انفجار (حفر الآبار)

• وقع انفجار في عام 1815 نتيجة محاولة التنقيب عن الملح بدلاً من النفط. كان جوزيف إيشار وفريقه يحفرون غرب بلدة ووستر بولاية أوهايو الأمريكية على طول نهر كيلباك، عندما عثروا على النفط. وفي رواية كتبتها ابنة إيشار، إليانور، أن الاكتشاف أدى إلى "انفجار عفوي، ارتفع عالياً كقمم أعلى الأشجار!" ^{[ 7 ]}
• في عام 1861، اكتشف عمال حفر آبار النفط عددًا من الآبار المتدفقة بالقرب من مدينة أويل سيتي بولاية بنسلفانيا الأمريكية. وكان أشهرها بئر ليتل آند ميريك في راوسفيل ، الذي بدأ بتدفق النفط بغزارة في 17 أبريل 1861. وقد اجتذب مشهد نافورة النفط المتدفقة بمعدل 3000 برميل (480 مترًا ^مكعبًا ) يوميًا حشودًا غفيرة، وقف بعضهم تحت رذاذ النفط المتساقط. وفي مساء اليوم نفسه، اشتعلت النيران في منصة الحفر، مما أسفر عن مقتل ما بين 15 و19 شخصًا، وإصابة 13 آخرين على الأقل. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} ومن الآبار المتدفقة الأخرى في شمال غرب بنسلفانيا بئر فيليبس رقم 2 (4000 برميل (640 مترًا ^مكعبًا ) يوميًا) في سبتمبر 1861، وبئر وودفورد (3000 برميل (480 مترًا ^مكعبًا ) يوميًا) في ديسمبر 1861. ^{[ 10 ]}
• كان بئر شو غوشر في أويل سبرينغز، أونتاريو ، أول بئر نفط غزير في كندا. في 16 يناير 1862، اندفع النفط من عمق يزيد عن 60 متراً (200 قدم) تحت سطح الأرض إلى ما فوق قمم الأشجار بمعدل 3000 برميل (480 متراً ^مكعباً ) يومياً، مما أدى إلى ازدهار صناعة النفط في مقاطعة لامبتون. ^{[ 11 ]}  
• بلغ تدفق بئر لوكاس غاشر في سبيندلتوب بمدينة بومونت، تكساس ، الولايات المتحدة الأمريكية، عام 1901، ذروته عند 100 ألف برميل (16 ألف متر ^مكعب ) يوميًا، لكن سرعان ما تباطأ تدفقه وتوقف تمامًا في غضون تسعة أيام. وقد ضاعف هذا البئر إنتاج النفط الأمريكي ثلاث مرات بين عشية وضحاها، وكان بمثابة بداية صناعة النفط في تكساس. ^{[ 12 ] [ 13 ]} 
• شهد مسجد سليمان في إيران عام 1908 أول اكتشاف نفطي كبير مسجل في الشرق الأوسط . ^{[ 14 ]}
• كان دوس بوكاس في ولاية فيراكروز بالمكسيك، انفجارًا نفطيًا مكسيكيًا شهيرًا عام 1908، والذي شكل حفرة كبيرة. وقد تسرب النفط من الخزان الرئيسي لسنوات عديدة، واستمر التسرب حتى بعد عام 1938 (عندما أممت شركة بيمكس صناعة النفط المكسيكية).
• يُعتقد أن بئر ليكفيو المتفجر في حقل ميدواي-سانسيت النفطي في مقاطعة كيرن بولاية كاليفورنيا الأمريكية، والذي افتُتح عام 1910، هو أكبر بئر متفجر في تاريخ الولايات المتحدة. في ذروة تدفقه، تجاوز معدل تدفق النفط 100,000 برميل (16,000 متر ^مكعب ) يوميًا، ووصل ارتفاعه إلى 61 مترًا (200 قدم) في الهواء. وظل البئر مفتوحًا لمدة 18شهرًا، متسببًا في تسرب أكثر من 9 ملايين برميل (1,400,000 متر ^مكعب ) من النفط، لم يُسترد منها سوى أقل من النصف. ^{[ 2 ]}    
• شهد حقل النفط "ألاميتوس  رقم 1" في سيجنال هيل، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية في عام 1921 تدفقاً قصير الأجل للنفط، مما أدى إلى اكتشاف حقل لونغ بيتش النفطي ، أحد أكثر حقول النفط إنتاجية في العالم. ^{[ 15 ]}
• في ديسمبر 1922، تدفق بئر باروسو 2 في كابيمس، فنزويلا، بمعدل حوالي 100000 برميل  ( 16000 متر مكعب ) يوميًا لمدة ^تسعة أيام ، بالإضافة إلى كمية كبيرة من الغاز الطبيعي. ^{[ 16 ]} 
• ثار حقل بابا كركور بالقرب من كركوك بالعراق ،وهو حقل نفط معروف منذ العصور القديمة ، بمعدل 95000 برميل (15100 متر ^مكعب ) في اليوم في عام 1927. ^{[ 17 ]} 
• ^{[ 18 ]}​
• تدفقت مياه نبع وايلد ماري سوديك في مدينة أوكلاهوما، أوكلاهوما ، الولايات المتحدة الأمريكية في عام 1930 بمعدل 72000 برميل (11400 متر ^مكعب ) في اليوم. ^{[ 19 ]} 
• مثّل تدفق النفط في حقل ديزي برادفورد عام 1930 اكتشاف حقل شرق تكساس النفطي ، وهو أكبر حقل نفطي في الولايات المتحدة المتجاورة . ^{[ 20 ]}
• انفجر أكبر بئر نفطي غير متحكم به بالقرب من مدينة قم الإيرانية في 26 أغسطس 1956. وتدفق النفط بشكل هائل إلى ارتفاع 52 مترًا (171 قدمًا) ، بمعدل 120 ألف برميل (19 ألف متر ^مكعب ) يوميًا. وتم إغلاق البئر بعد 90 يومًا من العمل على يد باقر مستوفي وميرون كينلي (الولايات المتحدة الأمريكية). ^{[ 21 ]}    
• في 17 أكتوبر 1982، انفجر بئر غاز حامض يُسمى "أموكو دوم برازيو ريفر" (13-12-48-12)، كان قيد الحفر على بُعد 20 كيلومترًا غرب لودج بول، ألبرتا. وتم إغلاق البئر المشتعل نهائيًا بعد 67 يومًا من قِبل شركة " بوتس آند كوتس" المتخصصة في التحكم بالآبار، ومقرها تكساس .
• وقع أحد أكثر ثورات النفط إثارةً للمشاكل في 23 يونيو 1985، في البئر رقم 37 بحقل تينغيز في أتيراو ، جمهورية كازاخستان الاشتراكية السوفيتية ، الاتحاد السوفيتي ، حيث انفجرت البئر التي يبلغ عمقها 4209 أمتار، واشتعلت البئر المتدفقة ذاتيًا بعد يومين. أدى ضغط النفط الذي وصل إلى 800 ضغط جوي ومحتوى كبريتيد الهيدروجين العالي إلى عدم السيطرة على التدفق إلا في 27 يوليو 1986. بلغ إجمالي حجم المواد المتدفقة 4.3  مليون طن متري من النفط و1.7  مليار متر مكعب من الغاز الطبيعي ، وأسفر اشتعال البئر عن انبعاث 890 طنًا من مركبات المركابتان المختلفة وأكثر من 900 ألف طن من السخام في الغلاف الجوي. ^{[ 22 ]}
• انفجار ديب ووتر هورايزون : وقع أكبر انفجار نفطي تحت الماء في تاريخ الولايات المتحدة في 20 أبريل 2010، في خليج المكسيك بحقل ماكوندو بروسبكت النفطي. تسبب الانفجار في انفجارمنصة الحفر البحرية المتنقلة ديب ووتر هورايزون ، المملوكة لشركة ترانس أوشن والمؤجرة لشركة بي بي وقت وقوع الانفجار. وبينما لا يزال الحجم الدقيق للنفط المتسرب غير معروف، إلا أنه حتى 3 يونيو 2010 وقدّرت المجموعة الفنية لمعدل التدفق التابعة لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية الكمية بما يتراوح بين 35000 إلى 60000 برميل (5600 إلى 9500 متر ^مكعب ) من النفط الخام يومياً. ^{[ 23 ]} 

البترول أو النفط الخام سائل طبيعي قابل للاشتعال، يتكون من خليط معقد من الهيدروكربونات ذات الأوزان الجزيئية المختلفة، ومركبات عضوية أخرى، ويوجد في التكوينات الجيولوجية تحت سطح الأرض. ولأن معظم الهيدروكربونات أخف من الصخور أو الماء، فإنها غالبًا ما تهاجر صعودًا، وأحيانًا أفقيًا، عبر طبقات الصخور المجاورة حتى تصل إلى السطح أو تُحاصر داخل الصخور المسامية (المعروفة بالمكامن) بواسطة الصخور غير المنفذة في الأعلى. وعندما تتركز الهيدروكربونات في مصيدة، يتشكل حقل نفطي، يمكن استخراج السائل منه عن طريق الحفر والضخ. ويتغير ضغط قاع البئر في التراكيب الصخرية تبعًا للعمق وخصائص الصخور المصدرية . وقد يوجد الغاز الطبيعي ( الميثان في الغالب ) أيضًا، عادةً فوق النفط داخل المكمن، ولكنه قد يكون مذابًا فيه أحيانًا عند ضغط المكمن ودرجة حرارته. وعادةً ما يخرج الغاز المذاب من المحلول كغاز حر عند انخفاض الضغط، إما في عمليات إنتاج مُتحكم بها، أو في حالة تدفق مفاجئ، أو في حالة انفجار غير مُتحكم به. وقد تكون الهيدروكربونات في بعض المكامن عبارة عن غاز طبيعي بالكامل تقريبًا.

تُضبط ضغوط السوائل في قاع البئر في الآبار الحديثة من خلال موازنة الضغط الهيدروستاتيكي الناتج عن عمود الطين . في حال اختلال توازن ضغط طين الحفر (أي أن تدرج ضغط الطين أقل من تدرج ضغط مسام التكوين)، فقد تبدأ سوائل التكوين (النفط، والغاز الطبيعي، و/أو الماء) بالتدفق إلى داخل البئر وصعودًا في الفراغ الحلقي (المساحة بين السطح الخارجي لسلسلة الحفر وجدار البئر المفتوح أو السطح الداخلي للغلاف ) ، و/أو داخل أنبوب الحفر . يُعرف هذا عادةً باسم " الاندفاع المفاجئ " . من الناحية المثالية، يمكن إغلاق الحواجز الميكانيكية، مثل مانعات الانفجار ، لعزل البئر ريثما يُستعاد التوازن الهيدروستاتيكي من خلال دوران السوائل في البئر. لكن إذا لم يتم إغلاق البئر (وهو مصطلح شائع لإغلاق مانع الانفجار)، فقد يتصاعد التدفق بسرعة إلى انفجار عندما تصل سوائل التكوين إلى السطح، خاصة عندما يحتوي التدفق على غاز يتمدد بسرعة مع انخفاض الضغط أثناء تدفقه لأعلى البئر، مما يقلل من الوزن الفعال للسائل.

من العلامات التحذيرية المبكرة لتدفق مفاجئ للغازات من البئر أثناء الحفر ما يلي:

• تغيير مفاجئ في معدل الحفر؛
• تقليل وزن أنابيب الحفر؛
• تغير ضغط المضخة؛
• التغير في معدل عودة سائل الحفر.

ومن علامات التحذير الأخرى أثناء عملية الحفر ما يلي:

• إعادة الطين "المقطع" بواسطة (أي الملوث) بالغاز أو النفط أو الماء؛
• تم رصد غازات التوصيل، ووحدات الغاز الخلفية العالية، ووحدات الغاز ذات التدفق العالي من الأسفل إلى الأعلى في وحدة تسجيل الطين. ^{[ 24 ]}

تتمثل الوسيلة الأساسية للكشف عن تدفق مفاجئ للطين أثناء الحفر في التغير النسبي في معدل دوران الطين العائد إلى السطح في أحواض الطين. يراقب طاقم الحفر أو مهندس الطين مستوى الطين في هذه الأحواض ويتابع بدقة معدل عودة الطين مقارنةً بمعدل ضخه عبر أنبوب الحفر. عند مواجهة منطقة ضغط أعلى من الضغط الهيدروستاتيكي لطين الحفر (بما في ذلك الضغط الاحتكاكي الإضافي البسيط أثناء الدوران) عند رأس الحفر، يُلاحظ ازدياد في معدل عودة الطين نتيجةً لاختلاط سائل التكوين المتدفق مع طين الحفر المتداول. في المقابل، إذا كان معدل العودة أبطأ من المتوقع، فهذا يعني فقدان كمية معينة من الطين إلى منطقة تسرب ما أسفل آخر وصلة تغليف . لا يؤدي هذا بالضرورة إلى تدفق مفاجئ للطين (وقد لا يحدث أبدًا)؛ ومع ذلك، قد يسمح انخفاض مستوى الطين بتدفق سوائل التكوين من مناطق أخرى إذا انخفض الضغط الهيدروستاتيكي إلى أقل من ضغط عمود الطين الكامل.

تتمثل الاستجابة الأولى لاكتشاف تدفق مفاجئ للغاز في عزل البئر عن السطح بتفعيل صمامات منع الانفجار وإغلاق البئر. بعد ذلك، يحاول فريق الحفر ضخ سائل إخماد أثقل لزيادة الضغط الهيدروستاتيكي (أحيانًا بمساعدة شركة متخصصة في التحكم بالآبار ). خلال هذه العملية، يتم تصريف السوائل المتدفقة ببطء وبشكل مُتحكم فيه، مع الحرص على عدم السماح لأي غاز بالتدفق بسرعة كبيرة إلى أعلى البئر عن طريق التحكم في ضغط الغلاف باستخدام صمامات الخنق وفقًا لجدول زمني مُحدد مسبقًا.

سيكون هذا التأثير طفيفًا إذا كان سائل التدفق في معظمه ماءً مالحًا. أما مع سائل حفر زيتي، فيمكن إخفاؤه في المراحل الأولى من السيطرة على تدفق الغاز المفاجئ، لأن تدفق الغاز قد يذوب في الزيت تحت الضغط في الأعماق، ثم ينفصل عن المحلول ويتمدد بسرعة مع اقتراب التدفق من السطح. وبمجرد خروج جميع الملوثات، ينبغي أن يكون ضغط غلاف البئر المغلق قد وصل إلى الصفر.

تُستخدم أنابيب التغطية للتحكم في الانفجارات. الغطاء عبارة عن صمام مفتوح يُغلق بعد تثبيته بالبراغي. ^{[ 25 ]}

قد تتسبب انفجارات الآبار في قذف سلسلة الحفر خارج البئر، وقد تكون قوة السائل المتسرب كافية لإلحاق الضرر بجهاز الحفر . بالإضافة إلى النفط، قد تشمل نواتج انفجار البئر الغاز الطبيعي والماء وسائل الحفر والطين والرمل والصخور ومواد أخرى.

غالباً ما تندلع انفجارات الآبار نتيجة شرارات الصخور المتطايرة، أو ببساطة بسبب الحرارة المتولدة عن الاحتكاك. عندئذٍ، يتعين على شركة متخصصة في مكافحة الآفات إخماد حريق البئر أو إغلاقه، واستبدال غلاف البئر والمعدات السطحية الأخرى. إذا كان الغاز المتدفق يحتوي على كبريتيد الهيدروجين السام ، فقد يقرر مشغل النفط إشعال الغاز لتحويله إلى مواد أقل خطورة.

في بعض الأحيان، قد تكون انفجارات الآبار قوية لدرجة يصعب معها السيطرة عليها مباشرةً من السطح، خاصةً إذا كانت الطاقة في منطقة التدفق عالية جدًا بحيث لا تتناقص بشكل ملحوظ مع مرور الوقت. في مثل هذه الحالات، قد تُحفر آبار أخرى (تُسمى آبار الإغاثة ) لتقاطع البئر أو الجيب، وذلك للسماح بضخ سوائل التحكم في الضغط في الأعماق. عند حفرها لأول مرة في ثلاثينيات القرن العشرين، كانت آبار الإغاثة تُستخدم لحقن الماء في حفرة البئر الرئيسية. ^{[ 26 ]} وخلافًا لما قد يُفهم من المصطلح، فإن هذه الآبار لا تُستخدم عادةً لتخفيف الضغط باستخدام منافذ متعددة من منطقة الانفجار.

السببان الرئيسيان لانفجار الآبار تحت سطح البحر هما أعطال المعدات واختلال توازن الضغط مع ضغط الخزان الجوفي. ^{[ 27 ]} تحتوي آبار قاع البحر على معدات للتحكم في الضغط موجودة في قاع البحر أو بين أنبوب الرفع ومنصة الحفر. تُعدّ مانعات الانفجار (BOPs) أجهزة السلامة الأساسية المصممة للحفاظ على التحكم في ضغوط الآبار الناتجة عن العمليات الجيولوجية. وهي تحتوي على آليات قطع تعمل بالطاقة الهيدروليكية لإيقاف تدفق الهيدروكربونات في حالة فقدان السيطرة على البئر. ^{[ 28 ]}

حتى مع وجود معدات وإجراءات لمنع انفجار الآبار، يجب أن يكون المشغلون على أهبة الاستعداد للاستجابة لأي انفجار محتمل. قبل حفر أي بئر، يجب تقديم خطة تصميم تفصيلية لبناء البئر، وخطة استجابة لتسرب النفط، بالإضافة إلى خطة احتواء البئر، ومراجعتها واعتمادها من قبل مكتب السلامة وإنفاذ البيئة (BSEE)، وذلك رهناً بتوفر موارد كافية لاحتواء الآبار وفقاً للمعيار الوطني للتقنيات 2010-N10. ^{[ 29 ]}

وقع انفجار بئر ديب ووتر هورايزون في خليج المكسيك في أبريل 2010 على عمق 1500 متر (5000 قدم) . ^{[ 30 ]} وتلبي القدرات الحالية للاستجابة لحوادث الانفجار في خليج المكسيك الأمريكي معدلات احتجاز ومعالجة تبلغ 130 ألف برميل من السوائل يوميًا، وقدرة على معالجة الغاز تبلغ 220 مليون قدم مكعب يوميًا على أعماق تصل إلى 3000 متر (10000 قدم). ^{[ 31 ]} 

يُعدّ انفجار البئر تحت الأرض حالةً خاصةً تتدفق فيها السوائل من مناطق الضغط العالي بشكلٍ غير مُتحكّم به إلى مناطق الضغط المنخفض داخل البئر. وعادةً ما يكون هذا التدفق من مناطق الضغط العالي العميقة إلى التكوينات الضحلة ذات الضغط المنخفض. وقد لا يكون هناك أي تدفق للسوائل عند فوهة البئر. ومع ذلك، قد تتعرض التكوينات التي تستقبل التدفق لضغطٍ زائد، وهو احتمالٌ يجب أخذه في الاعتبار عند وضع خطط الحفر المستقبلية في المنطقة.

بعد حادثة انفجار بئر ماكوندو-1 في منصة ديب ووتر هورايزون ، تعاون قطاع النفط والغاز البحري مع الجهات التنظيمية الحكومية لوضع إطار عمل للاستجابة لحوادث التسرب النفطي تحت سطح البحر في المستقبل. ونتيجةً لذلك، يتعين على جميع شركات الطاقة العاملة في المياه العميقة لخليج المكسيك الأمريكي تقديم خطة استجابة لحوادث التسرب النفطي، وفقًا لمتطلبات قانون منع التلوث النفطي لعام 1990، بالإضافة إلى خطة تجريبية إقليمية لاحتواء التسرب، قبل البدء بأي نشاط حفر. ^{[ 34 ]} في حال حدوث انفجار تحت سطح البحر، يتم تفعيل هذه الخطط فورًا، بالاعتماد على بعض المعدات والعمليات التي استُخدمت بنجاح لاحتواء بئر ديب ووتر هورايزون، فضلًا عن معدات وعمليات أخرى طُوّرت في أعقاب الحادثة.

لاستعادة السيطرة على بئر تحت سطح البحر، يتعين على الجهة المسؤولة أولاً ضمان سلامة جميع الأفراد على متن المنصة، ثم البدء بتقييم دقيق لموقع الحادث. وسيتم إرسال مركبات غاطسة يتم تشغيلها عن بُعد (ROVs) لفحص حالة رأس البئر، ومانع الانفجار (BOP)، ومعدات البئر الأخرى تحت سطح البحر. وستبدأ عملية إزالة الحطام فوراً لتوفير وصول واضح لتركيب غطاء البئر.

بمجرد إنزال مجموعة التغطية وتثبيتها على رأس البئر، تستخدم ضغطًا هيدروليكيًا مخزنًا لإغلاق مكبس هيدروليكي وإيقاف تدفق الهيدروكربونات. ^{[ 35 ]} إذا كان إغلاق البئر قد يُؤدي إلى ظروف جيولوجية غير مستقرة في قاع البئر، فسيتم استخدام إجراء التغطية والتدفق لاحتواء الهيدروكربونات ونقلها بأمان إلى سفينة سطحية. ^{[ 36 ]}

يعمل الطرف المسؤول بالتعاون مع مكتب السلامة وإنفاذ اللوائح البيئية وخفر السواحل الأمريكي للإشراف على جهود الاستجابة، بما في ذلك السيطرة على المصدر، واستعادة النفط المتسرب، وتخفيف الأثر البيئي. ^{[ 37 ]}

تقدم العديد من المنظمات غير الربحية حلولاً فعالة لاحتواء انفجارات الآبار تحت سطح البحر. تعمل شركتا HWCG LLC و Marine Well Containment Company في مياه خليج المكسيك الأمريكية ^{[ 38 ]} ، بينما تقدم منظمات تعاونية مثل Oil Spill Response Limited الدعم للعمليات الدولية.

في 30 سبتمبر/أيلول 1966، شهد الاتحاد السوفيتي انفجارات في خمسة آبار غاز طبيعي في حقل أورتابولاك للغاز ، وهي منطقة تبعد حوالي 80 كيلومترًا عن بخارى ، عاصمة أوزبكستان . وذكرت صحيفة كومسوملوسكايا برافدا أنه بعد سنوات من الاحتراق الخارج عن السيطرة، تمكنوا من إيقافها تمامًا. ^{[ 39 ]} أنزل السوفيت عبوة نووية مصممة خصيصًا بقوة 30 كيلوطن في بئر عمقها 6 كيلومترات (20,000 قدم) حُفرت على بُعد يتراوح بين 25 و50 مترًا (82 إلى 164 قدمًا) من البئر الأصلية (التي كانت تتسرب بسرعة). واعتُبر استخدام المتفجرات النووية ضروريًا لأن المتفجرات التقليدية تفتقر إلى القوة اللازمة، كما أنها تتطلب مساحة أكبر بكثير تحت الأرض. عند تفجير العبوة، سحقت الأنبوب الأصلي الذي كان ينقل الغاز من الخزان العميق إلى السطح، وحوّلت الصخور المحيطة إلى زجاج . أدى ذلك إلى توقف التسرب والحريق على السطح في غضون دقيقة تقريبًا من الانفجار، وثبت أنه حل دائم. لم تكن المحاولة على بئر مماثلة ناجحة بنفس القدر. وشملت الاختبارات الأخرى تجارب مثل تحسين استخراج النفط (ستافروبول، 1969) وإنشاء خزانات لتخزين الغاز (أورينبورغ، 1970). ^{[ 40 ]}