Il petrolio

IL PETROLIO

Il petrolio è una miscela di idrocarburi liquidi, gassosi e solidi.

Ricordiamo che gli idrocarburi sono composti chimici formati da idrogeno e carbonio (da cui il nome), cui possono aggiungersi ossigeno, azoto e zolfo.

Il petrolio è la più importante risorsa energetica mondiale ed è anche la materia base dell'industria petrolchimica che ci fornisce prodotti come le materie plastiche, le fibre sintetiche, i concimi chimici ecc.

I giacimenti petroliferi

Il petrolio è il prodotto della trasformazione di organismi vegetali e animali, in seguito a complessi processi fisici e chimici che si sono svolti nel corso della lunghissima storia della Terra e che hanno portato alla formazione di queste rocce dette sedimentarie.

I mari della Terra sono stati popolati, per milioni di anni, da innumerevoli esseri viventi, soprattutto da organismi marini molto piccoli che oggi conosciamo con il nome di plancton. Alla loro morte questi organismi precipitavano sui fondali e si mescolavano ai fanghi ed ai detriti che, per l'erosione della crosta terrestre, i fiumi continuavano a trasportare al mare.

I depositi sul fondo marino, formati da organismi morti, dai detriti e dalle sostanze minerali, prendono il nome di sedimenti.

In questi sedimenti, in assenza di aria e per l'opera di speciali batteri, a determinate condizioni di temperatura e di pressione, gli organismi si sono scomposti in sostanze chimiche formate solamente da idrogeno e carbonio: gli idrocarburi.

Gli idrocarburi che si sono formati potevano essere liquidi o gassosi. Essendo, comunque, più leggeri dell'acqua che impregnava le rocce, tendevano a risalire ed a concentrarsi nella parte più alta delle stesse: queste rocce divennero delle rocce magazzino.

Durante le diverse ere geologiche avvennero giganteschi sconvolgimenti della crosta terrestre, e quelli che una volta erano fondali marini divennero terre emerse, o viceversa, mentre le spinte provenienti dall'interno della Terra causavano lo spostamento dei diversi strati rocciosi. Tutto questo ci spiega come le rocce magazzino si possano oggi trovare in località molto distanti da quelle originarie. La maggior parte di giacimenti è rimasta intrappolata nel sottosuolo, spesso a grande profondità, sia sulla terra ferma sia sul fondo marino, vicino alle coste e nelle lagune o baie.

Vediamo ora come si sono formati questi giacimenti - trappola. Abbiamo già detto che il petrolio ed i gas, essendo più leggeri dell'acqua, tendono a risalire attraverso le rocce permeabili. Se il sottosuolo fosse composto soltanto di rocce di questo tipo, gli idrocarburi giungerebbero sino alla superficie e qui si disperderebbero. Ma il sottosuolo è generalmente formato di una successione di strati permeabili e strati impermeabili: quando, a seguito di spinte e di pressioni, i vari strati si sono piegati o addirittura frantumati, gli idrocarburi si sono mossi lungo gli strati permeabili fin dove non hanno incontrato uno strato impermeabile che li ha fermati.

In conclusione, gli idrocarburi si sono accumulati nella parte più alta di rocce porose coperte da rocce impermeabili: queste sono le trappole petrolifere. E' importante ribadire che il petrolio impregna le rocce, non forma nel sottosuolo laghi o fiumi sotterranei, ma si trova nelle numerose e piccolissime porosità delle rocce magazzino. In queste porosità è anche sempre presente una certa quantità d'acqua.

La ricerca petrolifera

Per trovare un giacimento bisogna sapere se il sottosuolo è costituito da rocce sedimentarie e se tra queste ve ne sono di quelle che possono contenere idrocarburi. Ma non è sufficiente: bisogna anche aver identificato una trappola ed averla localizzata con approssimazione di poche centinaia di metri nelle tre dimensioni dello spazio. Per trovare le trappole si usano diversi sistemi:

il rilevamento aerofotografico è di grande aiuto perché mette in evidenza gli affioramenti rocciosi e ne indica la direzione e l'inclinazione. Si raccolgono poi campioni di terreno (carote) in superficie e in profondità, che vengono esaminati in laboratorio per scoprirne le caratteristiche. L'età dei diversi strati rocciosi è stabilita studiando i resti fossili che vi sono contenuti e misurandone la radioattività residua.

Dopo questi studi preliminari si passa ai controlli diretti, impegnando diversi sistemi di ricerca. Alcuni di questi metodi si basano sulla misura del magnetismo e della gravità della zona dove si effettua la ricerca: i vari tipi di roccia hanno magnetismo e densità diversi, la loro misurazione condotta con appositi e delicati strumenti, consente di ottenere un primo modello orientativo sulla forma del sottosuolo.

Molto più esatto è il metodo sismico a riflessione, l'unico che sia praticamente in grado di localizzare una trappola con sufficiente precisione.

Si provocano nel sottosuolo delle vibrazioni per mezzo di detonazioni di miscele di gas in camere di scoppio chiuse. Le onde sismiche prodotte, in parte attraversano il terreno, in parte vengono riflesse ogni volta che la consistenza del terreno cambia perché da un tipo di roccia si passa ad un altro. Le onde riflesse vengono raccolte da speciali microfoni e registrate. Queste registrazioni vengono fatte direttamente sotto forma di valori numerici espressi nel sistema binario e inviate ai calcolatori che forniranno direttamente l'immagine geometrica del sottosuolo.

Quando tutti gli esami preliminari hanno dato esito positivo, si    procede allo scavo di un pozzo esplorativo; sarà l'unico modo per definire con certezza se in quel luogo vi è una trappola e, se c'è, se contiene idrocarburi e quanti. Quando il primo pozzo esplorativo dimostra la presenza di idrocarburi è di norma necessaria la perforazione di altri pozzi, per determinare con sufficiente precisione la consistenza del giacimento. La durata di questa fase dipende naturalmente dalla profondità e dal numero dei pozzi, comunque richiede dal minimo di un anni a cinque e più anni.

La perforazione di un pozzo di petrolio è un'operazione complessa e costosa. Si innalzano le torri di trivellazione (in inglese: derrick), armature che devono sostenere la trivella, una specie di grosso trapano che porta sulla cima uno scalpello, detto sonda di trivellazione. Il movimento di rotazione viene trasmesso da un potente motore ad una tavola rotante, che a sua volta fa girare le aste cave della trivella. Nelle aste cave circola una corrente di fango sotto pressione che ha lo scopo di raffreddare la sonda e di trasportare alla superficie i frammenti della roccia perforata. Man mano che il pozzo progredisce viene rivestito con tubi di acciaio cementati alla roccia.

Quando il pozzo raggiunge la trappola petrolifera gli idrocarburi che impregnano la roccia fuoriescono liberamente, spinti dalla pressione del gas o dell'acqua, si toglie allora la sonda di trivellazione, si inserisce un tubo di acciaio forto e si fissa alla testa del pozzo un complesso di valvole che regolano il flusso del petrolio, chiamato "albero di Natale" per la sua strana forma.

Soltanto una parte del petrolio, circa il 30%, viene estratto dal giacimento; la restante parte aderisce fortemente alla roccia e non può esserne staccata con i metodi normali. In alcuni pozzi la pressione esistente che determina la fuoriuscita del petrolio può diminuire: in questi casi vengono installate delle pompe di estrazione.

Il petrolio grezzo estratto dal giacimento è immesso in grandi serbatoi di sedimentazione, dove si depositano i fanghi, i frammenti di roccia e l'acqua sospesi nel fluido.

Viene poi portato, attraverso apposite tubazioni dette oleodotti, direttamente alle raffinerie o, più spesso a grandi centri di raccolta vicino ai porti di imbarco dove gigantesche navi petroliere lo caricano e lo trasportano alle raffinerie di destinazione.

La ricerca fuori costa (off-shore)

Negli ultimi vent'anni ha assunto una notevole importanza la ricerca e la perforazione di pozzi sulle piattaforme continentali, i fondali marini che circondano i continenti. A questo scopo sono state costruite delle piattaforme metalliche fissate sul fondo ed emergenti al di sopra del livello delle onde e delle maree.

Dalle piattaforme vengono perforati numerosi pozzi in direzioni diverse, in modo da esplorare un maggior volume di roccia.

In caso di successo, gli idrocarburi che giungono dalle profondità del giacimento fino alla piattaforma, sono poi trasportati alla costa più vicina mediante oleodotti. Questo tipo di ricerca, attualmente il più sviluppato, è adatto per acque relativamente poco profonde, fino a circa 100 metri di profondità. L'impiego di piattaforme galleggianti e semi sommergibili consente di raggiungere una profondità di 300 mt; oggi vengono eseguiti pozzi esplorativi fino a quasi tremila metri di profondità. Sembra probabile che i maggiori giacimenti ancora da scoprire siano sottomarini.

La raffinazione del petrolio

Il petrolio greggio è un miscuglio di numerosi idrocarburi, molto diversi tra loro per la composizione chimica delle molecole. E' necessario sottoporlo a delle lavorazioni che consentono di separarne i vari componenti: ciò avviene in grandi complessi chiamati raffinerie. Il primo trattamento cui è sottoposto il petrolio greggio è la distillazione frazionaria (in inglese: topping).

Il petrolio, riscaldato fino alla temperatura di ebollizione, è inviato in una speciale torre o colonna di frazionamento. Questa torre contiene un certo numero di piani, sui quali si condensano i diversi idrocarburi secondo il rispettivo punto di ebollizione. Sui piatti posti in cima alla colonna si depositeranno gli idrocarburi più leggeri, a basso punto di ebollizione, su quelli inferiori gli idrocarburi più pesanti, e così via. Al fondo si raccoglieranno i componenti più complessi che costituiscono il residuo della distillazione frazionata.

I piatti hanno dei fori per consentire il passaggio delle varie frazioni da un piatto all'altro. Ad opportuni intervalli, dalla colonna escono dei condotti che convogliano quella certa classe di idrocarburi all'esterno, pronti per subire le operazioni successive.

I prodotti che si ottengono con la distillazione frazionata sono, a partire dalla cima della torre di topping: gas di raffineria, benzine, kerosene, gasoli, oli pesanti, residuo.

Gli idrocarburi ottenuti dalla prima distillazione non possono essere immediatamente utilizzati come combustibili, ma devono subire ulteriori processi di raffinazione per eliminare le impurità e migliorarne le caratteristiche fisico - chimiche.

Il residuo di topping viene nuovamente distillato entro torri a bassa pressione, a temperature inferiori a quelle precedenti, ed in questo caso si ottengono nuovi keroseni, gasoli ed oli lubrificanti. I residui di questa seconda distillazione costituiscono i bitumi, impiegati come impermeabilizzanti e, soprattutto, nella produzione di asfalto per la copertura delle strade.