Pek çok kimse petrol çıkarmak için kuyu açmanın ilk kez Edwin Drake tarafından düşünüldüğünü sanmaktadır. Onun modern çağlarda bu yöntemi deneyen ilk insan olduğu doğrudur. Ama yaklaşık 2000 yıl önce Çinliler doğal gaz ve petrol aramak için toprağı kazmışlardır. Çinliler, bugün sondaj işleminde kullanılan çelik kılıf yerine, açtıkları kuyuya içleri boş bambu kamışları koyarak, kenarların içeri doğru çökmesini önlemenin yöntemini biliyorlardı.
Drake’in, Çinlilerin kullandığı yöntemi bilmemesine karşın geliştirdiği yöntem, Çinlilerinkinden pek ayrı değildir. Drake, kızılderililerle Amerikalı göçmenlerin tuz aramak için yeri burgularla kazma yöntemlerinden esinlenerek aynı yöntemi petrol çıkarımında da uygulamayı düşündü. Yerlilerin uyguladıkları ilkel kazı yöntemi ile petrol taşıyan tabakalara kadar inilemiyeceğini de bildiğinden yeni bir yöntem geliştirmek gerekiyordu.
Bu düşünceden hareketle Drake, tuz kuyuları açan bir ekiple kendi petrol çıkarma işlemlerini başlatmak üzere anlaştı. Ekip, yer kabuğunu dönerek delen keskin bir burgu kullanıyordu. Delme işlemi başarı ile sürdü. Ama bir gün, rastlanan yeraltındaki su, açılan delikten fışkırınca, çalışmalar geçici bir süre için durduruldu.
Drake, sondaj derine doğru gittikçe, kuyu kenarlarının içeri doğru çökmesini ve yeraltı sularının kuyunun içine dolmasını önlemek için, kuyu kenarlarının desteklenmesi gerektiğini anladı. İçi boş bir çınar ağacı deliğe sokularak bu sorun da çözümlendi. Böylece petrole rastlanıncaya dek sondaj işlemi aralıksız olarak sürdü.
Her ne kadar Drake’in uyguladığı yöntem bugün ilkel gibi görünüyorsa da, günümüzde petrol ve doğal gaz araştırmacılığı ile uğraşanların uyguladıkları yöntemler de aynı temele dayanır. Bugün de kuyular bir tür burgu kullanarak açılmaktadır.
Doğal gaz ve petrole rastlandığında basınç tarafından yıkılmaması ve açılan deliğin kenarlarındaki çöküntülerin önlenmesi için kuyu, borularla sağlamlaştırılmaktadır. Tüm bu işlemler oldukça kolay gibi görünüyorsa da, kullanılan araç ve gereçler çok pahalı, ortaya çıkan sorunlar ise karmaşıktır.
Bir şirket kuyu açma işlemine karar verip arazi sahibi ile anlaştıktan sonra, gerekli aletlerle donatılmış bir ekip, sondaj yapılacak yere gelir. Eğer delme işlemi ıssız bir yerde gerçekleştirilecekse, bu noktaya uzanan yolun ve sondaj kulesinin yerleşeceği yerin düzeltilmesi gereklidir.
Daha sonra sondaj kulesini oluşturacak gereçler işyerine getirilerek platformun tam üstüne gelecek biçimde yerine takılır. Kulenin ve platformun yapımında kullanılan gereçler birbirlerine kolayca eklenebilecek biçimdedir. Kulelerin ilk yapılmaya başlandığı yıllarda, yapımlarında ağır çelik putreller (demir direkler) kullanılırdı. Ancak günümüzde birçok petrol arayıcısı, taşınması ve kurulması kolay olduğundan, portatif kuleler yardımıyla sondaj işlemlerini yürütmeyi yeğlemektedirler.
Kule kurulduktan sonra işçiler sondaj aletlerinin çeşitli parçalarını yerine takarlar. Keskin çelik uçlu burgular toprağı delerek doğal gaz ve petrolün bulunduğu toprak katlarına kadar iner. Sert kayaların bulunduğu toprak katlarının delinmesi sırasında elmas burgu ucu kullanılır. Burgu, “koruma borusu” adı verilen bir dizi borunun ucundadır. Sondaj borusu kule sahanlığının ortasında yer alan özel bir tablaya geçen dörtgen ya da altıgen somun biçimindeki parçaya bağlanır. Sondaj işlemi başlayınca tabla da dönmeye başlar. O zaman somun, sondaj borusu ve burgu da onunla birlikte dönerler.
Burgu 10 m. derinliğe indikten sonra, döner tabla durdurulur ve sondaj borusu delikten çekilir. Ekip tablaya 9 m. uzunluğunda yeni bir boru takar ve delmeye yeniden başlanır. Böylece delme işlemi sürekli olarak yinelenir.
Burgu, özellikle kayaların delinmesi sırasındaki sürtünmeden dolayı çok ısınır. Soğutma amacı ile, içinde kimyasal maddeler bulunan özel karışımlı bir çeşit çamur (buna sondaj matı da denir) borunun içinden dibe doğru akıtılır ve dipte, borunun dışı ile delinen toprak arasında sıkışır. Bu sırada sıcaklık bu özel çamura geçerek burgunun soğumasını sağlar. Böylece işlevini tamamlayan çamur daha sonra yüzeye çıkarken, beraberinde kaya ve maden parçaları da taşır. Yüzeye çıkan çamur temizlenir ve yeniden aşağı gönderilir.
Kuyunun duvarlarını sağlam tutmaya yarayan, koruma borusu denilen çelik borular delikten aşağıya indirilir. Sızıntıları önlemek ve duvarları sağlamlaştırmak için, bu çelik borularla kuyunun duvarları arasına beton dökülür. Beton donup sertleşince, burgu doğal gaz ya da petrol yatağını deldiği an meydana gelecek kuvvetli basıncın kuyuyu bozması önlenir. Buna ek olarak, kuyunun en üst noktasına konulan basınçlı supap (sıfırlama düzeneği) kuvvetli basınç ile çıkmak isteyen doğal gaz ve petrolün kaybolmasını önlemeye yarar.
Kuyunun açılması için yapılan bütün çabalara karşın zaman zaman yine de bazı sorunlar ortaya çıkar. Örneğin, bazen burgu,koruma borusundan ayrılabilir. Ekibin bu durumlarda özel aletlerle burguyu yakalamaya çalışması gerekir. Eğer burgu özel aletler kullanılarak yakalanamazsa, kuyunun içine burgunun kaldığı yere kadar beton dökülür. Daha sonra metalden yapılmış kıvrık uçlu bir alet kuyunun içine indirilir. Bu noktada çengel, engeli geçmesine yardım eder ve sondaj yeni bir yönde sürdürülür.
Sondaj ekibi gözenekli kayalara rastlarsa, burada doğal gaz ya da petrol bulunabileceğini bilir. Petrol ya da doğal gaza erişebilmek için milyonlarca yıl onları saklamış olan kaya tabakalarının delinmesi gerekecektir. Bazı petrol kaynaklarında, petrolle birlikte büyük ölçüde su ya da doğal gaz bulunur. Bu durumda en son kaya tabakası delindiğinde doğal gaz ve su serbest olarak delikten çıkmak isteyecek ve büyük bir basınçla petrol kulesinin tepesine kadar fışkıracaktır. Bu, çok miktarda petrolün ziyan olmasına hatta bazen sondaj kulesinin de zarar görmesine neden olur. Böyle durumları önlemek amacı ile sondaj ekibi doğal gaz ya da petrole yaklaştığında kuyuya kontrol vanaları takılır.
Doğal gaz ya da petrolü kuyunun tepesine kadar çıkarabilecek basınç varsa, kontrol vanası biraz açılır. Bu işlem, bir miktar petrolün depo edileceği varillere akmasını sağlar. Bir sondaj kulesinde petrolün akışını düzenleyen pek çok vana vardır. Bunların tümünün üzerinde bulunduğu iskeleye “Noel ağacı” denir.
Bazen kaynağın üzerinde gazı ya da petrolü yüzeye çıkarabilecek kadar basınç olmaz. Böyle durumlarda petrolü çekmek için pompalar kullanılır. İyi bir kuyu fazla sorun yaratmadan yıllarca üretimini sürdürebilir; ancak bir kuyunun verimi normalin altına indiği zaman petrolün çıkarılması için başka önlemlere başvurulur. Bunun bir yolu, kaynağın değişik bir yerine başka bir kuyu açmaktır. Açılan kuyudan içeri yüksek basınçlı gaz pompalanarak kaynağın içinde kalan petrol ya da doğal gaz dışarı çıkmaya zorlanır. Gaz yerine bazen su, bazen de kaya katlarındaki deliklerde kalan petrolü toplayabilecek özel bir deterjan kullanılır.
Petrol çok kalın bir halde bulunuyorsa ve kolaylıkla akmıyorsa, kuyuya basınçlı buhar pompalanır ve sızıntı olmaması için de kuyunun ağzı iyice kapatılır. İçeride kalan buhar kaynaktaki petrolü ısıtır.
Yine kaynağın değişik bir yerinden yeni bir kuyu açılır ve bu kuyudan içeriye basınç pompalanır. Bütün bu işlemler sonucu eski kuyudan yeniden petrol akmaya başlar. Bazen de yeraltında, yukarıdan kontrol edilebilen bir ateş yakılarak, bunun azar azar yayılması sağlanır. Sıcaklık petrolün ısınmasına ve daha kolay akmasına yardımcı olur.
Kuyudan çıkarılan gaz ya da petrolün satışından elde edilecek kazanç, çıkarma işlemi için harcanandan fazla olduğu sürece, işletmeci o kuyuyu işletmeyi sürdürür. Bazı durumlarda birçok kuyunun aynı kaynaktan petrol çıkardığı görülür. Böyle durumlarda, her kuyunun her gün belirli bir oranda petrol çekmesine izin verilir. Başka deyişle üretim sıraya konur. Bu yöntemle bir işletme,payına düşenden fazlasını alamaz. Aynı zamanda kuyular belirli aralarla açılarak, yeraltı basıncının yüksek kalması sağlanır.
Sondaj işlemi sırasında bazen petrolün gözenekli kaya tabakalarında tutulduğu ve yüzeye çekilemeyeceği durumlara da rastlanır. Böyle durumlarda, kuyuya hidroklorik asit ve su dökülür. Bu karışım kayaları eritir ve böylece petrol rahatlıkla akmaya başlar. Kimi zaman da kuyuya indirilen küçük patlayıcılar uzaktan kumanda edilerek patlatılır. Patlamada kayalar parçalanır, petrol de yeni oluşan kanallardan akmaya başlar.
Arayıcılar genellikle petrol ya da doğal gaz bulununcaya kadar sondajı sürdürürler, “kuru delik” olduğunu anladıkları petrol akmayan kuyunun sondajından ise vazgeçerler. Daha önce doğal gaz ya da petrol bulunmamış bir arazide kazanç getirebilecek kadar doğal gaz ya da petrol bulabilme olasılığı % 2 oranındadır. Başka kuyuların açılmış olduğu arazide yapılan sondaj işleminin başarı olasılığı ise dörtte birdir. Dünyada açılmış en derin kuyu Oklahoma’dadır. Burada 9000 metreyi aşan derinliğe inilmiştir.
Bazen de yataklar deniz suyunun altındaki yer kabuğunun yüzlerce metre derinliklerindedir. Arayıcı, denize kıyısı olan bir devletin kıta sahanlığının uzandığı bölgede sondaj yapmağa karar verirse, o devletin yönetiminden izin alması gerekir; çünkü kıta sahanlığının üzerindeki sular, o ülkenin sınırları içinde sayılır. Kıta sahanlığı bir ülkeye ait kıyıların deniz altındaki uzantısıdır. İlk araştırmalar olumlu sonuç verebileceği kanısı uyandırırsa, arayıcı o devletle sondaj alanında işe başlamak için bir kiralama ya da işletme anlaşması yapar, eğer çalışmalar sonunda petrol çıkarmayı başarırsa, petrolden elde ettiği kazancın belirli bölümünü o devlete ödeyecektir. Denizde yapılan doğal gaz ve petrol sondajı ile karada yapılan sondaj işlemleri arasındaki tek ayrıcalık, sondaj kulesinin deniz üzerinde yüzer olması ya da dibe uzanan ayaklar üzerine oturtulmasıdır.
120 m’ye kadar olan sığ sularda ayakları denizin dibine kadar inebilen metal yapı kullanılır. Sondaj aletleri suyun üzerindeki kulenin sahanlığında bulunur. Ayrıca denizin üzerinde şamandıralar yardımı ile yüzen sondaj kuleleri de vardır. Çok derin sularda ise, özel bir sondaj gemisi kullanılır. Bu gemilerde ekibin tüm gereksinimlerini karşılayabilecek gereçler vardır. Sondaj yapılacak bölge kıyıya çok yakınsa ekip kıyıyla kule arasında motorla ya da helikopterle gidip gelebilir. Açıklarda ve derin sularda yapılan araştırmalarda, ekip uzun süre gemide yaşamak zorunda kalır. Denizlerde yapılan sondaj işlemlerinde kullanılan araç ve yöntemler ile karada kullanılanlar arasında büyük bir ayrılık yoktur.
En önemli fark sondaj çubuğunun sudan korunması için bir kılıf içinde deniz dibine indirilmesidir. Okyanus sularına karışan petrol kıyılara zarar verebileceği ve denizlerdeki yaşamı etkileyebileceği için, kuyuda sızıntı olmamasına çok dikkat edilmelidir. Hiçbir sızıntı olmamasını sağlamak için, sondaj ekibi suyun altında neler olduğunu özel sualtı televizyon alıcısından izler. Başka özel aygıtlar da sondaj yerinin denetimini sağlar.
Tüm bu güvenlik önlemlerine karşın yine de zaman zaman kazalar olmaktadır. Örneğin, 1977 yılında Kuzey Denizi’nde büyük bir kuyu denize önemli miktarda petrol sızdırmıştı. Sondaj ekibi bu kuyuyu onarıyordu. Bu işlemler yapılırken, kimyasal çamur yüksek basınç altında kuyuya basıldı ve petrol akışı durduruldu; ancak bu kez çamura yeterli basınç verilmemişti. Sonuç olarak kuyu petrol sızdırmaya başlamış, binlerce varil petrol fırtınalı Kuzey Denizi sularına karışmıştı. Patlayan valfı onarmak ve kuyuyu yeniden kontrol altına almak iki hafta sürmüştü. Bazı durumlarda, bu tür sorunlu kuyularla uğraşan özel ekipler, kuyuyu dinamitleyerek sızıntıyı önlemeye çalışırlar. Yine de sızma olan kuyuları denetlemenin yavaş da olsa en güvenli yöntemi, aynı kaynağa yeni bir kuyu açmaktır. Bu yöntemle sızıntı üzerindeki basınç azaltılır.
Doğal gaz ve petrol işletmeleri bu tip kazalardan kaçınmaya çok özen gösterirler, çünkü kulelerde meydana gelecek patlama ve sızıntılar milyonlarca varil petrolün yok olmasına yol açar. Bu arada yangınların çıkmasına neden oldukları gibi, canlılara ve deniz yaşamına da büyük zararlar verebilirler. Denizlerde yaşayan kuşların ve öteki canlıların petrole bulanıp ölmelerine neden olurlar.
Petrol, ayrıca, balık yumurtalarının yok olmasına, avlanan balıkların yenildiklerinde zarar vermelerine neden olur. Suyun üstündeki petrol yangınlara, kıyılara sürüklenen de doğal güzelliklerin zarar görmesine yol açabilir.
Bununla birlikte, Kuzey Denizi’ndeki gibi kazalar sık görülen olaylardan değildir. Petrol arama işlerinde kazalar olağan değil, olağanın dışı olgulardır. örneğin, Meksika Körfezi’nde 20.000’den fazla kuyu olmasına karşın bunların açıldıkları tarihten beri yalnızca beş büyük kaza olmuştur. Genellikle kuyular, herhangi bir kaza olmadan, kaynaktaki tüm doğal gaz ya da petrol bitene dek üretimlerini sürdürürler.