Offshore drilling

Offshore drilling is a mechanical process where a wellbore is drilled below the seabed. It is typically carried out in order to explore for and subsequently extract petroleum that lies in rock formations beneath the seabed. Most commonly, the term is used to describe drilling activities on the continental shelf, though the term can also be applied to drilling in lakes, inshore waters and inland seas.

Offshore drilling presents all environmental challenges, both offshore and onshore from the produced hydrocarbons and the materials used during the drilling operation. Controversies include the ongoing US offshore drilling debate.^[1]

There are many different types of facilities from which offshore drilling operations take place. These include bottom founded drilling rigs (jackup barges and swamp barges), combined drilling and production facilities either bottom founded or floating platforms, and deepwater mobile offshore drilling units (MODU) including semi-submersibles or drillships. These are capable of operating in water depths up to 3,000 metres (9,800 ft). In shallower waters the mobile units are anchored to the seabed; however, in water deeper than 1,500 metres (4,900 ft), the semi-submersibles and drillships are maintained at the required drilling location using dynamic positioning.

Around 1891, the first submerged oil wells were drilled from platforms built on piles in the fresh waters of the Grand Lake St. Marys in Ohio. The wells were developed by small local companies such as Bryson, Riley Oil, German-American and Banker's Oil.^[2]

Around 1896, the first submerged oil wells in salt water were drilled in the portion of the Summerland field extending under the Santa Barbara Channel in California. The wells were drilled from piers extending from land out into the channel.^[3][4]

شهدت منطقة بحيرة إيري الكندية في أوائل القرن العشرين، وبحيرة كادو في لويزيانا في العقد الثاني منه، أنشطة حفر مغمورة بارزة أخرى. وبعد ذلك بوقت قصير، حُفرت آبار في المناطق المدية على طول ساحل خليج تكساس ولويزيانا . ويُعد حقل غوس كريك النفطي بالقرب من بايتون، تكساس، مثالاً على ذلك. وفي عشرينيات القرن العشرين، جرت أنشطة حفر من منصات خرسانية في بحيرة ماراكايبو بفنزويلا . ^{[ 5 ]}

يُعدّ بئر بيبي إيبات من أقدم الآبار تحت سطح البحر ، وقد بدأ إنتاجه عام 1923 في أذربيجان . ^{[ 6 ] [ 7 ]} يقع البئر على جزيرة اصطناعية في منطقة ضحلة من بحر قزوين . في أوائل ثلاثينيات القرن العشرين، طوّرت شركة تكساس أولى البوارج الفولاذية المتنقلة للحفر في المناطق الساحلية قليلة الملوحة في خليج المكسيك .

في عام 1937، استخدمت شركة بيور أويل وشريكتها سوبيريور أويل منصة ثابتة لتطوير حقل على بعد ميل واحد (1.6 كم) قبالة شاطئ أبرشية كالكاسيو، لويزيانا في مياه يبلغ عمقها 14 قدمًا (4.3 مترًا) .  

في عام 1938، قامت شركة هامبل أويل ببناء جسر خشبي بطول ميل واحد مع خطوط سكك حديدية في البحر عند شاطئ ماكفادين على خليج المكسيك، ووضعت برج حفر في نهايته - وقد دمره إعصار لاحقاً. ^{[ 8 ]}

في عام 1945، دفع القلق بشأن سيطرة الولايات المتحدة على احتياطياتها النفطية البحرية الرئيس هاري ترومان إلى إصدار أمر تنفيذي بتوسيع الأراضي الأمريكية من جانب واحد إلى حافة جرفها القاري، وهو إجراء أنهى فعلياً نظام " حرية البحار " الذي كان يقتصر على 3 أميال . ^{[ 9 ]}

في عام 1946، قامت شركة ماغنوليا بالحفر في موقع يبعد 18 ميلاً (29 كم) عن الساحل، وأقامت منصة في مياه يبلغ عمقها 18 قدمًا (5.5 متر) قبالة أبرشية سانت ماري، لويزيانا . ^{[ 10 ]}  

في أوائل عام 1947، أقامت شركة سوبيريور أويل منصة حفر وإنتاج في مياه يبلغ عمقها 6.1 متر (20 قدمًا) على بعد حوالي 29 كيلومترًا (18 ميلًا) قبالة أبرشية فيرميليون، لويزيانا. لكن شركة كير-ماكجي ، بصفتها المشغل لشركتي فيليبس بتروليوم وستانوليند للنفط والغاز، هي التي أنجزت بئرها التاريخي في بلوك 32 في شيب شول في أكتوبر 1947، أي قبل أشهر من قيام سوبيريور بحفر بئر اكتشافية من منصتها في فيرميليون في عرض البحر. وعلى أي حال، جعل ذلك بئر كير-ماكجي أول اكتشاف نفطي يُحفر بعيدًا عن أنظار اليابسة. وعندما امتد الحفر البحري إلى مياه أعمق تصل إلى 30 مترًا (98 قدمًا) ، بُنيت منصات حفر ثابتة، إلى أن دعت الحاجة إلى معدات حفر في أعماق تتراوح بين 30 و 120 مترًا ( 100 و120 قدمًا) في خليج المكسيك، فبدأت منصات الحفر ذاتية الرفع بالظهور من شركات متخصصة في الحفر البحري. ^{[ 11 ]}     

نتجت أول منصة حفر شبه غاطسة عن ملاحظة غير متوقعة في عام 1961. ^{[ 12 ]} امتلكت شركة بلو ووتر دريلينغ وشغّلت منصة الحفر الغاطسة ذات الأعمدة الأربعة بلو ووتر ريغ رقم ​​1 في خليج المكسيك لصالح شركة شل للنفط . ولأن العوامات لم تكن طافية بما يكفي لدعم وزن المنصة وموادها الاستهلاكية، فقد تم سحبها بين المواقع بغاطس يقع في منتصف المسافة بين أعلى العوامات والجانب السفلي من سطح المنصة.

لوحظ أن الحركة عند هذا الغاطس كانت ضئيلة للغاية، فقررت شركتا بلو ووتر دريلينغ وشل تجربة تشغيل المنصة في وضعية الطفو. وكان إدوارد روبرت أرمسترونغ قد صمم واختبر مفهوم منصة عائمة مستقرة مثبتة في أعماق البحار في عشرينيات القرن الماضي ، وذلك لغرض تشغيل الطائرات باستخدام اختراع يُعرف باسم "سيدروم". وفي عام 1963، أطلقت شركة أوديكو أول منصة حفر شبه غاطسة مصممة خصيصًا لهذا الغرض ، وهي منصة أوشن دريلر . ومنذ ذلك الحين، صُممت العديد من المنصات شبه الغاطسة خصيصًا لأسطول الحفر البحري المتنقل.

كانت أول سفينة حفر بحرية هي CUSS 1 التي طُورت لمشروع موهول للحفر في قشرة الأرض. ^{[ 13 ]}

اعتبارًا من يونيو 2010، كان هناك أكثر من 620 منصة حفر بحرية متنقلة (منصات الحفر ذاتية الرفع، وشبه الغاطسة، وسفن الحفر، والصنادل، وما إلى ذلك) متاحة للخدمة في أسطول منصات الحفر البحرية العالمي. ^{[ 14 ]}

يُعدّ مركز بيرديدو في خليج المكسيك، الذي يطفو على عمق 2438 مترًا (7999 قدمًا)، أحد أعمق مراكز الإنتاج والتخزين والتفريغ في العالم . وتتولى شركة رويال داتش شل تشغيله ، وقد بُني بتكلفة 3 مليارات دولار. ^{[ 15 ]} أما أعمق منصة تشغيلية فهي وحدة الإنتاج والتخزين والتفريغ العائمة (FPSO) كاسكيد التابعة لشركة بتروبراس أمريكا، والواقعة في حقل ووكر ريدج 249 على عمق 2600 متر (8500 قدم) . ^{[ 16 ]}  

عادة ما يتم الحفر البحري من منصات تُعرف عمومًا باسم وحدات الحفر البحرية المتنقلة (MODU)، والتي يمكن أن تكون من عدة أشكال، اعتمادًا على عمق المياه:

• منصة حفر بحرية ذاتية الرفع
• منصة حفر غاطسة
• منصة شبه غاطسة
• سفينة حفر

إلى جانب منصات الحفر البحرية المذكورة أعلاه، تستخدم مشاريع التطوير البحرية أيضاً مجموعة من منصات الحفر الثابتة والعائمة التي تدعم عمليات الحفر والإنتاج أو كليهما. ومن أهم أنواعها:

1. المنصات الثابتة - هي هياكل صلبة تُثبّت أرجلها مباشرةً في قاع البحر ، وتدعم سطحًا يحمل منصات الحفر ومرافق الإنتاج ، وحتى أماكن السكن. تُبنى هذه المنصات عادةً من الفولاذ ، ما يُعرف بالمنصات ذات الهيكل الفولاذي، أو من الخرسانة ، ما يُعرف بالمنصات القائمة على الجاذبية. تتكون المنصات ذات الهيكل الفولاذي من عناصر فولاذية أنبوبية تُكدّس في قاع البحر، بينما قد تتضمن المنصات الخرسانية ذات الهيكل الخرساني قواعد خرسانية كبيرة وخزانات طفو داخلية . ^{[ 17 ]} تُعدّ المنصات الثابتة فعّالة من حيث التكلفة للأعماق الضحلة إلى المتوسطة، حيث يبلغ حدّ عمقها العملي عادةً بضع مئات من الأمتار. ^{[ 18 ] [ 19 ]}
2. الأبراج المرنة - الأبراج المرنة أو CTs هي هياكل أبراج طويلة ونحيلة ومرنة مثبتة في قاع البحر بواسطة ركائز، ولكنها مصممة لتحمل انحرافًا جانبيًا كبيرًا تحت تأثير الأحمال البيئية مثل الرياح والأمواج والتيارات . [ ^{20 ] تسمح} مرونتها لها بالعمل في مياه أعمق بكثير من الأبراج الثابتة التقليدية، وعادةً ما يتراوح عمقها بين عدة مئات إلى حوالي 900 متر. ^{[ 17 ]}
3. منصات الشد ذات الأرجل - هذا النوع من المنصات عبارة عن هيكل عائم مُثبَّت بأوتار رأسية مشدودة، تُعرف أيضًا باسم الحبال، تُرسِخه في قاع البحر. ولأن هذه الأوتار شديدة الصلابة رأسيًا، فإنها تُقلِّل من معظم الحركة الرأسية، مما يسمح بوضع رؤوس الآبار ومعدات الإنتاج على سطح المنصة بدلًا من تحت سطح البحر . ^{[ 18 ] [ 21 ]} تُعدّ منصات الشد ذات الأرجل مناسبة تمامًا للبيئات المائية العميقة، والتي غالبًا ما تصل إلى مئات الآلاف من الأمتار، وقد طُوِّرت أنواعٌ مُصغَّرة منها، مثل منصات سيستار، للحقول الأصغر حجمًا . ^{[ 18 ] [ 19 ]}
4. منصات السبار - تتكون منصات السبار من هيكل أسطواني رأسي كبير القطر أو خزان صلب يوفر الطفو ، مع سطح علوي، ويتم تثبيتها في قاع البحر باستخدام حبال تثبيت تقليدية مثل السلاسل أو الأسلاك. ^{[ 22 ]} توجد أنواع عديدة من هذه المنصات، أبرزها منصات السبار الكلاسيكية، ومنصات السبار ذات الهيكل الشبكي ، ومنصات السبار الخلوية، والتي تختلف في تصميم الهيكل وترتيبات الصابورة الداخلية . ^{[ 23 ]} يمنح تصميم الغاطس العميق لمنصات السبار ثباتًا ممتازًا في المياه العميقة جدًا، مما يجعلها مناسبة للإنتاج والحفر في أعماق سحيقة. ^{[ 18 ]}
5. أنظمة الإنتاج العائمة (FPS) - هي منصات عائمة تشبه المنصات شبه الغاطسة، مُجهزة للإنتاج، وأحيانًا للحفر. ^{[ 22 ]} تُثبّت هذه الوحدات إما بواسطة حبال ربط ، عادةً ما تكون كابلات وسلاسل، أو تُحافظ على موقعها بواسطة أنظمة تحديد المواقع الديناميكية . ^{[ 24 ]} يمكن لوحدات أنظمة الإنتاج العائمة العمل في المياه العميقة جدًا، والتي تصل إلى آلاف الأقدام. ^{[ 24 ]}
6. وحدات الإنتاج والتخزين والتفريغ العائمة (FPSO) - وحدة FPSO هي سفينة على شكل سفينة تقوم بمعالجة الهيدروكربونات من آبار تحت سطح البحر وتخزين النفط في هيكلها . ^{[ 18 ]} يتم تثبيتها في قاع البحر، غالبًا عبر نظام تثبيت برجي، مما يسمح لها بالتحرك مع اتجاه الرياح استجابةً للعوامل البيئية. ^{[ 21 ]} تقوم ناقلات النفط المكوكية بتفريغ النفط المخزن بشكل دوري ، وهو أمر مفيد في المناطق النائية أو الحدودية ذات المياه العميقة حيث تكون البنية التحتية لخطوط الأنابيب محدودة أو معدومة. ^{[ 18 ]}

تشمل الحقول البحرية البارزة ما يلي:

• بحر الشمال
• خليج المكسيك ( قبالة سواحل تكساس ولويزيانا وميسيسيبي وألاباما )​
• كاليفورنيا (في حوض لوس أنجلوس وقناة سانتا باربرا ، وهي جزء من حوض فينتورا)
• بحر قزوين (ولا سيما بعض الحقول الرئيسية قبالة سواحل أذربيجان )
• حوضا كامبوس وسانتوس قبالة سواحل البرازيل
• نيوفاوندلاند ونوفا سكوتيا ( كندا الأطلسية )
• العديد من الحقول قبالة غرب إفريقيا، ولا سيما غرب نيجيريا وأنغولا
• حقول بحرية في جنوب شرق آسيا وساخالين ، روسيا
• تقع حقول النفط البحرية الرئيسية في الخليج العربي مثل الصفانية ومنيفا ومرجان، والتي تنتمي إلى المملكة العربية السعودية وتقوم بتطويرها شركة أرامكو السعودية . ^{[ 25 ]}
• الحقول في الهند (مومباي هاي، حوض كي جي - الساحل الشرقي للهند، حقل تابتي، غوجارات ، الهند)
• حوض تارانكي في نيوزيلندا
• بحر كارا شمال سيبيريا ^{[ 26 ]}
• المحيط المتجمد الشمالي قبالة سواحل ألاسكا والأقاليم الشمالية الغربية لكندا ^{[ 27 ]}

يُعدّ إنتاج النفط والغاز في المياه العميقة أكثر صعوبة من الإنتاج في المنشآت البرية نظرًا لبيئتها النائية والقاسية. وينصبّ جزء كبير من الابتكار في قطاع النفط البحري على التغلب على هذه التحديات، بما في ذلك الحاجة إلى توفير مرافق إنتاج ضخمة. وقد تكون مرافق الإنتاج والحفر ضخمة للغاية وتتطلب استثمارًا كبيرًا، مثل منصة ترول أ التي تقع على عمق 300 متر (980 قدمًا) . ^{[ 28 ]} 

قد تطفو منصة بحرية أخرى مزودة بنظام تثبيت للحفاظ عليها في موقعها. ورغم أن النظام العائم قد يكون أقل تكلفة في المياه العميقة من المنصة الثابتة، إلا أن الطبيعة الديناميكية لهذه المنصات تُشكّل تحديات عديدة أمام مرافق الحفر والإنتاج.

يمكن أن يضيف المحيط عدة آلاف من الأمتار أو أكثر إلى عمود السائل. وتؤدي هذه الإضافة إلى زيادة كثافة الدوران المكافئة وضغوط قاع البئر في آبار الحفر، بالإضافة إلى الطاقة اللازمة لرفع السوائل المنتجة لفصلها على المنصة.

يتجه التوجه اليوم نحو إجراء المزيد من عمليات الإنتاج تحت سطح البحر ، وذلك بفصل الماء عن النفط وإعادة حقنه بدلاً من ضخه إلى منصة، أو نقله إلى اليابسة، دون وجود أي منشآت ظاهرة فوق سطح البحر. تُسهم المنشآت تحت سطح البحر في استغلال الموارد في مياه أعمق فأعمق - مواقع كانت عصية على الوصول - والتغلب على التحديات التي يفرضها الجليد البحري، كما هو الحال في بحر بارنتس . ومن هذه التحديات في البيئات الضحلة، تجريف قاع البحر بفعل الكتل الجليدية العائمة (وتشمل وسائل حماية المنشآت البحرية من تأثير الجليد دفنها في قاع البحر).

تُشكّل المنشآت البحرية المأهولة تحديات لوجستية وبشرية. فمنصة النفط البحرية أشبه بمجتمع صغير متكامل، يضم كافيتريا، وأماكن إقامة، وإدارة، ووظائف دعم أخرى. في بحر الشمال، يُنقل الموظفون بواسطة طائرات الهليكوبتر للعمل لمدة أسبوعين، وعادةً ما يتقاضون رواتب أعلى من العاملين على اليابسة. تُنقل الإمدادات والنفايات عبر السفن، ويتطلب توصيل الإمدادات تخطيطًا دقيقًا نظرًا لمحدودية مساحة التخزين على المنصة. اليوم، تُبذل جهود كبيرة لنقل أكبر عدد ممكن من الموظفين إلى اليابسة، حيث تتواصل الإدارة والخبراء الفنيون مع المنصة عبر تقنية مؤتمرات الفيديو. كما أن العمل على اليابسة أكثر جاذبية للقوى العاملة الأكبر سنًا في صناعة النفط ، على الأقل في العالم الغربي. هذه الجهود، من بين أمور أخرى، تندرج تحت مصطلح " العمليات المتكاملة" . يُسهم التوسع المتزايد في استخدام المنشآت تحت سطح البحر في تحقيق هدف إبقاء المزيد من العاملين على اليابسة. كما أن هذه المنشآت أسهل في التوسع، بإضافة فواصل جديدة أو وحدات مختلفة لأنواع النفط المختلفة، ولا تتقيد بمساحة الأرضية الثابتة للمنشآت فوق سطح الماء.

ينطوي إنتاج النفط البحري على مخاطر بيئية، أبرزها انسكاب النفط من ناقلات النفط أو خطوط الأنابيب التي تنقل النفط من المنصة إلى المنشآت البرية، ومن التسريبات والحوادث على المنصة (مثل كارثة تسرب النفط في ديب ووتر هورايزون وكارثة تسرب النفط في إيكستوك 1 ). ^{[ 29 ]} كما يتم إنتاج المياه المصاحبة للنفط والغاز، وهي المياه التي تصل إلى السطح مع النفط والغاز؛ وعادةً ما تكون شديدة الملوحة وقد تحتوي على هيدروكربونات مذابة أو غير مفصولة.

• مركز التنوع البيولوجي ضد وزارة الداخلية 17 أبريل 2009 قرار محكمة الاستئناف في مقاطعة كولومبيا بوقف عقود استئجار النفط البحرية في ألاسكا.
• برنامج الحفر المحيطي المتكامل - مكتب المعلومات البحرية الأمريكي: المنشورات: وقائع برنامج الحفر المحيطي المتكامل
• "نفط جديد من قاع المحيط العميق." مجلة العلوم الشعبية ، أكتوبر 1975، ص  106-108.