Буріння свердловини на кільському півострові. Надглибока свердловина на Кольському півострові: історія та таємниці

Сьогодні наукові дослідження людства дісталися рубежів Сонячної системи: ми висаджували космічні апарати на планети, їхні супутники, астероїди, комети, відправили місії до пояса Койпера і перетнули кордон геліопаузи. За допомогою телескопів ми бачимо події, що відбувалися 13 мільярдів років тому - коли Всесвіту виповнилося лише кілька сотень мільйонів років. З огляду на це цікаво оцінити, наскільки добре ми знаємо нашу Землю. Найкращий спосіб дізнатися її внутрішня будова- пробурити свердловину: що глибше, то краще. Найглибша свердловина на Землі – Кольська надглибока, або СГ-3. 1990 року її глибина досягла 12 кілометрів 262 метрів. Якщо порівняти цю цифру з радіусом нашої планети, то виявиться, що це лише 0,2 відсотка шляху до центру Землі. Але цього виявилося достатньо, щоб перевернути уявлення про будову земної кори.

Якщо ви уявляєте собі свердловину як шахту, якою можна спускатися на ліфті в надра землі або хоча б на пару кілометрів, то це зовсім не так. Діаметр бурового інструменту, за допомогою якого інженери створювали свердловину, складав лише 21,4 сантиметри. Верхній двокілометровий відрізок свердловини трохи ширший - його розширювали до 39,4 сантиметри, але все одно людині туди не потрапити. Щоб уявити пропорції свердловини, найкращою аналогією буде 57-метрова швейна голка з діаметром 1 міліметр, трохи потовщена з одного кінця.

Схема свердловини

Але й ця вистава буде спрощеною. За час буріння на свердловині відбувалося кілька аварій - частина бурової колони при цьому опинялася під землею без можливості її витягти. Тому кілька разів свердловину починали проходити заново, з позначок у сім та дев'ять кілометрів. Є чотири великі відгалуження та близько десятка дрібних. У основних відгалужень різна гранична глибина: два з них перетинають позначку 12 кілометрів, ще два не доходять до неї всього на 200-400 метрів. Зауважимо, що глибина Маріанської западини на кілометр менша – 10 994 метри щодо рівня моря.

Горизонтальна (ліворуч) та вертикальна проекції траєкторій СГ-3

Ю.М. Яковлєв та інші. / Вісник Кольського наукового центру РАН, 2014

Більше того, було б помилкою сприймати свердловину як вертикальну лінію. Через те, що на різних глибинах породи мають різні механічні властивості, бур у ході роботи відхилявся до менш щільних областей. Тому у великому масштабі профіль Кольської надглибокий виглядає як трохи вигнутий дріт з кількома відгалуженнями.

Підійшовши до свердловини сьогодні, ми побачимо лише верхню частину- металевий люк, пригвинчений до гирла дванадцятьма масивними болтами. Напис на ньому зроблено з помилкою, правильна глибина – 12 262 метри.

Як бурили надглибоку свердловину?

Спочатку необхідно зазначити, що СГ-3 спочатку замислювалася саме з наукових цілей. Дослідники обрали для буріння місце, де на поверхню землі виходили стародавні породи віком до трьох мільярдів років. Один із аргументів при розвідці полягав у тому, що молоді осадові породи були добре вивчені при видобутку нафти, а глибоко в давні верстви ще ніхто не бурив. Крім того, тут знаходилися й великі мідно-нікелеві родовища, розвідка яких була б корисним доповненням до наукової місії свердловини.

Буріння почалося 1970 року. Перша частина свердловини була пробурена серійною установкою "Уралмаш-4Е" - її зазвичай використовували для буріння нафтових свердловин. Модифікація установки дозволила досягти глибини 7 кілометрів 263 метри. На це пішло чотири роки. Потім установку змінили на Уралмаш-15000, названу так на честь запланованої глибини свердловини - 15 кілометрів. Нова бурова була розроблена спеціально для Кольської надглибокої: буріння на таких великих глибинах вимагало серйозного доопрацювання техніки та матеріалів. Наприклад, тільки вага бурової колони при 15-кілометровій глибині досягала 200 тонн. Сама установка могла піднімати вантаж до 400 тонн.

Бурова колона складається із труб, з'єднаних між собою. З її допомогою інженери опускають на дно свердловини інструмент для буріння, і вона забезпечує його роботу. На кінці колони встановлювали спеціальні 46-метрові турбобури, що рухаються потоком води з поверхні. Вони дозволяли обертати інструмент, що дробить породу, окремо від усієї колони.

Коронки, за допомогою яких бурова колона вгризалася в граніт, викликають асоціації з футуристичними деталями від робота - кілька шипастих дисків, що обертаються, з'єднаних з турбіною зверху. Однієї такої коронки вистачало лише на чотири години роботи – це приблизно відповідає проходу на 7-10 метрів, після чого всю бурову колону потрібно піднімати, розбирати і потім опускати заново. Постійні спуски та підйоми самі по собі займали до 8 години.

Навіть труби для колони в Кольській надглибокій довелося використати незвичайні. На глибині поступово зростають температура і тиск, і, як розповідають інженери, за температур понад 150-160 градусів сталь серійних труб розм'якшується і гірше тримає багатотонні навантаження - через це зростає ймовірність небезпечних деформацій та обриву колони. Тому розробники обрали більш легкі та термостійкі алюмінієві сплави. Кожна з труб мала довжину близько 33 метрів та діаметр близько 20 сантиметрів - трохи вже самої свердловини.

Проте навіть спеціально розроблені матеріали не витримували умов буріння. Після першого семикілометрового відрізка на подальше буріння до позначки 12 000 метрів пішло майже десять років та понад 50 кілометрів труб. Інженери зіткнулися з тим, що нижче за сім кілометрів породи стали менш щільними і тріщинуватими - в'язкими для бура. Крім того, ствол свердловини спотворив форму і став еліптичним. В результаті кілька разів колона обривалася, і, не маючи можливості підняти її назад, інженери змушені були бетонувати відгалуження свердловини і проходити ствол заново, втрачаючи роки роботи.

Одна з таких великих аварій змусила буровиків в 1984 забетонувати відгалуження свердловини, що досягла глибини 12 066 метрів. Буріння довелося розпочати наново з 7-кілометрової позначки. Цьому передувала пауза у роботі зі свердловиною - на той момент існування СГ-3 розсекретили, а в Москві відбувся міжнародний геологічний конгрес Геоекспо, делегати якого відвідали об'єкт.

Як розповідають очевидці аварії, після поновлення робіт колона пробурила свердловину ще на дев'ять метрів униз. Після чотирьох годин буріння робітники приготувалися піднімати колону назад, але вона не пішла. Буровики вирішили, що труба десь «прилипла» до стін свердловини і збільшили потужність на підйом. Навантаження різко поменшало. Поступово розбираючи колону на 33-метрові свічки, робітники дісталися чергового відрізка, що закінчується нерівним нижнім краєм: турбобур та ще п'ять кілометрів труб залишились у свердловині, підняти їх не вдалося.

Знову досягти 12-кілометрової позначки буровикам вдалося лише до 1990 року, тоді ж було встановлено і рекорд занурення – 12 262 метри. Потім сталася нова аварія, а з 1994 року роботи на свердловині було зупинено.

Наукова місія надглибокої

Картина сейсмічних випробувань на СГ-3

"Кольська надглибока" Міністерство геології СРСР, видавництво "Надра", 1984

Свердловину досліджували цілим набором геологічних та геофізичних методів, починаючи від збору керна (стовпчика порід, що відповідають заданим глибинам) і закінчуючи радіаційними та сейсмологічними вимірами. Наприклад, керн забирали за допомогою керноприймачів зі спеціальними бурами - вони схожі на труби із зазубреними краями. У центрі цих труб 6-7 сантиметрові отвори, куди попадає порода.

Але навіть із цією, здавалося б, простою (за винятком потреби піднімати цей керн із багатокілометрової глибини) методикою виникали складності. Через буровий розчин, - того самого, що рухав бур, - керн насичувався рідиною і змінював свої властивості. Крім того, умови в глибині та на поверхні землі сильно різняться – зразки розтріскувалися від перепаду тиску.

На різних глибинах вихід керна дуже відрізнявся. Якщо на п'яти кілометрах зі 100-метрового відрізка можна було розраховувати на 30 сантиметрів керна, то за глибин понад дев'ять кілометрів замість стовпчика порід геологи отримували набір шайб із щільної породи.

Мікрофотографія порід, піднятих із глибини 8028 метра

"Кольська надглибока" Міністерство геології СРСР, видавництво "Надра", 1984

Дослідження матеріалу, піднятого зі свердловини, дозволили зробити кілька важливих висновків. По-перше, будова земної кори не можна спрощувати до композиції з кількох верств. На це раніше вказували сейсмологічні дані – геофізики бачили хвилі, які здавалися відбитими від гладкого кордону. Дослідження на СГ-3 показали, що така видимість може виникнути і за складного розподілу порід.

Це припущення позначилося на проектуванні свердловини - вчені очікували, що на глибині семи кілометрів ствол увійде до базальтових пород, проте вони не зустрілися і на 12-кілометровій позначці. Зате замість базальту геологи виявили породи, що мали велику кількість тріщин і низьку щільність, чого зовсім не можна було очікувати від багатокілометрової глибини. Більше того, у тріщинах знайшлися сліди підземних вод- Висловлювалися навіть припущення, що вони утворені прямою реакцією кисню та водню в товщі Землі.

Серед наукових результатів знайшлися і прикладні – так, на невеликих глибинах геологи знайшли обрій мідно-нікелевих руд, придатних до видобутку. А на глибині 9,5 кілометра виявився шар геохімічної аномалії золота – у породі були присутні мікрометрові зерна самородного золота. Концентрації сягали грама на тонну породи. Втім, навряд чи видобуток з такої глибини буде колись рентабельним. Але саме існування та властивості золотоносного шару дозволили уточнити моделі еволюції мінералів – петрогенезу.

Окремо слід розповісти про дослідження температурних градієнтів та радіацію. Для такого роду експериментів використовуються внутрішньосвердловини, що опускаються на проводах-тросах. Великою проблемоюбуло забезпечити їхню синхронність з наземним обладнанням, а також забезпечити роботу на великих глибинах. Наприклад, проблеми виникали з тим, що троси при довжині 12 кілометрів розтягувалися приблизно на 20 метрів, що могло сильно знизити точність даних. Щоб уникнути цього, геофізикам довелося створювати нові методи маркування відстаней.

Більшість серійних приладів було розраховано працювати у суворих умовах нижніх ярусів свердловини. Тому для досліджень на великих глибинах вчені застосовували обладнання, розроблене спеціально для Кольської надглибокої.

Найважливіший результат геотермічних досліджень - набагато вищі температурні градієнти, ніж очікувалося побачити. Поблизу поверхні швидкість зростання температури становила 11 градусів на кілометр, до глибини двох кілометрів – 14 градусів на кілометр. В інтервалі від 2,2 до 7,5 кілометра температура зростала зі швидкістю, що наближається до 24 градусів на кілометр, хоча існуючі моделі передбачали величину в півтора рази меншу. В результаті вже на п'ятикілометровій глибині прилади фіксували температуру 70 градусів Цельсія, а до 12 кілометрів це значення досягло 220 градусів Цельсія.

Кольська надглибока виявилася несхожою на інші свердловини - наприклад, під час аналізу тепловиділення порід Українського кристалічного щита та батолітів Сьєрра-Невади геологи показали, що з глибиною тепловиділення падає. У СГ-3 воно навпаки зростало. Більше того, виміри показали, що основним джерелом тепла, що забезпечує 45-55 відсотків теплового потокує розпад радіоактивних елементів.

Незважаючи на те, що глибина залягання свердловини здається колосальною, вона не доходить і до третини товщини земної кори в Балтійському щиті. Геологи оцінюють, що підошва земної кори у цій галузі проходить приблизно за 40 кілометрів під землею. Тому навіть якби СГ-3 досягла запланованого 15-кілометрового відсічення, до мантії ми все одно не дісталися б.

Таке амбітне завдання ставили собі американські вчені, розробляючи проект «Мохол». Геологи планували досягти кордону Мохоровичича – підземної області, де спостерігається різка зміна швидкості розповсюдження звукових хвиль. Вважається, що вона пов'язана з кордоном між корою та мантією. Варто зазначити, що буровики вибрали місцем для свердловини дно океану поблизу острова Гуадалупе - відстань до кордону становила всього кілька кілометрів. Однак глибина самого океану досягала тут 3,5 кілометра, що суттєво ускладнювало бурові роботи. Перші випробування у 1960-х роках дозволили геологам пробурити свердловини лише на 183 метри.

Нещодавно стало відомо про плани відродити проект глибокого океанічного буріння за допомогою дослідного бурового судна JOIDES Resolution. Як нову мету геологи обрали крапку в Індійському океані, неподалік Африки. Глибина залягання кордону Мохоровичича там становить лише близько 2,5 км. У грудні 2015-го - січні 2016 року геологам вдалося пробурити свердловину глибиною 789 метрів - п'яту за величиною у світі з підводних свердловин. Але ця величина - лише половина від потрібної першому етапі. Втім, команда планує повернутися та завершити розпочате.

***

0,2 відсотка довжини шляху до центру Землі - не така вже вражаюча величина порівняно з масштабами космічних подорожей. Однак слід враховувати, що і межа Сонячної системи не проходить орбітою Нептуна (або навіть поясу Койпера). Гравітація Сонця переважає над зоряною аж до відстаней у два світлові роки від світила. Отже, якщо акуратно все порахувати, то виявиться, що і «Вояджер-2» пролетів лише десяту частку відсотка довжини шляху до околиць нашої системи.

Тому не варто засмучуватися тим, як погано ми знаємо «начинки» власної планети. У геологів є свої телескопи – сейсмічні дослідження – і свої амбітні плани щодо підкорення надр. І якщо астрономи вже встигли торкнутися солідної частини небесних тілв Сонячної системи, то у геологів все найцікавіше ще попереду.

Володимир Корольов

Проникнути в ті таємниці, які у нас під ногами, не простіше, ніж дізнатися про всі таємниці Всесвіту в нас над головою. А може, і ще важче, адже для того, щоб заглянути в глиб Землі, потрібна дуже глибока свердловина.

Цілі буріння бувають різні (видобуток нафти, наприклад), але надглибокі (більше 6 км) свердловини в першу чергу потрібні вченим, що бажають знати, що цікавенького є всередині нашої планети. Де знаходяться такі «віконця» до центру Землі і як найглибша пробурена свердловина називається, розповімо вам у цій статті. Спочатку лише одне пояснення.

Буріння може проводитися як вертикально вниз, і під кутом до землі. У другому випадку довжина може бути дуже велика, але глибина, якщо оцінити її від гирла (початку свердловини на поверхні) до найглибшої точки в надрах, менше ніж у тих, що йдуть перпендикулярно.

Прикладом може бути одна із свердловин Чайвінського родовища, довжина якої досягла 12700 м, але у глибині вона значно поступається найглибшим свердловин.

Ця свердловина завглибшки 7520 м знаходиться на території сучасної Західної України. Однак роботи над нею велися ще в СРСР у 1975—1982 роках.

Метою створення цієї однієї з найглибших свердловин СРСР був видобуток корисних копалин (нафти та газу), але й вивчення надр землі також було важливим завданням.

9 Ен-Яхінська свердловина

Неподалік міста Новий Уренгой в Ямало-Ненецькому окрузі. Метою буріння Землі було визначити склад земної кори в місці буріння і визначити рентабельність розробки великих глибин для видобутку корисних копалин.

Як це зазвичай буває із надглибокими свердловинами, надра піднесли дослідникам багато «сюрпризів». Наприклад, на глибині близько 4 км температура досягла позначки +125 (вища за розрахункову), а ще через 3 з невеликим км температура склала вже +210 градусів. Все ж таки вчені закінчили свої дослідження, і в 2006 році свердловина була ліквідована.

8 Саатлінська в Азербайджані

У СРСР біля Азербайджанської республіки було пробурено одне з найглибших свердловин у світі – Саатлинська. Планувалося довести її глибину до 11 км та провести різноманітні дослідження, пов'язані як із структурою земної кори, так і з розробкою нафти на різних глибинах.

Вас зацікавить

Однак пробурити таку глибоку свердловину не вдалося, як це трапляється дуже часто. У процесі роботи машини часто виходять з ладу через дуже високі температури і тиск; свердловина викривляється, оскільки твердість різних порід неоднорідна; нерідко незначна поломка спричиняє такі проблеми, що їх вирішення потребує більше коштів, ніж створення нової.

Так і в даному випадку, незважаючи на те, що матеріали, отримані внаслідок буріння, були дуже цінними, роботи довелося зупинити на позначці 8324 м-коду.

7 Цистердорф - найглибша в Австрії

Ще одна глибока свердловина була пробурена в Австрії біля містечка Цистердорф. Поблизу знаходилися родовища газу та нафти, і геологи розраховували, що надглибока свердловина дозволить отримати надприбутки в галузі видобутку корисних копалин.

Справді, на дуже значній глибині було виявлено природний газ – до розпачу фахівців його неможливо було витягти. Подальше буріння завершилося аварією, стінки свердловини обрушилися.
Відновлювати не було сенсу, вирішили поряд пробурити іншу, проте в ній нічого цікавого для промисловців виявити не вдалося.

6 Юніверсіті у США

Одна з найглибших свердловин на Землі – це Юніверсіті у США. Її глибина становить 8686 м. Матеріали, отримані внаслідок буріння, становлять значний інтерес, оскільки дають новий матеріал про будову планети, де ми живемо.

Дивно, але в результаті з'ясувалося, що мали рацію не вчені, а фантасти: у надрах є шари корисних копалин, а на величезній глибині існує життя - правда, йдеться про бактерії!

У 90-х роках у Німеччині розпочали буріння надглибокої свердловини Хауптборунг. Планувалося довести її глибину до 12 км, але, як це зазвичай буває із надглибокими шахтами, планам не було увінчатися успіхом. Вже на позначці 7 з невеликим метрів почалися проблеми, пов'язані з автоматами: буріння вертикально вниз стало неможливим, шахта почала дедалі сильніше відхилятися. Кожен метр давався важко, а температура надзвичайно зростала.

Нарешті, коли жар досяг 270 градусів, а нескінченні аварії та збої всіх змучили, було вирішено призупинити роботи. Це сталося на глибині 9,1 км, що робить свердловину Хауптборунг однією з найглибших.

Наукові матеріали, отримані в результаті буріння, стали основою тисяч досліджень, а сама шахта в даний час використовується в туристичних цілях.

4 Бейден-Юніт

У США компанія Lone Star зробила спробу буріння надглибокої свердловини у 1970 році. Місце біля міста Анадарко у штаті Оклахома було обрано невипадково: тут дика природаі високий науковий потенціал створюють зручну можливість як буріння свердловини, так вивчення її.

Роботи велися більше року, і за цей час пробурили до глибини 9159 м, що дозволяє включити її до найглибших шахт світу.

І, нарешті, представляємо три найглибші свердловини у світі. На третьому місці Берта Роджерс – перша у світі надглибока свердловина, яка, однак, недовго залишалася найглибшою. Тільки через деякий час з'явилася найглибша свердловина в СРСР - Кольська.

Берта Роджерс пробурила компанія GHK, яка займається розробками корисних копалин, переважно природного газу. Метою роботи був пошук газу на великій глибині. Роботи почалися в 1970 році, коли про земні надра було відомо дуже небагато.

На місце в окрузі Уошито компанія покладала великі надіїАдже в Оклахомі багато корисних копалин, а в той час вчені думали, що в товщі землі є цілі верстви нафти і газу. Однак 500 днів роботи та величезні кошти, вкладені в проект, виявилися марними: бур розплавився у шарі рідкої сірки, а газ чи нафту виявити не вдалося.

Крім того, при бурінні не вироблялися наукові дослідження, оскільки свердловина мала лише комерційне значення.

2 КТБ-Оберпфальц

На другому місці у нашому рейтингу німецька свердловина Оберпфальц, що досягла глибини майже 10 км.

Ця шахта є рекордсменом як найглибша вертикальна свердловина, оскільки без відхилень убік йде до глибини 7500 м! Це небувалий показник, бо шахти на великій глибині неминуче викривляються, але унікальне обладнання, використане вченими з Німеччини, дозволило довго рухати бур вертикально вниз.

Не такий вже й великий перепад діаметра. Надглибокі свердловини починаються на поверхні землі з отвору досить великого діаметра(у Оберпфальця – 71 см), а потім поступово звужуються. На дні німецька свердловина має діаметр лише близько 16 см.

Причина, через яку довелося зупинити роботи, та сама, що й у всіх інших випадках – вихід з ладу обладнання внаслідок високих температур.

1 Кольська свердловина — найглибша у світі

Дурною легендою ми завдячуємо «качці», пущеній у західній пресі, де з посиланням на міфічного «вченого зі світовим ім'ям» Аззакова розповідалося про «істоту», що вирвалася з шахти, температура в якій досягла 1000 градусів, про стогін мільйонів людей, які записалися на мікрофон, спущений вниз і таке інше.

З першого погляду видно, що історія шита білими нитками (та й опублікована була, до речі, у «день дурня»): температура в шахті була не вищою за 220 градусів, втім, при ній, як і за 1000 градусів, ніякий мікрофон працювати не може ; істоти не виривалися, а названого вченого немає.

Кольська свердловина є найглибшою у світі. Її глибина досягає 12 262 м, що значно перевищує глибину інших шахт. Але не довжина! Зараз можна назвати принаймні три свердловини – Катар, Сахалін-1 та одну із свердловин Чайвінського родовища (Z-42), які довші, але не глибші.
Кольська дала вченим колосальний матеріал, який досі остаточно не оброблений і осмислений.

Місце	Назва	Країна	Глибина
1	Кольська	СРСР	12262
2	КТБ-Оберпфальц	Німеччина	9900
3	США	9583
4	Бейден-Юніт	США	9159
5	Німеччина	9100
6	США	8686
7	Цистердорф	Австрія	8553
8	СРСР (суч.Азербайджан)	8324
9	Росія	8250
10	Шевченківська	СРСР (Україна)	7520

Кандидат технічних наук А. ОСАДЧИЙ

Сотні тисяч свердловин було пробурено в земній корі за останні десятиліття минулого століття. І це не дивно, тому що пошук та видобуток корисних копалин у наш час неминуче пов'язані з глибоким бурінням. Але серед усіх цих свердловин є одна-єдина на планеті – легендарна Кольська надглибока (СГ), глибина якої досі залишається неперевершеною – понад дванадцять кілометрів. Крім того, СГ - одна з небагатьох, яку бурили не заради розвідки або видобутку корисних копалин, а з суто науковими цілями: вивчити найдавніші породи нашої планети і пізнати таємниці процесів, що йдуть у них.

Геологи В. Ланев (ліворуч) та Ю. Смирнов розглядають зразки керна.

Бурові коронки. Така сама, але саме та, яка була використана при бурінні на глибині 12 км, стала експонатом виставки на Міжнародному геологічному конгресі 1984 року.

На цьому гаку опускали та піднімали колону труб. Зліва – у кошику – стоять підготовлені до спуску 33-метрові труби – "свічки".

Кольська надглибока свердловина.

Окремі зразки Керна.

Унікальне керносховище, де на полицях у ящиках у строгому порядку, пронумеровані, розкладені керни всієї дванадцятикілометрової свердловини.

Такі значки з гордістю носили усі, хто працював на СД.

Сьогодні на Кольській надглибокій не ведуть буріння, воно припинено 1992 року. СГ була першою і єдиною у програмі вивчення глибинного будови Землі. Із зарубіжних свердловин три дійшли до глибини від 9,1 до 9,6 км. Планувалося, що одна з них (у Німеччині) перевершить Кольську. Проте буріння на всіх трьох, так само як і на СГ, було припинено через аварії і з технічних причин поки що не може бути продовжено.

Видно, не дарма завдання буріння надглибоких свердловин за складністю порівнюють із польотом у космос, із тривалою космічною експедицією до іншої планети. Зразки порід, витягнуті із земних надр, становлять не менший інтерес, ніж зразки місячного ґрунту. Доставлений радянським місяцеходом ґрунт досліджували у різних інститутах, у тому числі у Кольському. науковому центрі. Виявилося, що місячний ґрунт за складом майже повністю відповідає породам, витягнутим із свердловини з глибини близько 3 км.

ВИБІР МІСЦЯ І ПРОГНОЗ

Для буріння СГ було створено спеціальну геологорозвідувальну експедицію (Кольська ГРЕ). Місце буріння теж звичайно вибрано не випадково - Балтійський щит у районі Кольського півострова. Тут на поверхню виходять найдавніші вивержені породи віком близько 3 млрд. років (а Землі всього 4,5 млрд. років). Бурити саме в найдавніших повернених породах було цікаво, тому що товщі осадових порід до глибини 8 км вже непогано вивчені при видобутку нафти. На вивержені породи при видобутку з корисними копалинами забираються зазвичай лише з 1-2 км. Вибору місця для СГ сприяло і те, що тут знаходиться печенігський прогин - величезна чашоподібна структура, ніби вдавлена в давні породи. Її походження пов'язане із глибинним розломом. І саме тут знаходяться великі мідно-нікелеві родовища. А завдання, поставлені перед Кольською геологічною експедицією, входило виявити ряд особливостей геологічних процесів і явищ, у тому числі - рудоутворення, визначити природу кордонів, що розділяють шари в континентальній корі, зібрати дані про речовинний склад і фізичний стан гірських порід.

На початок буріння було побудовано основі сейсмологічних даних розріз земної кори. Він став прогнозом появи тих земних верств, які перетинала свердловина. Передбачалося, що до глибини 5 км йде гранітна товща, після неї чекали міцніші і давніші базальтові породи.

Отже, місцем буріння обрали північний захід Кольського півострова, за 10 км від міста Заполярний, неподалік нашого кордону з Норвегією. Заполярне - невелике містечко, що виросло в п'ятдесятих роках поряд з нікелевим комбінатом. Серед горбистої тундри на бугрі, що продувається всіма вітрами та хуртовиною, стоїть "квадратик", кожна сторона якого утворена із семи п'ятиповерхових будинків. Усередині - дві вулиці, на їхньому перетині площа, де стоять Будинок культури та готель. За кілометр від містечка, за яром, видно корпуси та високі труби нікелевого комбінату, за ним, по схилу гори, темніють відвали порожньої породи з найближчого кар'єру. Поруч із містечком проходить шосе на місто Нікель і до невеликого озерця, на іншому березі якого – вже Норвегія.

Земля тих місць удосталь зберігає сліди минулої війни. Коли їдеш автобусом від Мурманська до Заполярного, приблизно на півдорозі перетинаєш невелику річечку Західна Особа, на її березі пам'ятний обеліск. Це єдине у всій Росії місце, де фронт під час війни з 1941 по 1944 простояв нерухомо, упираючись у Баренцеве море. Хоча тут весь час точилися жорстокі бої, і втрати з обох боків були величезні. Німці безуспішно прагнули пробитися до Мурманську - єдиному на нашій Півночі порту, що незамерзає. Взимку 1944 радянським військам вдалося прорвати фронт.

Від Заполярного до Надглибокої – 10 км. Дорога йде повз комбінат, потім по краю кар'єру і далі лізе в гору. З перевалу відкривається невелика улоговина, в якій і встановлена бурова. Її висота – з двадцятиповерховий будинок. До кожної зміни із Заполярного сюди йшли "вахтовики". Загалом в експедиції працювало близько 3000 осіб, мешкали вони у місті у двох будинках. З бурової цілодобово чулося бурчання якихось механізмів. Тиша означала, що у бурінні чомусь настала перерва. Взимку довгої полярної ночі - а вона там триває з 23 листопада по 23 січня - вся бурова світилася вогнями. Нерідко до них додалося світло полярного сяйва.

Трохи про персонал. У Кольській геологорозвідувальній експедиції, створеній для буріння, зібрався добрий, висококваліфікований колектив працівників. Начальником ГРЕ, талановитим керівником, який підібрав команду, майже беззмінно був Д. Губерман. Головний інженерІ. Васильченко відповідав за буріння. Командував буровий А. Батищев, якого всі звали просто Льохою. Геологією відав В. Ланею, а геофізикою - Ю. Кузнєцов. Величезну роботу з обробки керна та створення керносховища провів геолог Ю. Смирнов - той самий, у кого була "заповітна шафка", про яку ми ще розповімо. У проведенні досліджень на СД брали участь понад 10 науково-дослідних інститутів. Були в колективі і свої "кулібіни" та "шульги" (особливо відрізнявся С. Цериковський), які вигадували та виготовляли різні пристрої, Іноді дозволяють виходити з найважчих, здавалося б, безвихідних положень. Багато необхідних механізмів вони самі створювали тут же в добре оснащених майстернях.

ІСТОРІЯ БУРІННЯ

Буріння свердловини почалося 1970 року. Прохід до глибини 7263 м зайняв 4 роки. Її вели серійною установкою, яку зазвичай використовують при видобутку нафти та газу. Усю вишку через постійні вітри і холод довелося обшити догори дерев'яними щитами. Інакше тому, хто під час підйому колони труб має стояти нагорі, працювати просто неможливо.

Потім була річна перерва, пов'язана з будівництвом нової вежі та монтажем спеціально розробленої бурової установки - "Уралмаш-15000". Саме з її допомогою велося все подальше надглибоке буріння. У новій установці- Найбільш потужне автоматизоване обладнання. Використовувалося турбінне буріння - це коли обертається не вся колона, лише бурова головка. Через колону під тиском подавався буровий розчин, що обертає багатоступінчасту турбіну, що стоїть внизу. Загальна її довжина – 46 м. Завершується турбіна буровою головкою діаметром 214 мм (її часто називають коронкою), що має кільцеву форму, тому в середині залишається нерозбурений стовпчик породи – керн діаметром 60 мм. Через усі секції турбіни проходить труба – керноприймач, де збираються стовпчики видобутої породи. Подрібнена порода разом із буровим розчином виноситься по свердловині на поверхню.

Маса колони, зануреної у свердловину із буровим розчином, близько 200 тонн. Це при тому, що використовували спеціально розроблені труби з легких сплавів. Якщо колону зробити зі звичайних сталевих труб, вона розірветься від своєї ваги.

Складнощів, часом несподіваних, у процесі буріння на великих глибинах і з відбором керна виникає чимало.

Проходка за один рейс, що визначається зносом бурової головки, становить зазвичай 7-10 м. (Рейс, або цикл, - це спуск колони з турбіною і буровим інструментом, власне буріння і повний підйом колони.) Саме буріння займає 4 години. А на спуск та підйом 12-кілометрової колони йде 18 годин. При підйомі колона автоматично розбирається на секції (свічки) завдовжки по 33 м. У середньому протягом місяця вдавалося пробурити 60 м. На прохід останніх 5 км свердловини було використано 50 км труб. Такий ступінь їхнього зносу.

До глибини приблизно 7 км свердловина перетинала міцні, порівняно однорідні породи, тому стовбур свердловини був рівний, майже відповідний діаметру бурової головки. Робота просувалася, можна сказати, спокійно. Однак на глибині 7 км пішли менш міцні тріщинуваті, що перешаровуються з невеликими дуже твердими прошарками породи - гнейси, амфіболіти. Буріння ускладнилося. Стовбур набув овальної форми, з'явилося безліч каверн. Почастішали аварії.

На малюнку показано початковий прогноз геологічного розрізу і той, який складений на основі даних буріння. Цікаво відзначити (колонка Б), що кут нахилу пластів по свердловині становить близько 50 градусів. Таким чином, зрозуміло, що породи, що перетинаються свердловиною, виходять на поверхню. Тут-то і можна згадати про вже згадану "заповітну шафку" геолога Ю. Смирнова. Там у нього з одного боку лежали зразки, отримані зі свердловини, а з іншого - взяті на поверхні на тій відстані від бурової, де виходить відповідний пласт. Збіг порід майже повне.

1983 ознаменувався неперевершеним досі рекордом: глибина буріння перевищила 12 км. Роботи припинили.

Наближався Міжнародний геологічний конгрес, який за планом проходив у Москві. До нього готувалася виставка Геоекспо. Було вирішено не лише прочитати доповіді про результати, досягнуті на СГ, а й показати учасникам конгресу роботу в натурі та здобуті зразки породи. До конгресу видали монографію "Кольська надглибока".

На виставці Геоекспо красувався великий стенд, присвячений роботі СГ та найголовнішому – досягненню рекордної глибини. Тут були вражаючі графіки, що розповідали про техніку та технологію буріння, здобуті зразки породи, фотографії техніки та колективу за роботою. Але найбільшу увагу учасників і гостей конгресу привернула одна нетрадиційна для виставкового показу деталь: звичайнісінька бурова головка, що вже трохи поржавіла, зі стертими твердосплавними зубами. На етикетці йшлося про те, що саме вона була використана при бурінні на глибині понад 12 км. Ця бурова голівка вражала навіть спеціалістів. Ймовірно, всі мимоволі очікували побачити якесь диво техніки, може, з алмазним оснащенням... І вони ще не знали, що на СГ поряд з буровою зібрана велика купа таких самих бурових головок, що вже поржавіли: адже їх доводилося міняти на нові приблизно через кожні пробурені 7-8 м-коду.

Багато делегатів конгресу захотіли на власні очі побачити унікальну бурову на Кольському півостровіі переконатися, що справді в Союзі досягнуто рекордної глибини буріння. Такий виїзд відбувся. Там на місці провели засідання секції конгресу. Делегатам показали бурову, при них піднімали свердловину колону, від'єднуючи від неї 33-метрові секції. Фотографії та статті про СГ обійшли газети та журнали майже всіх країн світу. Було випущено поштову марку, організовано спецгасіння конвертів. Не перераховуватиму імена лауреатів різних премій і нагороджених за роботи...

Але свята скінчилися, треба було продовжувати буріння. І воно почалося з найбільшої аварії на першому ж рейсі 27 вересня 1984 - "чорна дата" в історії СГ. Свердловина не прощає, коли її надовго залишають поза увагою. За час, доки не велося буріння, у її стінках, тих, які не були закріплені зацементованою сталевою трубою, неминуче відбувалися зміни.

Спочатку все йшло буденно. Буровики виконували свої звичайні операції: одну за одною опускали секції бурової колони, до останньої верхньої, приєднали трубу подачі бурового розчину, включили насоси. Почали буріння. Прилади на пульті перед оператором показували звичайний режим роботи (кількість обертів бурової головки, її тиск на породу, витрата рідини на обертання турбіни тощо).

Пробуривши черговий 9-метровий відрізок на глибині понад 12 км, що зайняло 4 години, досягли глибини 12,066 км. Приготувалися до підйому колони. Спробували. Не йде. На таких глибинах вже неодноразово спостерігалися "прихвати". Це колись якась секція колони немовби прилипає до стінок (може, зверху щось обсипалося, і її трохи заклинило). Щоб зняти колону з місця, потрібно зусилля, що перевищує її вагу (близько 200 тонн). Так вчинили і цього разу, але колона не зрушила. Трохи додали зусилля, і стрілка приладу різко зменшила свідчення. Колона сильно полегшала, такої втрати ваги при нормальному ході операції не могло бути. Почали підйом: по черзі відкручували одну за одною секції. При останньому підйомі на гаку висів укорочений шмат труби з нерівним нижнім краєм. Це означало, що у свердловині залишилися не тільки турбобур, а й 5 км бурових труб.

Сім місяців намагалися їх дістати. Адже втратили не просто 5 км. труб, а результати п'ятирічної роботи.

Потім усі спроби повернути загублене припинили та почали знову бурити з глибини 7 км. Треба сказати, що після сьомого кілометра геологічні умови тут для роботи особливо складні. Технологія буріння кожного кроку відпрацьовується методом спроб і помилок. А починаючи з глибини приблизно 10 км - ще складніше. Буріння, експлуатація обладнання та апаратури йдуть на граничному режимі.

Тому аварій тут доводиться чекати будь-якої хвилини. До них готуються. Заздалегідь продумують методи та засоби їхньої ліквідації. Типова складна аварія - обрив бурового компонування разом із частиною колони бурових труб. Основний метод її ліквідації - створити уступ трохи вище за втрачену частину і з цього місця вести буріння нового обхідного ствола. Загалом у свердловині було пробурено 12 таких обхідних стволів. Чотири з них – довжиною від 2200 до 5000 м. Основна ціна подібних аварій – роки втраченої праці.

Тільки в побутовому поданні свердловина – вертикальна "дірка" від поверхні землі до вибою. Насправді це далеко не так. Особливо якщо свердловина надглибока і перетинає похилі пласти різної щільності. Тоді вона наче звивається, бо бур постійно відхиляється у бік менш міцних порід. Після кожного виміру, який показує, що нахил свердловини перевищує допустимий, її треба намагатися "повернути на місце". Для цього разом із буровим інструментом опускають спеціальні "відхилячі", які допомагають при бурінні зменшити кут нахилу свердловини. Нерідко трапляються аварії із втратою бурового інструменту та частини труб. Після цього новий ствол доводиться робити, як ми вже говорили, відступивши убік. Ось і уявіть, як виглядає в землі свердловина: щось на кшталт розгалуженого на глибині коріння гігантської рослини.

У цьому вся причина особливої тривалості останньої фази буріння.

Після найбільшої аварії – "чорної дати" 1984 року – знову підійшли до глибини 12 км лише через 6 років. У 1990 році було досягнуто максимум - 12 262 км. Після ще кількох аварій переконалися, що глибше не пробитися. Усі можливості сучасної технікивичерпані. Здавалося, що Земля більше не хоче відкривати свої таємниці. Буріння припинили 1992 року.

ДОСЛІДНИЦЬКА РОБОТА. ЦІЛІ І МЕТОДИ

Однією з важливих цілей буріння було отримати керн-колонку зразків породи на всю довжину свердловини. І це завдання виконане. Найдовший у світі керн розмітили, як лінійку, на метри і поклали у порядку в ящиках. Зверху вказано номер скриньки та номери зразків. Загалом таких ящиків на складі майже 900.

Тепер залишилося лише вивчати керн, який справді незамінний щодо будівництва породи, її складу, властивостей, віку.

Але зразок породи, піднятий поверхню, має інші властивості, ніж у масиві. Тут, нагорі, він звільнений від величезної механічної напруги, що існує на глибині. Під час буріння він потріскався, наситився буровим розчином. Навіть якщо відтворити в спеціальній камері глибинні умови, все одно параметри, виміряні на зразку, відрізняються від тих, що в масиві. І ще одна маленька "заковика": на кожні 100 м пробуреної свердловини не одержують 100 м керна. На СГ із глибин понад 5 км середній вихід керна становив лише близько 30%, і з глибин понад 9 км це були часом лише окремі бляшки товщиною 2-3 див, відповідні найбільш міцним прошаркам.

Отже, керн, піднятий на СГ із свердловини, не дає повної інформації про глибинні породи.

Свердловини бурили з науковими цілями, тому використовувався комплекс сучасних методів дослідження. Крім вилучення керна обов'язково проводилися дослідження властивостей порід у їхньому природному заляганні. Постійно контролювали технічний стан свердловини. Вимірювали температуру по всьому стволу, природну радіоактивність - гамма-випромінювання, наведену радіоактивність після імпульсного нейтронного опромінення, електричні та магнітні властивості порід, швидкість поширення пружних хвиль, досліджували склад газів у рідині свердловини.

До глибини 7 км. використовували серійні прилади. Робота на великих глибинах і за більш високих температур зажадала створення спеціальних термобаростойких приладів. Особливі труднощі виникли на останньому етапібуріння; коли температура у свердловині підійшла до 200 о С, а тиск перевищив 1000 атмосфер, серійні прилади працювати вже не могли. На допомогу прийшли геофізичні ОКБ та профільні лабораторії кількох НДІ, що виготовили поодинокі екземпляри термобаростійких приладів. Таким чином, весь час працювали лише на вітчизняній апаратурі.

Словом, свердловина була детально досліджена на всю її глибину. Дослідження проводили поетапно приблизно раз на рік, після поглиблення свердловини на 1 км. Щоразу після цього давали оцінку достовірності одержаних матеріалів. Відповідні обчислення дозволяли визначити параметри тієї чи іншої породи. Виявили певне чергування пластів і знали, яких породам приурочені каверни і пов'язані з ними часткові втрати інформації. Навчилися буквально по "крихтах" ідентифікувати породи і на цій основі відтворювати повну картину того, що "приховала" свердловина. Коротше кажучи, вдалося побудувати детальну літологічну колонку – показати чергування порід та їх властивості.

ІЗ ВЛАСНОГО ДОСВІДУ

Приблизно раз на рік, коли завершувався черговий етап буріння – поглиблення свердловини на 1 км, я теж виїжджав на СГ, щоб провести вимірювання, які мені доручили. Свердловину в цей час зазвичай промивали та на місяць надавали для досліджень. Час планової зупинки завжди був відомий заздалегідь. Телеграма-виклик на проведення робіт також надходила заздалегідь. Апаратура перевірена та упакована. Формальності, пов'язані із закритими роботами у прикордонній зоні, виконані. Зрештою все залагоджено. Їдемо.

Наша група – маленький дружній колектив: розробник свердловинного снаряда, розробник нової наземної апаратури, і я – методист. Приїжджаємо днів за 10 до вимірів. Знайомимося з даними про технічному станісвердловини. Складаємо та затверджуємо докладну програмувимірів. Збираємо та калібруємо апаратуру. Чекаємо на дзвінок - виклик зі свердловини. Наша черга "пірнати" третя, але якщо буде відмова у попередників, свердловину нададуть нам. Цього разу у них усе гаразд, кажуть, що завтра до ранку скінчать. З нами в одній бригаді геофізики-оператори, які реєструють сигнали, що отримуються від апаратури в свердловині, і командують усіма операціями зі спуску та підйому свердловинного приладу, а також механіки на підйомнику, вони керують змотуванням з барабана і намотуванням на нього тих самих 12 км. , на якому свердловину опускають прилад. Чергують і буровики.

Роботи розпочалися. Прилад опущений у свердловину на кілька метрів. Остання перевірка. Поїхали. Спуск йде повільно - близько 1 км/год, з безперервним контролем сигналу, що надходить знизу. Поки що все гаразд. Але ось на восьмому кілометрі сигнал засмикався і зник. Значить щось не так. Повне піднесення. (Про всяк випадок у нас підготовлений другий комплект апаратури.) Починаємо перевірку всіх деталей. На цей раз несправним виявився кабель. Його замінюють. На це потрібно більше доби. Новий узвіз зайняв 10 годин. Нарешті, спостерігач за сигналом повідомив: "Прибули на одинадцятий кілометр". Команда операторам: "Почати запис". Що і як – заздалегідь розписано за програмою. Тепер потрібно кілька разів опустити та підняти свердловинний прилад у заданому інтервалі, щоб провести виміри. На цей раз апаратура відпрацювала нормально. Тепер повне піднесення. Підняли на 3 км, і раптом дзвінок лебідчика (він у нас людина з гумором): "Верьовка скінчилася". Як? Що? На жаль, обрив кабелю... Свердловинний прилад та 8 км кабелю залишилися лежати на вибої... На щастя, за добу буровики зуміли все це підняти, використовуючи методику та пристрої, розроблені місцевими умільцями для ліквідації подібних НП.

ПІДСУМКИ

Завдання, поставлені у проекті надглибокого буріння, виконані. Розроблено та створено особливу апаратуру та технологію надглибокого буріння, а також для дослідження пробурених на велику глибину свердловин. Одержали інформацію, можна сказати, "з перших рук" про фізичний стан, властивості та склад гірських порід у їхньому природному заляганні та по керну до глибини 12 262 м.

Відмінний подарунок батьківщині свердловина видала на малій глибині - в інтервалі 1,6-1,8 км. Там були розкриті промислові мідно-нікелеві руди – виявлено новий рудний обрій. І дуже до речі, бо місцевому нікелевому комбінату вже не вистачає руди.

Як було зазначено вище, геологічний прогноз розрізу свердловини не виправдався (див. малюнок на стор. 39). Картина, яка очікувалася на протязі перших 5 км, у свердловині розтягнулася на 7 км, а далі з'явилися зовсім несподівані породи. Прогнозованих на глибині 7 км базальтів не знайшли навіть коли опустилися до 12 км.

Очікували, що кордон, що дає найбільше відображення при сейсмічному зондуванні, - це той рівень, де граніти переходять у міцніший базальтовий шар. Насправді ж виявилося, що там розташовані менш міцні та менш щільні тріщинуваті породи – архейські гнейси. Такого не припускали. І це принципово нова геолого-геофізична інформація, яка дозволяє інакше інтерпретувати дані глибинних геофізичних досліджень.

Несподіваними, принципово новими виявилися дані про процес рудоутворення в глибинних шарах земної кори. Так, на глибинах 9-12 км зустрілися високопористі тріщинуваті породи, насичені підземними сильно мінералізованими водами. Ці води - одне з джерел рудоутворення. Раніше вважали, що таке можливе лише на значно менших глибинах. Саме в цьому інтервалі у керні виявили підвищений вміст золота – до 1 г на 1 т породи (концентрація, яка вважається придатною для промислової розробки). Але чи буде колись рентабельним видобуток золота з такої глибини?

Змінилися й уявлення про тепловий режим земних надр, про глибинний розподіл температур у районах базальтових щитів. На глибині понад 6 км отримано температурний градієнт 20 про З на 1 км замість очікуваного (як і у верхній частині) 16 про З на 1 км. Виявлено, що половина теплового потоку має радіогенне походження.

Пробуривши унікальну Кольську надглибоку свердловину, ми дуже багато чого дізналися і одночасно зрозуміли, як мало ми ще знаємо про будову своєї планети.

Кандидат технічних наук А. ОСАДЧИЙ.

ЛІТЕРАТУРА

Кольська надглибока.М.: Надра, 1984.

Кольська надглибока. Наукові результати та досліди дослідження.М., 1998.

Козловський Є. А. Всесвітній форум геологів."Наука життя" № 10, 1984.

Козловський Є. А. Кольська надглибока."Наука життя" № 11, 1985.

Найглибша у світі свердловина (Кольська надглибока свердловина) була створена зовсім не для того, щоб знайти нафту.

Ширина цієї свердловини всього 23 сантиметри, зате глибина – 12 226 метрів, що робить її основу самою глибокою точкоюна Землі, яку коли-небудь досягала людина. А з'явилася вона завдяки дуелі між вченими. Американські та радянські дослідники намагалися перевершити один одного у всьому.

Всім відомі космічні перегони: першою людину в космос послав Радянський Союз, зате на Місяць першими висадилися американці

Але мало хто знає, що подібна гонка була і в підземному просторі: в 1958 році американці заснували свій «Проект Мохоул» біля тихоокеанського узбережжя Мексики, який припинили фінансувати і він закрився в 1966 році, ну а російські бурили з 1979-го до початку х років.

Результатом стала Кольська надглибока свердловина, яка є системою з декількох свердловин, що відходять від основного отвору. Найглибша свердловина називається СГ-3, і вона проходить значний шлях усередині кори Кольського півострова.

Якщо вам складно уявити собі, наскільки ця свердловина є глибокою, нічого страшного. Можна сказати, що вона майже 38 Ейфелевих веж у глибину. Ну або вона має таку ж довжину, як і ланцюжок із 13 000 дорослих борсуків, що йдуть голова до хвоста.

Як і слід було очікувати, завдяки СГ-3 було отримано багато унікальних геологічних даних, але те, що знайшли там палеонтологи, застало всіх зненацька. Смітсонівський інститут розповідає, що, незважаючи на досить-таки екстремальні умови довкілляНа глибині близько 6,5 кілометрів було знайдено майже неушкоджені скам'янілості планктону віком 2 мільярди років.

Також було виявлено, що більша частина сейсмічних даних - на тій глибині, де граніт перетворюється на базальт - розумілася вченими невірно, а те, що раніше приймалося за невідомий геологічний шар - лише повільні зміни в температурі і щільності.

Вчені також наші там вільно течучу воду, яка через величезний тиск була вичавлена з каміння.

Такі проекти буріння (як проект Мохоул і кілька інших, пізніших), найчастіше припиняються через брак фінансування. Роботи на Кольській свердловині припинилися, коли виявилося, що температура на такій глибині близько 180°С, а не 100 градусів, як передбачалося.

Взагалі, пробурити понад 12 кілометрів здається неймовірним технічним подвигом, і це так, але вся ця свердловина – не більш ніж невеликий укол поверхні Землі. Екваторіальний радіус Землі – 6378 кілометрів, і така вражаюча нас свердловина пройшла лише 0,19 відсотка шляху до центру планети.

То чи може людина потрапити ще глибше? Чи можна колись досягти розпеченої мантії? Це залежить від того, де ви буритимете.

Товщина океанічної кори в середньому близько 7 кілометрів. Континентальна кора дещо менш щільна, зате набагато товстіша – в середньому близько 35 кілометрів. На таких глибинах температура і тиск занадто високі для будь-якого механізму, то чому б не бурити в океані?

І такі спроби робляться. Наприклад, група вчених намагається пробурити відносно холодну ділянку земної кори на Атлантичній косі в Індійському океані.

Той факт, що ця ділянка дуже щільна і знаходиться під водою, є для інженерів значними проблемами, тому протягом останніх кількох років проект був припинений. Але це все одно не зупинить вчених від спроб дістатися до первозданної внутрішньої мантії, що повільно вирує.

Сьогодні на Кольській надглибокій не ведуть буріння, воно припинено 1992 року. СГ була першою і єдиною у програмі вивчення глибинного будови Землі.

Із зарубіжних свердловин три дійшли до глибини від 9,1 до 9,6 км. Планувалося, що одна з них (у Німеччині) перевершить Кольську. Проте буріння на всіх трьох, так само як і на СГ, було припинено через аварії і з технічних причин поки що не може бути продовжено.

Доставлений радянським місяцеходом ґрунт досліджували у різних інститутах, у тому числі у Кольському науковому центрі. Виявилося, що місячний ґрунт за складом майже повністю відповідає породам, витягнутим із свердловини з глибини близько 3 км.

Свердловина показала, що майже всі наші попередні знання про будову земної кори невірні. З'ясувалося, що Земля зовсім не схожа на листковий пиріг. «До 4 кілометрів все йшло теоретично, а далі почалося кінець світу», – розповідає Губерман.

Теоретики обіцяли, що температура Балтійського щита залишиться порівняно низькою до глибини щонайменше 15 кілометрів. Відповідно, свердловину можна буде рити майже до 20 кілометрів, якраз до мантії.

Але вже на 5 кілометрах навколишня температура перевалила за 70 градусів Цельсія, на семи – за 120 градусів, а на глибині 12-ти смажило сильніше 220 градусів – на 100 градусів вище за передбачене. Кольські бурильники поставили під сумнів теорію пошарової будови земної кори – принаймні в інтервалі до 12 262 метрів.

У школі нас навчали: є молоді породи, граніти, базальти, мантія та ядро. Але граніти виявилися на 3 кілометри нижчими, ніж розраховували. Далі мали бути базальти. Їх узагалі не знайшли. Все буріння пройшло у гранітному шарі. Це надважливе відкриття, бо з теорією пошарової будови Землі пов'язані всі наші уявлення про виникнення та розміщення корисних копалин.

Завдання, поставлені у проекті надглибокого буріння, виконані. Розроблено та створено особливу апаратуру та технологію надглибокого буріння, а також для дослідження пробурених на велику глибину свердловин. Одержали інформацію, можна сказати, «з перших рук» про фізичний стан, властивості та склад гірських порід у їхньому природному заляганні та по керну до глибини 12 262 м.

Як було зазначено вище, геологічний прогноз розрізу свердловини не виправдався. Картина, яка очікувалася на протязі перших 5 км, у свердловині розтягнулася на 7 км, а далі з'явилися зовсім несподівані породи. Прогнозованих на глибині 7 км базальтів не знайшли навіть коли опустилися до 12 км.

Саме в цьому інтервалі у керні виявили підвищений вміст золота – до 1 г на 1 т породи (концентрація, яка вважається придатною для промислової розробки). Але чи буде колись рентабельним видобуток золота з такої глибини?

Змінилися й уявлення про тепловий режим земних надр, про глибинний розподіл температур у районах базальтових щитів. На глибині понад 6 км отримано температурний градієнт 20оС на 1 км замість очікуваного (як і у верхній частині) 16оС на 1 км. Виявлено, що половина теплового потоку має радіогенне походження.

Tags: ,

Глибокі свердловини світу March 18th, 2015

Мрія проникнути в надра нашої планети, нарівні з планами відправити людину в космос, довгі століття здавалася абсолютно неможливою. У 13 столітті китайці вже рили свердловини глибиною до 1200 метрів, а з появою у 1930-х роках бурових установок європейцям вдалося проникнути на глибину трьох кілометрів, проте це були лише подряпини на тілі планети.

Як глобальний проект ідея пробурити верхню оболонку Землі з'явилася в 1960-х роках. Гіпотези про будову мантії будувалися на непрямих даних, як-от сейсмічна активність. І єдиний спосіб буквально зазирнути в земні надра полягав у бурінні надглибоких свердловин. Сотні свердловин на поверхні і в глибині океану дали відповіді на деякі з питань учених, але часи, коли з їх допомогою перевіряли різні гіпотези, давно минули.

Давайте згадаємо список глибоких свердловин на землі.

Siljan Ring (Швеція, 6800 м)

Наприкінці 80-х у Швеції у кратері Сільян Ринг пробурили однойменну свердловину. За гіпотезою вчених, саме там передбачалося знайти родовища природного газу небіологічного походження. Результат буріння викликав розчарування як інвесторів, і працівників науки. Вуглеводні у промислових масштабах виявлено не були.

Zistersdorf UT2A (Австрія, 8553 м)

У 1977 році в районі віденського нафтогазоносного басейну, де ховалося кілька невеликих родовищ нафти, було пробурено свердловину Zistersdorf UT1A. Коли на глибині 7544 м виявилися невилучні запаси газу, перша свердловина зненацька обрушилася, і компанії OMV довелося пробурити другу. Проте цього разу прохідники не знайшли вуглеводневих ресурсів глибокого залягання.

Hauptbohrung (ФРН, 9101 м)

Знаменита Кольська свердловина справила незабутнє враження на європейську громадськість. Багато країн почали готувати свої проекти надглибоких свердловин, але варто відзначити свердловину Хауптборунг, що розробляється з 1990 по 1994 рік у Німеччині. Досягши позначки всього 9 км, вона стала однією з найвідоміших надглибоких свердловин завдяки відкритості даних бурових та наукових праць.

Baden Unit (США, 9159 м)

Свердловина пробурена компанією Lone Star поблизу міста Анадарко. Її розробка розпочалася у 1970 році та тривала протягом 545 днів. Загалом на цю свердловину пішло 1,700 тонн цементу та 150 алмазних доліт. А її повна вартість коштувала компанії 6 млн доларів.

Bertha Rogers (США, 9583 м)

Ще одна надглибока свердловина, створена в районі нафтогазоносного басейну Анадарко в Оклахомі в 1974 році. Весь процес буріння зайняв у робітників компанії Lone Star 502 дні. Роботу довелося припинити, коли прохідники натрапили на глибину 9,5 кілометрів на розплавлене родовище сірки.

Кольська надглибока (СРСР, 12 262 м)

Занесена до Книги рекордів Гіннеса як «найглибше вторгнення людини в земну кору». Коли в травні 1970 року біля озера з важкою назвою Вільгіскоддеоайвін'ярві починалося буріння, передбачалося, що свердловина досягне глибини в 15 кілометрів. Але через високі (до 230°С) температури роботу довелося згорнути. На даний момент Кольська свердловина законсервована.

Про історію цієї свердловини я вам уже розповідав.

BD-04A (Катар, 12289 м)

7 років тому на нафтовому родовищі Al-Shaheen у Катарі було пробурено геологорозвідувальну свердловину BD-04A. Примітно, що бурова платформа компанії Maersk змогла досягти позначки 12 кілометрів у рекордні 36 днів!

OP-11 (Росія, 12345 м)

Січень 2011 ознаменувався повідомленням від компанії Exxon Neftegas, що буріння найдовшої свердловини з великим відходом від вертикалі близьке до завершення. ОР-11, розташована на родовищі «Одопту», також поставила рекорд із протяжності горизонтального ствола – 11,475 метрів. Прохідники змогли завершити роботу лише за 60 днів.

Загальна довжина стовбура свердловини OP-11 на родовищі Одопту склала 12345 метрів (7,67 милі), тим самим встановлено новий світовий рекорд буріння свердловин з великим відходом вибою від вертикалі (БОВ). ОР-11 також посіла перше місце у світі на відстані між вибоєм та точкою забурювання по горизонталі — 11475 метрів (7,13 милі). Компанія ЕНЛ здійснила роботи з буріння рекордної свердловини всього за 60 днів, використовуючи технології швидкісного буріння та комплексного контролю якості буріння, розроблені компанією «ЕксонМобіл», досягнувши найвищих показників у бурінні кожного фута свердловини ОР-11.

«Проект «Сахалін-1» продовжує вносити свій внесок у лідерство Росії у світовій нафтогазовій галузі, — заявив Джеймс Тейлор, президент ЕНЛ. — На сьогоднішній день 6 із 10 найдовших свердловин БОВ, включаючи свердловину OP-11, пробурені в рамках проекту «Сахалін-1» із використанням технологій буріння корпорації «Ексон Мобіл». Спеціально сконструйована бурова установка «Яструб» застосовувалася протягом усього часу роботи проекту, встановлюючи численні галузеві рекорди за довжиною ствола, швидкістю буріння та показниками спрямованого буріння. Новий рекорд ми також поставили, зберігаючи при цьому відмінні показники у сфері безпеки, охорони праці та навколишнього середовища».

Родовище Одопту, одне із трьох родовищ проекту "Сахалін-1", розташоване на шельфі, на відстані 5-7 миль (8-11 км) від північно-східного узбережжя острова Сахалін. Технологія БОВ дозволяє успішно проводити буріння свердловин з берега під дном моря для досягнення шельфових покладів нафти та газу, не порушуючи при цьому принципів безпеки та охорони навколишнього середовища, в одному із найскладніших для освоєння субарктичних регіонів світу.

П.С. А ось що пишуть у коментах: tim_o_fay: давай відокремимо мух від котлет:) Довга свердловина ≠ глибока. Та ж BD-04A зі своїх 12289 м має 10902 м горизонтального стовбура. http://www.democraticunderground.com/discuss/duboard.php?az=view_all&address=115x150185 Відповідно вертикали там кілометр із хвостиком всього. Що це означає? Це означає низькі (порівняльно) тиск та температуру на вибої, м'які породи (з гарною швидкістю проходки) тощо. і т.п. OP-11 із тієї ж опери. Не скажу, що бурити горизонталки просто (восьмий рік цим займаюся), але все ж таки набагато простіше ніж надглибокі. Bertha Rogers, СГ-3 (Кольська), Baden Unit та інші з великою справжньою вертикальною глибиною ( дослівний перекладз англомовного (True Vertical Depth, TVD) - це справді щось надзвичайне. У 1985 році на п'ятдесятиріччя СОГРТ з'їхалися колишні випускники з усього Союзу з розповідями та подарунками для музею технікуму. Тоді я і сподобився помацати шматочок граніто-гнейсів з глибини понад 11,5 км.