Dầu mỏ được khai thác như thế nào?

Dầu mỏ được khai thác như thế nào? được VnDoc sưu tầm và tổng hợp lí thuyết trong chương trình giảng dạy môn Hóa học lớp 9. Hi vọng rằng đây sẽ là những tài liệu hữu ích trong công tác giảng dạy và học tập của quý thầy cô và các bạn học sinh.

Lưu ý: Nếu bạn muốn Tải bài viết này về máy tính hoặc điện thoại, vui lòng kéo xuống cuối bài viết.

Câu hỏi: Dầu mỏ được khai thác như thế nào?

Trả lời:

Muốn khai thác dầu, người ta khoan những lỗ khoan gọi là giếng dầu. Khi khoan trúng lớp dầu lỏng, thông thường dầu sẽ tự phun lên do áp suất cao của vỉa. Khi lượng dầu giảm thì áp suất cũng giảm đi, người ta phải dùng bơm hút dầu lên hoặc bơm nước hay khí xuống để duy trì áp suất cần thiết.

Một số nước có phần lớn các giếng dầu nằm trên đất liền và tương đối nông như Mỹ, Nga, khu vực Trung Đông. Tuy nhiên tại nhiều khu vực khác các giếng dầu được khoan và khai thác ngoài biển kéo theo chi phí khá cao.

1. Quá trình hình thành dầu mỏ

Dầu mỏ là một loại nhiên liệu hóa thạch có thể tìm thấy ở nhiều quốc gia trên thế giới. Nó được hình thành từ xác của động và thực vật nhỏ (plankton) đã chết dưới các đáy biển cổ đại cách đây 10 đến 600 triệu năm. Khi các sinh vật chết đi, xác của chúng chìm dưới bùn cát đáy biển, và bị phân hủy trong các tầng trầm tích này qua hàng nghìn năm. Trong điều kiện hầu như vắng bóng ôxy (hay còn gọi là môi trường yếm khí), các sinh vật không phân huỷ thành CO₂ như ở trên mặt đất, mà chúng bị phân rã thành những hợp chất giàu carbon, hình thành nên các lớp vật chất hữu cơ.

Khi trộn lẫn với trầm tích biển, những vật liệu hữu cơ này hình thành nên lớp đá phiến sét hạt mịn, hay còn gọi đá gốc. Trong quá trình đó, các lớp trầm tích mới cũng không ngừng lắng đọng bên trên, tạo nên một sức ép lớn, làm nóng đá gốc. Sau cùng, nhiệt độ và áp suất cao đã hoá lỏng các vật liệu hữu cơ trở thành dầu thô và khí tự nhiên.

Dầu chảy khỏi lớp đá gốc và tích lũy trong một lớp đá vôi hoặc đá cát dày hơn và có nhiều lỗ rỗng hơn, được gọi là lớp đá chứa. Hoạt động chuyển dịch của các mảng thạch quyển trong lòng trái đất (như uốn nếp, đứt gãy hay vặn xoắn) đã "khoá" dầu và khí thiên nhiên lại trong các lớp đá chứa, kẹp chúng giữa những lớp đá không thấm nước xung quanh như granite hay cẩm thạch, tạo thành các mỏ dầu.

2. Thăm dò dầu mỏ

Hiện nay, nhiều công nghệ tinh vi và hiện đại đã được ứng dụng để phát hiện và thẩm định quy mô của các vỉa dầu khí. Khu vực được cho là có chứa dầu khí sẽ được thực hiện các khảo sát trọng lực, khảo sát từ tính, khảo sát địa chấn để phát hiện các đặc tính của một vỉa chứa. Các khu vực có tiềm năng sẽ được khảo sát địa chấn chi tiết hơn, là những hoạt động trên nguyên tắc sóng âm thanh đi qua những vật chất (đá) có mật độ khác nhau sẽ có thời gian phản xạ lại khác nhau. Sau đó những phép tính chuyển đổi sang độ sâu giúp xây dựng nên hình ảnh của cấu trúc dưới lòng đất. Tiếp theo, khi một khu vực tiềm năng thoả mãn các tiêu chí lựa chọn của một công ty dầu khí, giếng thăm dò sẽ được khoan nhằm xác định sự hiện diện của dầu hoặc khí.

Khai thác dầu khí là một hoạt động tốn kém và có rủi ro cao. Nhất là các hoạt động thăm dò ở khu vực xa bờ hoặc vùng hẻo lánh thường chỉ được thực hiện bởi các tập đoàn lớn hoặc công ty chính phủ. Một giếng dầu nông thông thường ở biển Bắc có thể tiêu tốn 10 đến 30 triệu USD, trong khi một giếng ở vùng nước sâu có thể tốn lên đến hơn 100 triệu USD.

3. Khoan dầu

Khi những nhà địa chất học đã xác định rõ giá trị của một mỏ dầu, giờ đã đến lúc khoan những giếng dầu sản xuất và thu hoạch. Trung bình một giếng dầu sẽ có tuổi thọ trung bình từ 10 cho đến 20 năm, do đó giàn khoan luôn phải được xây dựng với một nền móng vững chắc. Những giàn khoan này sẽ được cố định trực tiếp vào đáy biển bằng cách sử dụng kim loại, nền bê tông và cả những sợi cáp cố định. Như bạn đọc có thể thấy, giàn khoan này sẽ phải đứng vững hàng chục năm trời, bất chấp mọi hiểm họa đến từ độ sâu hàng nghìn mét dưới mực nước biển. Một giàn khoan dầu có thể khoan được khoảng 80 giếng, tuy nhiên ít khi họ sử dụng hết những mũi khoan này. Một mũi khoan trực tiếp sẽ làm cho giếng dầu lún sâu vào lòng đất, từ đó giàn khoan có thể vươn tới những giếng dầu khác cách xa đó hàng dặm.

Một giếng khoan dầu thường phải được đào sâu hàng dặm vào trong lòng đất, tuy nhiên mỗi một mũi khoan lại thường chỉ dài khoảng 9-10 mét, do đó, phải mất đến hàng tuần, thậm chí ròng rã cả tháng trời để khoan tới mỏ dầu. Và mỗi một mét khoan sâu xuống, nhiều vấn đề khác lại nảy sinh. Những mũi khoan càng ngày càng nóng lên, nước, bùn đất, rong rêu, mảnh khoan vụn… có thể là bít tắc lỗ khoan. Để giải quyết vấn đề này, những nhà thiết kế sử dụng một loại chất lỏng hỗn hợp có tên gọi là "drilling mud" -tạm dịch: bùn khoan. Chất lỏng này được bơm qua ống dẫn xuống bề mặt giếng dầu đang khoan, với tác dụng làm mát mũi khoan, tra dầu mỡ vào ống khoan, đồng thời dọn sạch bề mặt lỗ khoan và cản trở dòng chất lỏng từ ngoài xâm nhập vào.

Hỗn hợp bùn dầu này có thể được coi như tuyến phòng ngự đầu tiên, bảo vệ giếng dầu khỏi áp suất khủng khiếp dưới đáy biển. Tuy nhiên, nguy cơ của việc dầu bị cuốn trôi khỏi giếng vẫn là rất cao. Để kiểm soát vấn đề này, những người khai thác dầu sử dụng hệ thống chống phun trào dầu (blowout prevention system -- viết tắt: BOP). Nếu như sức ép của ga và dầu lên bề mặt giếng tăng đến một mức nào đó, hệ thống này sẽ khóa giếng dầu này lại bằng cách đóng những van và pit-tông sử dụng sức nước.

Quá trình khoan thường diễn ra qua nhiều giai đoạn. Mũi khoan đầu tiên, với đường kính khoảng 50 cm, sẽ đi sâu xuống từ vài nghìn đến vài chục nghìn mét. Sau khi đã xuống đến một độ sâu nhất định, những kỹ sư sẽ tháo những mũi khoan này ra, và gửi xuống một đoạn ống kim loại rỗng với vai trò như một ống dẫn. Ống dẫn này sẽ cố định vào lỗ khoan, giúp ngăn chặn rò rỉ dầu ra biển và giúp cho giếng dầu không sụp xuống. Tiếp theo, những mũi khoan với đường kính khoảng 30 cm sẽ khoan sâu hơn xuống, và sau đó quy trình lại được lặp lại: các mũi khoan được tháo ra, và những ống dẫn được lắp vào. Cứ như vậy, những mũi khoan nhỏ hơn, khoan được sâu hơn sẽ tiếp tục thay thế và khoan sâu xuống, những đường ống bảo vệ liên tục được lắp ráp vào. Trong suốt quá trình này, 1 thiết bị được gọi là "packer" sẽ đi theo những mũi khoan xuống, để đảm bảo rằng mọi thứ đều được gia cố vững chắc.

Khi những mũi khoan cuối cùng đã chạm xuống đến mỏ dầu, ống dẫn sản xuất sẽ được gắn vào đó. Hệ thống ống dẫn này sẽ được phân lập riêng ra trong một vỏ bọc rắn, từ đó cô lập giếng này với những giếng lân cận. Điều này có vẻ hơi bất thường, khi bạn khóa mỏ vàng lại vào lúc mà bạn vừa chạm vào nó, nhưng mục đích của việc này không chỉ là ngăn chặn dầu và ga trào ngược ra ngoài, mà còn là điều khiển dòng chảy của những sản phẩm này. Những kỹ sư sau đó sẽ đưa chất nổ xuống để đục thủng ống dẫn ở những độ sâu khác nhau, từ đó giúp cho dầu và ga thoát ra với áp suất nhẹ nhàng hơn rất nhiều.

Tiếp đó, những kỹ sư sẽ cần phải thiết kế một lực đẩy giúp bơm dầu lên trên. Họ quyết định sử dụng nước hoặc ga, bơm chúng xuống giếng dầu, từ đó tăng áp lực trong mỏ dầu lên và dầu có thể được hút lên mặt nước. Trong một số trường hợp, khí nén hoặc hơi nước được bơm xuống để hâm nóng lượng dầu trong giếng, qua đó tăng cường áp suất giúp cho việc bơm dầu lên trở nên dễ dàng hơn.

Những gì họ hút ra được từ các giếng dầu này không phải là sản phẩm tinh khiết. Chúng là một hỗn hợp bao gồm dầu thô, khí ga, hơi nước và các lớp cặn trầm tích. Thường thì việc lọc dầu được tiến hành trên đất liền, tuy nhiên, đôi khi những công ty khai thác dầu cải tiến những tàu chở dầu để xử lý và lưu trữ dầu ngay tại biển. Quá trình này giúp lọc bớt những chất cặn để sau đó việc lọc và tinh chế dầu được thuận tiện hơn.

Cuối cùng thì, giếng dầu cũng sẽ có lúc phải cạn sạch. Khi đ&oacuoacute;, những kỹ sư sẽ tìm cách tháo bỏ giàn khoan, với thuốc nổ nếu như cần thiết, sau đó tìm đến những mỏ dầu khác, hoặc quay về đất liền để sửa chữa và nâng cấp. Những ống dẫn dầu sẽ được cắt bỏ và được đóng kín lại bằng bê tông. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, một phần của dàn khoan sẽ được để lại, và dần dần bị ăn mòn bởi nước biển.

4. Rút dầu khỏi giếng

Sau khi thiết bị khoan được đưa lên, một hệ thống bơm sẽ được đặt trên miệng giếng. Trong hệ thống này, motor điện sẽ điều khiển hộp số làm dịch chuyển một đòn bẩy. Đòn bẩy này nâng và hạ một ống thép (được gắn với một ống hút và máy bơm). Hệ thống sẽ khiến chiếc bơm đi lên đi xuống, tạo ra một lực hút rút dầu lên khỏi giếng.

Trong một số trường hợp, dầu có thể quá đặc không chảy được. Người ta sẽ đào thêm một chiếc hố thứ hai xuống mỏ dầu và phun hơi nước áp suất cao vào đó. Hơi nước nóng khiến dầu trong mỏ trở nên loãng ra, và áp suất có thể đẩy nó lên giếng.

-------------------------------

Ngoài Dầu mỏ được khai thác như thế nào? đã được VnDoc giới thiệu, mời các bạn cùng tham khảo thêm Chuyên đề Hóa học lớp 9, Trắc nghiệm Hóa học 9, Lý thuyết môn Hóa học lớp 9 để hoàn thành tốt chương trình học THCS.