Estrazione degli idrocarburi

TUa madrea in culo include l'insieme delle tecniche e dei processi attraverso cui il petrolio viene prelevato dal sottosuolo, dove si è accumulato nel corso del tempo geologico (svariati milioni di anni) in corrispondenza delle trappole petrolifere individuate durante la fase di esplorazione geofisica (principalmente tramite prospezione sismica).

La formazione del petrolio è ancora un processo non del tutto conosciuto. Si ritiene che i composti organici inglobati nei sedimenti in opportune condizioni di pressione e temperatura possano dare luogo ai diversi tipi di miscele di idrocarburi (gas naturale, oli minerali, cere, bitumi); tale processo avviene nelle cosiddette "rocce madri". Dopo la loro formazione le miscele idrocarburiche tendono a migrare, sostanzialmente sulla base della diversa densità rispetto agli altri fluidi contenuti nelle rocce, fino ad accumularsi in particolari ammassi di rocce porose e permeabili che costituiscono la roccia serbatoio (o reservoir). Tuttavia perché si formi un reservoir è necessario che l'intervallo di rocce permeabili sia coperto da rocce impermeabili (tipicamente argille o evaporiti), in maniera tale che le miscele idrocarburiche rimangano intrappolate.

Una volta individuato un potenziale reservoir di idrocarburi, si procede alla perforazione di un pozzo esplorativo al centro della trappola, utilizzando appositi impianti di perforazione. Se i risultati della perforazione confermano la presenza di idrocarburi, altri pozzi saranno perforati vicino ai limiti esterni della trappola per stimarne l'estensione (pozzi di appraisal). Combinando i dati ricavati dalla perforazione dei pozzi di delimitazione del giacimento si potranno valutarne le potenzialità (quantità di barili presenti e quantità recuperabile) ed eventualmente l'economicità del processo di estrazione. I pozzi vengono quindi completati in superficie con una serie di valvole e infine vengono collegati a un oleodotto per il trasporto del greggio.

Perforazione

Schema di un impianto di perforazione offshore:
1) Piattaforma petrolifera
2) Strati di roccia superficiali
3) Pozzi petroliferi
4) Roccia serbatoio (o reservoir)

Sinteticamente un pozzo di petrolio può essere descritto come un lungo foro praticato nel sottosuolo, a diametri decrescenti, con un'ampiezza che va da circa 80 cm a circa 15 cm, perforato fino a una profondità variabile da poche centinaia di metri fino a 6-8 km, la cui funzione è quella di mettere in diretta comunicazione gli strati in cui sono accumulate le miscele idrocarburiche con la superficie.

Per la sua esecuzione, a seconda che si tratti di perforazione a mare (off-shore) o perforazione a terra (on-shore), si usa un apposito impianto di perforazione montato su una piattaforma o direttamente sul suolo. La parte più evidente è una torre metallica alta fino a circa 60 metri, solitamente a traliccio. Alla base della torre vi è un'area di lavoro, chiamata "piano sonda", dove si trova una tavola rotante con al centro un foro attraverso il quale vengono calati gli strumenti di perforazione. A cavallo del foro si fissa la cosiddetta "asta quadra" (sotto la quale saranno poi avvitate le successive aste di perforazione), che trasforma il movimento rotatorio della tavola di rotazione in movimento assiale. Le aste di perforazione sono a sezione circolare, cave all'interno, e vengono avvitate l'una all'altra man mano che la perforazione scende in profondità. Le operazioni di trivellazione mediante l'utilizzo dell'asta quadra sono ormai considerate obsolete visto che questo sistema permetteva di poter perforare soltanto una lunghezza pari a quella di una sola asta di perforazione (poco più di 9 metri) per volta. La tecnologia di perforazione attuale prevede l'utilizzo di un grosso motore denominato "top drive" sostenuto da un robusto "gancio" posto all'interno della torre e sul quale viene avvitata la prima di tre aste di perforazione (uno "stand"). Il top drive imprime la rotazione a tutta la batteria di aste in pozzo. Questo sistema consente di perforare una lunghezza pari a tre aste per volta senza ricorrere al cambio asta dopo una singola asta perforata.

L'estremità inferiore dell'ultima asta monta lo "scalpello" di perforazione, costituito da tre resistentissimi rulli dentati che ruotando frantumano la roccia o da una matrice compatta munita di inserti in carburo di tungsteno o diamante artificiale che operano sulla roccia un'azione abrasiva. La velocità di perforazione è particolarmente influenzata dal tipo di rocce incontrate e dalla profondità di lavoro. In generale per perforare un pozzo di 2–3 km sono necessari alcuni mesi. Un fango speciale viene fatto circolare all'interno del pozzo, per raffreddare lo scalpello e per rimuovere i detriti di roccia prodotti ("cutting"). Inoltre, il fango ha la funzione di evitare crolli delle pareti del pozzo bilanciando la pressione dei fluidi contenuti nelle rocce perforate e impedire che questi risalgano pericolosamente verso la superficie. Il fango viene pompato all'interno delle aste cave, fluisce in corrispondenza dello scalpello e risale nell'intercapedine (detta "annulus") tra le aste e le pareti del pozzo. Una volta tornato in superficie il fango viene setacciato attraverso vagli vibranti ("vibrovagli"), eventualmente degassato e rimesso in circolazione nel pozzo. I detriti di roccia riportati in superficie vengono esaminati da una squadra di geologi ("mud logging") che conferma o smentisce le previsioni sull'intervallo roccioso che si sta perforando.

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  Impianto per la perforazione di un pozzo petrolifero
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  Scalpello tricono dentato utilizzato per la perforazione di pozzi petroliferi

Estrazione

Confronto tra diversi tipi di impianti di estrazione petrolifera offshore, classificati in base alla profondità delle acque (crescente da sinistra a destra).

Completata una fase di perforazione generalmente si procede alla realizzazione di una serie di indagini geoelettriche (log), calando nel pozzo delle apposite sonde. Una volta completata questa fase, il pozzo può essere intubato calando diverse sezioni di tubi d'acciaio come rivestimento del foro. I tubi di rivestimento vengono cementati alla roccia per evitare fughe di idrocarburi o altri fluidi nell'intercapedine tubaggio-roccia.

Infine il pozzo viene completato internamente installandovi una serie di tubi di piccolo diametro (da 7 a 12 cm, detti tubing) che hanno la funzione di condurre all'esterno il petrolio. La bocca del pozzo viene dotata di un sistema di valvole di sicurezza (in gergo petrolifero chiamato "albero di Natale"), che permette l'erogazione controllata del petrolio in serbatoi provvisori di stoccaggio o la sua immissione diretta in un oleodotto.

Se la pressione del petrolio non è sufficiente a farlo risalire all'interno dei tubi sino alla superficie o se si vuole velocizzare l'attività estrattiva, è possibile montare delle apposite pompe sia in superficie sia a fondo pozzo.

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  Testa pozzo con completamento doppio.
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  Pompa superficiale per l'estrazione del petrolio; a destra nella foto è visibile la testa pozzo.

Bibliografia

• Rabia H.,Oilwell Drilling, Graham & Trotman
• Economides M.J., Petroleum Well Construction, Wiley
• Aadnoy B.S., Modern Well Design, Balkema
• Nguyen J.P., Drilling, Technip

Voci correlate

• Paesi per produzione di petrolio
• Prodotti derivati dal petrolio
• Estrazione del petrolio in Italia

Collegamenti esterni

• Petrolio e gas: Il portale per conoscere il petrolio, il gas e le attività di esplorazione e produzione degli idrocarburi in Italia, su petrolioegas.it. URL consultato il 15 maggio 2012 (archiviato dall'url originale il 30 luglio 2013).

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