Кольская сверхглубокая скважина


Кольская сверхглубокая скважина... | Blogsiam | Внутренний Сиам.

Кольская сверхглубокая скважина (СГ-3) — самая глубокая скважина в мире. Пробурена Научно-производственным центром «Недра». Находится в Мурманской области, в 10 километрах к западу от города Заполярный. Скважина заложена в северо-восточной части Балтийского щита, в области сочленения рудоносных докембрийских структур, типичных для фундаментов древних платформ. Её глубина составляет 12 262 метра; диаметр верхней части — 92 см, диаметр нижней части — 21,5 см. В отличие от других сверхглубоких скважин, которые бурились для добычи нефти или геологоразведочных работ, СГ-3 была пробурена исключительно с научно-исследовательскими целями в том месте, где граница Мохоровичича подходит близко к поверхности Земли.

24 мая 1970 года началось собственно бурение. До глубины в 7 000 метров бурение проходило относительно спокойно, бур проходил через однородные прочные граниты. После этой глубины буровая головка вошла в менее прочные слоистые породы. При прохождении через них ствол скважины стал осыпаться с образованием каверн. В результате буровую колонну заклинивало породой и головка обрывалась при попытке подъёма. Потерянная часть буровой колонны цементировалась, бурение продолжалось с отклонением бурового инструмента. Такие аварии случались на Кольской неоднократно.

Сначала бурение велось серийной буровой установкой «Уралмаш-4Э», которую применяют для бурения скважин при поиске и разведке месторождений нефти и газа. С глубины 7263 метра бурение продолжили установкой «Уралмаш-15000». Буровая колонна ниже 2000 метров была собрана трубами из лёгких алюминиевых сплавов (стальная просто разорвалась бы от своего веса). Вес колонны около 200 тонн. Для бурения использовались обычные буровые коронки из твёрдого сплава. Одна коронка служит приблизительно 4 часа, за это время удаётся пробурить 7—10 метров. На спуск и подъём колонны уходит до 18 часов. При этом колонна разбирается на секции из нескольких труб.

Буквально каждый метр бурения был откровением. Скважина показала, что почти все наши прежние знания о строении земной коры неверны. Выяснилось, что Земля вовсе не похожа на слоеный пирог. «До 4 километров все шло по теории, а дальше началось светопреставление», – рассказывает руководитель проекта Д.М. Губерман. Теоретики обещали, что температура Балтийского щита останется сравнительно низкой до глубины по крайней мере 15 километров. Соответственно, скважину можно будет рыть чуть ли не до 20 километров, как раз до мантии.

Но уже на 5 километрах окружающая температура перевалила за 70 градусов Цельсия, на семи – за 120 градусов, а на глубине 12-ти жарило сильнее 220 градусов – на 100 градусов выше предсказанного. Кольские бурильщики поставили под сомнение теорию послойного строения земной коры – по крайней мере, в интервале до 12 262 метра.

В школе нас учили: есть молодые породы, граниты, базальты, мантия и ядро. Но граниты оказались на 3 километра ниже, чем рассчитывали. Дальше должны были быть базальты. Их вообще не нашли. Все бурение прошло в гранитном слое. Это сверхважное открытие, ибо с теорией послойного строения Земли связаны все наши представления о возникновении и размещении полезных ископаемых.

Хотя ожидалось, что будет обнаружена ярко выраженная граница между гранитами и базальтами, в керне по всей глубине обнаруживались только граниты. Однако за счёт высокого давления спрессованные граниты сильно меняли свои физические и, в частности, акустические свойства.

Как правило, поднятый с большой глубины керн рассыпался от активного газовыделения в шлам, так как не выдерживал резкой смены давлений. Вынуть прочный кусок керна удавалось только при очень медленном подъеме бурового снаряда, когда «излишний» газ, находясь ещё в поджатом до большого давления состоянии, успевал медленно выходить из породы.

Густота трещин на большой глубине, вопреки ожиданиям, увеличивалась. На глубине присутствовала также вода, заполнявшая трещины.

Исследователи выделили в скважине 12 уровней, различаемых по физическим свойствам. Более глубокие уровни как правило обладали более высокой однородностью. На средних уровнях высокая анизотропия позволяла предположить тектоническую активность слоёв.

Хотя в процессе исследования получено много ценнейших сведений о земных недрах, результаты были во многом неожиданны, и на их основании у ученых не возникло пока чёткого понимания природы земной мантии и сущности поверхности Мохоровичича.

В ходе исследований разреза выяснилось, что место заложения скважины было выбрано не слишком удачно. Это выразилось в том, что, в силу геологического строения территории, встреченные на больших глубинах породы при более правильном заложении скважины были бы вскрыты раньше. В частности, как видно из геологического разреза, построенного на основании данных бурения Кольской скважины, поблизости на поверхность выходят породы, поднятые с глубины 2000 м и более.

Еще один сюрприз: жизнь на планете Земля возникла, оказывается, минимум на 1,5 миллиарда лет раньше, чем предполагалось. На глубинах, где считалось, что органики быть уже не должно, обнаружили 14 видов окаменевших микроорганизмов – возраст глубинных слоев превышал 2,8 миллиарда лет. На еще больших глубинах, где уже нет осадочных пород, вдруг появился метан в огромных концентрациях. Это полностью разрушает теорию биологического происхождения углеводородов, таких как нефть и газ.

Когда в конце 70-х годов советская автоматическая космическая станция привезла на Землю 124 грамма лунного грунта, исследователи Кольского научного центра установили, что он очень похож на пробы, полученные с глубины 3-х километров. И возникла гипотеза: Луна оторвалась от Кольского полуострова. Теперь ищут, где именно… 🙂

В первые 30 лет существования Кольской сверхглубокой советские, а затем российские ученые прорвались на рекордную глубину — 12 262 метра. Но с 1995-го бурение было прекращено: стало некому финансировать проект. В 2008 году объект был заброшен, оборудование демонтировано, началось разрушение зданий.

Заваренная наглухо Кольская сверхглубокая скважина. 2012 г.

Кольская сверхглубокая послужила источником легенды о «колодце в ад». Эта легенда гуляет по Интернету по крайней мере с 1997 года. Впервые на английском языке легенда была оглашена в 1989 году в эфире американской телекомпании Trinity Broadcasting Network, которая взяла историю из репортажа финской газеты, опубликованного в «день дурака» (1 апреля). По этой легенде в самой толще земли, на глубине 12000 метров, микрофоны учёных записали крики и стоны. В бульварных газетах пишут, что это «глас из преисподней». Кольскую сверхглубокую скважину стали называть «дорогой в ад» — якобы, каждый новый пробуренный километр приносил несчастья стране. Когда бурильщики вели проходку тринадцатой тысячи метров, распался СССР. Когда скважину пробурили до глубины 14,5 км (фантазия — безгранична!), вдруг наткнулись на пусто́ты. Заинтригованные этим неожиданным открытием, буровики спустили туда микрофон, способный работать при чрезвычайно высоких температурах, и другие датчики. Температура внутри достигала 1100 °C — это был жар огненных палат, в которых, якобы, можно было услышать гудение пламени, треск масла на сковородках нечеловеческие крики… 🙂

В действительности же все это является чистейшим вымыслом, хотя бы потому, что акустические методы исследования скважин записывают не собственно звук и не на микрофон, а на сейсмоприемники волновую картину отраженных упругих колебаний, возбужденных прибором-излучателем с частотой 10 — 20 кГц и 20 кГц — 2 Мгц. В действительности глубина, на которой остановилось бурение, составила 12 262 метра с зафиксированной температурой в районе 220 °C, что не соответствует основным «фактам» легенды. Сомнение должно вызывать и наличие акустических микрофонов, работающих при температурах свыше 1000 °C. Всеобщим невежеством порождены и многие другие легенды вокруг Кольской сверхглубокой скважины.

В то же время Д.М. Губерман, один из авторов проекта, под руководством и при непосредственном участии которого была пробурена Кольская скважина, говорил: «Когда меня расспрашивают об этой загадочной истории, я не знаю, что ответить. С одной стороны, рассказы про „ад и демонов“ — чушь собачья. С другой стороны, как честный учёный, я не могу сказать, что знаю, что же именно у нас произошло. Действительно был зафиксирован очень странный шум, потом был взрыв… Спустя несколько дней ничего подобного на той же глубине не обнаружилось»…

blogsiam.ru

Кольская сверхглубокая скважина (Часть 2)

kurgansКое-что о земной коре континентов, конечно, знали. Тот факт, что континенты сложены очень древними породами, возрастом от 1,5 до 3 миллиардов лет, не опровергла даже Кольская скважина. Однако составленный на основании керна СГ-3 геологический разрез оказался прямо противоположным тому, что учёные представляли себе ранее. Первые 7 километров были сложены вулканическими и осадочными породами: туфами, базальтами, брекчиями, песчаниками, доломитами. Глубже лежал так называемый раздел Конрада, после которого скорость сейсмических волн в породах резко увеличивалась, что интерпретировалось как граница между гранитами и базальтами. Этот раздел был давно пройден, но базальты нижнего слоя земной коры так нигде и не появились. Наоборот, начались граниты и гнейсы.Разрез Кольской скважины опроверг двухслойную модель земной коры и показал, что сейсмические разделы в недрах – это не границы слоев из пород разного состава. Скорее они указывают на изменение свойств камня с глубиной. При высоком давлении и температуре свойства пород, видимо, могут резко меняться, так, что граниты по своим физическим характеристикам становятся похожи на базальты, и наоборот. Но поднятый на поверхность с 12-километровой глубины «базальт» тут же становился гранитом, хоть и испытывал по пути сильнейший приступ «кессонной болезни» – керн крошился и распадался на плоские бляшки. Чем дальше уходила скважина, тем меньше качественных образцов попадало в руки учёных.Глубина заключала в себе много неожиданностей. Раньше было естественно думать, что с удалением от поверхности земли, с ростом давления породы становятся более монолитными, с малым количеством трещин и пор. СГ-3 убедила учёных в обратном. Начиная с 9 километров, толщи оказались очень пористыми и буквально напичканы трещинами, по которым циркулировали водные растворы. Позднее этот факт подтвердили другие сверхглубокие скважины на континентах. На глубине оказалось гораздо жарче, чем рассчитывали: на целых 80°! На отметке 7 км температура в забое была 120°С, на 12 км – достигла уже 230°С. В образцах Кольской скважины учёные обнаружили золотое оруденение. Вкрапления драгоценного металла находились в древних породах на глубине 9,5-10,5 км. Впрочем, концентрация золота была слишком мала, чтобы заявлять о месторождении – в среднем 37,7 мг на тонну породы, но достаточная, чтобы ожидать его и в других подобных местах.

Высокие температуры, встреченные буровиками под землей, навели ученых на мысль использовать этот практически неисчерпаемый источник энергии. Например, в молодых горах (каковыми являются Кавказ, Альпы, Памир) на 4-километровой глубине температура недр достигнет 200°С. Эту природную батарею можно заставить работать на себя. Надо пробурить рядом две глубокие скважины и соединить их горизонтальными штреками. Потом в одну скважину закачивать воду, а из другой извлекать горячий пар, который пойдет на отопление города или получение другого вида энергии. Серьёзной проблемой для таких предприятий могут стать едкие газы и флюиды, нередкие в сейсмически активных районах. В 1988 году американцам пришлось завершить бурение скважины на шельфе Мексиканского залива у берегов штата Алабама, достигнув глубины 7 399 м. Причиной тому стали температура недр, достигавшая 232°С, очень высокое давление и выбросы кислотных газов. В тех районах, где есть месторождения горячих подземных вод, можно добывать их прямо из скважин с довольно глубоких горизонтов. Такие проекты подходят для районов Кавказа, Памира, Дальнего Востока. Однако высокая стоимость работ ограничивает глубину добычи четырьмя километрами.Демонстрация Кольской скважины в 1984 году произвела на мировую общественность глубокое впечатление. Многие страны начали готовить проекты по научному бурению на континентах. Такую программу утвердили и в Германии в конце 1980-х годов. Сверхглубокую скважину KTB Хауптборунг бурили с 1990 по 1994 год, по плану она должна была достичь глубины 12 км, но из-за непредсказуемо высоких температур удалось добраться только до отметки 9,1 км. Благодаря открытости данных по буровым и научным работам, хорошей технологии и документированности сверхглубокая скважина КТВ остается одной из самых известных в мире.Место для бурения этой скважины выбрали на юго-востоке Баварии, на остатках древней горной цепи, чей возраст исчисляется 300 миллионами лет. Геологи полагали, что где-то здесь проходит зона соединения двух плит, бывших некогда берегами океана. По мнению учёных, со временем верхняя часть гор стёрлась, обнажив остатки древней океанской коры. Ещё глубже, в десяти километрах от поверхности, геофизики обнаружили крупное тело с аномально высокой электрической проводимостью. Его природу также надеялись прояснить с помощью скважины. Но основной задачей было достичь глубины 10 км, чтобы приобрести опыт сверхглубокого бурения. Изучив материалы Кольской СГ-3, немецкие буровики решили сначала пройти пробную скважину глубиной 4 км, чтобы составить более точное представление об условиях работы в недрах, опробовать технику и взять керн. По окончании пилотных работ многое из бурильного и научного оборудования пришлось переделывать, кое-что создавать заново.Основную – сверхглубокую – скважину КТВ Хауптборунг заложили всего в двухстах метрах от первой. Для работ соорудили 83метровую вышку и создали мощнейшую по тем временам бурильную установку грузоподъёмностью 800 тонн. Многие бурильные операции автоматизировали, в первую очередь механизм спуска и подъёма колонны труб. Самонаводящаяся система вертикального бурения позволяла делать почти отвесный ствол. Теоретически с таким оборудованием можно было бурить до глубины 12 километров. Но реальность как всегда оказалась сложнее, и планы учёных не сбылись.Проблемы на скважине КТВ начались после глубины 7 км, повторив многое из судьбы Кольской сверхглубокой. Сначала, как полагают из-за высокой температуры, сломалась система вертикального бурения и ствол пошел вкось. В конце работ забой отклонился от вертикали на 300 м. Потом начались аварии посложнее – обрыв бурильной колонны. Так же как и на Кольской, приходилось бурить новые стволы. Определённые трудности доставляло сужение скважины – вверху ее диаметр составлял 71 см, внизу – 16,5 см. Бесконечные аварии и высокая температура в забое –270°С вынудили буровиков прекратить работы невдалеке от заветной цели.Нельзя сказать, что научные результаты КТВ Хауптборунг поразили воображение учёных. На глубине главным образом залегали амфиболиты и гнейсы – древние метаморфические породы. Зону схождения океана и остатки океанической коры нигде не обнаружили. Возможно, они есть в другом месте, здесь же находится небольшой кристаллический массив, вздёрнутый на высоту 10 км. В километре от поверхности обнаружили месторождение графита.В 1996 году скважина КТВ, стоившая бюджету Германии 338 млн. долларов, перешла под патронат Научного центра геологии в Потсдаме, её превратили в лабораторию для наблюдений за глубокими недрами и объект туризма.

Рекорд Кольской скважины по-прежнему остается непревзойдённым, хотя в глубь Земли наверняка можно пройти 14 и даже 15 км. Однако вряд ли такое единичное усилие даст принципиально новые знания о земной коре, в то время как сверхглубокое бурение – дело весьма дорогое. Времена, когда с его помощью проверяли самые разные гипотезы, давно прошли. Скважины глубже 6-7 км с чисто научными целями почти перестали бурить. К примеру, в России остались всего два объекта такого рода – Уральская СГ-4 и Ен-Яхинская скважина в Западной Сибири. Их ведет государственное предприятие НПЦ «Недра», расположенное в Ярославле. В мире пробурено так много сверхглубоких и глубоких скважин, что ученые не успевают анализировать информацию. В последние годы геологи стремятся изучать и обобщать полученные с больших глубин факты. Научившись бурить на большие глубины, люди хотят теперь получше освоить доступный им горизонт, сконцентрировать усилия на практических задачах, которые принесут пользу уже сейчас. Так в России, выполнив программу научного бурения, пробурив все 12 задуманных сверхглубоких скважин, сейчас работают над системой для территории всего государства, в которой геофизические данные, полученные при помощи «просвечивания» недр сейсмическими волнами, будут увязаны с информацией, добытой сверхглубоким бурением. Без скважин разрезы земной коры, построенные геофизиками, – всего лишь модели. Чтобы на этих схемах появились конкретные горные породы, нужны данные бурения. Тогда геофизики, работы которых намного дешевле буровых и охватывают большую площадь, смогут гораздо точнее предсказывать месторождения полезных ископаемых.В США продолжают заниматься программой глубинного бурения дна океанов и ведут несколько любопытных проектов в зонах вулканической и тектонической активности земной коры. Так, на Гавайских островах исследователи надеялись изучить подземную жизнь вулкана и приблизиться к мантийному языку – плюму, который, как полагают, и породил эти острова. Скважину у подножия вулкана Мауна-Кеа планировали пробурить до глубины 4,5 км, но из-за огромных температур осилить смогли только 3 км. Другой проект – глубинная обсерватория на разломе Сан-Андреас. Бурение скважины через этот крупнейший разлом Североамериканского континента начали в июне 2004 года и прошли 2 из 3 запланированных километров. В глубинной лаборатории намерены исследовать зарождение землетрясений, что, быть может, позволит лучше понимать природу этих стихийных бедствий и составлять их прогноз.Несмотря на то что современные программы сверхглубокого бурения уже не столь амбициозны, как прежде, им уготовано явно большое будущее. Недалёк тот день, когда наступит черёд больших глубин – там будут искать и открывать новые месторождения полезных ископаемых. Уже сейчас добыча нефти и газа в США с глубин 6-7 км становится обычным делом. В будущем Россия тоже должна будет качать углеводородное сырье с таких уровней. Как показала Тюменская сверхглубокая скважина, в 7 километрах от поверхности есть перспективные для газовых месторождений толщи осадочных пород.Сверхглубокое бурение недаром сравнивают с покорением космоса. Такие программы, с глобальным размахом, вбирающие в себя все лучшее, чем располагает на данный момент человечество, дают толчок развитию многих отраслей промышленности, техники и в конечном итоге готовят почву для нового прорыва в науке.

В конце 1980-х годов в Швеции в поисках природного газа небиологического происхождения пробурили скважину до глубины 6,8 км. Геологи решили проверить гипотезу, согласно которой нефть и газ образуются не из отмерших растений, как считает большинство учёных, а посредством мантийных флюидов – горячих смесей газов и жидкостей. Насыщенные углеводородами флюиды просачиваются из мантии в земную кору и накапливаются в больших количествах. В те годы идея о происхождении углеводородов не из органического вещества осадочных толщ, а посредством глубинных флюидов была в новинку, многие хотели её проверить. Из этой идеи следует, что запасы углеводородов могут содержать не только осадочные, но также вулканические и метаморфические породы. Вот почему Швеция, большей частью расположенная на древнем кристаллическом щите, взялась поставить эксперимент.Для бурения выбрали кратер Сильян Ринг диаметром 52 км. По геофизическим данным, на глубине 500-600 метров находились кальцинированные граниты – возможная покрышка для нижележащего резервуара углеводородов. Замеры силы тяжести, по изменению которой можно судить о составе и плотности залегающих в недрах горных пород, говорили о наличии высокопористых пород на глубине 5 км – возможного коллектора нефти и газа. Результаты бурения разочаровали учёных и инвесторов, вложивших в эти работы 60 млн. долларов. Пройденные толщи не содержали промышленных запасов углеводородов, только проявления нефти и газа явно биологического происхождения из древних битумов. Во всяком случае, никому не удалось доказать обратное.Сверхглубокое бурение позволило заглянуть в недра и понять, как ведут себя горные породы при высоких давлениях и температуре. Представление, что горные породы с глубиной становятся плотнее и пористость их убывает, оказалось неверным, как и точка зрения о сухих недрах. Впервые это было обнаружено при бурении Кольской сверхглубокой, другие скважины в древних кристаллических толщах подтвердили тот факт, что на многокилометровой глубине горные породы разбиты трещинами и пронизаны многочисленными порами, а водные растворы свободно движутся под давлением в несколько сот атмосфер. В этом открытии состоит одно из важнейших достижений сверхглубокого бурения. Оно заставило вновь обратиться к проблеме захоронения радиоактивных отходов, которые предполагалось помещать в глубокие скважины, что казалось совершенно безопасным. Учитывая информацию о состоянии недр, полученную в ходе сверхглубокого бурения, проекты создания подобных могильников ныне выглядят весьма рискованными.

Сводный разрез Кольской сверхглубокой скважины.

Одно из самых удивительных открытий, которое учёные сделали с помощью бурения, – это наличие жизни глубоко под землей. И хотя жизнь эта представлена лишь бактериями, её пределы простираются до невероятных глубин. Бактерии вездесущи. Они освоили подземное царство, казалось бы, совершенно непригодное для существования. Огромные давления, высокие температуры, отсутствие кислорода и жизненного пространства – ничто не смогло стать препятствием на пути распространения жизни. По некоторым подсчётам, масса микроорганизмов, обитающих под землей, может превышать массу всех живых существ, населяющих поверхность нашей планеты.Еще в начале XX века американский учёный Эдсон Бастин обнаружил бактерии в воде из нефтеносного горизонта с глубины несколько сот метров. Обитавшие там микроорганизмы не нуждались в кислороде и солнечных лучах, они питались органическими соединениями нефти. Бастин предположил, что эти бактерии живут изолированно от поверхности уже 300 млн. лет – с тех пор как образовалось нефтяное месторождение. Но его смелая гипотеза осталась невостребованной, в нее просто не поверили. Тогда считали, что жизнь – это лишь тонкая плёнка на поверхности планеты.Интерес к глубинным формам жизни может быть вполне практическим. В 1980-х годах департамент энергетики США искал безопасные методы захоронения радиоактивных отходов. Для этих целей предполагалось использовать шахты в непроницаемых горных породах, где живут питающиеся радионуклидами бактерии. В 1987 году началось глубокое бурение нескольких скважин в штате Южная Каролина. С полукилометровой глубины учёные отбирали образцы, соблюдая всевозможные меры предосторожности, чтобы не занести бактерии и воздух с поверхности Земли. Изучением образцов занимались несколько независимых лабораторий, их результаты оказались положительными: в глубоких толщах обитали так называемые анаэробные бактерии, которые не нуждаются в доступе кислорода.Бактерии нашли и в породах золоторудной шахты в Южной Африке на глубине 2,8 км, где температура составляла 60°С. Живут они и глубоко под дном океанов при температуре свыше 100°. Как показала Кольская сверхглубокая скважина, условия для обитания микроорганизмов есть даже на глубине более 12 км, поскольку горные породы оказались довольно пористыми, насыщенными водными растворами, а там, где есть вода, возможна жизнь.В сверхглубокой скважине, которая вскрывала кратер Сильян Ринг в Швеции, микробиологи тоже обнаружили колонии бактерий. Любопытно, что микроорганизмы обитали в древних гранитах. Хотя это были очень плотные, залегающие под большим давлением породы, но в них по системе микропор и трещин циркулировали подземные воды. Настоящей сенсацией стала толща пород на глубине 5,5-6,7 км. Она была насыщена пастой из нефти с кристаллами магнетита. Одно из возможных объяснений этого феномена дал американский геолог Томас Голд, автор книги «Глубокая горячая биосфера». Голд предположил, что магнетито-масляная паста не что иное, как продукт жизнедеятельности бактерий, которые питаются поступающим из мантии метаном.Как показывают исследования, бактерии довольствуются поистине спартанскими условиями. Пределы их выносливости остаются загадкой, но похоже, что нижнюю границу обитания бактерий все-таки устанавливает температура недр. Они могут размножаться при 110°С и выдерживать, хоть и короткое время, температуру в 140°С. Если считать, что на континентах температура увеличивается на 20-25° с каждым километром, то обнаружить живые сообщества можно до глубины 4 км. Под океанским дном температура растет не так быстро, и нижняя граница жизни может пролегать на глубине 7 км.Это означает, что жизнь имеет колоссальный запас прочности. Следовательно, биосфера Земли не может быть полностью уничтожена даже в случае самых серьёзных катаклизмов и, вероятно, на планетах, лишённых атмосферы и гидросферы, микроорганизмы вполне могут существовать в недрах.

Самые глубокие скважины мира:

1. Аралсорская СГ-1, Прикаспийская низменность, 1962-1971, глубина – 6,8 км. Поиск нефти и газа.2. Биикжальская СГ-2, Прикаспийская низменность, 1962-1971, глубина – 6,2 км. Поиск нефти и газа.3. Кольская СГ-3, 1970-1994, глубина – 12 262 м. Проектная глубина – 15 км.4. Саатлинская, Азербайджан, 1977-1990, глубина – 8 324 м. Проектная глубина – 11 км.5. Колвинская, Архангельская область, 1961, глубина – 7 057 м.6. Мурунтауская СГ-10, Узбекистан, 1984, глубина – 3 км. Проектная глубина – 7 км. Поиск золота.7. Тимано-Печорская СГ-5, Северо-Восток России, 1984-1993, глубина – 6 904 м, проектная глубина – 7 км.8. Тюменская СГ-6, Западная Сибирь, 1987-1996, глубина -7 502 м. Проектная глубина – 8 км. Поиск нефти и газа.9. Ново-Елховская, Татарстан, 1988, глубина – 5 881 м.10. Воротиловская скважина, Поволжье, 1989-1992, глубина – 5 374 м. Поиск алмазов, изучение Пучеж-Катункской астроблемы.11. Криворожская СГ-8, Украина, 1984-1993, глубина – 5 382 м. Проектная глубина – 12 км. Поиск железистых кварцитов.12. Уральская СГ-4, Средний Урал. Заложена в 1985 году. Проектная глубина – 15 000 м. Текущая глубина – 6 100 м. Поиск медных руд, изучение строения Урала.13. Ен-Яхтинская СГ-7, Западная Сибирь. Проектная глубина – 7 500 м. Текущая глубина – 6 900 м. Поиск нефти и газа.

Скважины на нефть и газ:

Начала 70-х годов — Юниверсити, США, глубина – 8 686 м.Бейден-Юнит, США, глубина – 9 159 м.Берта-Роджерс, США, глубина – 9 583 м.80-х годов — Цистердорф, Австрия, глубина 8 553 м.Сильян Ринг, Швеция, глубина – 6,8 км.Бигхорн, США, Вайоминг, глубина – 7 583 м.КТВ Hauptbohrung, Германия, 1990-1994, глубина – 9 100 м. Проектная глубина – 10 км. Научное бурение.Как-то раз Кольская сверхглубокая оказалась в центре мирового скандала. В одно прекрасное утро 1989 года директору скважины Давиду Губерману позвонили главный редактор областной газеты, секретарь обкома и ещё масса самых разных людей. Все хотели узнать про дьявола, которого буровики якобы подняли из недр, как о том сообщили некоторые газеты и радиостанции по всему миру. Директор опешил, и – было от чего! «Учёные обнаружили ад», «Сатана сбежал из ада» – гласили заголовки. Как сообщалось в прессе, геологи, работающие очень далеко в Сибири, а может быть, на Аляске или даже Кольском полуострове (единого мнения на сей счёт у журналистов не было), проводили бурение на глубине 14,4 км, как вдруг бур начал сильно болтаться из стороны в сторону. Значит, внизу большая дыра, подумали учёные, видимо, центр планеты – пустой. Датчики, опущенные вглубь, показывали температуру 2 000°С, а суперчувствительные микрофоны озвучили …вопли миллионов страдающих душ. В результате бурение было прекращено из-за опасений выпустить адские силы на поверхность. Конечно, советские учёные опровергли эту журналистскую «утку», но отголоски той давней истории ещё долго кочевали из газеты в газету, превратившись в своеобразный фольклор. Спустя несколько лет, когда байки про ад уже позабылись, сотрудники Кольской сверхглубокой побывали в Австралии с лекциями. Их пригласили на приём к губернатору штата Виктория, кокетливой даме, которая приветствовала русскую делегацию вопросом: «И какого черта вы оттуда подняли?»Вот так выглядит кернохранилище и сам керн —

А вот так, судя по вики выглядит — «Оруденелая брекчия филлитов, алевролитов и песчаников с глубины 1675,5 м»

«Метабазальт микроклинизированный, брекчированный с глубины 5984,50 м „

Таким образом выглядит самый конец бура — Шарошка —

Вот так выглядит буровая коронка, при помощи который добывают керн —

Статья написана по материалам сайта nnm.ru, wikipedia.ru hrenovina.net

kurgans.livejournal.com

Как это работает. Кольская сверхглубокая скважина.

Кольская сверхглубокая скважина (СГ-3) — самая глубокая буровая скважина в мире. Находится в Мурманской области, в 10 километрах к западу от города Заполярного, на территории геологического Балтийского щита. Её глубина составляет 12 262 метра. В отличие от других сверхглубоких скважин, которые делались для добычи нефти или геологоразведки, СГ-3 была пробурена исключительно для исследования литосферы в том месте, где граница Мохоровичича (нижняя граница земной коры, на которой происходит резкое увеличение скоростей продольных сейсмических волн и скачкообразное увеличение плотности вещества) подходит близко к поверхности Земли.

Сегодня на Кольской сверхглубокой не ведут бурение, оно прекращено в 1992 году. СГ была не первой и не единственной в программе изучения глубинного строения Земли. Из зарубежных скважин три дошли до глубины от 9,1 до 9,6 км. Планировалось, что одна из них (в Германии) превзойдет Кольскую. Однако бурение на всех трех, так же как и на СГ, было прекращено из-за аварий и по техническим причинам пока не может быть продолжено.

Видно, не зря задачи бурения сверхглубоких скважин по сложности сравнивают с полетом в космос, с длительной космической экспедицией к другой планете. Образцы пород, извлеченные из земных недр, представляют не меньший интерес, чем образцы лунного грунта. Доставленный советским луноходом грунт исследовали в разных институтах, в том числе в Кольском научном центре. Оказалось, что лунный грунт по составу почти полностью соответствует породам, извлеченным из Кольской скважины с глубины около 3 км.

ВЫБОР МЕСТА И ПРОГНОЗ

Для бурения СГ была создана специальная геологоразведочная экспедиция (Кольская ГРЭ). Место бурения тоже конечно же выбрано не случайно — Балтийский щит в районе Кольского полуострова. Здесь на поверхность выходят древнейшие изверженные породы возрастом около 3 млрд. лет (а Земле всего-то 4,5 млрд. лет). Бурить именно в древнейших изверженных породах было интересно, потому что толщи осадочных пород до глубины 8 км уже неплохо изучены при добыче нефти. А в изверженные породы при добыче полезных ископаемых забираются обычно лишь на 1-2 км.

Выбору места для СГ способствовало и то, что здесь находится печенегский прогиб — огромная чашеподобная структура, как бы вдавленная в древние породы. Ее происхождение связано с глубинным разломом. И именно здесь находятся крупные медно-никелевые месторождения. А в задачи, поставленные перед Кольской геологической экспедицией, входило выявить ряд особенностей геологических процессов и явлений, в том числе — рудообразования, определить природу границ, разделяющих слои в континентальной коре, собрать данные о вещественном составе и физическом состоянии горных пород.

В конце 70-х – начале 80-х устроиться работать на Кольскую сверхглубокую, как называют скважину жители города Заполярный Мурманской области, было сложнее, чем попасть в отряд космонавтов. Из сотен претендентов выбирали одного-двух. Вместе с приказом о приеме на работу, счастливцы получали отдельную квартиру и зарплату, равную двойному-тройному окладу московской профессуры. На скважине одновременно работало 16 исследовательских лабораторий, каждая – размером со средний завод.

Геологи В. Ланев (слева) и Ю. Смирнов рассматривают образцы керна.

Буровые коронки. Точно такая же, но именно та, которая была использована при бурении на глубине 12 км, стала экспонатом выставки на Международном геологическом конгрессе 1984 года.

С начала XX века считалось, что Земля состоит из коры, мантии и ядра. При этом никто толком не мог сказать, где кончается один слой и начинается следующий. Ученые не знали даже, из чего, собственно, эти слои состоят. Еще каких-то 40 лет назад они были уверены, что слой гранитов начинается на глубине 50 метров и продолжается до 3 километров, а затем идут базальты. Встретить мантию ожидалось на глубине 15-18 километров. В реальности все оказалось совершенно иначе. И хотя в школьных учебниках все еще пишут, что Земля состоит из трех слоев, ученые с Кольской сверхглубокой доказали, что это не так.

 Балтийский щит

Проекты путешествия в глубь Земли появились в начале 60-х сразу в нескольких странах. Бурить скважины старались в тех местах, где кора должна была быть потоньше – целью было достижение мантии. Например, американцы бурили в районе острова Мауи, на Гавайях, где, по данным сейсмических исследований, древние породы выходят под океанское дно и мантия находится примерно на глубине 5 километров под 4-хкилометровой толщей воды.

Увы, ни одна океанская буровая глубже 3 километров не пробилась. Вообще, почти все проекты сверхглубоких скважин мистическим образом заканчивались на 3-хкилометровой глубине. Именно в этот момент с бурами начинало происходить что-то странное: то они попадали в неожиданные сверхгорячие области, то их как будто откусывал какой-то невиданный монстр. Глубже 3 километров прорвались всего 5 скважин, из них 4 – советские. И только Кольской сверхглубокой было суждено преодолеть отметку 7 километров.

Первоначальные отечественные проекты также предполагали подводное бурение – в Каспийском море или на Байкале. Но в 1963 году ученый-буровик Николай Тимофеев убедил Государственный комитет по науке и технике СССР в том, что нужно создать скважину на континенте. Хотя бурить придется несравненно дольше, полагал он, скважина будет куда ценнее с научной точки зрения, ведь именно в толще континентальных плит в доисторические времена происходили самые значительные перемещения земных пород.

До начала бурения был построен на основе сейсмологических данных разрез земной коры. Он послужил прогнозом появления тех земных слоев, которые пересекала скважина. Предполагалось, что до глубины 5 км идет гранитная толща, после нее ожидали более прочные и более древние базальтовые породы.

Итак, местом бурения выбрали северо-запад Кольского полуострова, в 10 км от города Заполярный, неподалеку от нашей границы с Норвегией. Заполярный — небольшой городок, выросший в пятидесятых годах рядом с никелевым комбинатом. Среди холмистой тундры на бугре, продуваемом всеми ветрами и метелями, стоит «квадратик», каждая сторона которого образована из семи пятиэтажных домов. Внутри — две улицы, на их пересечении площадь, где стоят Дом культуры и гостиница. В километре от городка, за оврагом, видны корпуса и высокие трубы никелевого комбината, за ним, по склону горы, темнеют отвалы пустой породы из ближайшего карьера. Рядом с городком проходит шоссе на город Никель и к небольшому озерцу, на другом берегу которого — уже Норвегия.

Земля тех мест в изобилии хранит следы прошедшей войны. Когда едешь на автобусе от Мурманска в Заполярный, примерно на половине пути пересекаешь небольшую речушку Западная Лица, на ее берегу памятный обелиск. Это единственное во всей России место, где фронт во время войны с 1941 по 1944 год простоял неподвижно, упираясь в Баренцево море. Хотя здесь все время шли жестокие бои и потери с обеих сторон были огромные. Немцы безуспешно стремились пробиться к Мурманску — единственному на нашем Севере незамерзающему порту. Зимой 1944 года советским войскам удалось прорвать фронт.

  

На этом крюке опускали и поднимали колонну труб. Слева — в корзине — стоят подготовленные к спуску 33-метровые трубы — «свечи».

Кольская сверхглубокая скважина. На рисунке справа: А. Прогноз геологического разреза. Б. Геологический разрез, построенный на основании данных бурения СГ (стрелки от колонки А к колонке Б указывают, на какой глубине встречены прогнозируемые породы). На этом разрезе верхняя часть (до 7 км) — толща протерозоя со слоями вулканических (диабазы) и осадочных пород (песчаники, доломиты). Ниже 7 км — толща архея с повторяющимися пачками пород (в основном гнейсы и амфиболиты). Ее возраст — 2,86 млрд. лет. В. Ствол скважины со многими пробуренными и потерянными стволами (ниже 7 км) по форме напоминает разветвленные корни гигантского растения. Скважина словно извивается, потому что бур постоянно отклоняется в сторону менее прочных пород.

От Заполярного до Сверхглубокой — 10 км. Дорога идет мимо комбината, потом по краю карьера и дальше лезет в гору. С перевала открывается небольшая котловина, в которой и установлена буровая. Ее высота — с двадцатиэтажный дом. К каждой смене из Заполярного сюда шли «вахтовики». Всего в экспедиции работало около 3000 человек, жили они в городе в двух домах. С буровой круглосуточно слышалось ворчание каких-то механизмов. Тишина означала, что в бурении почему-то наступил перерыв. Зимой в долгую полярную ночь — а она там продолжается с 23 ноября по 23 января — вся буровая светилась огнями. Нередко к ним добавлялся свет полярного сияния.

Кликабельно

Немного о персонале. В Кольской геологоразведочной экспедиции, созданной для бурения, собрался хороший, высококвалифицированный коллектив работников. Начальником ГРЭ, талантливым руководителем, подобравшим команду, почти бессменно был Д. Губерман. Главный инженер И. Васильченко отвечал за бурение. Командовал буровой А. Батищев, которого все звали просто Лехой. Геологией ведал В. Ланей, а геофизикой — Ю. Кузнецов. Огромную работу по обработке керна и созданию кернохранилища провел геолог Ю. Смирнов — тот самый, у кого был «заветный шкафчик», про который мы еще расскажем.

В проведении исследований на СГ принимали участие более 10 научно-исследовательских институтов. Были в коллективе и свои «кулибины» и «левши» (особенно отличался С. Цериковский), которые придумывали и изготовляли различные устройства, порой позволяющие выходить из труднейших, казалось бы, безвыходных положений. Многие необходимые механизмы они сами создавали здесь же в хорошо оснащенных мастерских.

ИСТОРИЯ БУРЕНИЯ

Бурение скважины началось в 1970 году. Проходка до глубины 7263 м заняла 4 года. Ее вели серийной установкой, которую обычно используют при добыче нефти и газа. Всю вышку из-за постоянных ветров и холода пришлось обшить доверху деревянными щитами. Иначе тому, кто во время подъема колонны труб должен стоять наверху, работать просто невозможно.

Потом был годовой перерыв, связанный со строительством новой вышки и монтажом специально разработанной буровой установки — «Уралмаш-15000″. Именно с ее помощью велось все дальнейшее сверхглубокое бурение. В новой установке — более мощное автоматизированное оборудование. Использовалось турбинное бурение — это когда вращается не вся колонна, а только буровая головка. Через колонну под давлением подавался буровой раствор, вращающий стоящую внизу многоступенчатую турбину. Общая ее длина — 46 м. Завершается турбина буровой головкой диаметром 214 мм (ее часто называют коронкой), имеющей кольцевую форму, поэтому в середине остается неразбуренный столбик породы — керн диаметром 60 мм. Через все секции турбины проходит труба — керноприемник, где собираются столбики добытой породы. Измельченная порода вместе с буровым раствором выносится по скважине на поверхность.

Масса колонны, погруженной в скважину с буровым раствором, около 200 тонн. Это при том, что использовались специально разработанные трубы из легких сплавов. Если колонну сделать из обычных стальных труб, она разорвется от собственного веса.

Сложностей, порой совершенно неожиданных, в процессе бурения на больших глубинах и с отбором керна возникает немало.

Проходка за один рейс, определяемая износом буровой головки, составляет обычно 7-10 м. (Рейс, или цикл, — это спуск колонны с турбиной и буровым инструментом, собственно бурение и полный подъем колонны.) Само бурение занимает 4 часа. А на спуск и подъем 12-километровой колонны уходит 18 часов. При подъеме колонна автоматически разбирается на секции (свечи) длиной по 33 м. В среднем за месяц удавалось пробурить 60 м. На проходку последних 5 км скважины было использовано 50 км труб. Такова степень их износа.

Уникальное кернохранилище, где на полках в ящиках в строгом порядке, пронумерованные, разложены керны всей двенадцатикилометровой скважины.

До глубины примерно 7 км скважина пересекала прочные, сравнительно однородные породы, и поэтому ствол скважины был ровный, почти соответствующий диаметру буровой головки. Работа продвигалась, можно сказать, спокойно. Однако на глубине 7 км пошли менее прочные трещиноватые, переслаивающиеся с небольшими очень твердыми прослойками породы — гнейсы, амфиболиты. Бурение осложнилось. Ствол принял овальную форму, появилось множество каверн. Участились аварии.

На рисунке, показаны первоначальный прогноз геологического разреза и тот, который составлен на основе данных бурения. Интересно отметить (колонка Б), что угол наклона пластов по скважине составляет около 50 градусов. Таким образом, понятно, что, породы, пересекаемые скважиной, выходят на поверхность. Тут-то и можно вспомнить об уже упомянутом «заветном шкафчике» геолога Ю. Смирнова. Там у него с одной стороны лежали образцы, полученные из скважины, а с другой — взятые на поверхности на том расстоянии от буровой, где выходит наверх соответствующий пласт. Совпадение пород почти полное.

1983 год ознаменовался непревзойденным до сих пор рекордом: глубина бурения превысила 12 км. Работы приостановили.

Приближался Международный геологический конгресс, который, по плану, проходил в Москве. К нему готовилась выставка Геоэкспо. Было решено не только прочитать доклады о результатах, достигнутых на СГ, но и показать участникам конгресса работу в натуре и добытые образцы породы. К конгрессу издали монографию «Кольская сверхглубокая».

На выставке Геоэкспо красовался большой стенд, посвященный работе СГ и самому главному — достижению рекордной глубины. Здесь были впечатляющие графики, рассказывающие о технике и технологии бурения, добытые образцы породы, фотографии техники и коллектива за работой. Но наибольшее внимание участников и гостей конгресса привлекла одна нетрадиционная для выставочного показа деталь: самая обычная и уже немного поржавевшая буровая головка со стертыми твердосплавными зубьями. На этикетке говорилось, что именно она была использована при бурении на глубине более 12 км. Эта буровая головка поражала даже специалистов. Вероятно, все невольно ожидали увидеть какое-то чудо техники, может, с алмазным оснащением… И они еще не знали, что на СГ рядом с буровой собрана большая куча точно таких же уже поржавевших буровых головок: ведь их приходилось менять на новые примерно через каждые пробуренные 7-8 м.

Многие делегаты конгресса захотели своими глазами увидеть уникальную буровую на Кольском полуострове и убедиться, что действительно в Союзе достигнута рекордная глубина бурения. Такой выезд состоялся. Там на месте провели заседание секции конгресса. Делегатам показали буровую, при них поднимали колонну из скважины, отсоединяя от нее 33-метровые секции. Фотографии и статьи о СГ обошли газеты и журналы почти всех стран мира. Была выпущена почтовая марка, организовано спецгашение конвертов. Не стану перечислять имена лауреатов разных премий и награжденных за работы…

Но праздники кончились, надо было продолжать бурение. И оно началось с крупнейшей аварии на первом же рейсе 27 сентября 1984 года — «черная дата» в истории СГ. Скважина не прощает, когда ее надолго оставляют без внимания. За время, пока не велось бурение, в ее стенках, тех, которые не были закреплены зацементированной стальной трубой, неизбежно происходили изменения.

Сначала все шло буднично. Буровики выполняли свои обычные операции: одну за другой опускали секции буровой колонны, к последней, верхней, присоединили трубу подачи бурового раствора, включили насосы. Начали бурение. Приборы на пульте перед оператором показывали обычный режим работы (количество оборотов буровой головки, ее давление на породу, расход жидкости на вращение турбины и т. д.).

Пробурив очередной 9-метровый отрезок на глубине более 12 км, что заняло 4 часа, достигли глубины 12,066 км. Приготовились к подъему колонны. Попробовали. Не идет. На таких глубинах уже не раз наблюдались «прихваты». Это когда какая-то секция колонны словно прилипает к стенкам (может, сверху что-то осыпалось, и ее немного заклинило). Чтобы стронуть колонну с места, требуется усилие, превышающее ее вес (около 200 тонн). Так поступили и на этот раз, но колонна не сдвинулась. Немного прибавили усилие, и стрелка прибора резко сбавила показания. Колонна сильно полегчала, такой потери веса при нормальном ходе операции быть не могло. Начали подъем: поочередно отвинчивали одну за другой секции. При последнем подъеме на крюке висел укороченный кусок трубы с неровным нижним краем. Это означало, что в скважине остались не только турбобур, но и 5 км буровых труб…

Семь месяцев пытались их достать. Ведь потеряли не просто 5 км труб, а результаты пятилетней работы.

Потом все попытки вернуть утерянное прекратили и начали вновь бурить с глубины 7 км. Надо сказать, что именно после седьмого километра геологические условия здесь для работы особенно сложны. Технология бурения каждого шага отрабатывается методом проб и ошибок. А начиная с глубины примерно в 10 км — еще сложнее. Бурение, эксплуатация оборудования и аппаратуры идут на предельном режиме.

Поэтому аварий тут приходится ждать в любую минуту. К ним готовятся. Заранее продумывают методы и средства их ликвидации. Типичная сложная авария — обрыв буровой компоновки вместе с частью колонны буровых труб. Основной метод ее ликвидации — создать уступ чуть выше потерянной части и с этого места вести бурение нового обходного ствола. Всего в скважине было пробурено 12 таких обходных стволов. Четыре из них — протяженностью от 2200 до 5000 м. Основная цена подобных аварий — годы потерянного труда.

Только в бытовом представлении скважина — вертикальная «дырка» от поверхности земли до забоя. В реальности это далеко не так. Особенно, если скважина сверхглубокая и пересекает наклонные пласты различной плотности. Тогда она словно извивается, потому что бур постоянно отклоняется в сторону менее прочных пород. После каждого замера, показывающего, что наклон скважины превышает допустимый, ее надо пытаться «вернуть на место». Для этого вместе с буровым инструментом опускают специальные «отклонители», которые помогают при бурении уменьшить угол наклона скважины. Нередко случаются аварии с потерей бурового инструмента и части труб. После этого новый ствол приходится делать, как мы уже говорили, отступив в сторону. Вот и представьте, как выглядит в земле скважина: что-то вроде разветвленных на глубине корней гигантского растения.

В этом причина особой длительности последней фазы бурения.

После крупнейшей аварии — «черной даты» 1984 года — снова подошли к глубине 12 км только через 6 лет. В 1990 году был достигнут максимум — 12 262 км. После еще нескольких аварий убедились, что глубже не пробиться. Все возможности современной техники исчерпаны. Казалось, будто Земля больше не хочет открывать свои тайны. Бурение прекратили в 1992 году.

Скважина показала, что почти все наши прежние знания о строении земной коры неверны. Выяснилось, что Земля вовсе не похожа на слоеный пирог. «До 4 километров все шло по теории, а дальше началось светопреставление», – рассказывает Губерман. Теоретики обещали, что температура Балтийского щита останется сравнительно низкой до глубины по крайней мере 15 километров. Соответственно, скважину можно будет рыть чуть ли не до 20 километров, как раз до мантии.

Но уже на 5 километрах окружающая температура перевалила за 70 градусов Цельсия, на семи – за 120 градусов, а на глубине 12-ти жарило сильнее 220 градусов – на 100 градусов выше предсказанного. Кольские бурильщики поставили под сомнение теорию послойного строения земной коры – по крайней мере, в интервале до 12 262 метра.

 Отдельные образцы керна.

В школе нас учили: есть молодые породы, граниты, базальты, мантия и ядро. Но граниты оказались на 3 километра ниже, чем рассчитывали. Дальше должны были быть базальты. Их вообще не нашли. Все бурение прошло в гранитном слое. Это сверхважное открытие, ибо с теорией послойного строения Земли связаны все наши представления о возникновении и размещении полезных ископаемых.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА. ЦЕЛИ И МЕТОДЫ

Одной из очень важных целей бурения было получить керн-колонку образцов породы во всю длину скважины. И эта задача выполнена. Самый длинный в мире керн разметили, как линейку, на метры и уложили в соответствующем порядке в ящиках. Сверху указаны номер ящика и номера образцов. Всего таких ящиков на складе почти 900.

Теперь осталось только изучать керн, который действительно незаменим при определении строения породы, ее состава, свойств, возраста.

Но образец породы, поднятый на поверхность, имеет иные свойства, чем в массиве. Здесь, наверху, он освобожден от огромных механических напряжений, существующих на глубине. Во время бурения он растрескался, напитался буровым раствором. Даже если воссоздать в специальной камере глубинные условия, то все равно параметры, измеренные на образце, отличаются от тех, что в массиве. И еще одна маленькая «заковыка»: на каждые 100 м пробуренной скважины не получают 100 м керна. На СГ с глубин более 5 км средний выход керна составил только около 30%, а с глубин более 9 км это были порой лишь отдельные бляшки толщиной 2-3 см, соответствующие наиболее прочным прослойкам.

Итак, керн, поднятый на СГ из скважины, не дает полной информации о глубинных породах.

Скважины бурили с научными целями, поэтому использовался весь комплекс современных методов исследования. Кроме извлечения керна обязательно проводились исследования свойств пород в их естественном залегании. Постоянно контролировали техническое состояние скважины. Измеряли температуру по всему стволу, естественную радиоактивность — гамма-излучение, наведенную радиоактивность после импульсного нейтронного облучения, электрические и магнитные свойства пород, скорость распространения упругих волн, исследовали состав газов в жидкости скважины.

До глубины 7 км использовали серийные приборы. Работа на больших глубинах и при более высоких температурах потребовала создания специальных термобаростойких приборов. Особые трудности возникли на последнем этапе бурения; когда температура в скважине подошла к 200оС, а давление превысило 1000 атмосфер, серийные приборы работать уже не могли. На помощь пришли геофизические ОКБ и профильные лаборатории нескольких НИИ, изготовившие единичные экземпляры термобаростойких приборов. Таким образом, все время работали только на отечественной аппаратуре.

Словом, скважина была достаточно детально исследована на всю ее глубину. Исследования проводили поэтапно, примерно раз в год, после углубления скважины на 1 км. Каждый раз после этого давали оценку достоверности полученных материалов. Соответствующие вычисления позволяли определить параметры той или иной породы. Обнаружили определенное чередование пластов и уже знали, к каким породам приурочены каверны и связанные с ними частичные потери информации. Научились буквально по «крошкам» идентифицировать породы и на этой основе воссоздавать полную картину того, что «утаила» скважина. Короче говоря, удалось построить детальную литологическую колонку — показать чередование пород и их свойства.

ИЗ СОБСТВЕННОГО ОПЫТА

Примерно раз в год, когда завершался очередной этап бурения — углубление скважины на 1 км, я тоже выезжал на СГ, чтобы провести измерения, которые мне были поручены. Скважину в это время обычно промывали и на месяц предоставляли для исследований. Время плановой остановки всегда было известно заранее. Телеграмма-вызов на проведение работ также приходила заблаговременно. Аппаратура проверена и упакована. Формальности, связанные с закрытыми работами в погранзоне, выполнены. Наконец все улажено. Едем.

Наша группа — маленький дружный коллектив: разработчик скважинного снаряда, разработчик новой наземной аппаратуры и я — методист. Приезжаем дней за 10 до измерений. Знакомимся с данными о техническом состоянии скважины. Составляем и утверждаем подробную программу измерений. Собираем и калибруем аппаратуру. Ждем звонка — вызова со скважины. Наша очередь «нырять» третья, но, если будет отказ у предшественников, скважину предоставят нам. На этот раз у них все в порядке, говорят, что завтра к утру кончат. С нами в одной бригаде геофизики -операторы, которые регистрируют сигналы, получаемые от аппаратуры в скважине, и командуют всеми операциями по спуску и подъему скважинного прибора, а также механики на подъемнике, они управляют сматыванием с барабана и наматыванием на него тех самых 12 км кабеля, на котором в скважину опускают прибор. Дежурят и буровики.

Такие значки с гордостью носили все, кто работал на СГ.

Работы начались. Прибор опущен в скважину на несколько метров. Последняя проверка. Поехали. Спуск идет медленно — около 1 км/ч, с непрерывным контролем сигнала, поступающего снизу. Пока все в порядке. Но вот на восьмом километре сигнал задергался и пропал. Значит, что-то не так. Полный подъем. (На всякий случай у нас подготовлен второй комплект аппаратуры.) Начинаем проверку всех деталей. На сей раз неисправным оказался кабель. Его заменяют. На это уходит больше суток. Новый спуск занял 10 часов. Наконец наблюдающий за сигналом сообщил: «Прибыли на одиннадцатый километр». Команда операторам: «Начать запись». Что и как — заранее расписано по программе. Теперь нужно несколько раз опустить и поднять скважинный прибор в заданном интервале, чтобы провести замеры. На этот раз аппаратура отработала нормально. Теперь полный подъем. Подняли на 3 км, и вдруг звонок лебедчика (он у нас человек с юмором): «Веревка кончилась». Как?! Что?! Увы, обрыв кабеля… Скважинный прибор и 8 км кабеля остались лежать на забое… К счастью, через сутки буровики сумели все это поднять, используя методику и приспособления, разработанные местными умельцами для ликвидации подобных ЧП.

2012 год

ИТОГИ

Задачи, поставленные в проекте сверхглубокого бурения, выполнены. Разработаны и созданы особая аппаратура и технология сверхглубокого бурения, а также для исследования пробуренных на большую глубину скважин. Получили информацию, можно сказать, «из первых рук» о физическом состоянии, свойствах и составе горных пород в их естественном залегании и по керну до глубины 12 262 м.

Отличный подарок родине скважина выдала на малой глубине — в интервале 1,6-1,8 км. Там были вскрыты промышленные медно-никелевые руды — обнаружен новый рудный горизонт. И очень кстати, потому что местному никелевому комбинату уже не хватает руды.

Как было отмечено выше, геологический прогноз разреза скважины не оправдался. Картина, которая ожидалась на протяжении первых 5 км, в скважине растянулась на 7 км, а дальше появились совсем неожиданные породы. Прогнозируемых на глубине 7 км базальтов не нашли, даже когда опустились до 12 км.

Ожидали, что граница, дающая наибольшее отражение при сейсмическом зондировании, — это тот уровень, где граниты переходят в более прочный базальтовый слой. В действительности же оказалось, что там расположены менее прочные и менее плотные трещиноватые породы — архейские гнейсы. Такого никак не предполагали. И это принципиально новая геолого-геофизическая информация, которая позволяет по-другому интерпретировать данные глубинных геофизических исследований.

Неожиданными, принципиально новыми оказались и данные о процессе рудообразования в глубинных слоях земной коры. Так, на глубинах 9-12 км встретились высокопористые трещиноватые породы, насыщенные подземными сильно минерализованными водами. Эти воды — один из источников рудообразования. Раньше считали, что такое возможно лишь на значительно меньших глубинах. Именно в этом интервале в керне обнаружили повышенное содержание золота — до 1 г на 1 т породы (концентрация, которая считается пригодной для промышленной разработки). Но будет ли когда-нибудь рентабельной добыча золота с такой глубины?

Изменились и представления о тепловом режиме земных недр, о глубинном распределении температур в районах базальтовых щитов. На глубине более 6 км получен температурный градиент 20оС на 1 км вместо ожидавшегося (как и в верхней части) 16оС на 1 км. Выявлено, что половина теплового потока имеет радиогенное происхождение.

Пробурив уникальную Кольскую сверхглубокую скважину, мы очень многое узнали и одновременно поняли, как мало мы еще знаем о строении своей планеты.

Вот в 2012 году побродил там Tenjou

Совсем заброшенной ее назвать очень трудно, т.к. туда постоянно наведываются местные искатели металла и не смотря на сложность попасть туда вывозят оттуда все что плохо лежит.

Главный 12-ти этажный корпус, где размещалась бурильная установка разрушен и валяется по всей округи.

Для поездки было выбрано самое теплое время года — середина июля.

Исследовательский центр

На одном из этажей изобилуют ртутные градусники различной формы и размера

Скважина и ключ к ней, для всех желающих проверить правдивость историй о демонах живущих на ее дне.

Вот она и сама скважина, жаль что заглянуть в нее пока не получится. Будем надеется, что она законсервирована до лучших времен.

Тут еще много фото любителей заброшенного …

А вот кстати, Буровая КТВ в Германии.

Глубина скважины 9000м. Из нее сделали музей.

www.stena.ee

Кольская сверхглубокая скважина - это... Что такое Кольская сверхглубокая скважина?

Координаты: 69°23′46.39″ с. ш. 30°36′31.2″ в. д. / 69.396219° с. ш. 30.608667° в. д. (G) (O)69.396219, 30.608667

Кольская сверхглубокая скважина. Буровая первого этапа (глубина 7 600 м), 1974 г.

Кольская сверхглубокая скважина (СГ-3) — самая глубокая буровая скважина в мире. Находится в Мурманской области, в 10 километрах к западу от города Заполярного, на территории геологического Балтийского щита. Её глубина составляет 12 262 метра. В отличие от других сверхглубоких скважин, которые делались для добычи нефти или геологоразведки, СГ-3 была пробурена исключительно для исследования литосферы в том месте, где граница Мохоровичича подходит близко к поверхности Земли.

Была также самой длинной скважиной до 2008 года, когда её обошла пробуренная под острым углом к поверхности земли нефтяная скважина Maersk Oil BD-04A, длина которой 12 290 метров (находится в нефтяном бассейне Аль-Шахин, Катар)[1], после этого в январе 2011 эту скважину обошла также нефтяная скважина месторождения Одопту-море проекта Сахалин-1, также пробуренная под острым углом к поверхности земли, длиной 12 345 метров[2].

История

Почтовая марка СССР, 1987 год.

Кольская сверхглубокая скважина была заложена в честь 100-летия со дня рождения Ленина, в 1970 году.

Толщи осадочных пород к тому времени были хорошо изучены при добыче нефти. Интереснее было бурить там, где вулканические породы возрастом около 3 млрд лет (для сравнения: возраст Земли оценивается в 4,5 млрд лет) выходят на поверхность. Для добычи полезных ископаемых такие породы редко бурят глубже 1—2 км. Предполагалось, что уже на глубине 5 км гранитный слой сменится базальтовым.

После того, как геологическая экспедиция указала место для скважины, 24 мая 1970 года началось собственно бурение. До глубины в 7 000 метров бурение проходило относительно спокойно, бур проходил через однородные прочные граниты. После этой глубины буровая головка вошла в менее прочные слоистые породы. При прохождении через них ствол скважины стал осыпаться с образованием каверн[3].

В результате буровую колонну заклинивало породой и головка обрывалась при попытке подъёма. Потерянная часть буровой колонны цементировалась, бурение продолжалось с отклонением бурового инструмента. Такие аварии случались неоднократно, поэтому бурение продолжалось в течение нескольких лет[3].

6 июня 1979 года скважина побила рекорд в 9583 метра, ранее принадлежавший скважине Берта-Роджерс (англ. Bertha Rogers), нефтяная скважина в Оклахоме). В лучшие годы на Кольской сверхглубокой скважине работало 16 исследовательских лабораторий, их курировал лично министр геологии СССР.

Кольская сверхглубокая скважина, 2007

В 1983 году пробурили 12 066 метров и временно остановились — готовились к Международному геологическому конгрессу, который должен был проходить в 1984 году в Москве. 27 сентября 1984 года бурение было продолжено. При первом же спуске произошла авария — оборвалась буровая колонна. Бурение возобновили с глубины 7000 м — и к 1990 году новое ответвление достигло глубины 12 262 метра. Колонна снова оборвалась, и бурение было завершено.

Текущий статус

Кольская сверхглубокая скважина, 2012 Сама скважина(заварена), август 2012

В последние годы, в связи с финансовыми трудностями и отсутствием поддержки государства, решался вопрос об окончательном закрытии проекта «Кольская сверхглубокая скважина». [4][5]

В 2008 году объект был заброшен, оборудование демонтировано, началось разрушение здания.[6][7]

Состояние на 2010 год, по комментариям директора Геологического института Кольского научного центра РАН: скважина законсервирована и постепенно разрушается. Стоимость восстановления — около ста миллионов рублей. По его же мнению, на данный момент можно восстановить научную аппаратуру и открыть институт для обучения специалистов по шельфовому бурению.

Буровая установка

Сначала бурение велось серийной буровой установкой «Уралмаш-4Э», которую применяют для бурения скважин при поиске и разведке месторождений нефти и газа. С глубины 7263 метра бурение продолжили установкой «Уралмаш-15000».

В числе особенностей, вобравших передовой опыт бурения глубоких скважин:

  • Буровая колонна ниже 2000 метров была собрана трубами из лёгких алюминиевых сплавов (стальная просто разорвалась бы от своего веса). Вес колонны около 200 тонн.
  • Турбобур — турбина длиной 46 метров, действующая от давления бурового раствора, вращает буровую коронку (долото).
  • Керноприёмник — съемная труба внутри турбобура, служащая для забора образцов породы (керна).

Использовались обычные буровые коронки из твёрдого сплава. Одна коронка служит приблизительно 4 часа, за это время удаётся пробурить 7—10 метров. На спуск и подъём колонны уходит до 18 часов. При этом колонна разбирается на секции из нескольких труб.

Исследования

Хотя ожидалось, что будет обнаружена ярко выраженная граница между гранитами и базальтами, в керне по всей глубине обнаруживались только граниты. Однако за счёт высокого давления спрессованные граниты сильно меняли физические и акустические свойства.

Как правило, поднятый керн рассыпался от активного газовыделения в шлам, так как не выдерживал резкой смены давлений. Вынуть прочный кусок керна удавалось только при очень медленном подъеме бурового снаряда, когда «излишний» газ, находясь ещё в поджатом до большого давления состоянии, успевал из породы выходить.[8]

Густота трещин на большой глубине, вопреки ожиданиям, увеличивалась. На глубине присутствовала также вода, заполнявшая трещины.

Исследователи выделили в скважине 12 уровней, различаемых по физическим свойствам. Более глубокие уровни как правило обладали более высокой изотропией (однородностью). На средних уровнях высокая анизотропия позволила предположить тектоническую активность слоёв.

Хотя в процессе исследования получено много ценнейших сведений о земных недрах, результаты были во многом неожиданны, и на их основании не возникло чёткого понимания природы земной мантии и сущности поверхности Мохоровичича.

На пятикилометровой глубине окружающая температура превысила 70 °C, на семи — 120 °C, а на глубине 12 километров датчики зафиксировали 220 °C.[9]

В ходе исследований разреза выяснилось, что место заложения скважины было выбрано не слишком удачно. Это выразилось в том, что, в силу геологического строения территории, встреченные на больших глубинах породы при более правильном заложении скважины были бы вскрыты на меньших. В частности, как видно из геологического разреза, построенного на основании данных бурения Кольской скважины, поблизости на поверхность выходят породы, поднятые с глубины 2000 м и более.[10]

Аналогичные проекты

В XIII веке китайцам удавалось прорыть скважины глубиной 1200 метров[11]. В 1930 году в Европе смогли превзойти этот рекорд, пробурив земную поверхность на глубину 3 км. В конце 50-х глубина пробуренных скважин увеличилась до 7 км.

В 1957 году США приступили к осуществлению аналогичного проекта. В 1958 году была создана программа «Проект Мохоле», для бурения коры под Тихим океаном. Проект был так назван в честь хорватского ученого Андрея Мохоровичича, который исследовал земную кору и мантию. Часть названия, «hole», переводится с английского языка на русский как «дыра». Однако работа в рамках проекта была прекращена в 1966 году из-за отсутствия финансирования.

«Колодец в ад»

Кольская сверхглубокая послужила источником городской легенды о «дороге в ад» (Well to Hell hoax  (англ.)). Эта городская легенда ходит по Интернету по крайней мере с 1997 года. Впервые на английском языке легенда была оглашена в 1989 году в эфире американской телекомпании Trinity Broadcasting Network, которая взяла историю из репортажа финской газеты, опубликованного в «день дурака»[12]. По этой легенде в самой толще земли, на глубине 12 тысяч метров, микрофоны ученых записали крики и стоны.[13] В бульварных газетах пишут, что это «глас из преисподней»[14]. Кольскую сверхглубокую скважину стали называть «дорогой в ад» — каждый новый пробуренный километр принес несчастья стране. Когда бурильщики вели проходку тринадцатой тысячи метров, распался СССР. Когда скважину пробурили до глубины 14,5 км, вдруг наткнулись на пусто́ты. Заинтригованные этим неожиданным открытием, буровики спустили туда микрофон, способный работать при чрезвычайно высоких температурах, и другие датчики. Температура внутри достигала 1100 °C — был жар огненных палат, в которых, якобы, можно было услышать человеческие крики[15]. Но в действительности эта легенда является вымыслом, хотя бы потому, что акустические методы исследования скважин записывают не собственно звук и не на микрофон, а на сейсмоприемники волновую картину отраженных упругих колебаний, возбужденных прибором-излучателем с частотой 10 — 20 кГц и 20 кГц — 2 Мгц.[16] В действительности глубина, на которой остановилось бурение, составила 12 262 метра с зафиксированной температурой в районе 220 °C, что не соответствует основным «фактам» легенды. Сомнение должно вызывать и наличие акустических микрофонов, работающих при температурах выше 1000 °C. Дилетантизмом порождены и многие другие легенды вокруг Кольской сверхглубокой скважины.

В то же время Дави́д Миро́нович Губерма́н один из авторов проекта, под руководством и при непосредственном участии которого была пробурена Кольская скважина, говорил: «Когда меня расспрашивают об этой загадочной истории, я не знаю, что ответить. С одной стороны, рассказы про „демона“ — чушь собачья. С другой стороны, как честный ученый, я не могу сказать, что знаю, что же именно у нас произошло. Действительно был зафиксирован очень странный шум, потом был взрыв… Спустя несколько дней ничего подобного на той же глубине не обнаружилось».[17]

Легенда послужила основой для рассказа Дмитрия Глуховского «From Hell» из сборника «Рассказы о Родине».

См. также

  • Кольский научный центр РАН
  • Буровая скважина#Сверхглубокие скважины

Источники

Примечания

dic.academic.ru


Смотрите также