Сверхглубокое бурение. Самая глубокая скважина на земле — услышать сердцебиение Земли

Попытка изучить геологический разрез и толщу вулканических пород, выходящих на поверхность земли, подвигло научные центры и, иже с ними, научно-исследовательские организации выявить происхождение глубинных разломов. Дело в том, что структурные образцы пород, ранее извлеченные из недр Земли и Луны, представляли тогда равный интерес для изучения. И выбор точки заложения устья пал на существующий огромный чашеподобный прогиб, происхождение которого связывается с наличием глубинного разлома на участке Кольского полуострова.

Считалось, что Земля представляет собой этакий бутерброд, состоящий из коры, мантии и ядра. К этому времени, близкие к поверхности, осадочные породы были достаточно исследованы при разработке нефтяных месторождений. Разведка же на цветные металлы редко сопровождалась бурением ниже 2000 - метровой отметки.

Кольская СГ (сверхглубокая), ниже глубины 5000 метров, предполагала обнаружить раздел гранитных и базальтовых пластов. Этого не случилось. Бурильный снаряд прошивал твердые гранитные породы до отметки 7000 метров. Далее проходка пошла по, относительно, мягким грунтам, что и стало причиной обрушения стенок ствола и образования каверн. Осыпанный грунт заклинивал головку инструмента настолько, что при подъёме колонна труб обрывалась, приводя к аварии. Кольская скважина должна была подтвердить или опровергнуть эти давно устоявшиеся учения. К тому же учёные круги не рисковали указывать интервалы, где именно проходят границы между этими тремя слоями. Кольская скважина предназначалась для разведки и изучения месторождений минеральных ресурсов, определения закономерности и поэтапного образования полей залегания запасов сырья. В основу была положена, прежде всего, научная обоснованность теории физических, гидрогеологических и прочих параметров глубин Земли. И достоверную информацию о геологическом строении недр могла дать только сверхглубокая проходка ствола.

Между тем, многолетняя подготовка к началу буровых работ, предусматривала: возможность возрастания температуры по мере углубления, увеличение гидростатического давления пластов, непредсказуемость поведения пород, их устойчивость в связи с наличием горного и пластового давлений.

С технической точки зрения во внимание были приняты все возможные трудности и препятствия, которые могли привести к замедлению процесса углубления из-за потерь времени на спуск-подъём снаряда, снижения скорости бурения в связи с изменением категории пород, увеличения затрат энергии на забойные движители.
Наиболее сложным фактором считалось постоянное увеличение веса обсадной колонны и бурильной трубы по мере углубления.

Успешными стали технические наработки в области:
- повышения грузоподъемности, мощности и других характеристик буровой оснастки и оборудования;
- термостойкости породоразрушающего инструмента;
- автоматизации управления всеми этапами процесса бурения;
- обработки информации, поступающей из забойной зоны;
- предупреждения об аварийных ситуациях с бурильной трубой или обсадной колонной.

Проходка сверхглубокого ствола должна была выявить верность или ошибочность научной гипотезы о глубинном строении планеты.

Целью этого, весьма затратного, строительства предусматривались исследования:
1. Глубинное строение Печенгского месторождения никеля и кристаллической подошвы Балтийского щита полуострова. Расшифровка контура месторождения полиметаллов на Печенге вкупе с проявлениями рудных тел.
2. Изучение природы и сил, вызывающих раздел пластовых границ континентальной коры. Выявление зон пластов, мотивов и характера образования высокой температуры. Определение физического и химического состава воды, газов, образующихся в трещинах, порах пород.
3. Получение исчерпывающего материала по вещественному составу пород и информации об интервалах раздела гранитного и базальтового «прокладок» коры. Всестороннее изучение физико-химических свойств извлечённого керна.
4. Разработка передовых технических средств и новых технологий проходки сверхглубоких стволов. Возможность применения геофизических методов исследования в зоне рудных проявлений.
5. Разработка и создание новейшей аппаратуры наблюдения, испытания, исследования, контроля хода бурового процесса.

Кольская скважина большей частью отвечала научным целям. В задачу входило изучение древнейших пород, из которых сложена планета и познание тайн процессов, в них происходящих.

Геологическое обоснование бурения на Кольском полуострове

Разведка и добыча залежей полезных руд всегда предопределяется бурением глубоких скважин. И почему на Кольском полуострове и именно в Мурманской области, и обязательно на Печенге. Предпосылкой тому послужил факт того, что этот регион считался настоящей кладовой минеральных ресурсов, с богатейшими запасами большого разнообразия рудного сырья (никель, магнетиты, апатиты, слюда, титан, медь).

Однако геологическая выкладка, выполненная на основе керна из скважины, выявила абсурдность мирового научного мнения. Семи километровая глубина оказалась сложенной из вулканических и осадочных пород (туфы, песчаники, доломиты, брекчии). Ниже этого интервала, как предполагалось, должны были находиться породы, разделяющие гранитный и базальтовый структуры. Но, увы, базальты так и не появились.

Выражаясь геологическими терминами, Балтийский щит полуострова с частичным охватом территорий Норвегии, Швеции, Финляндии и Карелии миллионы веков подвергались эрозии и эволюции. Природные всплески, разрушительные процессы вулканизма, явления магматизма, метаморфические видоизменения пород, осадкообразования наиболее четко отпечатались на геологической летописи Печенги. Это та часть Балтийского складчатого щита, где миллиарды лет складывалась геологическая история пластовых и рудных проявлений.

Особенно, многовековой коррозии подвергались северная и восточная части поверхности щита. В результате чего ледники, ветер, вода и другие природные катаклизмы, как бы сдирали (скребли) верхние пласты пород.

Основанием выбора места закладки скважины послужила серьёзная эрозия верхних слоев и обнажение древних архейских образований Земли. Эти обнажения значительно приближали и облегчали доступ к подземным кладовым природы.

Конструкция сверхглубокой скважины

Сверхглубокие сооружения имеют обязательную телескопическую конструкцию. В нашем случае, начальный диаметр устья имел 92 см, а конечный 21,5.

Проектная направляющая колонна или так называемый кондуктор диаметром 720 мм предусматривала проходку на глубину 39 погонных метров. Первая техническая колонна (стационарная обсадная), диаметром 324 мм и длиной в 2000 метров; съемная обсадная 245 мм, метражом в 8770 метров. Далее бурение намечалось вести открытым стволом до проектной отметки. Кристаллические породы позволяли рассчитывать на длительную устойчивость не обсаженной части стенок. Вторая съемная колонна, размеченная магнитными метками, позволяла бы осуществить сплошной отбор керна по всей длине ствола. Радиоактивные метки на забойной трубе были настроены фиксировать температуру среды бурения.

Техническая оснащенность буровой установки для бурения сверхглубокой скважины

Проходка с нуля велась установкой «Уралмаш-4Э», то есть серийным оборудованием, применяемым для бурения глубоких нефтегазовых скважин. До 2000 метров ствол проходился стальными бурильными трубами, с турбобуром на конце. Эта турбина в 46 метров длиной с долотом на конце приводилась во вращение под действием глинистого раствора, который закачивался в трубу давлением 40 атмосфер.

Далее, проходка осуществлялась с интервала 7264 метра отечественной установкой «Уралмаш-15000», с инновационной точки зрения, более мощным сооружением, грузоподъёмностью 400 тонн. Комплекс был укомплектован множеством технических, технологических, электронных и прочих передовых разработок.

Кольская скважина была оснащена высокотехнологичной и автоматизированной структурой:
1. Разведочная , с мощным основанием, на котором смонтирована сама секционная вышка, высотой в 68 метров. Предназначалась для осуществления:

• проходка ствола, операции спуск - подъема снаряда и прочие вспомогательные действия;
• удержание ведущей и всей колонны труб, как на весу, так и процессе бурения;
• размещение секций (свечей) бурильных труб, в том числе утяжеленных (УБТ), талевой системы.

Во внутреннем пространстве вышки размещались также средства СП (спуск - подъема), инструменты. Здесь же размещались средства безопасности и возможной экстренной эвакуации верхового (помощника бурильщика).

2. Силовая и технологическая оснастка, энергетические и насосные агрегаты.

3. Циркуляционная и противовыбросовая система, цементировочное оборудование.

4. Система автоматизации, управления, контроля процесса.

5. Электротехническое обеспечение, средства механизации.

6. Комплекс измерительного оборудования, лабораторная техника и многое прочее.

В 2008 году Кольская сверхглубокая скважина была совсем заброшена, все ценное оборудование было демонтировано и вывезено (в большинстве было сдано на металлолом).

До 2012 года была демонтирована главная башня бурильной установки.

Сейчас работает только Кольский научный центр Российской академии наук в котором по сей день изучают керн добытый из сверхглубокой скважины.

Сам же керн вывезен в город Ярославль, где сейчас и хранится.

Документальное видео о Кольской сверхглубокой скважине

Новые рекорды сверхглубоких скважин

Кольская сверхглубокая скважина считалась самой глубокой скважиной в мире до 2008 года.

В 2008 году в нефтяном бассейне Аль-Шахин была пробурена под острым углом к поверхности земли нефтяная скважина Maersk Oil BD-04A, длина которой составляет 12 290 метров.

В январе 2011 и этот рекорд был побит, а побила её нефтяная скважина пробурена в Северном куполе (Одопту-море - газонефтяное месторождение в России), эта скважина также пробуренная под острым углом к поверхности земли, длина составила 12 345 метров.

В июне 2013 года скважина Z-42 Чайвинского месторождения снова побила рекорд глубины, длина составила 12 700 метров.

В СССР любили масштаб, да побольше, и распространялось это буквально на все. Вот и была в Союзе вырыта одна скважина, которая и сегодня носит титул глубочайшей на земле. Примечательно, что скважину пробурили не для добычи нефти или геолого-разведочных работ, а чисто для научных исследований.

Наконечники, которыми бурили скважину.

Кольская сверхглубокая скважина, или СГ-3, - самая глубокая скважина в земле, сделанная человеком. Находится в Мурманской области в 10 километрах от города Заполярный, в западном направлении. Глубина дыры - 12 262 метра. Ее диаметр в верхней части составляет 92 сантиметра. В нижней - 21,5 сантиметра. Важной особенностью СГ-3 является то, что, в отличие от любых других скважин для добычи нефти или геологических работ, эта бурилась исключительно для научных целей.

Заложена скважина была в 1970 году, к 100-летию со дня рождения Владимира Ленина. Выбранное место примечательно тем, что скважина бурилась в выходящих на поверхность вулканических породах возрастом более 3 миллиардов лет. К слову, возраст Земли составляет около 4,5 миллиардов лет. При добыче полезных ископаемых скважины редко бурят глубже двух тысяч метров.

Работа шла сутками напролет.

Бурить начали 24 мая 1970 года. До отметки в 7 тысяч метров бурение шло легко и спокойно, однако после попадания головки в менее плотные породы начались проблемы. Процесс существенно замедлился. Только 6 июня 1979 года был поставлен новый рекорд - 9583 метра. Ранее он был установлен в США добытчиками нефти. Отметка в 12 066 метров была пройдена в 1983 году. Результат был достигнут к Международному геологическому конгрессу, который проходил в Москве. Впоследствии на комплексе произошло две аварии.

Сейчас комплекс выглядит так.

В 1997 году в СМИ растиражировали сразу несколько легенд о том, что Кольская сверхглубокая скважина и есть настоящая дорога в ад. В одной из таких легенд говорилось о том, что, когда команда опустила на глубину в несколько тысяч метров микрофон, там слышались человеческие вопли, стоны и крики.

Конечно, ничего подобного не было. Хотя бы потому, что для записи звука в скважине на такой глубине используется специальное оборудование - но и оно ничего не зафиксировало. На комплексе действительно произошло несколько аварий, в том числе случился подземный взрыв во время бурения, однако никаких подземных «демонов» геологи точно не потревожили.

Сама скважина законсервирована.

Действительно важно то, что на СГ-3 работало 16 исследовательских лабораторий. Во времена Советского Союза отечественные геологи смогли сделать множество ценных открытий и лучше понять, как устроена наша планета. Работа на объекте позволила значительно улучшить технологию бурения. Ученые также смогли разобраться в местных геологических процессах, получили исчерпывающие данные о тепловом режиме недр, подземных газах и глубинных водах.

К сожалению, сегодня Кольская сверхглубокая скважина закрыта. Здание комплекса ветшает с тех пор, как в 2008 году здесь была закрыта последняя лаборатория, а все оборудование демонтировано. Причина проста - нехватка финансирования. В 2010 году скважина уже была законсервирована. Сейчас она медленно, но верно разрушается под влиянием естественных процессов.

В 1970 году аккурат к 100-летнему юбилею Ленина советские ученые начали один из самых амбициозных проектов современности. На Кольском полуострове, в десяти километрах от поселка Заполярный, стартовало бурение скважины, которая в результате оказалась самой глубокой в мире и вошла в Книгу рекордов Гиннесса.

Грандиозный научный проект шел больше двадцати лет. Он принес массу интереснейших открытий, вошел в историю науки, а под конец оброс таким количеством легенд, слухов и сплетен, что хватило бы не на один фильм ужасов.

СССР. Кольский полуостров. 1 октября 1980 года. Передовые буровики скважины, достигшие рекордной глубины - 10 500 метров

Вход в ад

Во времена своего расцвета буровая на Кольском полуострове представляла собой циклопическое сооружение высотой в 20-этажный дом. Здесь работало до трех тысяч человек в смену. Коллектив возглавляли ведущие геологи страны. Буровую выстроили в тундре в десяти километрах от поселка Заполярный, и в полярной ночи она сияла огнями, как космический корабль.

Когда все это великолепие вдруг закрылось и огни погасли, сразу пошли слухи. По всем меркам бурение шло необычайно успешно. Никому в мире еще не удавалось достичь такой глубины - советские геологи опустили бур больше чем на 12 километров.

Внезапное завершение удачного проекта выглядело такой же нелепостью, как то, что американцы закрыли программу полетов на Луну. В крахе лунного проекта обвиняли инопланетян. В проблемах Кольской сверхглубокой - чертей и бесов.

Популярная легенда гласит, что с больших глубин бур не раз доставали оплавленным. Никаких физических причин этому не было - температура под землей не превышала 200 градусов по Цельсию, а бур был рассчитан на тысячу градусов. Затем аудиодатчики якобы стали улавливать некие стоны, крики и вздохи. Диспетчеры, следившие за показаниями приборов, жаловались на ощущения панического страха и тревоги.

По легенде выходило, что геологи добурились до ада. Стоны грешников, экстремально высокие температуры, атмосфера ужаса на буровой, - все это объясняло, почему все работы на Кольской сверхглубокой был внезапно свернуты.

Многие относились к этим слухам скептически. Однако в 1995 году, уже после остановки работ, на буровой прогремел мощный взрыв. Что там могло взорваться, не понимал никто, даже руководитель всего проекта, видный геолог Давид Губерман.

Сегодня к заброшенной буровой водят экскурсии и рассказывают туристам увлекательную историю о том, как ученые пробурили дырку в подземное царство мертвых. Как по установке бродят стенающие призраки, а к вечеру на поверхность вылезают бесы и норовят умыкнуть в пропасть зазевавшегося экстремала.

Подземная Луна

На самом деле вся история с «колодцем в ад» была выдумана финскими журналистами к 1 апреля. Их шуточную статью перепечатали американские газеты, и утка полетела в массы. Многолетнее бурение Кольской сверхглубокой шло без всякой мистики. Но то, что происходило там в реальности, было интереснее любых легенд.

Начать с того, что сверхглубокое бурение по поределению было обречено на многочисленные аварии. Под гнетом гигантского давления (до 1000 атмосфер) и высоких температур не выдерживали буры, забивалась скважина, ломались трубы, которыми укрепляли жерло. Бессчетное число раз узкая скважина искривлялась так, что приходилось пробуривать все новые ответвления.

Самая страшная авария произошла вскоре после главного триумфа геологов. В 1982 году они смогли преодолеть отметку в 12 километров. Эти результаты торжественно огласили в Москве на Международном геологическом конгрессе. Геологов со всего света привезли на Кольский полуостров, показали им буровую и образцы пород, добытые на фантастической глубине, до которой еще никогда не добиралось человечество.

После празднования бурение продолжили. Однако перерыв в работах оказался роковым. В 1984 году произошла самая страшная авария на буровой. Оторвались и забили скважину целых пять километров труб. Продолжать бурение было нельзя. В одночасье были потеряны результаты пяти лет работы.

Пришлось возобновлять бурение с 7-километровой отметки. Только в 1990 году геологам вновь удалось перевалить за 12 километров. 12 262 метра - такова окончательная глубина Кольской скважины.

Но параллельно страшным авариям чередой шли и невероятные открытия. Глубокое бурение - аналог машины времени. На Кольском полуострове к поверхности подходят древнейшие породы, возраст которых превышает 3 миллиарда лет. Забираясь все глубже, ученые получили ясное представление о том, что происходило на нашей планете во времена ее молодости.

Прежде всего, оказалось, что традиционная схема геологического разреза, составленная учеными, не соответствует реальности. «До 4 километров все шло по теории, а дальше началось светопреставление», - рассказывал потом Губерман

По расчетам, пробурив слой гранита, полагалось добраться до еще более твердых, базальтовых пород. Но никакого базальта не оказалось. После гранита шли неплотные слоистые породы, которые постоянно крошились и затрудняли движение вглубь.

Зато среди пород возрастом 2,8 миллиарда лет были найдены окаменевшие микроорганизмы. Это позволило уточнить время зарождения жизни на Земле. На еще больших глубинах нашли огромные залежи метана. Это прояснило вопрос о возникновении углеводородов - нефти и газа.

А на глубине свыше 9 километров ученые обнаружили золотосодержащий оливиновый слой, так ярко описанный Алексеем Толстым в «Гиперболоиде инженера Гарина».

Но самое фантастическое открытие произошло в конце 1970-х, когда советская лунная станция привезла образцы лунного грунта. Геологи с изумлением увидели, что его состав полностью совпадает с составом пород, добытых ими на глубине 3 километра. Как это было возможно?

Дело в том, что одна из гипотез происхождения Луны предполагает, что несколько миллиардов лет назад Земля столкнулась с каким-то небесным телом. В результате столкновения от нашей планеты откололся кусок и превратился в спутник. Возможно, этот кусок оторвался именно в районе нынешнего Кольского полуострова.

Финал

Так почему же все-таки закрыли Кольскую сверхглубокую?

Во-первых, основные задачи научной экспедиции были выполнены. Было создано, в экстремальных условиях протестировано и заметно усовершенствовано уникальное оборудование для бурения на больших глубинах. Собранные образцы пород был подробно исследованы и описаны. Кольская скважина помогла гораздо лучше понять строение земной коры и историю нашей планеты.

Во-вторых, само время не способствовало подобным амбициозным проектам. В 1992 году научной экспедиции прикрыли финансирование. Сотрудники уволились и разъехались по домам. Но и сегодня грандиозное здание буровой и загадочная скважина впечатляют своими масштабами.

Иногда кажется, что Кольская сверхглубокая еще не исчерпала весь запас своих чудес. В этом был уверен и руководитель знаменитого проекта. «Имеем самую глубокую дыру в мире - так надо пользоваться!» - восклицал Давид Губерман.

Сотни тысяч скважин были пробурены в земной коре за последние десятилетия прошлого века. И это неудивительно, потому что поиск и добыча полезных ископаемых в наше время неизбежно связаны с глубоким бурением. Но среди всех этих скважин есть одна-единственная на планете - легендарная Кольская сверхглубокая (СГ), глубина которой до сих пор остается непревзойденной - более двенадцати километров. Кроме того, СГ - одна из немногих, которую бурили не ради разведки или добычи полезных ископаемых, а с чисто научными целями: изучить древнейшие породы нашей планеты и познать тайны идущих в них процессов.

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.

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.

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.

На образцах керна справа хорошо видны косые полоски, означающие, что здесь скважина проходила через пласты, расположенные наклонно.

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.

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.

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.

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.

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 (см. рисунок на стр. 39.). 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.

Кандидат технических наук А. ОСАДЧИЙ.

ЛИТЕРАТУРА

Кольская сверхглубокая. М.: Недра, 1984.
Кольская сверхглубокая. Научные результаты и опыты исследования. М., 1998.
Козловский Е. А. Всемирный форум геологов. "Наука и жизнь" № 10, 1984.
Козловский Е. А. Кольская сверхглубокая. "Наука и жизнь" № 11, 1985.

Sredao.ru коттеджные поселки от СРЕДЫ ОБИТАНИЯ

Sredao.ru таунхаусы от бюро недвижимости СРЕДЫ ОБИТАНИЯ

В одной из научных передач приводили простой пример, позволяющий осознать, насколько огромна наша планета. Представьте себе большой воздушный шар. Это и есть вся планета. А тончайшие стенки – это зона, на которое есть жизнь. А люди освоили фактически только один слой атомов, окружающий этот стенки.

Но человечество постоянно стремится расширять свое знание о планете и происходящих ней процессах. Мы запускаем космические корабли и спутники, стоим подводные лодки, но сложнее всего узнать, что же находится у нас под ногами, внутри земли.

Относительное понимание приносят скважины. С их помощью можно узнать состав пород, изучить изменения физических условий, а также провести разведку полезных ископаемых. И больше всего информации, конечно же принесет самая глубокая скважина в мире. Вопрос только в том, где именно она находится. В этом мы сегодня и постараемся разобраться.

ОР-11

Не удивительно, что самая длинная скважина была сделана совсем недавно, в 2011 году. Добиться этого результата позволили новые, более совершенные технологии, прочные и надежные материалы, точные методики расчета.

Наверняка вам будет приятно узнать, что она находится в России, и была пробурена в рамках проекта «Сахалин-1». Все работы потребовали всего 60 дней, что намного превосходит результаты предыдущих изысканий.

Общая длина это рекордной скважины составляет 12 километров 345 метров, что пока остается непревзойденным рекордом. Ещё одно достижение – максимальная протяженность горизонтального ствола, составляющая 11 километров 475 метров. Пока никто не смог превзойти этот результат. Но это пока.

BD-04А

Эта нефтяная скважина в Катаре известна благодаря рекордной на то время глубине. Её полная длина составляет 12 километров 289 метров, из которых 10 902 метра – горизонтальный ствол. Построена она, кстати, в 2008 году, и целых три года удерживала рекорд.

Но известна эта глубокая скважина не только впечатляющими размерами, но и весьма печальным фактом. Она была построена рядом с нефтяным шельфом для проведения георазведки, а в 2010 году на ней произошла серьезная авария.

Так скважина выглядит сейчас

Пробуренная ещё во время СССР, Кольская сверхглубокая скважина в 2008 году потеряла звание лидера. Но все равно, она остается одним из наиболее известных объектов такого типа и продолжает удерживать призовое третье место.

Работы по подготовке к бурению были начаты ещё в 1970 года. Планировалось, что эта скважина станет самой глубокой на Земле, достигнув отметки в 15 километров. Правда, достичь такого результата так и не получилось. В 1992 году работы были приостановлены, когда глубина достигла впечатляющего значения в 12 километров 262 метра. Дальнейшие изыскания пришлось прекратить из-за отсутствия финансирования и поддержки государства.

С её помощью удалось получить массу интересных научных данных, глубже понять строение земной коры. Это как раз не удивительно, ведь проект был изначально полностью научным, не связанным с геологической разведкой или изучением месторождений полезных ископаемых.

Кстати, именно с Кольской сверхглубокой скважиной связана популярная легенда о «колодце в ад». Рассказывают, что дойдя до отметки в 11 километров, ученые услышали ужасающие крики. И вскоре после этого бур сломался. По легенде, это свидетельствует о существовании ада под землей, в котором мучаются грешники. Именно их крики и были услышаны учеными.

Правда, легенда не выдерживает никакой критики. Хотя бы потому, что ни одна акустическая аппаратура не смогла бы работать при давлении и температуре на этих отметках. Но, с другой стороны, довольно интересно рассуждать о том, что самая глубокая буровая скважина сможет достичь если не ада, то каких-нибудь других легендарных и мифических мест.

Пока же они всего лишь помогают ученым лучше понимать, как живет наша планета. И хотя до путешествия к центру земли ещё очень далеко, люди явно к этому стремятся.