Wiercenie studni na Półwyspie Kolskim. Bardzo głęboka studnia na Półwyspie Kolskim: historia i tajemnice

Dziś badania naukowe ludzkości dotarły do granic Układu Słonecznego: wylądowaliśmy statkami kosmicznymi na planetach, ich satelitach, asteroidach, kometach, wysłaliśmy misje do Pasa Kuipera i przekroczyliśmy granicę heliopauzy. Za pomocą teleskopów widzimy wydarzenia, które miały miejsce 13 miliardów lat temu – kiedy Wszechświat miał zaledwie kilkaset milionów lat. Na tym tle interesująca jest ocena, jak dobrze znamy naszą Ziemię. Najlepszy sposób, żeby ją poznać struktura wewnętrzna- wywiercić studnię: im głębiej, tym lepiej. Najgłębszą studnią na Ziemi jest Kola Superdeep Well, w skrócie SG-3. W 1990 r. jego głębokość osiągnęła 12 kilometrów i 262 metry. Jeśli porównasz tę liczbę z promieniem naszej planety, okaże się, że to tylko 0,2 procent drogi do centrum Ziemi. Ale nawet to wystarczyło, aby zmienić poglądy na temat struktury skorupy ziemskiej.

Jeśli wyobrażasz sobie studnię jako szyb, przez który można zjechać windą w głąb ziemi lub co najmniej kilka kilometrów, to wcale tak nie jest. Średnica narzędzia wiertniczego, za pomocą którego inżynierowie stworzyli studnię, wynosiła zaledwie 21,4 centymetra. Górny dwukilometrowy odcinek studni jest nieco szerszy - został powiększony do 39,4 centymetra, ale nadal nie ma możliwości, aby człowiek się tam dostał. Aby wyobrazić sobie proporcje studni, najlepszą analogią byłaby 57-metrowa igła do szycia o średnicy 1 milimetra, nieco grubsza na jednym końcu.

Cóż, schemat

Ale ta reprezentacja również zostanie uproszczona. Podczas wiercenia na odwiercie doszło do kilku wypadków – część przewodu wiertniczego znalazła się pod ziemią bez możliwości jej wydobycia. Dlatego odwiert uruchamiano kilkakrotnie od nowa, ze śladów siedmiu i dziewięciu kilometrów. Istnieją cztery duże gałęzie i kilkanaście małych. Główne odnogi mają różną głębokość maksymalną: dwie z nich przekraczają granicę 12 km, dwie kolejne nie dochodzą do niej zaledwie o 200–400 metrów. Należy pamiętać, że głębokość rowu Mariana jest o jeden kilometr mniejsza – 10 994 metrów w stosunku do poziomu morza.

Rzuty poziome (po lewej) i pionowe trajektorii SG-3

Yu.N. Jakowlew i in. / Biuletyn Centrum Naukowego Kola Rosyjskiej Akademii Nauk, 2014

Co więcej, błędem byłoby postrzeganie studni jako linii pionu. Ze względu na to, że skały na różnych głębokościach mają różne właściwości mechaniczne, wiertło w trakcie pracy odchylało się w stronę obszarów o mniejszej gęstości. Dlatego w dużej skali profil Kola Superdeep wygląda jak lekko zakrzywiony drut z kilkoma odgałęzieniami.

Zbliżając się dzisiaj do studni, zobaczymy tylko górna część- metalowy właz przykręcany do ujścia dwunastoma masywnymi śrubami. Napis na nim został wykonany omyłkowo, prawidłowa głębokość to 12262 metry.

Jak wykonano bardzo głęboką studnię?

Na początek należy zauważyć, że SG-3 został pierwotnie stworzony specjalnie do celów naukowych. Do wiercenia badacze wybrali miejsce, w którym na powierzchnię ziemi wyszły starożytne skały – mające nawet trzy miliardy lat. Jednym z argumentów podczas poszukiwań był fakt, że młode skały osadowe zostały dobrze zbadane podczas wydobycia ropy i nikt nigdy nie wiercił głęboko w starożytnych warstwach. Ponadto istniały duże złoża miedzi i niklu, których eksploracja byłaby użytecznym uzupełnieniem misji naukowej odwiertu.

Wiercenie rozpoczęto w roku 1970. Pierwszą część odwiertu wykonano przy pomocy seryjnej wiertnicy Uralmash-4E – najczęściej wykorzystywano ją do wierceń szybów naftowych. Modyfikacja instalacji umożliwiła osiągnięcie głębokości 7 kilometrów 263 metrów. Zajęło to cztery lata. Następnie instalację zmieniono na Uralmash-15000, nazwaną na cześć planowanej głębokości odwiertu - 15 kilometrów. Nowa wiertnica została zaprojektowana specjalnie dla supergłębokiej Kola: wiercenie na tak dużych głębokościach wymagało poważnych modyfikacji sprzętu i materiałów. Na przykład ciężar samego przewodu wiertniczego na głębokości 15 km osiągnął 200 ton. Sama instalacja mogła podnosić ładunki o masie do 400 ton.

Przewód wiertniczy składa się z połączonych ze sobą rur. Z jego pomocą inżynierowie opuszczają narzędzie wiertnicze na dno studni, a także zapewniają jego działanie. Na końcu kolumny zainstalowano specjalne 46-metrowe turbowiertnice napędzane przepływem wody z powierzchni. Umożliwiły one obracanie narzędzia do kruszenia skał oddzielnie od całej kolumny.

Wiertła, za pomocą których przewód wiertniczy wbija się w granit, przywodzą na myśl futurystyczne części robota – kilka obracających się kolczastych dysków połączonych z turbiną na górze. Jedno takie wiertło wystarczyło na zaledwie cztery godziny pracy – odpowiada to w przybliżeniu przejściu 7-10 metrów, po którym trzeba podnieść, zdemontować i ponownie opuścić cały przewód wiertniczy. Same ciągłe zjazdy i podjazdy trwały do 8 godzin.

Nawet rury kolumny w Kola Superdeep Pipe musiały zostać wykorzystane w nietypowy sposób. Na głębokości temperatura i ciśnienie stopniowo rosną i, jak twierdzą inżynierowie, w temperaturach powyżej 150-160 stopni stal rur seryjnych mięknie i jest mniej odporna na obciążenia wielotonowe - z tego powodu prawdopodobieństwo niebezpiecznych odkształceń i zwiększa się pękanie kolumny. Dlatego twórcy wybrali lżejsze i żaroodporne stopy aluminium. Każda z rur miała długość około 33 metrów i średnicę około 20 centymetrów – nieco węższą od samej studni.

Jednak nawet specjalnie opracowane materiały nie były w stanie wytrzymać warunków wiercenia. Po pierwszym siedmiokilometrowym odcinku dalsze wiercenie do poziomu 12 000 metrów zajęło prawie dziesięć lat i ponad 50 kilometrów rur. Inżynierowie stanęli przed faktem, że poniżej siedmiu kilometrów skały stały się mniej gęste i spękane - lepkie dla wiertła. Ponadto sam odwiert zniekształcił swój kształt i stał się eliptyczny. W rezultacie kolumna pękła kilka razy, a inżynierowie, nie mogąc jej podnieść, zmuszeni byli zabetonować odnogę studni i ponownie wywiercić szyb, tracąc lata pracy.

Jeden z tych poważnych wypadków zmusił wiertników w 1984 r. do zabetonowania odnogi studni, która osiągnęła głębokość 12 066 metrów. Wiercenie trzeba było rozpocząć ponownie od znaku 7 km. Poprzedziła to przerwa w pracach przy odwiercie – w tym momencie odtajniono istnienie SG-3 i odbył się w Moskwie międzynarodowy kongres geologiczny Geoexpo, którego delegaci odwiedzili to miejsce.

Według naocznych świadków wypadku, po wznowieniu pracy kolumna odwierciła studnię o kolejne dziewięć metrów w dół. Po czterech godzinach wiercenia pracownicy przygotowywali się do podniesienia kolumny, ale „nie udało się”. Wiertnicy uznali, że rura „przykleiła się” gdzieś do ścian studni i zwiększyli siłę podnoszenia. Obciążenie gwałtownie spadło. Stopniowo demontując kolumnę na 33-metrowe świece, robotnicy dotarli do następnej sekcji, zakończonej nierówną dolną krawędzią: w studni pozostało turbowiertło i kolejne pięć kilometrów rur, których nie można było podnieść;

Wiertnikom udało się ponownie osiągnąć granicę 12 km dopiero w 1990 roku, kiedy to ustanowiono rekord nurkowania wynoszący 12 262 metry. Potem wydarzył się nowy wypadek i od 1994 roku prace na odwiercie zostały wstrzymane.

Misja naukowa Superdeep

Zdjęcie badań sejsmicznych w SG-3

„Kola Superdeep” Ministerstwo Geologii ZSRR, Wydawnictwo Nedra, 1984

Do badań odwiertu wykorzystano całą gamę metod geologiczno-geofizycznych, począwszy od pobrania rdzenia (kolumny skał odpowiadającej danym głębokościom), po pomiary radiacyjne i sejsmologiczne. Przykładowo rdzeń został pobrany za pomocą odbiorników rdzenia ze specjalnymi wiertłami - wyglądają jak rury o postrzępionych krawędziach. W środku tych rur znajdują się 6-7-centymetrowe otwory, w które spada skała.

Ale nawet przy tym pozornie prostym (poza koniecznością wyniesienia tego jądra z głębokości wielu kilometrów) pojawiły się trudności. Pod wpływem płynu wiertniczego, tego samego, który wprawiał wiertło w ruch, rdzeń został nasycony cieczą i zmienił swoje właściwości. Ponadto warunki w głębinach i na powierzchni ziemi są bardzo różne - próbki pękają pod wpływem zmian ciśnienia.

Na różnych głębokościach wydajność rdzenia była bardzo zróżnicowana. Jeśli na pięć kilometrów od 100-metrowego odcinka można było liczyć na 30 centymetrów rdzenia, to na głębokościach ponad dziewięciu kilometrów zamiast kolumny skalnej geolodzy otrzymywali zestaw podkładek wykonanych z gęstej skały.

Mikrofotografia skał wydobytych z głębokości 8028 metrów

„Kola Superdeep” Ministerstwo Geologii ZSRR, Wydawnictwo Nedra, 1984

Badania materiału wydobytego ze studni doprowadziły do kilku ważnych wniosków. Po pierwsze, budowy skorupy ziemskiej nie można uprościć do kompozycji kilku warstw. Wskazywały na to wcześniej dane sejsmologiczne – geofizycy zaobserwowali fale, które zdawały się odbijać od gładkiej granicy. Badania w SG-3 wykazały, że taka widoczność może wystąpić również przy złożonym rozmieszczeniu skał.

To założenie wpłynęło na projekt odwiertu - naukowcy spodziewali się, że na głębokości siedmiu kilometrów szyb wejdzie w skały bazaltowe, ale nie spotkali się nawet na 12-kilometrowym znaku. Ale zamiast bazaltu geolodzy odkryli skały, które miały dużą liczbę pęknięć i niską gęstość, czego w ogóle nie można było oczekiwać z głębokości wielu kilometrów. Ponadto w pęknięciach znajdowały się ślady wody gruntowe- pojawiały się nawet sugestie, że powstały one w wyniku bezpośredniej reakcji tlenu i wodoru w grubości Ziemi.

Wśród wyników naukowych znalazły się także zastosowania - np. na płytkich głębokościach geolodzy odkryli horyzont rud miedzi i niklu nadających się do wydobycia. A na głębokości 9,5 km odkryto warstwę geochemicznej anomalii złota - w skale znajdowały się mikrometrowe ziarna rodzimego złota. Stężenia osiągnęły gramy na tonę skały. Jest jednak mało prawdopodobne, aby wydobycie z takich głębokości kiedykolwiek było opłacalne. Jednak samo istnienie i właściwości warstwy złotonośnej umożliwiły wyjaśnienie modeli ewolucji minerałów - petrogenezy.

Osobno powinniśmy porozmawiać o badaniach gradientów temperatury i promieniowania. Do tego rodzaju eksperymentów wykorzystuje się instrumenty wiertnicze opuszczane na stalowych linach. Duży problem miało zapewnić ich synchronizację ze sprzętem naziemnym, a także zapewnić działanie na dużych głębokościach. Na przykład trudności wynikały z faktu, że kable o długości 12 kilometrów rozciągnięto o około 20 metrów, co mogło znacznie zmniejszyć dokładność danych. Aby tego uniknąć, geofizycy musieli stworzyć nowe metody oznaczania odległości.

Większość instrumentów komercyjnych nie została zaprojektowana do pracy w trudnych warunkach panujących na niższych poziomach odwiertu. Dlatego do badań na dużych głębokościach naukowcy wykorzystali sprzęt opracowany specjalnie dla Kola Superdeep.

Najważniejszym rezultatem badań geotermalnych są znacznie wyższe gradienty temperatur niż oczekiwano. W pobliżu powierzchni tempo wzrostu temperatury wynosiło 11 stopni na kilometr, do głębokości dwóch kilometrów – 14 stopni na kilometr. W przedziale od 2,2 do 7,5 kilometra temperatura rosła w tempie zbliżającym się do 24 stopni na kilometr, choć istniejące modele przewidywały wartość półtora raza niższą. W rezultacie już na głębokości pięciu kilometrów instrumenty zarejestrowały temperaturę 70 stopni Celsjusza, a na 12 kilometrach wartość ta osiągnęła 220 stopni Celsjusza.

Odwiert Kola okazał się inny niż inne odwierty - na przykład analizując wydzielanie ciepła przez skały ukraińskiej tarczy krystalicznej i batolity Sierra Nevada, geolodzy wykazali, że wydzielanie ciepła maleje wraz z głębokością. Przeciwnie, w SG-3 rósł. Ponadto pomiary wykazały, że głównym źródłem ciepła, dostarczającym 45-55 proc przepływ ciepła, to rozpad pierwiastków promieniotwórczych.

Mimo że głębokość studni wydaje się kolosalna, nie sięga ona nawet jednej trzeciej grubości skorupy ziemskiej w Tarczy Bałtyckiej. Geolodzy szacują, że podstawa skorupy ziemskiej na tym obszarze przebiega około 40 kilometrów pod ziemią. Dlatego nawet gdyby SG-3 dotarła do planowanych 15 km, i tak nie dotarlibyśmy do płaszcza.

To ambitne zadanie, jakie postawili sobie amerykańscy naukowcy, opracowując projekt Mohol. Geolodzy planowali dotrzeć do granicy Mohorovicic – podziemnego regionu, w którym następuje gwałtowna zmiana prędkości propagacji fal dźwiękowych. Uważa się, że jest on związany z granicą między skorupą a płaszczem. Warto dodać, że na lokalizację odwiertu wiertnicy wybrali dno oceanu w pobliżu wyspy Guadalupe – odległość do granicy wynosiła zaledwie kilka kilometrów. Jednak głębokość samego oceanu sięgała tutaj 3,5 km, co znacznie skomplikowało prace wiertnicze. Pierwsze badania w latach 60. XX wieku pozwoliły geologom na wiercenie studni jedynie do 183 metrów.

Niedawno dowiedziała się o planach wskrzeszenia projektu wierceń głębinowych przy pomocy badawczego statku wiertniczego JOIDES Revolution. Jako nowy cel geolodzy wybrali punkt na Oceanie Indyjskim, niedaleko Afryki. Głębokość granicy Mohorovicic wynosi tam tylko około 2,5 km. W okresie grudzień 2015 r. – styczeń 2016 r. geologom udało się wykonać odwiert o głębokości 789 metrów – piąty co do wielkości podwodny odwiert na świecie. Ale ta wartość to tylko połowa wartości wymaganej na pierwszym etapie. Zespół planuje jednak wrócić i dokończyć to, co zaczął.

***

0,2 procent drogi do środka Ziemi to nie jest aż tak imponująca wartość w porównaniu do skali podróże kosmiczne. Należy jednak wziąć pod uwagę, że granica Układu Słonecznego nie przebiega wzdłuż orbity Neptuna (ani nawet Pasa Kuipera). Grawitacja Słońca przeważa nad grawitacją gwiazdową aż do odległości dwóch lat świetlnych od gwiazdy. Jeśli więc wszystko dokładnie obliczysz, okaże się, że Voyager 2 przeleciał tylko jedną dziesiątą procenta trasy na obrzeża naszego układu.

Dlatego nie powinniśmy się denerwować tym, jak słabo znamy „wnętrza” własnej planety. Geolodzy mają własne teleskopy – badania sejsmiczne – i własne ambitne plany podboju podłoża. A jeśli astronomom udało się już dotknąć solidnej części ciała niebieskie V układ słoneczny, to dla geologów najciekawsze rzeczy są jeszcze przed nami.

Władimir Korolew

Nie łatwiej jest wniknąć w tajemnice, które leżą pod naszymi stopami, niż poznać wszystkie tajemnice Wszechświata nad naszymi głowami. A może nawet trudniejsze, bo żeby zajrzeć w głąb Ziemi, potrzebna jest bardzo głęboka studnia.

Cele wierceń są różne (np. wydobycie ropy naftowej), ale ultragłębokie (ponad 6 km) odwierty potrzebne są przede wszystkim naukowcom, którzy chcą wiedzieć, jakie ciekawe rzeczy znajdują się we wnętrzu naszej planety. Gdzie znajdują się te „okna” na środek Ziemi i jak nazywa się najgłębsza studnia wiercona, powiemy Ci w tym artykule. Na początek jedno wyjaśnienie.

Wiercenie można wykonać pionowo w dół lub pod kątem do powierzchni ziemi. W drugim przypadku długość może być bardzo duża, ale głębokość, szacowana od ujścia (początku studni na powierzchni) do najgłębszego punktu pod powierzchnią, jest mniejsza niż w przypadku tych, które biegną prostopadle.

Przykładem jest jedna ze studni pola Chayvinskoye, której długość osiągnęła 12 700 m, ale pod względem głębokości jest znacznie gorsza od najgłębszych studni.

Studnia ta, głęboka na 7520 m, zlokalizowana jest na terenie współczesnej zachodniej Ukrainy. Jednak prace nad nim prowadzono w ZSRR w latach 1975–1982.

Celem stworzenia tej jednej z najgłębszych studni w ZSRR było wydobycie minerałów (ropy i gazu), ale ważnym zadaniem było także badanie wnętrzności ziemi.

Studnia 9 Yen-Yakhinskaya

Niedaleko miasta Nowy Urengoj w Okrugu Jamalo-Nienieckim. Celem wierceń Ziemi było określenie składu skorupy ziemskiej w miejscu wiercenia i określenie opłacalności zagospodarowania dużych głębokości dla górnictwa.

Jak to zwykle bywa w przypadku studni ultragłębokich, podłoże sprawiło badaczom wiele „niespodzianek”. Przykładowo na głębokości około 4 km temperatura osiągnęła +125 (powyżej wartości obliczonej), a po kolejnych 3 km temperatura wynosiła już +210 stopni. Niemniej jednak naukowcy zakończyli badania i w 2006 roku odwiert został opuszczony.

8 Saatli w Azerbejdżanie

W ZSRR na terenie Republiki Azerbejdżanu odwiercono jedną z najgłębszych studni na świecie Saatli. Planowano doprowadzić jego głębokość do 11 km i przeprowadzić różne badania związane zarówno ze strukturą skorupy ziemskiej, jak i rozwojem ropy na różnych głębokościach.

Może Cię zainteresuje

Nie udało się jednak wywiercić tak głębokiej studni, co zdarza się bardzo, bardzo często. Podczas pracy maszyny często ulegają awariom z powodu wyjątkowo wysokich temperatur i ciśnień; studnia jest wygięta, ponieważ twardość różnych skał nie jest jednakowa; Często drobna awaria pociąga za sobą takie problemy, że ich rozwiązanie wymaga więcej pieniędzy niż stworzenie nowego.

Zatem w tym przypadku, mimo że materiały uzyskane w wyniku wierceń były bardzo cenne, prace trzeba było przerwać na wysokości około 8324 m.

7 Zisterdorf – najgłębszy w Austrii

Kolejny głęboki odwiert wykonano w Austrii, niedaleko miasta Zisterdorf. W pobliżu znajdowały się pola gazowe i naftowe i geolodzy tak uważali bardzo głęboka studnia pozwoli Ci uzyskać super zyski w dziedzinie górnictwa.

Rzeczywiście, gaz ziemny odkryto na bardzo dużej głębokości - ku rozpaczy specjalistów nie udało się go wydobyć. Dalsze wiercenie zakończyło się wypadkiem; zawaliły się ściany studni.
Nie było sensu go odnawiać, postanowiono wywiercić inny w pobliżu, ale nie można było w nim znaleźć nic interesującego dla przemysłowców.

6 uniwersytetów w USA

Jedną z najgłębszych studni na Ziemi jest Uniwersytet w USA. Jego głębokość wynosi 8686 m. Materiały uzyskane w wyniku wierceń cieszą się dużym zainteresowaniem, ponieważ dostarczają nowego materiału na temat budowy planety, na której żyjemy.

W rezultacie okazało się, że nie naukowcy mieli rację, ale pisarze science fiction: w głębinach znajdują się pokłady minerałów, a na dużych głębokościach istnieje życie – mówimy jednak o bakteriach!

W latach 90. Niemcy rozpoczęły wiercenie ultragłębokiego odwiertu Hauptborung. Planowano zwiększyć jego głębokość do 12 km, ale jak to zwykle bywa w przypadku kopalń ultragłębokich, plany te nie powiodły się. Już na nieco ponad 7 metrach zaczęły się problemy z maszynami: wiercenie pionowo w dół stało się niemożliwe, a wał zaczął coraz bardziej odchylać się na bok. Każdy metr był trudny, a temperatura niesamowicie rosła.

Wreszcie, gdy upał sięgnął 270 stopni, a niekończące się wypadki i awarie wymęczyły wszystkich, zdecydowano o zawieszeniu prac. Miało to miejsce na głębokości 9,1 km, co czyni studnię Hauptborung jedną z najgłębszych.

Uzyskane w wyniku wierceń materiały naukowe stały się podstawą tysięcy badań, a sama kopalnia jest obecnie wykorzystywana do celów turystycznych.

Jednostka 4 Badenii

W Stanach Zjednoczonych firma Lone Star podjęła próbę odwiercenia bardzo głębokiej studni w 1970 roku. Lokalizacja w pobliżu miasta Anadarko w Oklahomie nie została wybrana przypadkowo: tutaj dzika przyroda i wysoki potencjał naukowy stwarzają dogodną możliwość zarówno wiercenia studni, jak i jej badania.

Prace prowadzono ponad rok i w tym czasie odwiercono do głębokości 9159 m, co pozwala zaliczyć ją do najgłębszych kopalń na świecie.

Na koniec przedstawiamy trzy najgłębsze studnie na świecie. Na trzecim miejscu znajduje się Bertha Rogers – pierwsza na świecie ultragłęboka studnia, która jednak najgłębszą nie pozostała długo. Niedługo później pojawiła się najgłębsza studnia w ZSRR, studnia Kola.

Odwierty w Berthie Rogers wykonała GHK – firma zajmująca się wydobywaniem surowców mineralnych, głównie gazu ziemnego. Celem prac było poszukiwanie gazu na dużych głębokościach. Prace rozpoczęto w 1970 r., kiedy o wnętrznościach Ziemi wiedziano bardzo niewiele.

Firma przydzieliła lokalizację w hrabstwie Ouachita duże nadzieje, ponieważ Oklahoma ma dużo zasobów mineralnych, a naukowcy sądzili wówczas, że na ziemi znajdują się całe warstwy ropy i gazu. Jednak 500 dni pracy i ogromne środki zainwestowane w projekt okazały się bezużyteczne: wiertło stopiło się w warstwie ciekłej siarki i nie udało się wykryć gazu ani ropy.

Dodatkowo podczas wiercenia nr badania naukowe, ponieważ studnia miała wyłącznie znaczenie handlowe.

2 KTB-Oberpfalz

Na drugim miejscu w naszym rankingu znajduje się niemiecki odwiert Oberpfalz, który osiągnął głębokość prawie 10 km.

Kopalnia ta jest rekordzistą pod względem najgłębszej studni pionowej, ponieważ bez odchyleń na bok sięga głębokości 7500 m! Jest to liczba niespotykana, bo miny na dużych głębokościach nieuchronnie się uginają, ale unikalny sprzęt, jakim posługiwali się naukowcy z Niemiec, umożliwił bardzo długi czas przesuwania wiertła pionowo w dół.

Różnica w średnicy też nie jest duża. Studnie ultragłębokie zaczynają się na powierzchni ziemi od dość głębokiej dziury duża średnica(w Oberpfalz - 71 cm), a następnie stopniowo zwężać. Na dnie niemiecka studnia ma średnicę zaledwie około 16 cm.

Powód przerwania prac jest taki sam jak we wszystkich innych przypadkach – awaria sprzętu na skutek wysokich temperatur.

1 Studnia Kola jest najgłębsza na świecie

Tę głupią legendę zawdzięczamy rozpowszechnionej w zachodniej prasie „kaczce”, gdzie w nawiązaniu do mitycznego „światowej sławy naukowca” Azzakowa opowiadano o „istocie”, która uciekła z kopalni, w której temperatura sięgała 1000 stopni, o jękach milionów ludzi, którzy zgodzili się na wyłączenie mikrofonu i tak dalej.

Na pierwszy rzut oka widać, że opowieść jest uszyta białą nicią (a swoją drogą opublikowano ją w Prima Aprilis): temperatura w kopalni nie przekraczała 220 stopni, jednak przy tej temperaturze, bo a także przy 1000 stopniach żaden mikrofon nie działa; stworzenia nie uciekły, a wymieniony naukowiec nie istnieje.

Studnia Kola jest najgłębsza na świecie. Jego głębokość sięga 12262 m, co znacznie przewyższa głębokość innych kopalń. Ale nie długość! Obecnie możemy wymienić co najmniej trzy odwierty – Katar, Sachalin-1 i jeden z odwiertów pola Czajwińskoje (Z-42) – które są dłuższe, ale nie głębsze.
Kola przekazała naukowcom kolosalny materiał, który nie został jeszcze w pełni przetworzony i poznany.

Miejsce	Nazwa	Kraj	Głębokość
1	Kola	ZSRR	12262
2	KTB-Oberpfalz	Niemcy	9900
3	USA	9583
4	Jednostka Baden	USA	9159
5	Niemcy	9100
6	USA	8686
7	Zisterdorf	Austria	8553
8	ZSRR (współczesny Azerbejdżan)	8324
9	Rosja	8250
10	Szewczenkowska	ZSRR (Ukraina)	7520

Kandydat nauk technicznych A. OSADCHY

W ciągu ostatnich dziesięcioleci ubiegłego stulecia w skorupie ziemskiej wywiercono setki tysięcy studni. I nie jest to zaskakujące, ponieważ poszukiwanie i wydobywanie minerałów w naszych czasach nieuchronnie wiąże się z głębokimi odwiertami. Ale wśród wszystkich tych studni jest tylko jedna na planecie - legendarna Kola Superdeep (SG), której głębokość wciąż pozostaje niezrównana - ponad dwanaście kilometrów. Ponadto SG jako jedna z niewielu została odwiercona nie w celach eksploracyjnych czy wydobywczych, a w celach czysto naukowych: zbadania najstarszych skał naszej planety i poznania tajników procesów zachodzących w nich.

Geolodzy V. Lanev (po lewej) i Yu Smirnov badają próbki rdzeniowe.

Wiertła. Dokładnie taki sam, tyle że to ten, którego użyto podczas wierceń na głębokości 12 km, który stał się eksponatem na Międzynarodowym Kongresie Geologicznym w 1984 roku.

Na tym haku opuszczano i podnoszono rurociąg. Po lewej stronie – w koszu – znajdują się 33-metrowe rury – „świece” – przygotowane do zejścia.

Kola bardzo głęboko.

Wybrane próbki rdzeni.

Unikalny magazyn rdzeni, w którym rdzenie całego dwunastokilometrowego odwiertu są ułożone na półkach w pudełkach w ścisłej kolejności, ponumerowane.

Takie odznaki dumnie nosili wszyscy, którzy pracowali dla SG.

Obecnie na supergłębi Kola nie prowadzi się wierceń; zakończono je w 1992 r. SG nie był pierwszym i nie jedynym w programie badania głębokiej struktury Ziemi. Trzy z zagranicznych studni osiągnęły głębokość od 9,1 do 9,6 km. Planowano, że jeden z nich (w Niemczech) przewyższy Kola. Jednak wiercenia na wszystkich trzech, a także w SG, zostały wstrzymane ze względu na awarie i ze względów technicznych nie mogą być jeszcze kontynuowane.

Najwyraźniej nie bez powodu złożoność wiercenia bardzo głębokich studni porównuje się z lotem w kosmos, z długą wyprawą kosmiczną na inną planetę. Próbki skał wydobyte z wnętrza Ziemi są nie mniej interesujące niż próbki gleby księżycowej. Glebę dostarczoną przez radziecki łazik księżycowy badano w różnych instytutach, m.in. w Kole ośrodek naukowy. Okazało się, że skład gleby księżycowej niemal całkowicie odpowiada skałom wydobytym ze studni Kola z głębokości około 3 km.

WYBÓR MIEJSCA I PROGNOZA

W celu wiercenia SG utworzono specjalną ekspedycję geologiczną (Kola Geological Exploration Exploration Expedition). Miejsce wierceń oczywiście nie zostało wybrane przypadkowo – Tarcza Bałtycka w rejonie Półwyspu Kolskiego. Tutaj na powierzchnię wychodzą najstarsze skały magmowe mające około 3 miliardy lat (a Ziemia ma zaledwie 4,5 miliarda lat). Wiercenie w najstarszych skałach magmowych było interesujące, ponieważ skały osadowe do głębokości 8 km zostały już dobrze zbadane pod kątem wydobycia ropy. Podczas wydobycia zwykle wnikają w skały magmowe tylko na głębokość 1-2 km. Wybór lokalizacji dla SG ułatwił także fakt, że znajduje się tu rynna Pecheneg - ogromna konstrukcja przypominająca misę, jakby wciśnięta w starożytne skały. Jego pochodzenie wiąże się z głębokim uskokiem. I to właśnie tam znajdują się duże złoża miedzi i niklu. Natomiast zadania przydzielone Ekspedycji Geologicznej z Kolskiej obejmowały identyfikację szeregu cech procesów i zjawisk geologicznych, w tym powstawania rud, określenie charakteru granic oddzielających warstwy w skorupie kontynentalnej oraz zebranie danych o składzie materiałowym i stanie fizycznym skał .

Przed rozpoczęciem wierceń na podstawie danych sejsmologicznych zbudowano fragment skorupy ziemskiej. Służyło to jako prognoza wyglądu tych warstw ziemi, które przecinała studnia. Założono, że warstwy granitu sięgają do głębokości 5 km, po czym spodziewano się silniejszych i starszych skał bazaltowych.

Dlatego miejsce wierceń wybrano w północno-zachodniej części Półwyspu Kolskiego, 10 km od miasta Zapolyarny, niedaleko naszej granicy z Norwegią. Zapolyarny to małe miasteczko, które powstało w latach pięćdziesiątych obok fabryk niklu. Wśród pagórkowatej tundry na wzgórzu, rozwiewanej przez wszystkie wiatry i burze śnieżne, znajduje się „kwadrat”, którego każda strona składa się z siedmiu pięciopiętrowych budynków. Wewnątrz znajdują się dwie ulice, na ich skrzyżowaniu znajduje się plac, na którym stoi Dom Kultury i hotel. Kilometr od miasta, za wąwozem, widać budynki i wysokie kominy huty niklu, za nim, na zboczu góry, widnieją ciemne hałdy skały płonnej z pobliskiego kamieniołomu. W pobliżu miasta przebiega autostrada prowadząca do miasta Nikel i do małego jeziora, po drugiej stronie którego znajduje się Norwegia.

Gleba tych miejsc zawiera liczne ślady minionej wojny. Kiedy jedziesz autobusem z Murmańska do Zapolyarnego, mniej więcej w połowie drogi przekraczasz małą rzeczkę Zapadna Litsa, na jej brzegu znajduje się pamiątkowy obelisk. To jedyne miejsce w całej Rosji, gdzie w czasie wojny 1941-1944 front stał nieruchomo, zwrócony w stronę Morza Barentsa. Choć cały czas toczyły się zacięte walki i straty po obu stronach były ogromne. Niemcy bezskutecznie próbowali przedostać się do Murmańska – jedynego wolnego od lodu portu na naszej północy. Zimą 1944 roku wojskom radzieckim udało się przedrzeć front.

Z Zapolyarnego do Superglubokaya - 10 km. Droga przebiega obok zakładu, następnie wzdłuż krawędzi kamieniołomu, a następnie pnie się w górę. Z przełęczy otwiera się niewielki basen, w którym zainstalowana jest wiertnica. Jej wysokość dorównuje dwudziestopiętrowemu budynkowi. Na każdą zmianę przyjeżdżali tu z Zapolyarnego „pracownicy zmianowi”. W sumie przy wyprawie pracowało około 3000 osób; mieszkali oni w mieście w dwóch domach. Z platformy wiertniczej słychać było przez całą dobę pracę niektórych mechanizmów. Cisza oznaczała, że z jakiegoś powodu nastąpiła przerwa w wierceniach. Zimą, podczas długiej nocy polarnej – a trwa ona tam od 23 listopada do 23 stycznia – cała platforma wiertnicza jarzyła się światłami. Często dodawano do nich światło zorzy polarnej.

Trochę o personelu. Wyprawa geologiczna Kola stworzona do wierceń zgromadziła zgraną, wysoko wykwalifikowaną kadrę pracowników. Szefem GRE, utalentowanym liderem, który wybierał zespół, był prawie zawsze D. Guberman. Główny inżynier Za wiercenia odpowiadał I. Wasilczenko. Wiertnią dowodził A. Batiszczew, którego wszyscy nazywali po prostu Lecha. Geologia była odpowiedzialna za V. Laneya, a geofizyka za Yu Kuznetsova. Ogromną ilość pracy nad obróbką rdzenia i stworzeniem magazynu rdzeni wykonał geolog Yu Smirnov - ten sam, który miał „szafę ze skarbami”, o czym opowiemy później. W badaniach nad SG wzięło udział ponad 10 instytutów badawczych. Zespół miał także własnych „Kulibins” i „leworęcznych” (szczególnie wyróżnił się S. Tserikovsky), którzy wynaleźli i wyprodukowali różne urządzenia, czasami pozwalając nam wyjść z najtrudniejszych, pozornie beznadziejnych sytuacji. Sami stworzyli wiele niezbędnych mechanizmów tutaj, w dobrze wyposażonych warsztatach.

HISTORIA WIERCENIA

Wiercenie studni rozpoczęto w 1970 r. Wiercenie do głębokości 7263 m trwało 4 lata. Przeprowadzono je przy użyciu instalacji szeregowej, która jest zwykle stosowana przy wydobyciu ropy i gazu. Ze względu na ciągłe wiatry i zimno całą wieżę trzeba było osłonić od góry drewniane tarcze. W przeciwnym razie osoba, która musi stać na górze i podnosić rurę do pracy, jest po prostu niemożliwa.

Potem nastąpiła roczna przerwa związana z budową nowej wieży i montażem specjalnie zaprojektowanej platformy wiertniczej – Uralmash-15000. To z jego pomocą przeprowadzono wszystkie dalsze bardzo głębokie wiercenia. W nowa instalacja- mocniejszy zautomatyzowany sprzęt. Zastosowano wiercenie turbinowe – wtedy obraca się nie cała kolumna, a jedynie głowica wiertnicza. Płyn wiertniczy przepuszczany był przez kolumnę pod ciśnieniem, obracając umieszczoną poniżej wielostopniową turbinę. Jej całkowita długość wynosi 46 m. Turbina zakończona jest głowicą wiertniczą o średnicy 214 mm (często nazywaną koroną), która ma kształt pierścienia, dzięki czemu w środku pozostaje niewiercony słup skały - rdzeń. o średnicy 60 mm. Przez wszystkie sekcje turbiny przechodzi rura - odbiornik rdzenia, w którym gromadzą się kolumny urobku. Rozdrobniona skała wraz z płuczką wiertniczą odprowadzana jest otworem na powierzchnię.

Masa kolumny zanurzonej w studni z płuczką wynosi około 200 ton. Dzieje się tak pomimo zastosowania specjalnie zaprojektowanych rur ze stopów lekkich. Jeśli kolumna jest wykonana ze zwykłych rur stalowych, pęknie pod własnym ciężarem.

Wiele trudności, czasem zupełnie nieoczekiwanych, pojawia się w procesie wierceń na dużych głębokościach i przy pobieraniu próbek rdzeniowych.

Penetracja podczas jednego przejazdu, określona na podstawie zużycia głowicy wiertniczej, wynosi zwykle 7-10 m (Przejazd, czyli cykl, polega na opuszczeniu sznurka za pomocą turbiny i narzędzia wiertniczego, właściwym wierceniu i całkowitym podniesieniu. sznurek.) Samo wiercenie trwa 4 godziny. A zejście i wejście na 12-kilometrową kolumnę zajmuje 18 godzin. Po podniesieniu kolumna jest automatycznie rozkładana na odcinki (świece) o długości 33 m. Do wiercenia ostatnich 5 km odwiertu zużyto średnio 60 m rur miesięcznie. To jest stopień ich zużycia.

Do głębokości około 7 km odwiert przecinał mocne, stosunkowo jednorodne skały, dzięki czemu odwiert był gładki, niemal odpowiadający średnicy głowicy wiertniczej. Prace postępowały, można powiedzieć, spokojnie. Jednak na głębokości 7 km pojawiły się mniej trwałe skały spękane, przewarstwiane drobnymi, bardzo twardymi warstwami - gnejsami, amfibolitami. Wiercenie stało się trudniejsze. Pień przybrał owalny kształt i pojawiło się wiele wgłębień. Wypadki stały się częstsze.

Na rysunku przedstawiono prognozę wstępną odcinka geologicznego oraz prognozę opracowaną na podstawie danych wiertniczych. Warto zauważyć (kolumna B), że kąt nachylenia formacji wzdłuż odwiertu wynosi około 50 stopni. Zatem jasne jest, że skały przecięte studnią wychodzą na powierzchnię. Tutaj pamiętamy wspomniany już „ceniony gabinet” geologa Yu. Tam z jednej strony miał próbki pobrane z odwiertu, a z drugiej próbki pobrane z powierzchni w pewnej odległości od miejsca wiercenia, gdzie wychodzi odpowiednia formacja. Dopasowanie ras jest prawie zakończone.

Rok 1983 przyniósł niespotykany dotąd rekord: głębokość wierceń przekroczyła 12 km. Praca została zawieszona.

Zbliżał się Międzynarodowy Kongres Geologiczny, który zgodnie z planem odbył się w Moskwie. Przygotowywano na to wystawę Geoexpo. Postanowiono nie tylko zapoznać się z raportami z wyników osiągniętych w SG, ale także pokazać uczestnikom kongresu prace in situ i wydobyte próbki skał. Na potrzeby kongresu ukazała się monografia „Kola Superdeep”.

Na wystawie Geoexpo nie mogło zabraknąć dużego stoiska poświęconego pracy SG i najważniejszemu – osiągnięciu rekordowej głębokości. Były tam imponujące wykresy przedstawiające techniki i technologię wierceń, próbki wydobytych skał, zdjęcia sprzętu i personelu podczas pracy. Jednak największą uwagę uczestników i gości kongresu przykuł niekonwencjonalny dla ekspozycji wystawienniczej detal: najzwyklejsza i już lekko zardzewiała głowica wiertarska ze zużytymi zębami węglikowymi. Na etykiecie było napisane, że właśnie tego używano podczas wierceń na głębokości ponad 12 km. Ta głowica wiertarska zadziwiła nawet specjalistów. Prawdopodobnie wszyscy mimowolnie spodziewali się zobaczyć jakiś cud techniki, może ze sprzętem diamentowym... A oni nadal nie wiedzieli, że na SG obok wiertnicy leżała wielka sterta dokładnie tych samych zardzewiałych już głowic wiertniczych: w końcu trzeba je było wymieniać na nowe mniej więcej co 7-8 m.

Wielu delegatów na kongres chciało zobaczyć na własne oczy wyjątkową platformę wiertniczą. Półwysep Kolski oraz dopilnowanie, aby w Unii faktycznie osiągnięto rekordową głębokość wierceń. Taki wyjazd miał miejsce. Część kongresu odbyła tam spotkanie. Delegatom pokazano platformę wiertniczą, na której podnieśli kolumnę ze studni, odłączając od niej 33-metrowe odcinki. Zdjęcia i artykuły o SG krążyły w gazetach i magazynach niemal we wszystkich krajach świata. Wydano znaczek pocztowy i zorganizowano specjalną kasację kopert. Nie będę wymieniał nazwisk laureatów różnych nagród i wyróżnionych za swoją pracę...

Ale wakacje się skończyły, trzeba było kontynuować wiercenia. A zaczęło się od największego wypadku pierwszego lotu 27 września 1984 r. – „czarnej daty” w historii SG. Studnia nie wybacza, gdy przez długi czas pozostaje bez uwagi. W okresie, gdy nie prowadzono wierceń, w jej ścianach wbudowano te, które nie zostały zabezpieczone cementem rura stalowa nieuchronnie nastąpiły zmiany.

Na początku wszystko szło zwyczajnie. Wiertnicy wykonali swoje zwykłe czynności: kolejno opuszczali odcinki przewodu wiertniczego, podłączali rurę doprowadzającą płyn wiertniczy do ostatniej, górnej i włączali pompy. Zaczęliśmy wiercić. Przyrządy na konsoli przed operatorem pokazywały normalny tryb pracy (liczba obrotów głowicy wiertniczej, jej nacisk na skałę, przepływ płynu do obracania turbiny itp.).

Po odwierceniu kolejnego 9-metrowego odcinka na głębokości ponad 12 km, co zajęło 4 godziny, osiągnęliśmy głębokość 12,066 km. Przygotowywaliśmy się do podniesienia kolumny. Próbowaliśmy. Nie działa. Na takich głębokościach wielokrotnie obserwowano „przyklejanie”. Dzieje się tak wtedy, gdy jakiś fragment kolumny wydaje się przyklejać do ścian (być może coś spadło z góry i lekko się zacięło). Do poruszenia kolumny potrzebna jest siła przekraczająca jej ciężar (około 200 ton). Tym razem zrobili to samo, ale kolumna się nie poruszyła. Zwiększyliśmy trochę siłę, a igła instrumentu gwałtownie zmniejszyła odczyty. Kolumna stała się znacznie lżejsza; taka utrata masy ciała nie mogłaby nastąpić podczas normalnego przebiegu operacji. Zaczęliśmy podnosić: odkręcaliśmy sekcje jedna po drugiej. Podczas ostatniego podnoszenia na haku zwisał skrócony kawałek rury o nierównej dolnej krawędzi. Oznaczało to, że w odwiercie pozostała nie tylko turbowiertnica, ale także 5 km rur wiertniczych...

Próbowali je zdobyć przez siedem miesięcy. W końcu stracili nie tylko 5 km rur, ale wyniki pięciu lat pracy.

Następnie wszelkie próby odzyskania tego, co utracone, zostały przerwane i wznowiono wiercenie od głębokości 7 km. Trzeba powiedzieć, że już po siódmym kilometrze warunki geologiczne są tu szczególnie trudne do pracy. Technologia wiercenia na każdym etapie jest opracowywana metodą prób i błędów. A zaczynając od głębokości około 10 km jest jeszcze trudniej. Wiercenie, eksploatacja sprzętu i aparatury odbywa się przy maksymalnej prędkości.

Dlatego w każdej chwili można się tu spodziewać wypadków. Przygotowują się do nich. Metody i sposoby ich eliminacji są przemyślane z góry. Typowym złożonym wypadkiem jest uszkodzenie zestawu wiertniczego wraz z częścią ciągu rur wiertniczych. Główną metodą jego eliminacji jest utworzenie ławy tuż nad utraconą częścią i z tego miejsca wywiercenie nowego wału obejściowego. W odwiercie wykonano łącznie 12 takich kanałów obejściowych. Cztery z nich mają długość od 2200 do 5000 m. Głównym kosztem takich wypadków są lata utraconej pracy.

Tylko w życiu codziennym studnia jest pionową „dziurą” od powierzchni ziemi do dna. W rzeczywistości jest to dalekie od przypadku. Zwłaszcza jeśli studnia jest bardzo głęboka i przecina nachylone formacje o różnej gęstości. Potem wydaje się, że się wije, bo wiertło stale schodzi w stronę mniej wytrzymałych skał. Po każdym pomiarze wykazującym, że nachylenie odwiertu przekracza dopuszczalne, należy podjąć próbę „postawienia go z powrotem na miejscu”. W tym celu wraz z narzędziem wiertniczym opuszczane są specjalne „deflektory”, które pomagają zmniejszyć kąt nachylenia studni podczas wiercenia. Często zdarzają się wypadki związane z utratą narzędzi wiertniczych i części rur. Następnie należy wykonać nowy pień, jak już powiedzieliśmy, odsuwając się na bok. Wyobraźcie sobie więc studnię w ziemi: coś w rodzaju korzeni olbrzymiej rośliny rozgałęziającej się na głębokości.

Z tego też względu wynika szczególny czas trwania ostatniej fazy wiercenia.

Po największym wypadku – „czarnej dacie” z 1984 r. – ponownie zeszli na głębokość 12 km dopiero po 6 latach. W 1990 r. osiągnięto maksimum - 12 262 km. Po kilku kolejnych wypadkach utwierdziliśmy się w przekonaniu, że głębiej nie da się zejść. Wszystkie możliwości nowoczesna technologia wyczerpany. Wydawało się, że Ziemia nie chciała już zdradzać swoich tajemnic. Wiercenie zatrzymano w 1992 roku.

PRACA BADAWCZA. CELE I METODY

Jednym z bardzo ważnych celów wierceń było uzyskanie rdzeniowej kolumny próbek skał na całej długości odwiertu. I to zadanie zostało zakończone. Najdłuższy rdzeń świata został oznaczony jak linijka w metrach i umieszczony w odpowiedniej kolejności w pudełkach. Numer pudełka i numery próbek są podane na górze. Na stanie magazynowym znajduje się prawie 900 takich pudełek.

Teraz pozostaje tylko zbadać rdzeń, który jest naprawdę niezbędny do określenia struktury skały, jej składu, właściwości i wieku.

Próbka skały wyniesiona na powierzchnię ma jednak inne właściwości niż w masywie. Tutaj, na górze, jest wolny od ogromnych naprężeń mechanicznych, które istnieją na głębokości. Podczas wiercenia pękł i został nasycony płuczką wiertniczą. Nawet jeśli odtworzymy głębokie warunki w specjalnej komorze, parametry zmierzone na próbce i tak będą się różnić od tych w matrycy. I jeszcze jedna mała „czkawka”: na każde 100 m odwierconej studni nie uzyskuje się 100 m rdzenia. W SG z głębokości ponad 5 km średni uzysk rdzeni wynosił zaledwie około 30%, a z głębokości ponad 9 km były to niekiedy jedynie pojedyncze blaszki o grubości 2-3 cm, odpowiadające najtrwalszym warstwom.

Zatem rdzeń wydobyty z odwiertu za pomocą SG nie dostarcza pełnych informacji o głęboko osadzonych skałach.

Studnie wiercono do celów naukowych, dlatego wykorzystano całą gamę nowoczesnych metod badawczych. Oprócz wydobywania rdzenia koniecznie prowadzono badania właściwości skał w ich naturalnym występowaniu. Stan techniczny odwiertu był na bieżąco monitorowany. Zmierzyli temperaturę w całym odwiercie, radioaktywność naturalną – promieniowanie gamma, radioaktywność indukowaną po napromieniowaniu pulsacyjnym neutronami, właściwości elektryczne i magnetyczne skał, prędkość propagacji fal sprężystych oraz zbadali skład gazów w płynie odwiertowym.

Do głębokości 7 km wykorzystywano urządzenia szeregowe. Praca na większych głębokościach i w wyższych temperaturach wymagała stworzenia specjalnych urządzeń odpornych na ciepło i ciśnienie. Szczególne trudności pojawiły się w ostatni etap wiercenie; gdy temperatura w odwiercie zbliżyła się do 200 o C, a ciśnienie przekroczyło 1000 atmosfer, urządzenia seryjne przestały działać. Z pomocą pospieszyły biura projektów geofizycznych i specjalistyczne laboratoria kilku instytutów badawczych, produkując pojedyncze egzemplarze przyrządów odpornych na ciepło i ciśnienie. Dlatego cały czas pracowaliśmy wyłącznie na sprzęcie domowym.

Krótko mówiąc, studnia została zbadana wystarczająco szczegółowo na całej głębokości. Badania prowadzono etapowo, mniej więcej raz w roku, po pogłębieniu odwiertu o 1 km. Każdorazowo później dokonywano oceny wiarygodności otrzymanych materiałów. Odpowiednie obliczenia pozwoliły określić parametry konkretnej rasy. Odkryli pewną naprzemienność warstw i już wiedzieli, z jakimi skałami są powiązane jaskinie i związana z nimi częściowa utrata informacji. Nauczyliśmy się dosłownie odróżniać skałę od „okruchów” i na tej podstawie odtworzyć pełny obraz tego, co studnia „skrywa”. Krótko mówiąc, udało się skonstruować szczegółową kolumnę litologiczną - pokazać naprzemienność skał i ich właściwości.

Z WŁASNEGO DOŚWIADCZENIA

Mniej więcej raz w roku, po zakończeniu kolejnego etapu wierceń - pogłębieniu odwiertu o 1 km, udałem się także do SG w celu dokonania powierzonych mi pomiarów. W tym czasie studnia była zwykle myta i udostępniana do badań na miesiąc. Godzina planowanego postoju była zawsze znana z wyprzedzeniem. Telegram wzywający do pracy również przyszedł wcześniej. Sprzęt został sprawdzony i zapakowany. Dopełnione zostały formalności związane z pracą zamkniętą w strefie przygranicznej. Wreszcie wszystko jest rozstrzygnięte. Chodźmy.

Nasza grupa to mały, przyjazny zespół: konstruktor narzędzi wiertniczych, konstruktor nowego sprzętu naziemnego i ja, metodolog. Przyjeżdżamy 10 dni przed pomiarami. Zapoznajmy się z danymi na temat stan techniczny studnie. Kompilujemy i zatwierdzamy szczegółowy program pomiary. Montujemy i kalibrujemy sprzęt. Czekamy na telefon - telefon ze studni. Nasza kolej na trzecie „zanurkowanie”, ale jeśli nasi poprzednicy odmówią, studnia zostanie nam dostarczona. Tym razem wszystko z nimi w porządku, mówią, że skończą jutro rano. Razem z nami w tym samym zespole są geofizycy – operatorzy, którzy rejestrują sygnały odbierane z urządzeń znajdujących się w odwiercie i zarządzają wszystkimi operacjami opuszczania i podnoszenia sprzętu wiertniczego, a także mechanicy na wyciągu, kontrolują rozwijanie tych samych 12 km kabla od bęben i na niego, na którym urządzenie jest opuszczane do studni. Wiertnicy też są na służbie.

Prace się rozpoczęły. Urządzenie jest opuszczane do studni na kilka metrów. Ostatnia kontrola. Chodźmy. Zejście jest powolne – około 1 km/h, przy ciągłym monitorowaniu sygnału dochodzącego z dołu. Na razie w porządku. Ale na ósmym kilometrze sygnał drgnął i zniknął. Oznacza to, że coś jest nie tak. Pełny wyciąg. (Na wszelki wypadek przygotowaliśmy drugi komplet wyposażenia.) Przystępujemy do sprawdzania wszystkich szczegółów. Tym razem kabel okazał się uszkodzony. Jest zastępowany. To zajmuje więcej niż jeden dzień. Nowe zejście zajęło 10 godzin. Wreszcie osoba obserwująca sygnał powiedziała: „Dotarliśmy do jedenastego kilometra”. Polecenie dla operatorów: „Rozpocznij nagrywanie”. Co i jak jest zaplanowane z góry zgodnie z programem. Teraz należy kilka razy opuścić i podnieść narzędzie wiertnicze w zadanych odstępach czasu, aby dokonać pomiarów. Tym razem sprzęt działał bez zarzutu. Teraz jest pełny wzrost. Podnieśli ją do 3 km i nagle wyciągarka zawołał (jest to człowiek z poczuciem humoru): „Lina się skończyła”. Jak?! Co?! Niestety, kabel się zepsuł... Narzędzie wiertnicze i 8 km kabla pozostały na dnie... Na szczęście dzień później wiertaczom udało się to wszystko wydobyć, stosując metody i urządzenia opracowane przez lokalnych rzemieślników, aby wyeliminować takie zjawiska sytuacje awaryjne.

WYNIKI

Cele wyznaczone w projekcie ultragłębokiego wiercenia zostały zrealizowane. Opracowano i stworzono specjalny sprzęt i technologię do bardzo głębokich wierceń, a także badania studni wierconych na dużych głębokościach. Informacje, można powiedzieć, „z pierwszej ręki” otrzymaliśmy o stanie fizycznym, właściwościach i składzie skał w ich naturalnym występowaniu oraz z próbek rdzeniowych z głębokości 12 262 m.

Studnia dała doskonały prezent ojczyźnie na płytkich głębokościach - w zakresie 1,6-1,8 km. Odkryto tam przemysłowe rudy miedzi i niklu – odkryto nowy horyzont rudny. I to się przydaje, bo w miejscowej fabryce niklu już brakuje rudy.

Jak wskazano powyżej, prognoza geologiczna odcinka odwiertu nie sprawdziła się (patrz rysunek na stronie 39.). Obraz, jakiego oczekiwano przez pierwsze 5 km w studni, rozciągał się na 7 km, po czym pojawiły się zupełnie nieoczekiwane skały. Bazalty przewidywane na głębokości 7 km nie zostały znalezione, nawet gdy spadły do 12 km.

Oczekiwano, że granicą dającą największe odbicie podczas sondowań sejsmicznych jest poziom, na którym granity przekształcają się w trwalszą warstwę bazaltu. W rzeczywistości okazało się, że znajdują się tam słabsze i mniej gęste spękane skały - gnejsy archaiku. Tego się nigdy nie spodziewano. Jest to zasadniczo nowa informacja geologiczna i geofizyczna, która pozwala inaczej interpretować dane z głębokich badań geofizycznych.

Dane dotyczące procesu powstawania rudy w głębokich warstwach skorupy ziemskiej również okazały się nieoczekiwane i zasadniczo nowe. Tym samym na głębokościach 9-12 km natrafiono na skały silnie porowate, spękane, nasycone silnie zmineralizowanymi wodami podziemnymi. Wody te są jednym ze źródeł powstawania rud. Wcześniej uważano, że jest to możliwe tylko na znacznie płytszych głębokościach. To właśnie w tym przedziale stwierdzono w rdzeniu zwiększoną zawartość złota – do 1 g na 1 tonę skały (stężenie uznane za odpowiednie dla rozwoju przemysłu). Ale czy kiedykolwiek będzie opłacalne wydobywanie złota z takich głębokości?

Zmieniły się także poglądy na temat reżimu termicznego wnętrza Ziemi i głębokiego rozkładu temperatur w obszarach tarcz bazaltowych. Na głębokości ponad 6 km uzyskano gradient temperatury 20 o C na 1 km zamiast oczekiwanych (jak w górnej części) 16 o C na 1 km. Odkryto, że połowa strumienia ciepła ma pochodzenie radiogenne.

Po odwierceniu wyjątkowej studni Kola wiele się nauczyliśmy i jednocześnie zdaliśmy sobie sprawę, jak mało wciąż wiemy o budowie naszej planety.

Kandydat nauk technicznych A. OSADCHY.

LITERATURA

Kola superdeep. M.: Nedra, 1984.

Kola superdeep. Wyniki nauki i doświadczenia badawcze. M., 1998.

Kozłowski E.A. Światowe Forum Geologów.„Nauka i życie” nr 10, 1984.

Kozłowski E.A. Kola superdeep.„Nauka i Życie” nr 11, 1985.

Najgłębsza studnia świata (supergłęboka studnia Kola) nie została stworzona w celu poszukiwania ropy.

Szerokość tej studni wynosi zaledwie 23 centymetry, ale głębokość wynosi 12 226 metrów, co czyni jej podstawę najbardziej głęboki punkt na Ziemi, do jakiego człowiek kiedykolwiek dotarł. A pojawił się dzięki pojedynkowi naukowców. Badacze amerykańscy i radzieccy próbowali prześcignąć się we wszystkim.

Każdy zna wyścig kosmiczny: pierwszy człowiek wysłany w kosmos Związek Radziecki, ale Amerykanie jako pierwsi wylądowali na Księżycu.

Niewiele osób jednak wie, że podobny wyścig miał miejsce w podziemnym kosmosie: w 1958 roku Amerykanie założyli swój „Projekt Mohole” u wybrzeży Pacyfiku w Meksyku, który przestali finansować i zamknęli w 1966 roku, podczas gdy Rosjanie prowadzili wiercenia od 1970 roku do początków Lata 90. x lata.

W rezultacie powstał supergłęboki odwiert Kola, będący systemem kilku odwiertów rozciągających się od głównego odwiertu. Najgłębsza studnia nazywa się SG-3 i przebiega imponującą odległość w skorupie Półwyspu Kolskiego.

Jeśli trudno ci sobie wyobrazić, jak głęboka jest ta dziura, nie ma problemu. Można powiedzieć, że jest głęboka na prawie 38 Wież Eiffla. No cóż, albo ma tę samą długość, co łańcuch 13 000 dorosłych borsuków idących łeb w łeb.

Jak można było się spodziewać, dzięki SG-3 uzyskano wiele unikalnych danych geologicznych, ale to, co odkryli tam paleontolodzy, zaskoczyło wszystkich. Smithsonian Institution twierdzi, że pomimo dość ekstremalne warunki środowisko na głębokości około 6,5 km odnaleziono prawie nienaruszone skamieniałości planktonu sprzed 2 miliardów lat.

Odkryto również, że większość danych sejsmicznych – dotyczących głębokości, na której granit zamienia się w bazalt – została błędnie zrozumiana przez naukowców, a to, co wcześniej uważano za nieznaną warstwę geologiczną, to po prostu powolne zmiany temperatury i gęstości.

Naukowcy widzą tam także swobodnie płynącą wodę, która pod wpływem ogromnego ciśnienia została wyciśnięta z kamieni.

Tego typu projekty wiertnicze (jak projekt Mohole i kilka innych nowszych) są najczęściej porzucane ze względu na brak środków finansowych. Prace na odwiercie Kola przerwano, gdy okazało się, że temperatura na takiej głębokości wynosi około 180⁰С, a nie, jak oczekiwano, 100 stopni.

Ogólnie rzecz biorąc, wiercenie na głębokość ponad 12 kilometrów wydaje się niesamowitym wyczynem technicznym i rzeczywiście tak jest, ale cały ten odwiert to nic innego jak mały punkcik na powierzchni Ziemi. Promień równikowy Ziemi wynosi 6378 kilometrów, a tak imponujący odwiert przeszedł zaledwie 0,19 procent drogi do centrum planety.

Czy zatem człowiek może zejść jeszcze głębiej? Czy kiedykolwiek uda się dotrzeć do rozpalonego do czerwoności płaszcza? To zależy od tego, gdzie będziesz wiercić.

Grubość skorupy oceanicznej wynosi średnio około 7 kilometrów. Skorupa kontynentalna jest nieco mniej gęsta, ale znacznie grubsza - średnio około 35 kilometrów. Na tych głębokościach temperatura i ciśnienie są zbyt wysokie dla jakiegokolwiek mechanizmu, więc dlaczego nie odwiercić się w oceanie?

I takie próby są podejmowane. Na przykład grupa naukowców próbuje przewiercić stosunkowo zimny fragment skorupy ziemskiej na Mierzei Atlantyckiej na Oceanie Indyjskim.

Bardzo gęsty i podwodny obszar stanowi duże wyzwanie dla inżynierów, dlatego projekt został wstrzymany na kilka ostatnich lat. Ale to nadal nie powstrzymuje naukowców przed próbami dotarcia do pierwotnego, powoli wrzącego wewnętrznego płaszcza.

Obecnie na supergłębi Kola nie prowadzi się wierceń; zakończono je w 1992 r. SG nie był pierwszym i nie jedynym w programie badania głębokiej struktury Ziemi.

Trzy z zagranicznych studni osiągnęły głębokość od 9,1 do 9,6 km. Planowano, że jeden z nich (w Niemczech) przewyższy Kola. Jednak wiercenia na wszystkich trzech, a także w SG, zostały wstrzymane ze względu na awarie i ze względów technicznych nie mogą być jeszcze kontynuowane.

Gleba dostarczona przez radziecki łazik księżycowy była badana w różnych instytutach, w tym w Centrum Nauki Kola. Okazało się, że skład gleby księżycowej niemal całkowicie odpowiada skałom wydobytym ze studni Kola z głębokości około 3 km.

Studnia pokazała, że prawie cała nasza dotychczasowa wiedza na temat budowy skorupy ziemskiej jest błędna. Okazało się, że Ziemia wcale nie jest jak tort. „Do 4 kilometrów wszystko szło zgodnie z teorią, a potem zaczął się koniec świata” – opowiada Huberman.

Teoretycy obiecywali, że temperatura Tarczy Bałtyckiej pozostanie stosunkowo niska do głębokości co najmniej 15 kilometrów. W związku z tym możliwe będzie wykopanie studni aż do prawie 20 kilometrów, aż do płaszcza.

Ale już na 5 kilometrach temperatura otoczenia przekroczyła 70 stopni Celsjusza, na siedmiu - ponad 120 stopni, a na głębokości 12 była wyższa niż 220 stopni - o 100 stopni więcej niż przewidywano. Wiertnicy Kola kwestionowali teorię warstwowej budowy skorupy ziemskiej - przynajmniej w przedziale do 12 262 metrów.

W szkole uczono nas: są młode skały, granity, bazalty, płaszcz i rdzeń. Ale granity okazały się 3 kilometry niższe niż oczekiwano. Następnie powinny być bazalty. W ogóle ich nie znaleziono. Wszystkie wiercenia odbywały się w warstwie granitu. To bardzo ważne odkrycie, gdyż wszystkie nasze wyobrażenia o pochodzeniu i rozmieszczeniu minerałów wiążą się z teorią warstwowej budowy Ziemi.

Jak wskazano powyżej, prognoza geologiczna odcinka odwiertu nie sprawdziła się. Obraz, jakiego oczekiwano przez pierwsze 5 km w studni, rozciągał się na 7 km, po czym pojawiły się zupełnie nieoczekiwane skały. Bazalty przewidywane na głębokości 7 km nie zostały znalezione, nawet gdy spadły do 12 km.

To właśnie w tym przedziale stwierdzono w rdzeniu zwiększoną zawartość złota – do 1 g na 1 tonę skały (stężenie uznane za odpowiednie dla rozwoju przemysłu). Ale czy kiedykolwiek będzie opłacalne wydobywanie złota z takich głębokości?

Zmieniły się także poglądy na temat reżimu termicznego wnętrza Ziemi i głębokiego rozkładu temperatur w obszarach tarcz bazaltowych. Na głębokości ponad 6 km uzyskano gradient temperatury 20°C na 1 km zamiast oczekiwanych (jak w górnej części) 16°C na 1 km. Odkryto, że połowa strumienia ciepła ma pochodzenie radiogenne.

Po odwierceniu wyjątkowej studni Kola wiele się nauczyliśmy i jednocześnie zdaliśmy sobie sprawę, jak mało wciąż wiemy o budowie naszej planety.

Tagi: ,

Najgłębsze studnie na świecie 18 marca 2015 r

Marzenie o przedostaniu się w głąb naszej planety wraz z planami wysłania człowieka w kosmos przez wiele stuleci wydawało się całkowicie niemożliwe. W XIII wieku Chińczycy kopali studnie na głębokość do 1200 metrów, a wraz z pojawieniem się platform wiertniczych w latach trzydziestych XX wieku Europejczykom udało się przeniknąć na głębokość trzech kilometrów, ale były to tylko zadrapania na ciele planety .

Jako projekt globalny, pomysł wiercenia w górnej skorupie Ziemi pojawił się w latach 60. XX wieku. Hipotezy dotyczące budowy płaszcza oparto na danych pośrednich, takich jak aktywność sejsmiczna. A jedynym sposobem, aby dosłownie zajrzeć do wnętrzności ziemi, było wiercenie bardzo głębokich studni. Setki studni na powierzchni i w głębinach oceanu dostarczyły odpowiedzi na niektóre pytania naukowców, ale czasy, gdy wykorzystywano je do testowania różnych hipotez, już dawno minęły.

Przypomnijmy listę najgłębszych studni na ziemi...

Siljan Ring (Szwecja, 6800 m)

Pod koniec lat 80. w Szwecji odwiercono odwiert o tej samej nazwie w kraterze Siljan Ring. Według hipotezy naukowców to właśnie w tym miejscu miały znajdować się złoża gazu ziemnego pochodzenia niebiologicznego. Wynik wierceń rozczarował zarówno inwestorów, jak i naukowców. Na skalę przemysłową nie wykryto węglowodorów.

Zistersdorf UT2A (Austria, 8553 m)

W 1977 r. w wiedeńskim zagłębiu naftowo-gazowym wykonano odwiert Zistersdorf UT1A, w którym ukryto kilka małych pól naftowych. Kiedy na głębokości 7544 m odkryto nie nadające się do wydobycia złoża gazu, pierwszy odwiert nagle się zawalił, co zmusiło OMV do wykonania drugiego. Tym razem jednak górnicy nie znaleźli głębokich złóż węglowodorów.

Hauptbohrung (Niemcy, 9101 m)

Słynna studnia Kola wywarła niezatarte wrażenie na europejskiej opinii publicznej. Wiele krajów rozpoczęło przygotowania do projektów ultragłębokich odwiertów, ale na szczególną uwagę zasługuje odwiert Hauptborung, prowadzony w latach 1990–1994 w Niemczech. Osiągając zaledwie 9 km, stała się jedną z najsłynniejszych studni ultragłębokich dzięki otwartości wierceń i danych naukowych.

Jednostka Badenii (USA, 9159 m)

Studnia wywiercona przez Lone Star w pobliżu miasta Anadarko. Jego rozwój rozpoczął się w 1970 roku i trwał 545 dni. W sumie do wykonania tego odwiertu zużyto 1700 ton cementu i 150 bitów diamentu. Całkowity koszt kosztował firmę 6 milionów dolarów.

Bertha Rogers (USA, 9583 m)

Kolejny bardzo głęboki odwiert wykonany w basenie naftowo-gazowym Anadarko w Oklahomie w 1974 roku. Cały proces wiercenia zajął pracownikom Lone Star 502 dni. Prace trzeba było przerwać, gdy górnicy natknęli się na złoże stopionej siarki na głębokości 9,5 km.

Bardzogłęboka Kola (ZSRR, 12262 m)

Wpisany do Księgi Rekordów Guinnessa jako „najgłębsza inwazja człowieka na skorupę ziemską”. Kiedy w maju 1970 roku rozpoczęto wiercenie w pobliżu jeziora o niewymawialnej nazwie Vilgiskoddeoaivinjärvi, zakładano, że odwiert osiągnie głębokość 15 kilometrów. Jednak ze względu na wysokie temperatury (do 230°C) prace musiały zostać ograniczone. W tej chwili studnia Kola jest zamknięta.

O historii tej studni już Wam opowiadałem -

BD-04A (Katar, 12289 m)

7 lat temu na polu naftowym Al-Shaheen w Katarze odwiercono odwiert poszukiwawczy BD-04A. Warto zauważyć, że platforma wiertnicza Maersk była w stanie osiągnąć 12 kilometrów w rekordowe 36 dni!

OP-11 (Rosja, 12345 m)

Styczeń 2011 r. upłynął pod znakiem wiadomości od Exxon Neftegas, że wiercenie najdłuższego odwiertu o przedłużonym zasięgu dobiega końca. OR-11, zlokalizowany na złożu Odoptu, również ustanowił rekord długości odwiertu poziomego – 11 475 metrów. Górnikom udało się ukończyć prace w zaledwie 60 dni.

Całkowita długość odwiertu OP-11 na polu Odoptu wyniosła 12 345 metrów (7,67 mil), ustanawiając tym samym nowy rekord świata w zakresie wiercenia odwiertów o przedłużonym zasięgu (ERR). OR-11 uplasował się także na pierwszym miejscu na świecie pod względem poziomej odległości dna od miejsca wiercenia – 11 475 metrów (7,13 mil). ENL wykonała rekordowy odwiert w zaledwie 60 dni, korzystając z technologii szybkiego wiercenia firmy ExxonMobil i zintegrowanych technologii kontroli jakości wiercenia, osiągając najwyższą wydajność wiercenia w każdej stopie odwiertu OR-11.

„Projekt Sachalin-1 w dalszym ciągu przyczynia się do wiodącej pozycji Rosji w światowym przemyśle naftowym i gazowym” – powiedział James Taylor, prezes ENL. — Dotychczas w ramach projektu Sachalin-1 wykonano 6 z 10 najdłuższych odwiertów EDS, w tym odwiert OP-11, z wykorzystaniem technologii wiertniczych firmy ExxonMobil Corporation. W całym projekcie wykorzystano specjalnie zaprojektowaną wiertnicę Yastreb, ustanawiając liczne rekordy branżowe pod względem długości otworów, prędkości wiercenia i wydajności wiercenia kierunkowego. Ustanowiliśmy także nowy rekord, zachowując doskonałe wyniki w zakresie bezpieczeństwa, zdrowia i ochrony środowiska.

Złoże Odoptu, jedno z trzech pól projektu Sachalin-1, zlokalizowane jest na szelfie, w odległości 8–11 km od północno-wschodniego wybrzeża wyspy Sachalin. Technologia BOV pozwala z powodzeniem wykonywać odwierty z brzegu pod dnem morskim w celu dotarcia do przybrzeżnych złóż ropy i gazu, bez naruszania zasad bezpieczeństwa i ochrony środowiska, w jednym z najtrudniejszych do zagospodarowania subarktycznych regionów świata.

P.S. A oto co piszą w komentarzach: tim_o_fay: oddzielmy muchy od kotletów :) Długie dobrze ≠ głębokie. Ten sam BD-04A o długości 12 289 m ma 10 902 m poziomego pnia. http://www.democraticunderground.com/discuss/duboard.php?az=view_all&address=115x150185 W związku z tym pion ma w sumie około kilometra. Co to znaczy? Oznacza to niskie (stosunkowo) ciśnienie i temperaturę na dnie, miękkie skały (z dobrym współczynnikiem penetracji) itp. itp. OP-11 z tej samej opery. Nie twierdzę, że wiercenie poziome jest łatwe (robię to od ośmiu lat), ale i tak jest znacznie łatwiejsze niż wiercenie bardzo głębokie. Bertha Rogers, SG-3 (Kola), Baden Unit i inne o dużej rzeczywistej głębokości pionowej ( dosłowne tłumaczenie z angielskiego True Vertical Depth, TVD) jest naprawdę czymś transcendentalnym. W 1985 roku byli absolwenci z całej Unii przybyli na pięćdziesiątą rocznicę SOGRT z opowieściami i prezentami dla muzeum szkoły technicznej. Wtedy miałem zaszczyt dotknąć kawałka granitowego gnejsu z głębokości ponad 11,5 km :)