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Drilling engineering
No full textThe term “drilling” related to a well indicates the sequence of operations, tools and materials required to construct a circular borehole in the subsoil for geological exploration purposes or for the production of underground fluids such as hydrocarbons, groundwater, geothermal fluids, etc. A well is drilled by applying technologies not requiring direct access by man at the bottom of the borehole. Any drilling technology is based on the application of the following basic actions: a) overcoming the resistance of the rock at the bottom hole, crushing it into millimeter or sub-millimeter particles (cuttings); b) removing the cuttings from the bottom hole; c) ensuring the mechanical stability of the borehole walls; d) preventing the underground fluids contained in the drilled formations from entering the well.
The above actions can be achieved by various drilling technologies, developed throughout the last two centuries. However, this study illustrates the principles of rotary drilling, so far the most developed technology and the only one utilized in the field of oil and gas exploration and production. In particular, this chapter illustrates the operations, tools and materials employed in rotary drilling rigs utilized on shore. The drilling rigs used on shore are modular equipment which can be moved from a drill site to another in a reasonable short time, from a few days to weeks. Offshore drilling follows the same basic principles, tools and materials deployed on shore, but they are configured with a number of different drilling systems to suit operations in the marine environment. Normally these rigs are self contained aboard of a floating vessel
La tradizione degli insegnamenti del corso di ingegneria mineraria all’Università di Bologna
No full textOggi indichiamo con il termine “ingegneria mineraria” il complesso di pratiche, teorie, scienze e tecnologie impiegate per l’estrazione, il trasporto e il trattamento delle materie prime minerali presenti in natura, siano esse solide, fluide, gassose, energetiche o non energetiche. Caratteristica della pratica dell’ingegneria mineraria moderna è la sua interdisciplinarietà e la stretta associazione con diversi settori tecnologici, quali, ad esempio, metallurgia, preparazione dei minerali, meccanica delle macchine, elettrotecnica, idraulica e meccanica dei fluidi del sottosuolo, geologia e mineralogia, geotecnica e meccanica delle rocce, topografia, geofisica, etc. Come vedremo in seguito, storicamente e geograficamente la formazione dell’ingegnere minerario è sempre stata terreno di convergenza e intersezione di vari saperi.
Nel 1941-42 si istituì presso la Facoltà di Ingegneria dell'Ateneo bolognese la “Sezione Mineraria”, essendo stato costituito nello stesso anno l’Istituto di Arte Mineraria, che si affiancava ai già esistenti Istituti di Scienze delle Costruzioni, Idraulica, Costruzioni Idrauliche, Costruzioni Stradali e Ferroviarie, Macchine, Elettrotecnica, Meccanica Applicata alle Macchine, Tecnologie Generali, Tecnologie Speciali, Chimica Applicata, Architettura Tecnica, Fisica tecnica, Topografia e Geodesia. Inoltre, quest’ultimo Istituto fu rinominato Istituto di Topografia, Geodesia e Geofisica Mineraria.
Le motivazioni che portarono alla nascita della sezione mineraria a Bologna, così come in altre sedi universitarie, meritano ulteriori approfondimenti di archivio. Ciononostante, sembra utile ricordare che pochi anni prima, alle soglie della seconda guerra mondiale, nella politica italiana si era fatta sempre più pressante la questione dell’indipendenza nazionale dalle fonti energetiche e dalle materie prime di importazion
History of Petroleum and Petroleum Engineering
No full textPetroleum in its various natural forms is known and utilized by mankind since immemorial times. However, its industrial development at a large scale came only in the late XIX century, first as a raw material to produce lighting oil and lubricants, and then, at the turn of the XX century, as a powerful source of energy that partially substituted for coal within a few decades and characterized the entire evolution of the contemporary society. The present paper highlights the valuable documentation on petroleum substances of the pre-industrial era, and illustrates the early studies that paved the way to the modern petroleum industry, addressing in particular the pioneering and empirical technology of the XIX century, the application of scientific methodologies of the early XX century that contributed to the foundation of petroleum engineering, and the intensification of high technology standards at the turn of the XXI century that ensure the ever growing supply of energy necessary to sustain life on earth
THE PETROLEUM UPSTREAM INDUSTRY: HYDROCARBONS EXPLORATION AND PRODUCTION
No full textThe oil industry deals with the global processes of exploration, production, transportation, refining and marketing of natural hydrocarbons (crude oil and natural gas). Hydrocarbons, besides being the basic raw materials of the chemical industry (plastics, textiles, dyes, medicines, solvents, fertilizers, pesticides, etc.) represent the largest source of energy on the planet. Over 60% of primary energy needed in the world today comes from crude oil and natural gas (more than 80% from fossil fuels) and thus it is critical to many nations in terms of economic, geopolitical and national security. The oil industry (exploration, production, transportation, refining and marketing of crude oil and natural gas) is the single largest industry in terms of monetary value in the world. It is usually divided into three main areas: the upstream sector (exploration and production), midstream sector (transport) and the downstream sector (refining and marketing). The midstream sector is often included in the upstream. The main subject of this paper is a brief description of the upstream industry
L’ingegneria per l’Ambiente e il Territorio
No full textLa presa di coscienza dell’importanza delle problematiche ambientali ai fini della salvaguardia della qualità della vita sul nostro Pianeta favorì, alla fine degli anni Ottanta, l’istituzione nelle Università italiane dei Corsi di Laurea in Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio (si veda il D.P.R. 20 maggio 1989, concernente “Modificazioni all’Ordinamento Didattico delle Facoltà di Ingegneria”, Gazzetta Ufficiale del 10 agosto 1989), con l’obiettivo precipuo di formare giovani professionisti con competenze multidisciplinari, in grado sia di analizzare le questioni riguardanti le complesse dinamiche che coinvolgono le componenti ambientali e le trasformazioni territoriali, sia di pianificare, progettare, gestire e manutenere le opere e gli interventi necessari a garantire lo sviluppo in armonia con la tutela dell’ambiente. In particolare, la base comune della preparazione del laureato specialista è la progettazione di opere e impianti compatibili con il territorio e l’ambiente, formando tecnici in grado di operare nella pianificazione, progettazione, realizzazione e gestione di sistemi ambientali anche complessi. Con l’istituzione dei Corsi di Laurea in Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio venne così a svilupparsi un settore dell’ingegneria che riguardava lo sviluppo di tecnologie destinate a minimizzare l’impatto delle attività antropiche (agricoltura, industria, insediamenti urbani, trasporti ecc.) sugli ecosistemi naturali e sulla salute pubblica, coprendo una vasta gamma di attività rivolte alla protezione delle risorse naturali: gestione integrata del ciclo dell’acqua, dalle opere di captazione al trattamento e smaltimento dei reflui e dei fanghi; gestione dei rifiuti, con attenzione al recupero di materie prime e di energia; protezione della qualità dell’aria mediante la riduzione dell’inquinamento da emissioni industriali e da motorizzazione; sviluppo di tecnologie per rendere ecocompatibili le produzioni industriali di materie prime, agricole e zootecniche; risanamento di ambienti naturali compromessi, quali falde contaminate, suoli inquinati, laghi eutrofizzati ecc.; monitoraggio; valutazione dell’impatto ambientale e promozione dello sviluppo sostenibile, nonché di predisporre piani di Protezione Civile. All’Università di Bologna, gli attuali Corsi di Studio in Ingegneria per l’Ambiente ed il Territorio derivano dal Corso di Laurea in Ingegneria per l’Ambiente ed il Territorio, attivato nella Facoltà di Ingegneria a partire dall’anno accademico 1990/91 e immediatamente a seguito del D.P.R. 20 maggio 1989. Articolato secondo il percorso unico di durata quinquennale, il Corso di Laurea fu organizzato, fin dall’attivazione, secondo 5 diversi Indirizzi
L’ingegneria mineraria all’università di Bologna
No full textNel 1941/42 presso la facoltà di Ingegneria dell'università di Bologna si istituì la “Sezione Mineraria”, essendo stato costituito nello stesso anno l’Istituto di Arte Mineraria, che si affiancava ai già esistenti Istituti di Scienze delle Costruzioni, Idraulica, Costruzioni Idrauliche, Costruzioni Stradali e Ferroviarie, Macchine, Elettrotecnica, Meccanica Applicata alle Macchine, Tecnologie Generali, Tecnologie Speciali, Chimica Applicata, Architettura Tecnica, Fisica tecnica, Topografia e Geodesia. Inoltre, quest’ultimo istituto fu rinominato Istituto di Topografia, Geodesia e Geofisica Mineraria. Un illustre studioso della Scuola di Ingegneria bolognese e suo Preside per 18 anni nell’immediato dopoguerra, il professor Paolo Dore (Firenze 1892 - Bologna 1969), in una sua memoria del 1948 ricorda che: "A Bologna, ad esempio, la sezione mineraria sorse con il fine specifico di preparare degli ingegneri atti alla ricerca e alla coltivazione di giacimenti di idrocarburi, ma si è ben guardata dal limitare a questo specifico fine la preparazione degli ingegneri minerari che, se tali devono essere, devono avere gli elementi che li pongano in grado di sviluppare ogni attività professionale inerente all’ambito minerario. [...] Noi dobbiamo preparare non degli uomini che abbiano la ricetta fatta per un certo numero di problemi, sempre quelli, ma degli uomini che abbiano sufficiente autonomia (e questa è la caratteristica fondamentale che dobbiamo richiedere all’ingegnere) per poter da soli orientarsi nella ricerca della miglio soluzione dei molteplici e multiformi problemi che l’attività professionale porrà loro"
DRILL BITS FOR HORIZONTAL WELLS
No full textThis paper underlines the importance of the correct drill bit application in horizontal wells. Afler the analysis of the peculiarities of horizontal wells and drainholes drilling techniques, advantages and disadvantages of the application of both roller cone and fixed cutters drill bits have been discussed. Also, a review of the potential specific featuries useful for a correct drill bit selection in horizontal small diameter holes has been highlighted. Drill bits for these special applications, whose importance is quickly increasing nowadays, should be characterised by a design capable to deliver a good penetration rate low WOB, and, at the same time, be able to withstand high RPM without premature cutting structure failure and undergauge. Formation properties will also determine the cutting structure type and the eventual specific features for additional gauge and shoulder protection
New Mechanisms of rock-bit wear in geothermal wells
No full textThis paper presents recent results of an investigation on failure mode and wear of rock-bits used to drill geothermal wells located in the area of Larderello (Italy). A new wear mechanism, conceived from drilling records and dull bit evaluation analysis, has been identified and a particular configuration of rock-bit has been developed and tested in order to reduce drilling costs. The role of high Bottom Hole Temperature (BHT) on rock-bit performances seems not yet very well understood: so far, only drillability and formation abrasiveness are generally considered to account for poor drilling performances. In this paper, the detrimental effects of high BHT on sealing and reservoir system of Friction Bearing Rock-bits (FBR) have been investigated, and a new bearing wear pattern for FBR's run in high BHT holes has been identified and further verified via laboratory inspections on dull bits. A novel interpretation of flat worn cutting structure has been derived from the above wear pattern, suggesting the design of a particular bit configuration. Test bits, designed in the light of the above criteria, have been prepared and field tested successfully. The paper reports the results of these tests, which yielded a new rock-bit application, today considered as a standad practice in Italian geothermal fields. This application suggests that the correct evaluation of rock-bit wear can help to improve the overall drilling performances and to minimize drilling problems through a better interpretation of the relationships amongst rock-bits, formation properties and downhole temperature
Hydrocarbon exploration of the Po Valley: the Italian pioneers of seismic reflection surveying
No full textSoon after the foundation of the Italian oil company AGIP in 1926, its management understood the need to strengthen the geophysical sector. The office was first headed by Arnaldo Belluigi, who had already published reports on the applications of geophysics to mining and petroleum exploration. Belluigi left AGIP in 1935, and his position was entrusted to his colleague Tiziano Rocco, a mining engineer trained in applied geophysics since 1929. Rocco carefully studied the scientific journals of the time and soon learned that a new geophysical method for oil exploration, seismic reflection, had been successfully tested in the USA since the early 1930s.
In 1937, after some trials with German equipment and the in-house construction of rudimentary seismic units, AGIP asked Francesco Vercelli (Trieste Institute of Geophysics) to visit Berlin to verify the state of the art of the German allies, and look for a more convenient alternative than that of the American Western Geophysical, already contacted by Rocco. Vercelli visited Berlin together with Rocco, and they verified the lack of satisfactory technical standards, which instead they found in the USA the following year (1938) in another joint visit. Upon their return, not without effort, AGIP approved Western’s offer, and in 1939 two seismic groups arrived in Italy. The first survey was carried out on 10 June 1940, the very day Italy entered WW2, in the Po Valley basin. Good results arrived quickly: in late 1940, the structures of Ripalta, Caviaga, Cortemaggiore and Piadena had already been outlined. Rocco located the first exploratory wells, which led to the first success in 1944, the discovery of Caviaga gas field.
Rocco left AGIP in 1943, due to the turbulent events of the armistice and the German occupation of Italy; from 1945 he worked with the Società Petrolifera Italiana and from 1948 with Western Geophysical. He returned to AGIP in 1951, as Director of exploration. In the 1950s and 60s he greatly contributed on the company’s successes in Italy and foreign countries (Iran, Egypt, Nigeria, Tunisia and Libya), as well as for the detailed definition of the geological structures of the Po Valley basin. Rocco foresaw the potential of geophysics, and in particular of reflection seismic, at least a decade in advance in Europe, in times when there was no technological collaboration between Companies, Universities and Research Institutes, and scientific and technological advances were shared with difficulty
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