Сверхглубокое бурение, как способ для исследования внутреннего строения Земли
Проектируя сверхглубокую скважину, специалисты не ставят перед собой цель обнаружить невиданные запасы углеводородов. Главное назначение сверхглубоких скважин – изучение внутреннего строения нашей планеты.
На нынешнем этапе своего развития человечество довольно много знает о том, что творится, например, в космосе, а о том, что происходит в глубине земной коры, знаний у нас недостаточно.
Сложности бурения сверхглубоких скважин прямо пропорционально растут их глубинам. Для подтверждения этого можно обратиться к ярким примерам.
1961 год – точка отсчета эпохи сооружения сверхглубоких скважин. Именно тогда американцами была предпринята попытка реализации проекта «Мохол». Скважина располагалась на дне Тихого океана, в четырех километрах от поверхности воды. По расчетам выходило, что через полторы сотни метров рыхлых пород буровой инструмент войдет на 5500 метров в твердые породы. Преодолев и этот слой, ученым должна была открыться природа и состав земной мантии.
Но все пошло не так, как предполагалось. Пройдя 36 метров, бурение внезапно остановилось, а после того, как буровой инструмент и керн были подняты на поверхность, отыскать устье заложенной скважины больше не удалось. В этот момент оказалось беспомощным все техническое и электронное вооружение.
Несмотря на неудачу, спустя 7 лет была предпринята следующая попытка по вскрытию земной мантии с океанического дна, ведь толщина ее здесь самая маленькая: «всего» 5000 метров. В этот раз в открытый океан вышло судно «Челленджер» грузоподъемностью свыше десятка тысяч тонн. Бурение продолжалось в течение семи лет, после чего технические трудности вынудили буровиков свернуть все работы. Цель достигнута также не была, несмотря на то, что устье скважины потеряно не было.
Дальнейшие попытки вскрытия мантии осуществлялись уже на суше. Среди самых удачных попыток можно выделить скважину «Берту Роджерс» в Оклахоме. Она была первой, кто перешагнул отсечку в 9000 метров. Для бурения на эту глубины применялись военные установки грузоподъемностью 1 тыс. тонн.
Огромный запас мощности позволил буровикам немного расслабиться и работать, как говориться, «лоб в лоб» новым горизонтам. Но даже такая сверхмощная техника не выдержала удара природы, когда на глубине более 9500 метров произошел выброс раскаленной серы вместе со всем буровым инструментом, находившимся в скважине.
Советские специалисты также отличились в деле бурения сверхглубоких скважин. В начале 80-х годов XX века было начато строительство Кольской сверхглубокой скважины, обладавшей индексом СГ-3. Первой и второй в этом роде были Аралсорская и Биикжальская скважины соответственно.
Местность близ поселка Полярный на Кольском полуострове была выбрана не случайно. Здесь, как будто специальным образом за многие миллионы лет ветрами, льдами и водой была стерта земная кора толщиной в 15 км. Прогуливаясь в данном месте можно случайно запнуться о породы, возраст которых миллиард и более лет. Природа чудесным образом облегчила труды по вскрытию мантии.
Однако говорить, что бурение здесь было сплошным удовольствием также не следует. Главной проблемой, с которой пришлось иметь дело, была связана с тем, что скважина не должна была отклоняться от вертикали на предельное значение. Для данной скважины проект предусматривал максимальное отклонение на один градус каждого пройденного километра. Отметим, что в американской скважине «Берта Роджерс» забой скважины «ушел» на 25 градусов.
До глубины 2000 метров все шло нормально. Поспособствовали этому особые центрирующие кольца с наконечниками из победита. Но после этого все изменилось. Попав в кавернозные породы, центраторам было не на что упираться – они просто-напросто зависли в пустотах.
Для решения этой проблемы был применен отклонитель турбинного типа, оснащенный средствами телеметрии. Такой подход позволял в режиме реального времени отслеживать нежелательные отклонения и корректировать процесс бурения, удерживая ствол скважины в нужном направлении.
Таким образом бурение продолжалось еще на протяжении нескольких километров. После чего с бурильной колонной стали происходить непонятные явления. Она повела себя так, как будто была потеряна жесткость за счет общей длины. В ответ на поворотные усилия в устье скважины колонна изгибалась только вверху, а в нижней части она оставалась в спокойствии.
Вскоре было решено смонтировать под турбобуром противовес и постараться вытянуть колонну вертикально вниз. Бурение было продолжено.
Позже, несмотря на все преграды, бурение останавливалось лишь для того, чтобы извлечь ценнейший керн или заменить раскрошенный основной буровой инструмент.
Сегодня на месте пробуренной скважины функционирует предприятие «Кольская сверхглубокая», продолжающая исследования в этом уникальном сооружении.