzione degli incendi è essenziale e include la conoscenza delle fonti di innesco come saldatura, fiamme libere, alte temperature, energia elettrica, scintille statiche, esplosivi, ossidanti e materiali incompatibili.

Entrambi i sistemi di protezione antincendio passiva e attiva sono utilizzati onshore e offshore.

• I sistemi passivi includono protezione antincendio, disposizione e spaziatura, progettazione delle apparecchiature, classificazione elettrica e drenaggio.
• Sono installati rivelatori e sensori che attivano allarmi, e possono anche attivare sistemi di protezione automatica, al rilevamento di calore, fiamma, fumo, gas o vapori.
• La protezione antincendio attiva comprende sistemi idrici antincendio, alimentazione idrica antincendio, pompe, idranti, manichette e sistemi sprinkler fissi; impianti automatici chimici a secco ed estintori manuali; sistemi ad halon e anidride carbonica per aree confinate o chiuse come sale di controllo, sale computer e laboratori; e sistemi di acqua schiuma.

I dipendenti che devono combattere gli incendi, dai piccoli incendi nelle fasi incipienti ai grandi incendi in spazi chiusi, come sulle piattaforme offshore, devono essere adeguatamente addestrati ed equipaggiati. I lavoratori assegnati come leader dei vigili del fuoco e comandanti dell'incidente hanno bisogno di capacità di leadership e di ulteriore formazione specializzata in tecniche antincendio e di controllo antincendio avanzate.

Protezione Ambientale

Le principali fonti di inquinamento dell'aria, dell'acqua e del suolo nella produzione di petrolio e gas naturale derivano da fuoriuscite di petrolio o perdite di gas sulla terraferma o in mare, idrogeno solforato presente nel petrolio e nel gas che fuoriesce nell'atmosfera, sostanze chimiche pericolose presenti nei fanghi di perforazione che contaminano l'acqua o il terreno e prodotti di combustione di incendi di pozzi petroliferi. I potenziali effetti sulla salute pubblica dell'inalazione di particolato di fumo da incendi di giacimenti petroliferi su larga scala sono stati motivo di grande preoccupazione sin dagli incendi dei pozzi petroliferi verificatisi in Kuwait durante la Guerra del Golfo Persico nel 1991.

I controlli dell'inquinamento in genere includono:

• Separatori API e altri impianti di trattamento delle acque e dei rifiuti
• Controllo degli sversamenti, comprese le barriere per gli sversamenti sull'acqua
• Contenimento delle fuoriuscite, argini e drenaggio per controllare le fuoriuscite di petrolio e deviare l'acqua oleosa verso gli impianti di trattamento.

La modellazione della dispersione del gas viene condotta per accertare la probabile area che potrebbe essere interessata da una nube di gas o vapori tossici o infiammabili in fuga. Vengono condotti studi sulla falda freatica per proiettare l'entità massima dell'inquinamento idrico in caso di contaminazione da petrolio.

I lavoratori dovrebbero essere formati e qualificati per fornire una risposta di primo soccorso per mediare fuoriuscite e perdite. Gli appaltatori specializzati nella bonifica dell'inquinamento sono generalmente impegnati a gestire le risposte alle fuoriuscite di grandi dimensioni e i progetti di bonifica.

Di ritorno

Nel 1993, la produzione mondiale di elettricità era di 12.3 trilioni di chilowattora (Nazioni Unite 1995). (Un chilowattora è la quantità di elettricità necessaria per accendere dieci lampadine da 100 watt per 1 ora.) Si può giudicare l'entità di questo sforzo considerando i dati degli Stati Uniti, che da soli hanno prodotto il 25% dell'energia totale. L'industria dei servizi elettrici degli Stati Uniti, un mix di entità pubbliche e private, ha generato 3.1 trilioni di chilowattora nel 1993, utilizzando più di 10,000 unità di generazione (US Department of Energy 1995). La parte di questo settore che è di proprietà di investitori privati ​​impiega 430,000 persone nelle operazioni elettriche e nella manutenzione, con entrate per 200 miliardi di dollari all'anno.

L'energia elettrica viene generata in impianti che utilizzano combustibili fossili (petrolio, gas naturale o carbone) oppure utilizzano energia nucleare o idroelettrica. Nel 1990, ad esempio, il 75% dell'energia elettrica francese proveniva da centrali nucleari. Nel 1993, il 62% dell'elettricità generata in tutto il mondo proveniva da combustibili fossili, il 19% dall'energia idroelettrica e il 18% dall'energia nucleare. Altre fonti di energia riutilizzabili come l'eolico, il solare, il geotermico o la biomassa rappresentano solo una piccola parte della produzione elettrica mondiale. Dalle centrali elettriche, l'elettricità viene quindi trasmessa attraverso reti o reti interconnesse ai sistemi di distribuzione locali e fino al consumatore.

La forza lavoro che rende possibile tutto questo tende ad essere prevalentemente maschile ea possedere un alto grado di competenza tecnica e conoscenza del “sistema”. I compiti che questi lavoratori svolgono sono piuttosto diversi, avendo elementi in comune con le industrie delle costruzioni, della produzione, della movimentazione dei materiali, dei trasporti e delle comunicazioni. I prossimi articoli descrivono in dettaglio alcune di queste operazioni. Gli articoli sugli standard di manutenzione elettrica e le preoccupazioni ambientali evidenziano anche le principali iniziative normative del governo degli Stati Uniti che interessano il settore dei servizi elettrici.

Di ritorno

Gli esseri umani hanno imparato a sfruttare l'energia dell'acqua corrente molti millenni fa. Per più di un secolo, l'elettricità è stata generata utilizzando la forza dell'acqua. La maggior parte delle persone associa l'uso dell'energia idrica allo sbarramento dei fiumi, ma l'energia idroelettrica può anche essere generata sfruttando le maree.

Le operazioni di generazione idroelettrica coprono un vasto territorio e molti climi, che vanno dal permafrost artico alla foresta pluviale equatoriale. La posizione geografica dell'impianto di generazione influirà sulle condizioni pericolose che possono essere presenti, poiché i rischi professionali come insetti e animali aggressivi, o anche piante velenose, variano da luogo a luogo.

Una stazione di idrogenerazione è generalmente costituita da a diga che intrappola una grande quantità di acqua, a sfioratore che rilascia l'acqua in eccesso in modo controllato e a centrale elettrica. Dykes Della centrale idroelettrica possono far parte anche altre strutture di contenimento e controllo delle acque, pur non essendo direttamente coinvolte nella produzione di energia elettrica. La centrale elettrica contiene canali di conduzione che guidano l'acqua attraverso turbine che convertono il flusso lineare dell'acqua in un flusso rotante. L'acqua cadrà attraverso le pale della turbina oppure scorrerà orizzontalmente attraverso di esse. La turbina e il generatore sono collegati tra loro. Pertanto, la rotazione della turbina provoca la rotazione del rotore del generatore.

Il potenziale di energia elettrica dal flusso d'acqua è il prodotto della massa dell'acqua, l'altezza attraverso la quale cade e l'accelerazione gravitazionale. La massa è una funzione della quantità di acqua disponibile e della sua portata. Il progetto della centrale determinerà l'altezza dell'acqua. La maggior parte dei progetti attinge l'acqua dalla parte superiore della diga e poi la scarica sul fondo in un alveo esistente a valle. Ciò ottimizza l'altezza mantenendo un flusso ragionevole e controllabile.

Nella maggior parte delle moderne centrali idroelettriche, i turbogeneratori sono orientati verticalmente. Queste sono le strutture familiari che sporgono sopra il piano principale in queste stazioni. Tuttavia, la quasi totalità della struttura si trova al di sotto di quanto visibile a livello del piano nobile. Ciò include il pozzo del generatore e, al di sotto, il pozzo della turbina e il tubo di aspirazione e scarico. Occasionalmente si accede a queste strutture e ai canali di guida dell'acqua.

Nelle stazioni di vecchia annata, il turbogeneratore è orientato orizzontalmente. L'albero della turbina sporge da un muro nella centrale elettrica, dove si collega al generatore. Il generatore assomiglia a un motore elettrico molto grande, vecchio stile, a cassa aperta. A testimonianza del design e della qualità costruttiva di queste apparecchiature, sono ancora in funzione alcuni impianti di inizio secolo. Alcune stazioni odierne incorporano versioni aggiornate dei progetti delle stazioni più vecchie. In tali stazioni, il canale dell'acqua circonda completamente il turbogeneratore e l'ingresso avviene attraverso un involucro tubolare che attraversa il canale dell'acqua.

Un campo magnetico viene mantenuto negli avvolgimenti del rotore nel generatore. L'energia per questo campo è fornita da banchi di batterie al piombo-acido o al nichel cadmio riempite con sostanza caustica. Il moto del rotore e il campo magnetico presente nei suoi avvolgimenti inducono un campo elettromagnetico negli avvolgimenti dello statore. Il campo elettromagnetico indotto fornisce l'energia elettrica che viene fornita alla rete elettrica. La tensione elettrica è la pressione elettrica che deriva dall'acqua che scorre. Per mantenere la pressione elettrica, cioè la tensione, a un livello costante, è necessario modificare il flusso d'acqua attraverso la turbina. Ciò avverrà al variare della domanda o delle condizioni.

Il flusso di elettricità può portare ad arco elettrico, come ad esempio nel gruppo eccitatore nel rotore. Gli archi elettrici possono generare ozono che, anche a bassi livelli, può influire negativamente sulla gomma delle manichette antincendio e di altri materiali.

I generatori di energia idroelettrica producono correnti e tensioni molto elevate. I conduttori dei generatori si collegano a un trasformatore di unità e da questo a un trasformatore di potenza. Il trasformatore di potenza aumenta la tensione e riduce la corrente per la trasmissione su lunghe distanze. La bassa corrente riduce al minimo la perdita di energia dovuta al riscaldamento durante la trasmissione. Alcuni sistemi utilizzano gas esafluoruro di zolfo al posto degli oli convenzionali come isolante. Gli archi elettrici possono produrre prodotti di decomposizione che possono essere significativamente più pericolosi dell'esafluoruro di zolfo.

I circuiti elettrici includono interruttori che possono interrompere rapidamente e in modo imprevedibile il generatore dalla rete elettrica. Alcune unità utilizzano un getto d'aria compressa per interrompere la connessione. Quando una tale unità entra in funzione, produrrà un livello estremamente elevato di rumore impulsivo.

Amministrazione e operazioni di stazione

La maggior parte delle persone ha familiarità con gli aspetti dell'amministrazione e delle operazioni di stazione della generazione idroelettrica, che generalmente creano il profilo pubblico dell'organizzazione. L'amministrazione della centrale cerca di garantire che l'impianto fornisca un servizio affidabile. L'amministrazione comprende il personale d'ufficio coinvolto in funzioni commerciali e tecniche e la direzione. Il personale addetto alle operazioni di stazione comprende direttori e supervisori di impianto e operatori di processo.

L'idrogenerazione è un'operazione di processo ma, a differenza di altre operazioni di processo, come quelle dell'industria chimica, molte stazioni di idrogenerazione non hanno personale operativo. L'apparecchiatura di generazione è azionata tramite telecomando, a volte da lunghe distanze. La quasi totalità dell'attività lavorativa si svolge durante la manutenzione, la riparazione, la modifica e l'aggiornamento di impianti e attrezzature. Questa modalità di funzionamento richiede sistemi efficaci in grado di trasferire il controllo dalla produzione di energia alla manutenzione per evitare avviamenti imprevisti.

Pericoli e struttura gestionale

I servizi elettrici sono tradizionalmente gestiti come organizzazioni "dal basso verso l'alto". Cioè, la struttura organizzativa ha tradizionalmente fornito un percorso di mobilità ascendente che inizia con posizioni entry-level e conduce al senior management. Relativamente pochi individui entrano nell'organizzazione lateralmente. Ciò significa che la supervisione e la gestione in un'azienda elettrica avranno probabilmente sperimentato le stesse condizioni di lavoro delle persone che attualmente occupano posizioni di livello base. Tale struttura organizzativa può avere implicazioni rispetto alla potenziale esposizione dei lavoratori ad agenti pericolosi, in particolare quelli che hanno effetti cumulativi cronici. Ad esempio, considera il rumore. I dipendenti che attualmente ricoprono posizioni dirigenziali potrebbero aver subito una grave perdita dell'udito quando erano impiegati in lavori che avevano esposizioni professionali al rumore. La loro perdita dell'udito potrebbe non essere rilevata nei programmi di test audiometrici aziendali, poiché tali programmi generalmente includono solo quei dipendenti che sono attualmente esposti a livelli elevati di rumore sul lavoro.

Manutenzione delle apparecchiature di generazione

La manutenzione degli impianti di generazione si suddivide in due principali tipologie di attività: la manutenzione elettrica e la manutenzione meccanica. Sebbene entrambi i tipi di lavoro possano svolgersi simultaneamente e fianco a fianco, le competenze e il lavoro necessari per eseguirli sono completamente diversi.

La manutenzione potrebbe richiedere l'arresto e lo smantellamento di un'unità. Il flusso d'acqua all'ingresso è controllato da portelloni. Le testate sono strutture in acciaio che vengono abbassate nel canale di aspirazione per bloccare il flusso dell'acqua. Il blocco del flusso consente all'acqua di defluire dai canali interni. Il livello dell'acqua di riposo nell'uscita dalla turbina (tubo di pescaggio) è al di sotto del livello della cassa della chiocciola e delle pale della girante della turbina. Questo permette l'accesso a queste strutture. La chiocciola è una struttura affusolata a forma di spirale che dirige il flusso d'acqua attorno al rotore della turbina in modo uniforme. L'acqua passa dalla cassa del rotolo attraverso le alette guida che dirigono il flusso e le alette mobili (portelli) che controllano il volume.

Quando necessario, il generatore e la turbina possono essere rimossi dalle loro normali posizioni e posizionati sul piano principale della centrale elettrica. La rimozione può essere necessaria per riverniciare o sgrassare e riparare e sostituire avvolgimenti, cuscinetti, freni o sistemi idraulici.

A volte le lame del pattino, così come i cancelletti, le alette di guida e le strutture di conduzione dell'acqua nella cassa della chiocciola e nel tubo di pescaggio, subiscono danni da cavitazione. La cavitazione si verifica quando la pressione nell'acqua scende al di sotto della sua tensione di vapore. Quando ciò accade, si formano bolle di gas e la turbolenza causata da queste bolle erode i materiali toccati dall'acqua. Potrebbe essere necessario riparare i materiali danneggiati mediante saldatura o riparare e ricoprire le superfici in acciaio e calcestruzzo.

Le strutture in acciaio possono anche richiedere riparazioni e ricoperture se sono state corrose.

Pericoli

Ci sono una varietà di pericoli associati alla generazione di energia idroelettrica. Alcuni di questi pericoli sono condivisi da tutti i dipendenti che lavorano nel settore, mentre altri sono limitati a coloro che sono coinvolti in attività di manutenzione elettrica o meccanica. La maggior parte dei pericoli che possono insorgere sono riassunti nella tabella 1 e nella tabella 2, che riassumono anche le precauzioni.

Tabella 1. Controllo delle esposizioni a rischi chimici e biologici selezionati nella produzione di energia idroelettrica

Tabella 2. Controllo delle esposizioni a rischi chimici e biologici selezionati nella produzione di energia idroelettrica

Effetti ambientali

La produzione di energia idroelettrica è stata promossa come rispettosa dell'ambiente. Naturalmente, fornisce enormi benefici alla società attraverso la fornitura di energia e la stabilizzazione del flusso d'acqua. Ma tale generazione di energia non è priva di un costo ambientale, che negli ultimi anni ha ricevuto sempre più riconoscimenti e attenzioni pubbliche. Ad esempio, è ormai noto che l'allagamento di vaste aree della terra e della roccia da parte di acqua acida porta alla lisciviazione di metalli da questi materiali. Il bioaccumulo di mercurio è stato riscontrato nei pesci che sono stati catturati nell'acqua di tali aree allagate.

L'allagamento modifica anche i modelli di turbolenza nell'acqua e il livello di ossigenazione. Entrambi possono avere gravi effetti ecologici. Ad esempio, i corsi di salmone sono scomparsi sui fiumi arginati. Questa scomparsa è avvenuta, in parte, perché il pesce non è in grado di individuare o attraversare un percorso verso il livello dell'acqua più alto. Inoltre, l'acqua è arrivata ad assomigliare a un lago più che a un fiume, e l'acqua calma di un lago non è compatibile con i salmoni.

Le inondazioni distruggono anche l'habitat dei pesci e possono distruggere le aree di riproduzione degli insetti, da cui i pesci e altri organismi dipendono per il nutrimento. In alcuni casi, le inondazioni hanno distrutto terreni agricoli e forestali produttivi. Le inondazioni di vaste aree hanno anche sollevato preoccupazioni per il cambiamento climatico e altri cambiamenti nell'equilibrio ecologico. Il trattenimento di acqua dolce che era stata destinata a confluire in uno specchio d'acqua salata ha destato preoccupazione anche per le variazioni di salinità.

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