Het ontstaan van olie
De lagen waaruit aardolie is ontstaan zijn ongeveer 180 miljoen jaar oud. De geschiedenis van aardolie begint ongeveer 100 miljoen jaar geleden. In deze tijd leefden in de zeeën en meren enorm veel kleine organismen, bacteriën en algen (plankton). Nadat dit plankton stierf zonk het naar de bodem. Als het bedekken van plankton met slib snel genoeg ging zodag er geen zuurstof meer bij kon, kon het niet gaan rotten. Dit was de basis voor het vormen van olie.
Door de veranderingen in klimaat, door aanvoer van zand, grind en klei van de rivieren en vooral ook door bewegingen in de aardkorst werd deze laag dood organisch afval bedekt en kwam steeds dieper te liggen. De laag die er bovenop kwam kan soms wel enkele duizenden meters diep zijn. Per 100 meter gaat de temperatuur 3 graden Celsius omhoog. Zo kan de temperatuur wel oplopen tot boven de 100 graden Celsius. Ook de druk steeg enorm, tot wel 300 bar! Onder deze omstandigheden veranderde het organisch materiaal bij temperaturen van 60-120 graden celsius in olie en bij temperaturen boven de 150 graden in aardgas (door het kraken, zie verderop). Dit aardgas bevindt zich ook altijd bij de olie (er net boven) en komt met de olie mee naar boven. Dit gas is echter niet hetzelfde als het gas dat we bijvoorbeeld in Slochteren naar boven pompen. Dit is namelijk gas dat ontstaan is uit steenkool. Steenkool ontstaat uit plantaardig materiaal, olie uit organisch.
De olie bevindt zich in secundair gesteente, meestal in zand of kalksteenlagen, in de poriën. De steen moet dus wel poreus zijn. Zandsteen kan tot 20% uit dergelijke porieën bestaan, waardoor de steen als een soort spons voor werkt voor olie.
Secundair gesteente is gesteente dat door sedimentatie is ontstaan. Primair gesteente is steen dat bij het vormen van de aarde is ontstaan en er nog steeds is. Een voorbeeld is basalt. Onder basalt zul je geen olie aantreffen. Dus als je tijdens het boren op basalt stuit en je hebt nog geen olie gevonden, kun je er wel mee stoppen. De olie in het zandsteen is meestal afgedekt door een zoutlaag of door leisteen, die ondoordringbaar is voor olie (en gas), zodat de olie niet naar boven kan ontsnappen.

Hoe vinden we olie?
Als we op zoek gaan naar aardolie weten we één ding zeker; we zullen het alleen vinden in poreuze aardlagen. Dikwijls is dat zandsteen. In deze lagen kán olie zitten, maar dat hoeft niet. De laag moet namelijk wel afgedekt zijn door een niet-poreuze laag, zoals een zoutlaag. Als je dus weet waar je deze lagen kunt vinden, weet je waar er olie zou kunnen zitten. Om dit te weten is een uitgebreide kennis van de aardkorst nodig, wat voornamelijk de taak is van geologen. Om de bodem te onderzoeken maken zij gebruik van seismische trillingen.
Op land worden deze trillingen gemaakt door kleine explosieven tot ontploffing te brengen, of door een speciale vrachtauto die op de juiste plaats een zware plaat op de grond drukt, waarbij hij zichzelf optilt. Deze laatste methode wordt vooral gebruikt op plaatsen waar mensen wonen, terwijl explosieven veel gebuikt worden in onbevolkte gebieden. Op zee gebruikt men geluidssignalen, die uitgezonden worden door een apparaat dat achter een schip wordt gesleept. De signalen worden opgevangen door een geofoon (op land) of een hydrofoon (op zee). Een geofoon is een soort microfoon die vooral gevoelig is voor trillingen met een lage frequentie. Om de trillingen te kunnen registreren wordt hij stevig in de grond ‘geprikt’. Een hydrofoon is een apparaat dat drukveranderingen in het water meet. Hij wordt aan een kabel achter het schip aan getrokken.
Als men slechts de diepte van het water wil bepalen gebruikt men seismische signalen met een frequentie van zo’n 20.000 Hz. De signalen planten zich met ongeveer 1500 m/s door het water en worden door de bodem weerkaatst, waarna de signalen weer worden opgevangen. Als je de tijd meet tussen het verzenden en het ontvangen weet je hoe diep het op dat punt is. (Dit geldt natuurlijk alleen op zee).
Dezelfde methode wordt gebruikt om onderzoek te doen naar aardlagen. Nu gebruikt met echter een veel lagere frequentie, namelijk tussen 100 het 8000 Hz. Deze signalen worden niet alleen weerkaatst door de bodem, maar dringen er ook voor een deel in door. Doordat de bodem vaster is water planten geluidsgolven zich hier sneller in voort, afhankelijk van de steensoort tussen de 1500 en de 4000 m/s. Als een signaal op een nieuwe aardlaag komt zal weer een deel weerkaatst worden, terwijl en ander deel weer verder gaat. De signalen die terugkaatsen worden weer opgevangen. Zo kan men zich een idee vormen van hoe diep een aardlaag ligt. Als je heel veel meetpunten hebt kun je een kaart maken van de aardlagen. Dit is het principe achter het bodemonderzoek. Op land en op zee gaat men in principe hetzelfde te werk, alleen gebeurt het op zee met behulp van schepen. Op het land gaat men als volgt te werk:
Op het te onderzoeken stuk grond legt men een denkbeeldig rooster, met vierkantjes van bijvoorbeeld 25x25m. Ieder vierkantje heeft één punt (in het midden), een zogenaamd ‘midpoint’ (M). Per punt M worden verschillende metingen gedaan. Het uiteindelijke doel is om van een hele reeks punten M te bepalen hoe diep de verschillende lagen onder dit punt liggen. Daarmee kan je dan een kaartje maken.

Per punt gebeurt het volgende:

1. Punt S wordt in trilling gebracht, bijvoorbeeld met zo’n vrachtauto, of met een kleine explosie.

2. De trilling zal reflecteren op een aardlaag in punt D en wordt weer ontvangen in punt G (Geofoon), waar deze wordt geregistreerd. Omdat één trilling op meerdere aardlagen zal reflecteren, worden er in punt G meerdere reflecties ontvangen. De afstand X tussen S en G wordt ‘offset’ genoemd. Per punt M worden meerdere metingen genomen, waarbij steeds andere S/G combinaties worden genomen, met X variërend van 100 tot 3000 meter.

3. De resultaten van de S/G combinaties met dezelfde M worden verzameld. Deze verzameling wordt de CMP verzameling genoemd (Common MidPoint Gather).

4. De seismische signalen (traces) worden per CMP in volgorde van toenemende offset X naast elkaar geplot en de kromming van de reflectie wordt bekeken. Dit wordt later weer bij elkaar gevoegd om een plaatje van het gebied te vormen.

De berekening van de diepte van een aardlaag gaat als volgt:
De tijd die een trilling nodig heeft om van S via D naar G te komen is t(x). Als x = 0 dan vallen S, G en M samen. Met andere woorden: de trilling wordt in het punt M opgewekt en ook weer opgevangen. De geluidsgolf gaat recht naar beneden en komt op verschillende momenten weer terug. De tijd die dit kost (heen en terug) noemen we t(0). (Dit verschilt dus voor iedere laag).
Er geld:

t^2(x) = t^2(0) + x^2/v^2

Ik zal eerst proberen uit te leggen hoe deze formule tot stand komt. Het uiteindelijke doel van de formule is het bepalen van de (gemiddelde) snelheid van de geluidsgolf. De formule berust op de formule s = v * t. We gaan werken met de rechthoekige driehoek MDG (zie eerdere figuur). Eerder heb ik t(0), t(x) en X genoemd. In de driehoek ga ik deze ook gebruiken. DG wordt t(x), DM wordt t(0) en MG wordt t(MG). t(MG) is hierbij de helft van t(SG) (door de grond). Ik heb dus alle waarden met een factor 2 verkleind. In de betreffende driehoek ga ik nu Pythagoras gebruiken: t(x)2 = t(0)2 + t(MG)2. Voor t(MG) mag ik schrijven x/v (volgens x = v * t). X is hierbij de afstand MG (ook gehalveerd!). Als je dit substitueert krijg je wat we hebben willen: t2(x) = t2(0) + x2/v2. Hiermee kunnen we v berekenen: t(x) is bekend door te meten, evenals t(0). Ook x is bekend, dus de enige onbekende is v. Doordat ik eerder alles met dezelfde factor heb verkleind, mag ik nu ook weer met dezelfde factoren vergroten, zodat ik de originele waardes kan gebruiken (x, t(0) en t(x)).

5. Voor elke CMP wordt met de verschillende waarden van t(x) en de waarden van t(0) de snelheid bepaald. Deze snelheid wordt de Normal MoveOut Velocity (NMO Velocity) genoemd.

6. Nu kunnen we de dikte van de aardlagen onder M bepalen. We weten nu de snelheid van het geluid en we weten hoeveel tijd het kostte (t(0), recht naar beneden). De formule die we hiervoor gebruiken ziet er zo uit: 2d = v * t(0). Dit wordt: d = ½ v * t(0). Nu kunnen we bij verschillende punten M van iedere aardlaag de diepte bepalen.

7. Als we nu al deze waardes in een computer zetten, dan kan deze er een driedimensionaal (of 2D) beeld van maken. De serie figuren hieronder laat dat mooi zien.

Ik heb nu in principe beschreven hoe je één meting moet berekenen (voor één midpoint en de diepte van één aardlaag). Als je een gebied van 20 x 20 km onderzoek worden er wel 12 miljoen metingen gedaan! Het berekenen wordt dan natuurlijk met computers gedaan! Verder: wat ik hierboven heb beschreven is natuurlijk een versimpelde versie. In werkelijkheid heb je te maken met verstoringen en andere zaken die het proces moeilijker maken. Hoe dieper je in de grond gaat hoe moeilijker het wordt.

Hoe krijgen we de olie uit de grond?
Voorbereiding: nadat men een mogelijke oliebron olie gevonden heeft kan men gaan boren. Voordat er geboord kan worden moet er echter nog het een en ander gebeuren. Zo moet er bepaald worden wat de grenzen van het boorterrein zullen zijn. Verder wordt er een studie gedaan over de invloed van de boortoren op het plaatselijke milieu. Daarna moet er nog toestemming komen van de plaatselijke overheid of in het geval van bijvoorbeeld internationaal water (ver op zee) moet er gerechtelijke toestemming zijn. Als dit allemaal achter de rug is kan men beginnen met het bouwen van het boorplatform.
Eerst moet het landschap geschikt gemaakt worden voor het bouwen van de toren.
Het terrein zal dus bijvoorbeeld vlak gemaakt worden. Op zee geldt dat in mindere mate. Op het plaatje hiernaast zie je de verschillende soorten boorplatforms voor op zee. De IJfeltoren dient ter vergelijking (hoogte = 200 m). br> Naast het gereed maken van het landschap wordt er een groot ‘reservoir’ gegraven dat zal dienen om het opgeboorde gruis op te slaan (reserve pit). De wanden van het reservoir worden met plastic bekleed om het milieu te beschermen. Als het platform in een ecologisch gevoelige omgeving staat, zoals een moeras of een beschermd bos, mag het gruis (en de modder) niet ter plaatse opgeslagen worden en moet men het met vrachtauto´s naar een andere locatie brengen.
Tenslotte moet er water in de buurt zijn. Om te boren hebben ze namelijk water nodig. Op zee is dit natuurlijk geen probleem. Als er op land geen water in de nabijheid is wordt er een waterput geboord.

Als deze voorbereidingen getroffen zijn begint men een stuk te boren. De boortoren is op dit moment nog niet opgezet. Er wordt vaak eerst een begin gemaakt met een boorvrachtauto.

Deze boort vrij ondiep maar met een grotere diameter. In dit gat wordt een zogenaamde conductor pipe (geleidingspijp) gezet, die dikker is dan de rest van de pijpen die er in geboord worden. Om deze pijp wordt cement gestort. Het geheel noemt men de ‘surface casing’. Op zee wordt dit eerste gat overigens niet gemaakt. Hier installeert men meteen de boortoren.
Nu gaat men de boortoren gereed maken. Afhankelijk van de ligging worden de onderdelen per vrachtauto, schip of helikopter gebracht.
Op het plaatje staat een schematisch overzicht van een boortoren. Ik zal eerst de onderdelen van de boor bespreken. Ik geef de namen van de onderdelen in het Engels, als er een Nederlands woord voor is (niet in alle gevallen) zeg ik dat erbij.

De boor bestaat uit verschillende stukken. Er is natuurlijk een boorkop, maar er komt nog heel wat meer bij kijken. Ik zal bovenaan beginnen.

“Crown and crown block” en Traveling block
De crown is het topje van de boortoren. Het crownblock is het katrol dat hier aan hangt. Het traveling block is ook een katrol. Deze hangt echter los. Tussen beide katrollen zit een staalkabel die meerdere keren wordt ingeschoren. Dit wordt gedaan om de last die aan het katrol hangt makkelijker op te kunnen tillen. Naar mate men dieper komt scheert men de kabel wat vaker in. De benodigde kracht wordt dan wat minder, maar het duurt wel langer… Op het boorplatform staat een ‘lier’ die het traveling blok op en neer kan hijsen. Het wordt traveling blok genoemd omdat dat katrol steeds ‘op en neer reist’. Met deze inrichting kan men pijpen op hun plaats hijsen. Naast pijpen kan men ook de swivel aan het blok bevestigen.

De “swivel”
Het eerste onderdeel van de boor. De swivel is het onderdeel waar de boor aan hangt (het geheel noemen ze de boortrein (drill string). Aan de swivel zit een uitgang die ze de ‘goose neck’ noemen. Hierop zit de ‘rotary hose’ bevestigd, waardoor boorspoeling in de boorpijp gepompt wordt (hierover later meer). De rotary hose zit weer vast aan de ‘standpipe’, die tot halverwege de boortoren komt. Je kunt boorvloeistof in de swivel pompen omdat deze zelf niet beweegt. Het is een soort lager waarin de ‘kelly’ draait. Tegelijkertijd vormt de swivel ook een hermetische afsluiting van de boorpijp.

De “kelly”
De kelly is een vier of zeskantige pijp die aan de swivel hangt en die ongeveer twee keer zo lang is als een boorpijp. Aan de bovenkant is hij rond, zodat hij in de swivel rond kan draaien. De kelly gaat door een gat in de ‘rotary table’ (draaitafel). Dit gat is groter dan de pijp zelf, zodat ook het dikkere stuk erdoor kan. Om de kelly zit de ‘kelly bushing’. Dit is een grote schijf die rond de kelly zit (nauw aansluitend op de 6 of 4 hoek) en die op en neer kan bewegen langs het hoekige gedeelte. Dit op en neer gaan kan omdat er aan de randen van het zeshoekige gat grote rollen zitten die over de kelly rollen. Dit zijn de bushings. Aan de onderkant van de kelly bushing zitten vier grote pennen die aansluiten op vier grote gaten in de rotary table. Op deze manier kan de kelly zich verankeren aan de rotary table zodat de draaiende beweging van de rotary table wordt overgebracht op de kelly. Aan het eind van de kelly zit een conische schroefdraad. Hiermee wordt hij bevestigd aan de rest van de boortrein.

“Turning table” of “Rotary table”
Oftewel: draaitafel. Dit is de ‘motor van de boor’. Hele grote elektromotoren (van bijvoorbeeld wel 160 kW) draaien via de draaitafel aan de kelly (die weer verbonden is aan de boorpijp en boorkop). De rotary table staat overigens niet op de grond, maar minstens 15 meter daarboven!

Drill pipe
De boorpijp bestaat uit pijpen van ca. 9.5 meter lang en 5 inch (12,7 cm) dik. Er wordt steeds één pijp per keer in de grond geboord. Daarna wordt er een nieuwe pijp aan vast geschroefd (weer met conische schroefdraad).

Drill collar
Dit is ook een boorpijp, maar met een grotere diameter (9½ inch (24,1 cm)), een dikkere wand en een groter gewicht. Deze pijpen zitten achter de boor en zorgen voor extra gewicht op de boorkop. De boorkop heeft namelijk extra gewicht nodig om naar beneden te zakken. Je zou denken dat de druk van de boorpijpen voldoende is. Dat is echter een denkfout: er is namelijk geen druk van de boorpijp. De boorpijp hangt in zijn geheel (soms wel kilometers lang) aan de boortoren en oefent dus geen druk uit op de boor zelf. Dit moet zo zijn omdat de boorpijp anders krom buigt. De boorpijp wordt gemaakt van zeer buigzaam, taai staal dat zeer grote trek en torsiekrachten aan kan, maar geen drukkracht. Ter illustratie van de flexibiliteit: als de rotary table begint te draaien zal de pijp eerst niet meedraaien. Pas als de rotary table zo’n twintig keer heeft rond gedraaid zal de pijp gaan meedraaien.

Drill bit
Dat is de boorkop. Er zijn verschillende boorkoppen, daarover later meer.

Drill string
Dit is de verzamelnaam voor de boorkop, de drill collars en de drill pipes.

Boorspoeling
Als de boor draait maakt hij grond los en maalt hij stenen fijn. Dit ‘boorgruis’ (cuttings) moet afgevoerd worden, anders blijft de boor namelijk steeds in hetzelfde gruis malen. Dit afvoeren doet men met boorspoeling. In het begin gebruikt men bijvoorbeeld bentoniet: een oplossing van klei (bentoniet dus) in water. Dit vormt een emulsie. Deze emulsie wordt via de rotary hose in de boorpijp gepompt. In de boorkop zelf zitten een soort sproeikoppen die de emulsie met hoge druk uitspuiten. Terwijl het langs de boorkop stroomt neemt de vloeistof het boorgruis met zich mee. Dit komt omdat het soortelijk gewicht van de boorspoeling groter is dan van het gruis. Hierdoor blijft het gruis ‘drijven’ en gaat het mee naar boven. Dit gaat langs de buitenkant van de pijp. Dit kan omdat de boorkop veel dikker is dan de boorpijp. De laatste is altijd 5 inch, terwijl de boorkop steeds smaller wordt (hij begint bij ongeveer 30 inch). Op den duur raakt de put gewoon vol met modder en loopt hij via de ‘mud return line’ (zie figuur) naar de “shale shaker”. De vloeistof wordt dus niet omhoog gepompt! Dat kan ook niet, want met een pomp kan je slechts tien meter water omhoog pompen. Dit komt door de atmosferische druk van 1 bar. Een pomp trekt vacuüm en trekt op die manier water omhoog. Meer dan tien meter is dus niet mogelijk, omdat tien meter water gelijk staat aan 1 bar. De ‘mudpumps’ (modderpompen) pompen dus alleen modder in het gat.
In de shale shaker wordt het gruis weer uit de modder gehaald. Het gruis gaat naar de ‘reserve pit’ (afval put). De modder gaat terug naar het modder bassin waarna het opnieuw gebruikt wordt.
Een voorbeeld van een boorspoeling is dus bentoniet (hebben ze ook bij de Westerschelde tunnel is gebruikt). Een andere boorspoeling is bariet. Deze moddersoort heeft een grotere dichtheid dan bentoniet en wordt op grotere dieptes gebruikt als boorspoeling. Er zijn nog veel meer mogelijkheden voor boorspoelingenspoelingen, bijvoorbeeld ook op oliebasis. Er zijn zelfs mensen die zich hierop specialiseren. Boorspoelingen worden ‘muds’ genoemd.

Verdwenen modder
Tijdens het boren kan het gebeuren dat men ‘ineens’ een heleboel boormodder verliest (het wordt er wel in gepompt, maar het komt niet meer allemaal naar boven). Dit kan gebeuren als er een poreuze en zeer permeabele steenlaag wordt gepasseerd, maar waar geen olie in zit. De modder kan dan tussen de poriën dringen en komt dus niet meer naar boven. Dit moet echter zoveel mogelijk voorkomen worden, omdat het anders veel te veel modder kost. Om te zorgen dat de modder niet in de steenlaag kan dringen worden harde schillen aan de modder toegevoegd; bijvoorbeeld kokosnoot schillen of walnoot schillen. Deze blijven bij het passeren langs de boorwand in de wand hangen en bekleden zo de zijkant. De boormodder kan dan veel minder makkelijk in de poreuze steenlaag dringen.

Elektriciteit
Zo’n boorput ligt vaak erg afgelegen en moet dus voorzien worden in zijn eigen elektriciteitsbehoefte. Dit doet men met behulp van dieselaggregaten. Hiervan staan er simpelweg een heleboel bij elkaar in een gebouw. Motoren van bijvoorbeeld de draaitafel, de boorpompen en de lier zijn allemaal elektromotoren (de net genoemde gebruiken hele grote elektromotoren). Dit wordt gedaan omdat elektromotoren veel beter regelbaar zijn. Dieselmotoren hebben namelijk een bepaald koppel bij een bepaald aantal toeren. Zitten ze niet op of rond dit toerental dan hebben ze veel minder koppel (of zelfs te weinig). Elektromotoren hebben hier geen last van. De elektriciteit wordt natuurlijk ook gebruikt voor licht e.d.

Het boren
Nu ik een hele reeks onderdelen besproken heb kan ik in grote lijnen beschrijven hoe het boorproces verloopt. In het begin zet men de boorkop in het (ondiepe) boorgat. Achter de boorkop zit een drill collar. In het begin kan men in plaats van boren ook een heel eind ‘jetten’. De boorspoeling wordt dan onder zeer hoge druk uit de boorkop gespoten, waardoor de grond gewoon weggespoten wordt en de kop met buis vanzelf naar beneden zakt. Dit kan je wel vergelijken met een gewone hoge drukspuit als je deze op de losse grond richt, maar in dit geval met een veel hogere druk. Als je dieper in de grond komt zul je steenlagen tegen komen. Deze kan je natuurlijk niet wegspuiten. Dan begint men te boren.
Men boort steeds één buis tegelijk de grond in. Op het boorplatform heeft men een heleboel rekken met daarin boorpijpen. Als men één boorpijp de grond in heeft geboord hangt de swivel nog maar een klein stukje boven de rotary table. Het hele zaakje (dus ook de boorkop) wordt 1 pijplengte omhoog getrokken. De boorspoeling blijft hierbij gewoon in het gat staan en voorkomt dat het gat instort. De laatste pijp wordt in een grote klem vastgezet (m.b.v. een soort grote wiggen). Hierdoor blijft het geheel hangen. De kelly wordt vervolgens los gemaakt van de laatste pijp en wordt scheef geduwd zodat hij boven een nieuwe pijp komt te hangen (die al klaar stond in de ‘rat hole’ (gat waar 1 pijp in past). Vroeger gebeurde dit scheef duwen door mensen (roughnecks), die eveneens de pijpen aan elkaar zetten. Tegenwoordig gebeurt dit grotendeels automatisch (met een robotarm). Dit was een van de redenen dat de schroefdraad conisch is. Een conische draad ‘zoekt’ namelijk zelf. Ter voorbeeld: als je een gewone bout en een moer neemt moet je deze precies recht voor elkaar houden om ze in elkaar te kunnen draaien. Bij een conische bout en moer is het begin van de bout smaller dan de opening van de moer. De bout kan dus ook een beetje naar links of rechts en zal toch goed in de moer komen. Daarnaast draai je een conische schroefdraad niet kapot. Een gewone schroefdraad trekt alleen maar aan de ‘tandjes’, die je dus kapot trekt als je te hard draait. Een conische schroefdraad draait zich alleen maar vaster doordat de bout de moer ook naar buiten drukt (net als een wig steeds vaster zit tussen twee platen).
Nadat de kelly aan een nieuwe pijp is vastgezet wordt het geheel nog een pijplengte omhoog getrokken (de lengte van de nieuwe pijp). Deze pijp wordt weer vast gezet aan de laatste pijp, die nog vastgeklemd zit. Als deze twee aan elkaar gezet zijn trekt de kelly nog een klein stukje omhoog, zodat de klem losgetrokken kan worden (de wiggen eruit). Om verder te kunnen boren moet de kelly nu eerst een pijplengte zakken. Zodra de kop weer op de bodem staat kan er weer een pijp in de grond geboord worden. Daarna begint het hele proces opnieuw.

De boorkop
Het drilling bit is natuurlijk ook een belangrijk deel van de boor. Er zijn een heleboel verschillende soorten bits. Afhankelijk van de hardheid van het steen wordt de boorkop aangepast. Hoe harder de steen hoe korter de tanden ook worden. Hiernaast zie je twee soorten bits. Links zie je een conventioneel bit voor steen, daarnaast zie je een rond bit met een diamanten ‘kop’. Dit bit wordt gebruikt om een cilinder van steen uit te boren. Achter dit bit wordt een ‘core barrel’ geplaatst. Hierin gaat de stenen kern terwijl de boor ronddraait. Men boort ca. 10 meter in de grond en trekt vervolgens de boor helemaal uit zijn gat. De kern die in de core barrel zit wordt eruit gehaald en naar een laboratorium gestuurd. Hier wordt hij onderzocht. Op deze manier kan men allerlei informatie krijgen over de lagen steen waar men zich nu in bevindt, wat belangrijk is voor het uiteindelijke resultaat.
Het is natuurlijk begrijpelijk dat het bit nogal eens bot wordt. Vooral als de steen erg hard is kan met soms maar enkele meters boren voordat de boor weer bot is. Om de boor of de tanden te vervangen moet de gehele pijp uit de grond getrokken worden. Dit gebeurd met minstens drie, soms wel meer pijpen tegelijk (afhankelijk van de hoogte van de boortoren). Deze pijpen worden in rekken gezet en genummerd. Als de kop vervangen of geslepen is laten ze de pijpen stuk voor stuk weer naar beneden zakken in de modder die achtergebleven is.

Horizontaal boren
Het is ook mogelijk om horizontaal boren. Deze methode is duurder omdat veel vaker gekeken moet worden of de boor nog goed gaat, wat dus veel meer tijd kost. Daarnaast is de techniek ook moeilijker en duurder. Er zitten echter ook grote economische voordelen aan. Sommige oliehoudende lagen zijn maar tien meter dik, soms zelfs minder, maar strekken zich over kilometers uit. Met recht naar beneden boren kan je slechts een klein deel van de olie winnen. Als je echter horizontaal kunt boren kun je mooi de laag volgen. Zo kun je veel meer olie uit één put halen. Daarnaast kun je met deze methode ook delen van een veld bereiken die kilometers van een boorplatform zitten of hele nieuwe putten op kilometers afstand bereiken. Zo kun je toe met minder boorplatforms en kan je bij bronnen die je anders niet zou kunnen bereiken, bijvoorbeeld omdat ze onder een natuurgebied liggen (neem bijvoorbeeld de Waddenzee).
Als men horizontaal boort moet men op een gegeven moment de boor van richting veranderen. Men gebruikt dan een turbine die er voor zorgt dat alleen de kop draait. Deze wordt hydraulisch aangedreven door de boorvloeistof. Deze moet er dan wel met een hogere druk in gepompt worden (er is meer verlies). Men moet dan niet meer de hele pijp rond draaien. Op deze manier kan men ook schuin boren. De turbine wordt alleen gebruikt om een bocht te maken. Hierbij gebruiken ze ook een soort lepel die aan de zijkant zit, waardoor de boor aan een kant beter kan boren dan aan de andere. De boor gaat hierdoor draaien. Als de kop goed zit, gaat men verder op de traditionele manier: heel de pijp draaien. De boorpijp gaat hierbij wel heel erg wringen, maar daar kan hij tegen doordat het staal heel flexibel is. De details van de techniek zal ik hier niet bespreken.

Casing
Men gaat door met boren tot een vooraf bepaalde (en berekende) diepte. Als deze diepte bereikt is wordt de hele boor uit het gat getrokken en aan de kant gezet. Er moet nu een casing gemaakt worden (bekleding van de wand van het boorgat). Dit is noodzakelijk om te voorkomen dat de put instort en om te voorkomen dat grondwater vanuit de put verontreinigd raakt. De casing is een stalen pijp waar cement omheen zit. Als men begint met boren gebruikt men een boor van ca. 35 inch (88.9 cm) breed. Dat is dus ook de breedte van het boorgat. In dit gat zet men een metalen pijp van 30 inch. Deze pijpen worden net als alle andere pijpen aan elkaar geschroefd, waarna men ze pijp voor pijp in de modder laat zakken (ook weer met behulp van die klemmen). Als de pijp bijna op de grond staat wordt hij vastgezet. Onder aan de onderste pijp (de eerste dus) zit een ‘casing shoe’ (een versmalling). Eerst wordt er nu een ‘plug’ in gezet, met daarin een gat. Vervolgens wordt er een grote cementpomp op de buis gezet (geklemd en luchtdicht). Deze pompt cement, voorafgegaan door de plug, in de buis naar beneden. Als de eerste plug beneden komt sluit de float collar af op de casing shoe. In de figuur rechtsboven zie je de situatie zonder pluggen. De figuur links geeft een beeld van de pluggen. Er wordt van tevoren berekend hoeveel cement ongeveer aan de buitenkant van de buis zal kunnen. Deze berekening is erg belangrijk, want als er te weinig cement in gaat is de casing niet goed en als er te veel cement in gaat dan blijft er een dik stuk cement op de bodem liggen. Dit moet dan weer weg geboord worden. Doordat het cement in de pijp wordt gepompt komt de boormodder langs de bovenkant naar boven (net als bij de circulatie van de boormodder). Als er voldoende cement in de buis zit wordt er een tweede plug in de pijp gezet. Ditmaal één zonder gat erin. Vervolgens wordt er weer modder op de plug gepompt. Deze modder drukt het cement naar beneden. Als de drukmeters sterk stijgen weet men dat de eerste plug beneden is en dat het cement door de plug komt en weer langs de ‘anulus’ naar boven gaat (het gat is nu veel kleiner, dus hogere druk). De ‘anulus’ is de ruimte tussen de casing shoe en het geboorde gat. Het is ook de anulus waardoor de boormodder naar boven komt tijdens het gewone boren. Zodra de bovenste plug op de onderste plug komt stijgt de druk nog meer. Er kan immers niets meer door. Men weet dan dat het cement erin gepompt is. De functie van de pluggen is dus voornamelijk om te weten hoe ver men is en om een scheiding aan te brengen tussen de cement en de boormodder. Je zou zeggen dat als de cement boven uit het gat komt, dat je dan ver genoeg hebt gepompt. Dit wil men echter voorkomen, omdat dat zo’n zooitje is. Men stopt dus ook al voordat de cement helemaal boven is. Het is ook niet nodig dat de cement helemaal tot boven komt; het cement dient voornamelijk om te voorkomen dat er gas tussen de casing en het boorgat kan komen. Dit kan namelijk een blow-out veroorzaken die niet te controleren is. Het is ook al gebeurd dat er toch gas langs kon en dat deze de grond helemaal omwoelde. De poten (van een tension rig platform) hadden zo geen houvast meer en het platform viel zo om.
Na het pompen wacht men 12 uur om het te laten harden. Daarna wordt er getest of het goed is. Zo ja, dan wordt de boor weer in het ‘gat’ gestopt en gaat men verder met boren. Eerst moet men natuurlijk de pluggen wegboren (die van niet al te hard materiaal gemaakt worden. Men gaat nu verder met een kleinere boor (hij moet tenslotte door de laatste casing passen). Ook hiermee wordt tot een bepaalde diepte geboord, waarna weer een casing wordt gemaakt. Zo gaan ze steeds verder met een smallere boorkop. De eerste casing is 30 inch, die tot ongeveer 100 meter gaat. Daarna komt er een van 20 inch, 17 inch, 15 5/8 inch en tenslotte een van 12 inch. Het plaatje op de volgende pagina geeft een beeld van hoe dat er ongeveer uit ziet (niet erg precies en zeker niet op schaal, maar wel een idee).
Na de casing van 12 inch kan men nog een ‘liner’ zetten. Deze wordt gebruikt als er heel erg diep geboord moet worden (dieper dan 3 km). Een liner is eigenlijk hetzelfde als een casing, maar hij begint pas bij het eind van de casing, terwijl iedere casing steeds weer helemaal tot boven loopt. Na de 12 inch casing kan nog een 7 inch en een 5 inch liner komen.
Voor het maken van de casing wordt vaak maar één pomp gebruikt. De pomp die het cement pompt, pompt later ook de modder op het cement. Voor het rondpompen van de modder wordt een andere pomp gebruikt (ze er hier vaak twee van). Het verschil tussen de twee pompen is dat de cementpomp een vele hogere druk kan opbouwen. Dit is nodig om het cement weer omhoog te duwen. Het cement is immers zwaarder dan de boorspoeling. Deze hoge druk gaat echter wel ten koste van het volume dat de pomp per minuut kan pompen. Voor cement is dat niet zo belangrijk, voor de boorspoeling wel. Deze pompen hebben dus een groter minuutvolume.

Blow-out
In tekenfilmpjes is het altijd duidelijk wanneer de olie aangeboord wordt; een dikke straal olie spuit dan uit de grond. Het is inderdaad mogelijk dat een mengsel van olie, gas en water onder hoge druk uit de grond komt gespoten. Dit wordt een blow-out genoemd, iets dat absoluut voorkomen dient te worden. Bij zo’n blow-out breekt vaak brand uit met daarbij ook nog ontploffingen. Behalve het gevaar voor de ‘bemanning’ wordt ook het boorplatform zwaar beschadigd. Om dit te voorkomen heeft een boorplatform een BOP: een blow-out preventer. Deze zit aan net aan het oppervlak op de surface casing boven op de surface casing. De boorpijpen gaan er doorheen.
Een blow-out komt meestal via de anulus. Als de formatie druk hoger is als de hydrostatische druk (de druk die de modder kolom in de anulus op de formatie uitoefent) dan kan er gas (en olie) in de anulus komen, tussen de omhoog komende moddervloeistof. Dit gas drukt de modder dan omhoog. Aan de oppervlakte wordt voortdurend gemeten hoeveel modder er naar beneden wordt gepompt en hoeveel er weer uit komt. Deze hoeveelheden moeten beide even groot zijn. Als er meer modder uit de put komt dan erin gaat weet je dat er een blow-out op komst is en kan je maatregelen nemen. De modder komt namelijk eerst langzaam naar boven. Het gas dat de modder naar boven duwt krijgt een groter volume naarmate het naar boven komt, omdat de druk lager wordt. Daarnaast komt er aan de onderkant nog gas bij.
Op de BOP zitten verschillende kleppen: enkele ‘pipe rams’ en de ‘shear ram’. De pipe ram is een hydraulische schuif die om de boorpijp heen gaat en zo de anulus afdicht. De shear ram is een schuif (ook hydraulisch) zonder gat in het midden. Als deze dicht wordt gezet wordt de boorpijp afgeknepen en hiermee de hele put afgesloten. Dit is echter wel het allerlaatste redmiddel. Je hebt namelijk moeilijk toegang tot de put, waardoor het erg moeilijk wordt om de controle terug te krijgen op de put. Het is wel mogelijk omdat er meerdere kleppen in zitten, maar het is best ingewikkeld en het duurt vrij lang. Het boorproces kan wel een week stil komen te liggen, en dat kost veel geld.
Zoals gezegd komt een blow-out bijna altijd uit de anulus. Als men dit zit aankomen alles meteen stil gezet en wordt de pipe ram dicht gezet. Zo wordt voorkomen dat het gas ongecontroleerd uit de anulus kan blazen. Omdat men nu nog wel een opening tot de put heeft (de boorpijp) kan men de put nog controleren. Om de situatie te herstellen wordt zwaardere modder (hoger soortelijk gewicht) gemaakt (die dus een hogere hydrostatische druk kan creëren) en deze wordt in de boorpijp gepompt. Tegelijkertijd laat men de vloeistof en het gas in de anulus gecontroleerd naar buiten. De te lichte boorvloeistof wordt nu vervangen door zwaardere modder, zodat het gas uit de formatie niet meer in de anulus kan komen. Hierna kan men verder gaan met boren.
Het kan gebeuren dat de blow-out via de boorpijp zit. Als de kelly aan de boorpijp zit is dat niet erg; de swivel sluit deze af en met de pompen kan je genoeg tegendruk geven. Het kan echter gebeuren dat je een blow-out krijgt op het moment dat je de boorpijp verwisselt. De boorpijp is dan open. Als er dan een blow-out is zullen ze eerst proberen de kelly er terug op te krijgen. Als dit niet lukt is de shear ram het laatste redmiddel.

Diep genoeg?
Er moet dus op een andere manier bepaald worden of de pijp al diep genoeg zit. Zoals gezegd worden tijdens het boren de ‘cuttings’ (alles wat losgemalen werd door de boor) met de boorspoeling mee naar boven genomen. Deze cuttings worden voortdurend onderzocht door een geoloog. Zo kijkt hij naar de soort steen (of zand), hij kijkt of er olieresten tussen zitten en of er gas mee naar boven komt (in zeer kleine hoeveelheden). Dit geeft een beeld van de aardlaag waarin op dat moment geboord wordt. Als de geoloog zand vindt, restjes olie en of gas, dan kan besloten worden om enkele metingen te gaan doen, zodat men weet of de juiste diepte is bereikt.
Een ander teken het aankomen in de juiste aardlaag komt van de boormeester. Als de boor plotseling relatief snel naar beneden boort (in steen) dan kan dit duiden op poreuze steen (bijvoorbeeld zandsteen dus). Hierin kan olie opgeslagen zitten. Dit zal dus onderzocht worden.

Metingen
Ik zal hier twee verschillende manieren van meten bespreken, eerder heb ik al een derde (of eigenlijk eerste) besproken (het onderzoeken van een geboorde steen kolom).

- Wire-line logging
- Drill-stem testing

Wire-line logging
Wire-line logging wordt regelmatig gedaan tijdens het boren (speciale bedrijven). De ‘drill string’ wordt uit het gat gehaald en wordt weggezet. De mensen van deze bedrijven laten het meetgereedschap aan een lange speciale kabel naar beneden, tot ze bij de bodem komen. De kabel is speciaal omdat er verschillende elektrische circuits in zitten. De metingen worden verricht terwijl het meetgereedschap naar boven wordt getrokken. Er worden verschillende dingen gemeten:

- Het natuurlijke elektrische potentieel en het effect van elektriciteit op de formaties
- De natuurlijke radioactiviteit en het effect van radioactieve stralen op de formaties.
- De snelheid waarmee geluid zich door de formaties beweegt.

Alle meetgegevens gaan via de kabel naar het oppervlak waar ze in een vrachtwagen verwerkt worden. De gegevens worden vervolgens door ervaren geologen en ingenieurs geanalyseerd. Ze kunnen zo bepalen hoe groot de afstand naar het oppervlak is (dus de diepte) vanaf verschillende aardlagen en intervals. Daarnaast komen ze verschillende eigenschappen van de aardlagen te weten, zoals steensoort en hoe poreus ze zijn en tenslotte kunnen ze ongeveer bepalen waar er gas of olie zit en hoe veel.

Drill-stem testing
Dit wordt gedaan als men klaar is met boren. Bij deze manier van meten wordt de ‘drill string’ uit het boorgat getrokken. De boorkop wordt van de onderste pijp gehaald en in plaats hier van hangt men een stuk meetgereedschap en een ‘packer’. In dit meetgereedschap zit een klep die ze van boven af kunnen openen en sluiten, met daarachter een reservoir voor vloeistof. Het geheel laat men aan de boorpijp helemaal naar beneden zakken. De packer is een soort klem die zich tegen de binnenkant van de casing vastzet en daarmee het boorgat afsluit. De opening met de klep is de enige opening die nog open is. Deze klep wordt vervolgens open gezet. Door de druk in het olieveld worden water, olie en gas in het reservoir gedrukt. Als het reservoir vol is wordt het geheel opgetrokken en laat men de vloeistoffen in speciaal hiervoor bestemde tanks lopen. Het gas wordt (na onderzoek) afgefakkeld. Men onderzoekt de samenstelling van de vloeistoffen en het gas die naar boven zijn komen. Zo wil men graag weten wat de verhouding tussen het water en de olie is die naar boven komt. Daarnaast meet men hoeveel vloeistof en gas er per tijdseenheid naar boven komen. De metingen geven een beeld van de druk in het veld, de permeabiliteit, de poreusheid en de samenstelling van de grondstoffen (olie, gas en water). Permeabiliteit betekent de hoeveelheid vloeistof die de steen door laat. Een steen kan wel poreus zijn, maar als de permeabiliteit heel laag is kan de olie er niet uit. De moleculen van de steen bevatten dan wel gaten tussen de moleculen (poreus), maar de moleculen zelf zitten stijf tegen elkaar aan. De olie kan er dan niet of moeilijk tussendoor. Als er veel ruimte is tussen de moleculen kan de olie gemakkelijk wegvloeien. De permeabiliteit is dan hoog.

In productie brengen of niet?
Met de resultaten van de metingen moet er nu een beslissing gemaakt worden of de geboorde put ook in productie gebracht zal worden. Voordat men gaat boren is namelijk absoluut niet zeker of er wel (voldoende) olie in de grond zit. Het is best mogelijk dat na het boren van de put blijkt dat er geen of niet voldoende olie in de grond zit of dat de kwaliteit niet goed genoeg is om het in productie brengen en houden van de put rendabel te maken voor het bedrijf. De geboorde put wordt dan ook een exploratie put genoemd. Als besloten wordt de put niet te benutten wordt dit een ‘dry hole’ genoemd.

Dry hole
Een dry hole mogen ze niet zomaar achter laten. Deze moet afgesloten worden in verband met het gevaar van een blow out (evt. later). De put wordt niet alleen van boven afgesloten, maar ook op verschillende plaatsen in de buis. Door het well logging weet men welke aardlaag waar zit en welke van deze lagen poreus zijn. De poreuze lagen moeten geïsoleerd worden zodat er geen vloeistoffen van de ene poreuze laag naar de andere lopen. De diepte van deze lagen is ook bekend. Als een gat geplugd moet worden wordt weer een speciaal bedrijf ingehuurd. Deze pompen via de boorpijp, die ze laten zakken tot op de juiste hoogte, cement in het gat (tussen de boorvloeistof). Als er voldoende cement in zit wordt de pijp omhoog getrokken. Dit wordt op alle vooraf bepaalde hoogtes gedaan. Tenslotte wordt een plug cement gezet aan de onderkant van de surface casing en aan de bovenkant van de surface casing. Als de put zich bevindt in gecultiveerd gebied dan wordt de casing afgezaagd onder ploegdiepte en last men hier een metalen kop op.

Als besloten wordt dat de put wel voldoende olie bevat om rendabel te zijn moet de put gereed gemaakt worden voor productie. Daarnaast worden er nog een heleboel gaten bij geboord. Dit gebeurd vanuit een andere boortoren (de productietoren), maar verloopt op dezelfde manier.
Om de eerste put klaar te maken wordt weer een gespecialiseerd bedrijf ingehuurd, dikwijls hetzelfde bedrijf die het wire-line logging uit voerde. Zij laten een ‘perforating gun’ in het gat zakken, opnieuw aan een kabel met daarin elektrische circuits. Op verschillende dieptes brengen ze hiermee explosieven tot ontploffing. Hierdoor komt er een gat in de casing en komen er scheuren in het omliggende gesteente. Als men hiermee klaar is wordt het apparaat uit de pijp getrokken.
De volgende stap is het aanbrengen van een ‘tubing’. Hierdoor zal straks de olie naar boven lopen. Deze tubing is vergelijkbaar met de boorpijpen, maar gemaakt van ander materiaal. Hij moet tenslotte andere eigenschappen hebben. De boorpijpen moesten erg taai zijn want er kwamen grote torsiekrachten op te staan. Voor de tubing is dit niet nodig. Deze moet bijvoorbeeld veel beter tegen corrosie kunnen, omdat hij in de grond blijft zitten. Doordat het grondwater vaak zout is roest een pijp erg snel. Daarnaast is er bij olie ook veel zwavelwaterstof (H2S) die voor corrosie zorgen. Aan het eind van de tubing komt een packer. Deze klemt zich tegen de buitenkant van de casing vast en sluit daarmee de anulus tussen de tubing en de casing af (net boven het productie gat met de geperforeerde gaten). Net boven de packer heeft de tubing een stel kleppen die men van boven af open kan zetten, zodat er een verbinding tussen de anulus en de tubing ontstaat. Dit is o.a. nodig om goede controle over de put te behouden.
De tubing wordt weer aangesloten op de zogenaamde ‘christmas tree’. In de christmas tree zitten drie kleppen. De ene klep sluit de tubing af om zo de hoeveelheid olie te regelen, de andere klep sluit de anulus af. Tenslotte is er nog een die alles af sluit. In normale productie toestand zit de anulus vol met boormodder. De massa hiervan moet groot genoeg zijn om ongeveer evenveel druk (hydrostatische druk) op de packer uit te oefenen als de formatie druk onder de packer doet. De hydrostatische druk kan men regelen door het soortelijk gewicht van de boormodder te vergroten of te verkleinen, bijvoorbeeld door bariet te gebruiken i.p.v. bentoniet (om de modder zwaarder te maken).
Het kan gebeuren dat de permeabiliteit van de steenlaag waar de olie in zit te laag is. Als de betreffende laag een kalksteen laag is pompt men zuur in de put. Kalksteen bevat CaCO3. Dit kan reageren met het zuur volgens de volgende reactie:
CaCO3 (s) + 2H3O+(aq) --> Ca2+ (aq) + H2CO3 (aq) + 2 H2O(l)

Doordat het kalk deels oplost kan de olie weer beter stromen.
In het geval van zandsteen kan men niet ‘zuren’. In dit geval probeert men de formatie te fractioneren door explosieven tot ontploffing te brengen.
Als de christmas tree is geïnstalleerd wordt de boortoren afgebroken en weggehaald. De productie kan nu beginnen. Aanvankelijk wordt de olie door de natuurlijke druk omhoog gedrukt (niet altijd). De snelheid waarmee dit gebeurd wordt eveneens in de christmas tree geregeld. Na een tijdje zal er niet meer voldoende natuurlijke druk zijn om de olie naar boven te stuwen. Men installeert dan een pomp die de olie omhoog pompt.

Pompen
Een welbekende pomp is de jaknikker. Veel mensen hebben er wel eens een gezien of er in ieder geval van gehoord en een plaatje gezien. Ik heb eerder uitgelegd dat je met een pomp een kolom van niet meer dan tien meter water omhoog kan pompen. Om uit een gat van enkele kilometers diep toch olie te pompen moest men dus iets anders bedenken. De Jaknikker was de oplossing. Boven de grond draait een elektromotor aan een kant van de jaknikker (de andere kant van de typerende kop van de jaknikker). Hier zit een contragewicht aan vast dat naar beneden gaat als de kop van de jaknikker omhoog komt en vice versa. Dit gewicht is ongeveer even groot als de kracht die nodig is om de pomp omhoog te trekken. De kop van de jaknikker zit vast aan het ‘polish rod’ (zie figuur op de vorige pagina en ook de rechter christmas tree op de vorige pagina). Deze zit weer vast aan de ‘sucker rod’, die door de tubing helemaal naar beneden loopt. Aan de onderkant van de tubing zit een cilindervormige pomp. Als de jaknikker omlaag beweegt loopt de cilinder van de pomp vol met olie. Bij de opwaartse slag van de jaknikker wordt deze olie een stukje naar boven gestuwd.

Supplementaire technieken
Met een jaknikker kun je slechts 30% van de olie uit de grond halen. Om dit rendement te verhogen heeft men verschillende technieken ontwikkeld. Eén methode is de druk in het olieveld kunstmatig verhogen. In de nabijheid van de boorputten worden dan nieuwe gaten geboord. In deze putten pompt men onder hoge druk water. Dit water dringt in de grond en ‘duwt’ tegen de olie. De druk in de olieput wordt zo hoger waardoor er weer olie in stroomt. Deze techniek is al redelijk oud.

Stoom
Het kan ook zo zijn dat de olie erg dik is en daardoor moeilijk omhoog te pompen. In dit geval kan stoom een oplossing zijn. In de buurt van de olieput wordt weer een extra gat geboord. Hierin pompt men stoom onder druk. Het stoom verwarmt de olie, waardoor deze vloeibaarder wordt. De druk helpt het omhoog duwen.

Zuivering voor transport
De substantie die uit de put komt is niet alleen maar olie. Het is een emulsie van hoofdzakelijk olie, gas en water. Voordat dit getransporteerd wordt gaat het door een installatie die deze drie van elkaar scheidt. Een schema van zo’n installatie zie je op de volgende pagina. Deze installatie wordt bij de put gebouwd terwijl de put klaar wordt gemaakt voor productie. De emulsie komt uit de christmas tree de ‘free water knockout’ in. Hier wordt een deel van het water al uit de emulsie gehaald. De rest gaat naar de ‘heater treater’. Hier worden de olie, het water en het gas van elkaar gescheiden. Het gas gaat bovenin in de gas pijp. Deze pijp (met daarop een meter voor de hoeveelheid) gaat naar het gasbedrijf. De olie loopt via een pijp naar een grote tank, waar hij voorlopig opgeslagen zal worden. Als de olie in de volle tank nog onzuiverheden bevat gaat hij via de ‘recirculating oil line’ (met daartussen een pomp) terug naar de heater treater, om nogmaals gezuiverd te worden. Als alles zuiver is kunnen ze via de ‘drain valve’ geleegd worden. Dit gaat met een pijpleiding, een olietanker of een vrachtwagen.
Het water gaat via een leiding naar een opslag tank of bassin of het wordt in een ondergronds reservoir gepompt. De hoeveelheden olie, gas en water worden apart gemeten. Zo weet men bijvoorbeeld wat er geproduceerd is en of de hoeveelheid olie die naar boven komt nog wel voldoende is. Hoe meer water de substantie bevat hoe minder rendabel de put is.

Transport
Als de olie uit de grond is moet het getransporteerd worden van het olieveld naar de raffinaderij om verwerkt te worden. Eén manier om miljoenen vaten ruwe olie te transporteren is via ondergrondse pijpleidingen. Pompen zorgen ervoor dat de olie voort beweegt en ze bepalen eveneens de snelheid. Pijpleidingen worden ook wel op de zeebodem geplaatst met behulp van schepen. Voor transport van grote hoeveelheden olie overzee worden olietankers gebruikt. De capaciteit van deze tankers varieert van 500.000 ton olie tot 20.000 ton olie. Vroeger waren de tankers enkelwandig, maar daar komt nu verandering in. Olietankers, waarvan het bouwcontract na 6 juli 1993 gesloten is, moeten dubbele wanden hebben. Dit geldt ook voor tankers waarvoor geen bouwcontract bestaat, maar waarvan de kiel na 6 januari 1994 gelegd is, én voor de tankers die na 6 juli 1996 opgeleverd worden. Voor de bestaande tankers geldt dat ze extra voorzieningen moeten treffen als ze op 6 juli van dit jaar 25 jaar of ouder zijn. Met die extra veiligheidsvoorzieningen mogen ze nog vijf jaar doorvaren. Als ze 30 jaar oud zijn, gelden dezelfde veiligheidsmaatregelen als bij nieuwe tankers.
Volgens onderzoek van TNO is een tweede scheepswand op een afstand van 75 cm van de buitenwand al zeer effectief. Deze wand vervormt wel bij een botsing, maar scheurt niet.

Hoe verwerken we de ruwe olie tot bruikbare producten?

Ruwe olie
Bij ruwe olie hebben veel mensen waarschijnlijk het beeld van een dikke zwarte vloeistof. Ruwe olie kan echter allerlei kleuren hebben; van helder kleurloos tot donker zwart. Daarnaast kan olie zo dun zijn als water, maar ook zo dik dat het bijna een vaste stof is.

Over het algemeen bestaat ruwe olie uit de volgende elementen of samenstellingen:
- Koolstof – 84%
- Waterstof – 14%
- Zwavel – 1 tot 3% (waterstof sulfide, sulfiden, disulfiden en het element zwavel)
- Stikstof – minder dan 1% (meestal in de vorm van amino-groepen)
- Zuurstof – minder dan 1% (in de vorm van CO2, carbonzuren, ketonen en fenolen).
- Metalen – minder dan 1% (nikkel, ijzer, vanadium, koper en arseen).
- Zouten – minder dan 1% (NaCl, MgCl2, CaCl2)

We gebruiken ruwe olie als basis voor onvoorstelbaar veel producten. De reden dat we er zo veel mee kunnen is dat er koolwaterstoffen in zitten. Twee uiterst bruikbare eigenschappen van koolwaterstoffen:
- Ze bevatten erg veel energie. Veel van de producten zijn hierop gebaseerd, denk maar aan benzine, diesel, kerosine enz.
- Koolwaterstoffen komen in zeer veel vormen voor. De lichtste vorm is methaan (CH4): een gas dat lichter is dan lucht. Koolwaterstoffen met meer dan vijf koolstofatomen zijn vloeibaar. Hele lange ketens zijn ook mogelijk. Dan wordt de stof vast, bijvoorbeeld plastic.

Ruwe olie bevat de volgende koolwaterstoffen:
- Alkanen: CnH2n+2. Moleculen met enkele bindingen, soms recht en soms vertakt. Bij kamertemperatuur zijn het gassen of vloeistoffen; afhankelijk van de grootte van het molecuul. Bijvoorbeeld methaan, ethaan, pentaan, 3-ethylhexaan enz.
- Aromaten: C6H5 – Y (Y is een langer en recht molecuul die vast zit aan de benzeenring). Het molecuul bevat een of meer benzeen ringen. Aan deze ring kan bijvoorbeeld ook nog een alkaan zitten. Bij kamertemperatuur is de stof vloeibaar. Het simpelste voorbeeld is benzeen.
- Cycloalkanen: CnH2n. ringvormige moleculen met enkele bindingen tussen de koolstofatomen. Bij kamertemperatuur zijn ze meestal vloeibaar. Voorbeeld: cyclobutaan, 1,3-dimethyl-cyclopentaan.
- Alkenen: CnH2n; in principe hetzelfde als alkanen, maar met een of meer dubbele bindingen tussen de koolstofatomen.
- Alkynen: CnH2n-2; eveneens vergelijkbaar met alkanen, maar met een of meer drievoudige bindingen tussen de koolstofatomen. Voorbeeld: acetyleen (ethyn), 2-heptyn.

Ruwe olie bestaat dus uit een veelheid van verschillende stoffen. Deze stoffen moeten dus van elkaar gescheiden worden.

Gefractioneerde destillatie
Het scheiden van de stoffen wordt gedaan in een gefractioneerde destillatie kolom. Je kunt de stoffen scheiden m.b.v destillatie omdat alle stoffen verschillende kookpunten hebben (door de verschillende groottes van de moleculen).
Op het plaatje hiernaast zie je schematisch hoe zo’n destillatiekolom eruit ziet. Erachter staan ook al een aantal andere onderdelen van het raffinageproces. Deze zal ik later nog toelichten. Ik begin met de destillatiekolom.
Voordat de ruwe olie de destillatiekolom in gaat wordt deze verwarmd. Onderin de kolom is de temperatuur zeer hoog, ongeveer 600 graden C. Dit wordt gedaan met zeer hete stoom die onder hoge druk staat. Bij deze temperatuur kookt de olie die de kolom binnen komt, waardoor de meeste stoffen verdampen. Terwijl de stoffen omhoog stijgen komen ze langs verschillende niveaus. In de figuur kan je deze niveaus goed zien. In ieder niveau zitten ‘bubble caps’. Hierdoor kan er wel gas door naar boven, maar vloeistof niet door naar beneden. Naarmate je hoger in de kolom komt daalt de temperatuur. Op een gegeven moment daalt deze temperatuur onder het kookpunt van een bepaalde stof, bijvoorbeeld kerosine (tussen de 175 en de 325 graden C). De kerosine zal dan condenseren (overgang van vast naar vloeistof). De vloeibare kerosine kan niet meer naar beneden en niet meer naar boven. Aan de zijkant loopt de kerosine eruit en komt vervolgens in opslagtanks terecht. De meeste producten uit de destillatie kolom moeten nog bewerkt worden. Andere moeten omgezet worden in andere stoffen. Er is de meeste vraag naar benzine, maar slechts 40% van de ruwe olie bestaat uit olie. Andere producten worden daarom met bepaalde technieken omgezet naar bijvoorbeeld benzine. Iets anders is natuurlijk ook mogelijk. Dat hangt af van de vraag naar verschillende producten. Er zijn drie manieren om van een bepaald product een ander product te maken:

- Cracking (kraken)
- Unification (samensmelten)
- Alteration (veranderen)

Kraken
Met kraken kun je van grote moleculen kleinere moleculen maken. De ketens worden dus ‘gewoon’ ergens doorgeknipt (gekraakt) zodat kleinere moleculen ontstaan.
Er zijn verschillende manieren om te kraken:

Thermal (thermisch). Bij deze manier verwarm je de koolwaterstoffen tot hoge temperaturen (en soms tot hoge druk) tot ze breken. Er zijn verschillende manieren.
o Steam – Stoom met een hoge temperatuur (816 graden C) wordt gebruikt om ethaan, butaan en nafta om te zetten in ethyleen en benzeen. Deze worden gebruikt om chemicaliën te maken.
o Visbreaking – Het residu uit de destillatietoren wordt verwarmd tot 482 graden C, dan gekoeld met diesel en vervolgens snel verbrand in een destillatietoren. Dit proces vermindert de vloeibaarheid van de zware fracties en vormt teer.
o Coking - Het residu van de destillatietoren wordt verhit tot boven 482 graden C tot het uiteenvalt in stookolie, benzine en nafta (in de ‘coker’). Wanneer dit proces klaar is blijft er een residu achter dat bijna uit pure koolstof bestaat (cokes). Dit wordt eruit gehaald en kan ook verkocht worden.

Catalytic (katalytisch). Deze manier maakt gebruik van een katalysator om het kraken te versnellen. Voorbeelden van katalysatoren zijn zeoliet en bauxiet.
o Fluid catalytic cracking - een vloeibare katalysator van 538 graden C kraakt stookolie zodat diesel en benzine ontstaan.
o Hydrocracking – vergelijkbaar met de eerste, maar maakt gebruik van een andere katalysator, lagere temperaturen, een hogere druk en waterstofgas. Stookolie wordt zo gekraakt tot benzine en kerosine.

Unification
Soms moeten kleine koolwaterstoffen samengesmolten worden tot grotere. Het grootste deel van het proces wordt ‘katalytisch hervormen’ genoemd (in de ‘reformer’). Hierbij wordt een katalysator gebruikt (platina of een mix van platina en renium) om nafta om te zetten in aromaten, die weer gebruikt worden om chemicaliën te maken en bij het mengen van benzine. Een belangrijk bijproduct is waterstof gas. Dat kan worden verkocht of gebruikt worden bij het hydrocracking.

Alteration
Alteration wordt gedaan in de ‘alkylation unit’. Hier laat men lichte verbindingen, zoals propyleen en butyleen, mengen samen met een katalysator als zwavelzuur. De reactieproducten zijn koolwaterstoffen met een hoger octaangehalte. Deze worden gebruikt in benzine om pingelen te voorkomen. Het pingelen van een automotor wil zeggen dat het benzine mengsel in de cilinder ontploft door te comprimeren, in plaats van te ontploffen door de vonk van de bougie. Normaal moet het mengsel ontploffen als de cilinder helemaal boven is. Door de klap wordt hij dan weer naar beneden geduwd. Als de motor echter pingeld dan ontploft het mengsel te vroeg. De cilinder is dan nog omhoog aan het komen en kan nog niet naar beneden. Als het mengsel ontploft kan de cilinder niet naar beneden omdat hij door de krukas naar boven geduwd wordt (de krukas zit uiteindelijk weer vast aan de wielen (via een omweg)). De motor krijgt op deze manier een gigantische klap en zal waarschijnlijk kapot zijn. Dat dient dus voorkomen te worden.


Wat maken we allemaal van olie?
Zoals misschien al wel duidelijk is maken we een heleboel verschillende vloeistoffen / producten van olie. Hieronder zal ik nog eens een opsomming geven van enkele producten.

- Gas
Dit zijn de kleine alkanen; methaan, ethaan, propaan en butaan. We gebruiken deze om onze huizen mee te verwarmen, om te koken en om plastics te maken. Soms worden ze onder druk vloeibaar gemaakt om zo LPG te maken (Liquified Petroleum gas).

- Nafta
Dit is een tussenproduct dat verder verwerkt wordt tot benzine. De structuur bevat 5 tot 9 koolstofatomen.

- Benzine
Hier is de grootste vraag naar en zodoende wordt er uit andere producten dus ook benzine gemaakt. Het is een mix van alkanen en cycloalkanen met 5 tot 12 koolstofatomen.

- Kerosine
Kerosine wordt gebruikt als brandstof voor vliegtuigen. Daarnaast wordt het verwerkt tot andere producten. Ook dit bestaat uit een mix van alkanen variërend van 10 tot 18 koolstofatomen.

- Diesel
Wordt gebruikt in motoren van o.a. auto’s en vrachtauto’s. Het is opnieuw een mix van alkanen die bestaan uit 12 of meer koolstofatomen. Voor auto’s is deze brandstof gunstig omdat het vergeleken bij benzine meer energie bevat. Auto’s kunnen dus zuiniger op diesel rijden dan op benzine.

- Smeerolie
Wordt gebruikt voor smeermiddelen zoals je motorolie en tweetakt olie. Smeerolie bestaat uit lange ketens van alkanen, cycloalkanen en aromaten met in totaal ongeveer 20 tot 50 koolstofatomen. Smeerolie is nog wel vloeibaar.

- Stookolie
Dit wordt gebruikt als brandstof in bijvoorbeeld grote schepen. Het bevat 20 tot 70 koolstofatomen en is zodoende erg dik. Het kan toch verbrand worden omdat schepen heel erg grote motoren hebben met cilinders van wel 2 meter breed. Ze maken wel veel minder toeren. Voordat het in zo’n schip verbrand wordt, wordt de olie al verwarmd zodat deze vloeibaarder wordt (het kookpunt ligt tussen de 370 en de 600 ?C).

- Overblijfselen
Dit is in principe wat er over blijft na het hele raffinage proces. Hieronder vallen producten als cokes, asfalt, teer en vaste vetten. Ze bevatten per molecuul meer dan 70 koolstofatomen.