Dàn khoan dầu ngoài khơi hoạt động như thế nào?
| 22/10/2011 05:00 PM
Làm sao bạn có thể phát hiện ra những mỏ dầu vùi sâu dưới lớp đá dày hàng trăm mét? Làm sao bạn có thể khoan dầu ở giữa lòng đại dương sâu thẳm âm u? Làm cách nào mà bạn không làm ô nhiễm môi trường? Và bạn sẽ đối phó ra sao với những hiểm họa không-thể-lường-trước từ lòng biển sâu hung dữ?
Nhiều người nói rằng, tiền làm thay đổi thế giới. Người khác lại cho rằng, chìa khóa ở đây là tình yêu, hay thậm chí là âm nhạc. Nhưng dù đó là gì đi chăng nữa, sự phụ thuộc của loài người vào dầu mỏ vẫn cho thấy sự thật hiển nhiên: Trái đất vẫn quay nhờ có sự "bôi trơn" của dầu.
Nhu cầu sử dụng dầu của loài người vào khoảng 80 triệu thùng dầu mỗi ngày (theo số liệu của CIA), và những con số này vẫn không ngừng tăng lên theo từng ngày. Mỹ và châu Âu, 2 trung tâm kinh tế hàng đầu thế giới với mức tiêu thụ khoảng 19.5 triệu thùng dầu thô/ ngày, chiếm 1/2 mức tiêu thụ dầu của thế giới. Trung Quốc, nền kinh tế lớn thứ 2 thế giới,cũng không hề tỏ ra kém cạnh với mức tiêu thụ khoảng 9 triệu thùng dầu thô/ ngày. Điều này là một phần nguyên nhân đẩy giá dầu lên ngưỡng "trên trời": vào năm 2011, giá 1 thùng dầu luôn dao động quanh mức 100 USD/thùng, thậm chí có lúc đã lên đến mức kỷ lục 120 USD/thùng (theo số liệu của OPEC- tổ chức xuất khẩu dầu mỏ thế giới), và có vẻ như trong năm nay, giá dầu vẫn chưa hề có xu hướng hạ nhiệt.
Để đáp ứng đủ cho sự "khát" dầu ghê gớm này, những tập đoàn, công ty chất đốt đã không ngừng xới tung quả đất lên để tìm ra những nguồn dự trữ dầu mới. Và mặt biển, với diện tích chiếm đến 3/4 quả đất, rõ ràng là một địa điểm không thể hợp lý hơn.
Đi xuống đáy biển và khoan tung lòng đất lên, điều đó là cả một thử thách. Riêng việc khoan dầu đã đặt ra rất nhiều vấn đề. Làm sao bạn có thể phát hiện ra những mỏ dầu vùi sâu dưới lớp đá dày hàng trăm mét? Làm sao bạn có thể khoan dầu ở giữa lòng đại dương sâu thẳm âm u, và chuyển tất cả những thứ ở dạng khí, dạng lỏng và dạng rắn đó về mặt đất? Làm cách nào mà bạn có thể khai thác được dầu và không làm ô nhiễm môi trường? Và bạn sẽ đối phó ra sao với những hiểm họa không-thể-lường-trước từ lòng biển sâu hung dữ? Hãy cùng đi tìm câu trả lời ở bài viết dưới đây.
Họ săn tìm nguồn dầu ra sao?
Phần lớn nguồn dầu thô thường nằm ở độ sâu khoảng từ 200-7000 mét, bị chôn vùi dưới lớp đất đá dày. Những nhà địa chất học trước tiên sẽ nghiên cứu những chi tiết bề mặt và bản đồ địa chất, sau đó, họ sử dụng một thiết bị được gọi là trọng lực kế (gravity meter) để tìm ra những dao động trọng lực thoáng qua, từ đó tìm ra một dòng dầu chảy ngầm dưới đất.
Những lớp trầm tích ở trên nguồn dầu thô sẽ làm thay đổi từ trường của Trái đất. Bằng cách sử dụng thiết bị nhận cảm từ trường (sensitive magnetic survey equipment), tàu thăm dò có thể đi qua vùng biển nào đó và định vị chính xác những vùng từ trường bất thường. Những số liệu này sẽ giúp họ tìm ra những dấu hiệu chỉ điểm cho nguồn dầu phía dưới.
Không chỉ vậy, những nhà địa chất học còn có thể phát hiện ra những nguồn dầu mỏ thông qua việc sử dụng thiết bị khảo sát địa chấn, hay còn có tên gọi khác là phương pháp "bật lửa" (sparking). Những sóng siêu âm sẽ được được "bắn" xuyên lòng đại dương qua nhiều lớp đất đá khác nhau. Với mỗi loại đá, những sóng này sẽ di chuyển với những vận tốc khác nhau, và sự thay đổi vận tốc này sẽ trở thành tín hiệu gửi về bộ phận nhận cảm gắn bên cạnh thuyền do thám. Cùng với sự trợ giúp của các thiết bị máy móc, những nhà nghiên cứu địa chấn có thể phân tích thông tin để tìm ra những mỏ dầu tiềm năng.
Nhưng trên hết, để phát hiện ra một mỏ dầu, bạn vẫn phải tiến hành những mũi khoan thăm dò, nếu như bạn muốn biết chắc rằng mỏ dầu này có thực sự đáng khai thác hay không. Để làm việc này, những công ty khai thác dầu sử dụng những dàn khoan di động. Có những dàn khoan được gắn trực tiếp vào thuyền, tuy nhiên phần lớn những dàn khoan này phải được vận chuyển đến từ những tàu chuyên chở khác.
Dàn khoan di động này trước tiên sẽ khoan bốn lỗ thăm dò tại vị trí nghi ngờ, mỗi lỗ mất 2 đến 3 tháng để hoàn thành xong. Những nhà địa chất học sẽ sử dụng những mũi khoan này để lấy ra những mẫu thử. Nói cách khác, những mũi khoan này cũng giống như những mũi xi-lanh, nó giúp cho những nhà nghiên cứu hút ra những mẫu dầu, qua đó phân tích số lượng và chất lượng của mỏ dầu phía dưới và dựa những kết quả này để quyết định xem mỏ dầu này có đáng để tiếp tục khai thác hay không.
Khai thác
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 dàn khoan luôn phải được xây dựng với một nền móng vững chắc. Những dàn 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, dàn 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 dàn 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 dàn 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 đó, những kỹ sư sẽ tìm cách tháo bỏ dàn 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.
Cuộc sống trên biển
Một dàn khoan dầu lớn, để vận hành đúng công suất, cần đến hàng trăm lao động, từ công nhân, kỹ sư, những nhà địa chất học, bác sỹ... Và những dàn khoan này đều nằm ở rất xa đất liền, do đó họ sẽ phải sống nhiều tháng trời trên mặt biển. Tất nhiên, cuộc sống xa khơi như vậy luôn có những ưu nhược điểm. Lương của nhân công thường rất cao, và kỳ nghỉ của họ sẽ dài hơn bình thường (từ vài tuần đến vài tháng). Đổi lại, khi làm việc, họ sẽ phải làm 12 tiếng một ngày, và KHÔNG CÓ NGÀY NGHỈ. Nhiều tuần lễ xa nhà sẽ ảnh hưởng rất lớn đến cuộc sống của họ và gia đình, và trên thực tế phần lớn trong số họ đã tiêu tốn một nửa cuộc đời mình trên biển.
Để phần nào đối phó với những vấn đề trên, những công ty dầu mỏ đã cố gắng cung cấp đầy đủ mọi tiện nghi trên dàn khoan dầu -- công trường và cũng là ngôi nhà thứ 2 của họ. Phòng riêng, truyền hình vệ tinh, và thậm chí là cả phòng tập thể hình, phòng tắm hơi và nhiều tiện nghi khác. Thức ăn luôn sẵn sàng 24/24, và chất lượng có thể nói là ngang với những khách sạn 5 sao. Họ làm việc luân phiên giữa ca ngày và ca đêm, công việc ở đây dường như diễn ra liên tục không ngừng nghỉ. Trực thăng và thuyền không ngừng cung cấp những gì cần thiết cho cuộc sống xa khơi trên dàn khoan dầu, dù thời tiết có tệ đến mức nào đi nữa.
Nhưng dù thế nào đi nữa, những tiện nghi trên vẫn không thể nào bù lại những nguy hiểm thường trực mà những lao động trên dàn khoan phải đối phó. Từ thời tiết khắc nghiệt của biển cả, điều kiện làm việc với những máy móc nguy hiểm chết người, cho đến những hiểm họa của việc khoan sâu vào lòng đất và hút ra những chất lỏng ở nhiệt độ cao,với nguy cơ cháy nổ cực-kỳ-lớn, và đặc biệt , việc phân tách dầu và khí đốt sẽ khiến họ phải chịu một lượng độc chất rất nặng nề. Do đó, những công ty dầu khí sẽ phải tổ chức những lớp học an toàn lao động đặc biệt, giúp lao động của họ nắm vững kiến thức về cách tự bảo vệ mình, nhất là trong điều kiện lao động không ổn định trên mặt biển.
Thực trạng khai thác dầu khí ở Việt Nam
Với đường bờ biển dài 3260 km, tổng diện tích các vùng lãnh hải, vùng đặc quyền kinh tế, thềm lục địa khoảng 1 triệu km2, rõ ràng Việt Nam có lợi thế không phải bàn cãi trong việc khai thác dầu khí trên biển. Nhiều mỏ dầu tiềm năng nằm trên thềm lục địa như: Bạch Hổ, Phú Khánh, Nam Côn Sơn, Malay- Thổ Chu, Vùng Tư Chính- Vũng Mây...., với trữ lượng dự kiến vào khoảng trên 550 triệu tấn dầu và 610 tỷ mét khối khí.
Tuy nhiên, tất cả những mỏ dầu ở thềm lục địa được phát hiện cho đến nay đều nằm ở độ sâu 200m dưới mặt biển. Do đó, việc phát hiện và khai thác những mỏ dầu này cần đến trình độ chuyên môn cao trong việc thăm dò, thẩm định, đánh giá...Trên thực tế, những công ty dầu khí Việt Nam đã có đường lối phát triển khai thác rất tốt trong những năm vừa qua. Năm 1986, khi lần đầu tiên phát hiện ra mỏ dầu Bạch Hổ, tốc độ khai thác mới chỉ là 0,04 triệu tấn/ năm, đến năm 2009, con số này đã lên đến gần 25 triệu tấn/năm (theo số liệu của Bộ Tài nguyên và Môi trường), tuy nhiên, trữ lượng vẫn được duy trì tăng cao hơn sản lượng khai thác, điều này cho thấy sự thành công trong việc thăm dò và phát hiện ra nhiều mỏ dầu tiềm năng khác. Cụ thể, trong năm 2009, trữ lượng ở các mỏ dầu mới được phát hiện đã chiếm tới 45% tổng trữ lượng được bổ sung.
Mỏ dầu Bạch Hổ, niềm tự hào của dầu khí Việt Nam.
Đặc trưng của công tác thăm dò dầu khí trên biển là mức độ rủi ro rất cao, ngay cả với những mỏ dầu đã và đang được khai thác. Do đó, ngành công nghiệp này đòi hỏi một trình độ chuyên môn rất cao từ khâu thăm dò, thẩm định cho đến khai thác, phát triển các mỏ. Nhận thức được điều này, các công ty dầu khí Việt Nam đã không ngừng đầu tư vào những công nghệ khai thác, thăm dò mới, đặc biệt là những công nghệ thu nổ, xử lý, phân tích những thông tin dưới dạng hình ảnh 3D để làm rõ thông tin về cấu trúc, địa chất của vùng thăm dò... Đây chính là chìa khóa cho thành công của nghành thăm dò dầu khí trong việc không ngừng gia tăng trữ lượng và sản lượng dầu khí trong tương lai.
Bài viết có tham khảo từ các nguồn: