Що стало з найглибшою свердловиною. Надглибока кільська свердловина

Кольська надглибока свердловина— найглибша бурова свердловина у світі (з 1979 по 2008 р.) знаходиться в Мурманській області, за 10 кілометрів на захід від міста Заполярного, на території геологічного Балтійського щита. Її глибина становить 12 262 метри. На відміну від інших надглибоких свердловин, які робилися для видобутку нафти чи геологорозвідки, СГ-3 було пробурено виключно на дослідження літосфери там, де кордон Мохоровичича. (скорочено кордон Мохо) - нижній кордон земної кори, де відбувається стрибкоподібне збільшення швидкостей поздовжніх сейсмічних хвиль.

Кольська надглибока свердловина була закладена на честь 100-річчя від дня народження Леніна, 1970 року. Товщі осадових порід на той час добре вивчені при видобутку нафти. Цікавіше було бурити там, де вулканічні породи віком близько 3 млрд. років (для порівняння: вік Землі оцінюється в 4,5 млрд. років) виходять на поверхню. Для видобутку з корисними копалинами такі породи рідко бурять глибше 1—2 км. Передбачалося, що вже на глибині 5 км гранітний шар зміниться на базальтовий. У найкращі рокина Кольській надглибокій свердловині працювало 16 дослідницьких лабораторій, їх займався особисто міністр геології СРСР.

Хоча очікувалося, що буде виявлено яскраво виражену межу між гранітами та базальтами, у керні по всій глибині виявлялися лише граніти. Однак за рахунок високого тискуспресовані граніти сильно змінювали фізичні та акустичні властивості. Як правило, піднятий керн розсипався від активного газовиділення в шлам, тому що не витримував різкої зміни тисків. Вийняти міцний шматок керна вдавалося тільки при дуже повільному підйомі бурового снаряда, коли «зайвий» газ, перебуваючи ще в підтиснутому до великого тиску стані, встигав з породи виходити. Густота тріщин на великій глибині, всупереч очікуванням, збільшувалася. На глибині була також вода, що заповнювала тріщини.

Цікаво, що коли в 1984 році в Москві проходив Міжнародний геологічний конгрес, на якому були представлені перші результати досліджень свердловини, то багато вчених жартома пропонували негайно закопати її, оскільки вона руйнує всі уявлення про будову земної кори. Справді, дивацтва почалися ще перших етапах проникнення. Так, наприклад, теоретики ще до початку буріння обіцяли, що температура Балтійського щита залишиться порівняно низькою до глибини, Крайній мірі,на 5 кілометрах навколишня температураперевалила 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.

«Маємо найглибшу дірку у світі - так треба користуватися!» – гірко вигукує незмінний директор науково-виробничого центру «Кольська надглибока» Давид Губерман. У перші 30 років існування Кольської надглибокої радянські, а потім російські вчені прорвалися на глибину 12 262 метри. Але з 1995-го буріння припинено: не було кому фінансувати проект. Того, що виділяється у межах наукових програмЮНЕСКО вистачає лише на підтримку бурової станції в робочому стані та вивчення раніше вилучених зразків порід.

Губерман із жалем згадує, скільки наукових відкриттіввідбулося на Кольській надглибокій. Буквально кожен метр був одкровенням. Свердловина показала, що майже всі наші попередні знання про будову земної кори невірні. З'ясувалося, що Земля зовсім не схожа на листковий пиріг.

Ще один сюрприз: життя на планеті Земля виникло, виявляється, на 1,5 мільярда років раніше, ніж передбачалося. На глибинах, де вважалося, що немає органіки, виявили 14 видів скам'янілих мікроорганізмів - вік глибинних верств перевищував 2,8 мільярда років. На ще більших глибинах, де немає осадових порід, з'явився метан у величезних концентраціях. Це повністю і повністю зруйнувало теорію біологічного походженнявуглеводнів, таких як нафта і газ. Були й майже фантастичні сенсації. Коли наприкінці 70-х років радянська автоматична космічна станціяпривезла на Землю 124 грами місячного ґрунту, дослідники Кольського наукового центру встановили, що він як дві краплі води схожий на проби з глибини 3 кілометрів. І виникла гіпотеза: Місяць відірвався від Кольського півострова. Тепер шукають де саме. До речі, американці, які привезли з Місяця півтонни ґрунту, так нічого розумного з ним і не зробили. Помістили в герметичні контейнери та залишили для досліджень майбутнім поколінням.

Цілком несподівано для всіх підтвердилися прогнози Олексія Толстого з роману «Гіперболоїд інженера Гаріна». На глибині понад 9,5 кілометрів виявили справжню криницю всіляких копалин, зокрема золота. Справжній шар олівіну, геніально передбачений письменником. Золота в ньому 78 грамів на тонну. До речі, промисловий видобуток можливий при концентрації 34 грами на тонну Але, що найдивовижніше, на ще більших глибинах, де вже немає осадових порід, було знайдено природний газ метан у величезних концентраціях. Це повністю і зовсім зруйнувало теорію біологічного походження вуглеводнів, таких як нафта та газ

З Кольською свердловиною були також пов'язані не лише наукові сенсації, а й таємничі легенди, більша частиназ яких виявилася під час перевірки вигадкою журналістів. Згідно з однією з них, першоджерелом інформації (1989 рік) стала американська телекомпанія Trinity Broadcasting Network, яка, у свою чергу, взяла історію з репортажу фінської газети. Начебто при бурінні свердловини, на глибині 12 тисяч метрів, мікрофони вчених записали крики та стогін.).Журналісти, навіть не подумавши про те, що просунути на подібну глибину мікрофон просто не можливо (який звукозаписний прилад зможе працювати при температурі понад двісті градусів?) написали про те, що буровики почули "голос з пекла".

Після цих публікацій Кольську надглибоку свердловину стали називати "дорогою в пекло", стверджуючи, що кожен новий пробурений кілометр приніс нещастя країні. Говорили про те, що коли буровики вели прохідку тринадцятої тисячі метрів, розпався СРСР. Ну а коли свердловину пробурили до глибини 14,5 км (чого насправді не сталося), раптом натрапили на незвичайні порожнечі. Зацікавлені цим несподіваним відкриттям, буровики спустили туди мікрофон, здатний працювати при надзвичайно високих температурах, та інші датчики. Температура всередині нібито досягала 1,100 ° C - була жар вогненних палат, в яких, нібито, можна було почути людські крики.

Ця легенда досі кочує неосяжними просторами Інтернету, переживши саму винуватку цих пліток — Кольську свердловину. Роботу на ній припинили ще 1992 року через брак фінансування. До 2008 року вона перебувала у законсервованому стані. А через рік було ухвалено остаточне рішення відмовитися від продовження досліджень та демонтувати весь науково-дослідний комплекс, а свердловину – "закопати". Остаточна ліквідація свердловини відбулася влітку 2011 року.
Так що, як бачите, і цього разу вченим не вдалося дістатися мантії та дослідити її. Однак це не означає, що Кольська свердловина нічого не дала науці — навпаки, вона перевернула всі їхні уявлення про будову земної кори.

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. Отримали інформацію, можна сказати, "з перших рук" про фізичному стані, властивостях та складі 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. 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 змістзолота – 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.

Земні надра містять так само багато загадок, як неосяжні простори Всесвіту. Саме так думають деякі вчені, і вони частково мають рацію, адже людина досі точно не знає, що саме знаходиться у нас під ногами глибоко під землею. За весь час існування земної цивілізації ми змогли заглибитись усередину планети трохи більше ніж 10 кілометрів. Цей рекорд був поставлений ще в 1990 році і протримався до 2008 року, після чого кілька разів оновлювався. У 2008 році була пробурена похила нафтова свердловина Maersk Oil BD-04A, довжиною 12290 метрів (нафтовий басейн Аль-Шахін в Катарі). У січні 2011 року на родовищі Одопту-море (проект Сахалін-1) було пробурено похилу нафтову свердловину глибиною 12345 метрів. Рекорд з глибини буріння на Наразіналежить свердловині Z-42 Чайвінського родовища, глибина якої становить 12 700 метрів.

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.

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. Однак буріння на всіх трьох, так само як і на СГ, було припинено через аварії та технічних причинпоки 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 року радянським військамвдалося прорвати фронт.

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

Кольська надглибока свердловина. На малюнку праворуч: А. Прогноз геологічного розрізу. Б. Геологічний розріз, побудований на підставі даних буріння СГ (стрілки від колонки А до колонки Б вказують на якій глибині зустрінуті прогнозовані породи). На цьому розрізі верхня частина(до 7 км) – товща протерозою з шарами вулканічних (діабази) та осадових порід (пісковики, доломіти). Нижче 7 км - товща архея з пачками порід, що повторюються (в основному гнейси і амфіболіти). Її вік – 2,86 млрд. років. В. Стовбур свердловини з багатьма пробуреними і втраченими стовбурами (нижче 7 км) формою нагадує розгалужене коріння гігантської рослини. Свердловина наче звивається, бо бур постійно відхиляється у бік менш міцних порід.

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 інженер І. 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" і "шульги" (особливо відрізнявся С. Цериковський), які вигадували і виготовляли різні пристрої, що 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.

На зразках керна праворуч добре видно косі смужки, що означають, що тут свердловина проходила через пласти, розташовані похило.

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 півострові і 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 аваріїна першому ж рейсі 27 вересня 1984 - "чорна дата" в історії СГ. Свердловина не прощає, коли її надовго залишають поза увагою. За час, поки не велося буріння, в 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. Слід сказати, що саме 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 тільки вивчати керн, який справді незамінний при визначенні будови породи, її складу, властивостей, віку.

Але зразок породи, піднятий поверхню, має інші властивості, ніж у масиві. Тут, нагорі, його звільнено 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 найміцнішим прошаркам.

Отже, керн, піднятий на СГ зі свердловини, не дає повної інформаціїпро глибинні породи.

Свердловини бурили із науковими цілями, тому використовувався весь комплекс сучасних методівдослідження. 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 200оС, 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. Нарешті 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 технічний стан свердловини. Складаємо та затверджуємо докладну програму вимірювань. 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

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 20оС на 1 км замість очікуваного (як і у верхній частині) 16оС 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 наукА. ОСАДЧИЙ.

ЛІТЕРАТУРА

Кольська надглибока. М.: Надра, 1984.
Кольська надглибока. Наукові результатита досліди дослідження. М., 1998.
Козловський Є. А. Всесвітній форум геологів. "Наука життя" № 10, 1984.
Козловський Є. А. Кольська надглибока. "Наука життя" № 11, 1985.

Sredao.ru котеджні селища від СЕРЕДОВИЩА ПРОЖИВАННЯ

Sredao.ru таунхауси від бюро нерухомості СЕРЕДОВИЩА ПРОЖИВАННЯ

У 50-70 роках минулого століття світ змінювався із неймовірною швидкістю. З'явилися речі, без яких важко уявити сьогоднішній світ: з'явився інтернет, комп'ютер, стільниковий зв'язок, підкорення космосу та морських глибин. Людина стрімко розширювала сфери своєї присутності у Всесвіті, але про будову свого «будинку» - планети Земля вона все ще мала досить приблизні уявлення. Хоча вже тоді ідея надглибокого буріння була нова: ще 1958 року американці запустили проект «Mohole». Його назва утворена від двох слів:

Moho- Поверхня, названа на честь Андрія Мохоровичіча - хорватського геофізика і сейсмолога, що виділив в 1909 нижню межу земної кори, на якій відбувається стрибкоподібне збільшення швидкості сейсмічних хвиль;
Hole- свердловина, дірка, отвір. З припущень, що товщина земної кори під океанами набагато менше, ніж суші, неподалік острова Гуаделупе було пробурено 5 свердловин глибиною близько 180 метрів (при глибині океану до 3,5 км). За п'ять років дослідники пробурили п'ять свердловин, зібрали безліч зразків із базальтового шару, але до мантії не дійшли. У результаті проект був визнаний невдалим і роботи згорнули.

Незважаючи на те, що на дворі стоїть XXI століття, внутрішня будоваНашої планети вивчено дуже мало. Ми добре знаємо про те, що твориться в далекому космосі, в той же час ступінь проникнення в таємниці Землі можна порівняти з легким шпильковим уколом у поверхню кірки кавуна.
У середині 1950-х, коли бурильники навчилися робити свердловини глибиною понад 7 км, людство наблизилося до здійснення амбітного завдання – пройти крізь земну кору і подивитися, що ховається під нею. Найближче до цієї мети підійшли наші співвітчизники, які пробурили Кольську надглибоку свердловину.
Тверда оболонка Землі напрочуд тонка щодо її розмірів - товщина кори варіюється в межах 20-65 км на суші і 3-8 км під океаном, займаючи менше 1% обсягу планети. За нею знаходиться великий шар - мантія, - на чию частку припадає основний обсяг Землі. Ще нижче знаходиться щільне ядро, що складається переважно із заліза, а також нікелю, свинцю, урану та інших металів. Між корою і мантією виділяється прикордонна зона, названа на ім'я югославського вченого, що її відкрив, поверхнею (кордоном) Мохоровича, або скорочено - Мохо. У цій зоні швидкість поширення сейсмічних хвиль різко зростає. Існує низка гіпотез, покликаних пояснити це явище, проте загалом воно залишається нерозгаданим.

Найважливішою метою найсерйозніших проектів щодо глибокого буріння, запущених у другій половині XX ст., був саме цей таємничий прошарок. Досягти його дослідникам так і не вдалося, проте дані про будову земної кори, отримані під час буріння надглибоких свердловин, виявилися настільки несподіваними, що кордон Мохоровича ніби відійшов на другий план. Спершу знадобилося пояснити загадки, виявлені у вищих шарах.
Першими за глибинне буріння земної кори з науковою метою взялися американці. У 1960-х ними було запущено науковий проектМохол (Mohole), який передбачав створення підводних за допомогою спеціальних бурових суден. Протягом наступних тридцяти років у морях та океанах з'явилося понад 800 свердловин, багато з яких розташовані на глибинах понад 4 км. Найдовша свердловина змогла заглибитися в морське дно всього на 800 м, і все ж таки отримані дані мали колосальне значення для геології. Зокрема, вони стали вагомим підтвердженням т.зв. тектонічної теорії, згідно з якою в основі континентів лежать тверді літосферні плити, що повільно плавають, занурені в мантію рідку.

Зрозуміло, СРСР не міг відстати від заокеанського конкурента, тому в середині 1960-х і ми запустили численні проекти з дослідження земної кори. Радянські вчені пішли дещо іншим шляхом, вирішивши бурити свердловини над море, але в землі. Найвідомішим і найуспішнішим проектом подібного роду є Кольська надглибока свердловина – найглибша «дірка в землі» з усіх, коли-небудь зроблених людиною. Свердловина розташована на північному краю Кольського півострова. Це місце було вибрано зовсім не випадково – протягом сотень мільйонів років природна ерозія руйнувала поверхню Кольського кристалічного щита, здираючи з нього верхні шари породи. У результаті поверхні виявилися древні архейські верстви, відповідні глибинам в 5-10 км для середньостатистичного розрізу земної кори континентального типу. 15-кілометрова проектна глибина свердловини дозволяла вченим сподіватися досягнення загадкової поверхні Мохоровича.
Буріння Кольської свердловини почалося 1970 р, а закінчилося воно понад 20 років – у 1994 р. Спершу бурильники працювали цілком традиційними методами: у свердловину опускалася колона з легкосплавних труб, на кінці якої укріплений металевий циліндричний бур з алмазними зубами і датчиками. Колону обертав двигун, що розташований на поверхні. У міру збільшення глибини свердловини до труб додавали нові секції. Періодично всю колону доводилося піднімати на поверхню, щоб витягти вирізаний керн породи і замінити коронку, що затупилася. На жаль, ця відпрацьована технологія стає неефективною, коли глибина свердловини перевищує певну позначку: тертя труб об стінки свердловини стає занадто великим, щоб весь цей величезний вал можна було провертати. Щоб подолати цю скруту, інженери розробили схему, за якої оберталася лише головка бурильної установки. На кінці колони зміцнили турбіни, через які пропускався буровий розчин - спеціальна рідина, яка виконує роль мастила і циркулює трубами. Ці турбіни і змушували бурі обертатися.

Зразки, витягнуті поверхню у процесі буріння, зробили у геології справжній переворот. Існували уявлення про будову земної кори виявилися далекі від реальності. Першим сюрпризом стала відсутність переходу від граніту до базальту, що його вчені очікували побачити на глибині близько 6 км. Сейсмологічні дослідження свідчать, що у цьому районі швидкість поширення акустичних хвиль різко змінюється, що інтерпретувалося як початок базальтового фундаменту земної кори. Однак і після зони переходу на поверхню продовжували підніматися граніти та гнейси. З цього моменту стало ясно, що панівна модель двошарової земної кори неправильна. Нині наявність сейсмічного переходу пояснюється зміною властивостей породи за умов зростання тиску і температури.
Ще дивовижнішим відкриттям був той факт, що породи, розташовані на глибинах понад 9 км, виявилися надзвичайно пористими. До цього вважалося, що в міру збільшення глибини і тиску вони, навпаки, повинні ставати все більш щільними. Мініатюрні тріщини заповнював водний розчин, чиє походження тривалий час залишалося абсолютно незрозумілим. Пізніше було висунуто теорію, за якою виявлена вода утворюється з атомів водню і кисню, які «видавлюються» з навколишньої породи під впливом колосальних тисків.
Ще один сюрприз: життя на планеті Земля виникло, виявляється, на 1,5 мільярда років раніше, ніж передбачалося. На глибині 6,7 км, де вважалося, що немає органіки, виявили 14 видів скам'янілих мікроорганізмів. Вони були знайдені в вкрай нехарактерних вуглецевих відкладеннях (замість звичайного вапняку або кремнезему), вік яких перевищував 2,8 мільярда років. На ще більших глибинах, де немає осадових порід, з'явився метан у величезних концентраціях. Це повністю і зовсім зруйнувало теорію біологічного походження вуглеводнів, таких як нафта та газ.
Вчених дуже здивувала і швидкість, з якою зростала температура в міру поглиблення свердловини. На позначці в 7 км вона досягала 120 ° C, а на глибині в 12 км - вже 230 ° C, що було на третину вище запланованого значення: температурний градієнт кори склав майже 20 градусів на 1 км, замість очікуваних 16-ти. Також було з'ясовано, що половина теплового потоку має радіогенне походження. Висока температура негативно позначалося на роботі коронки, тому буровий розчин стали охолоджувати перед закачуванням у свердловину. Цей захід виявився досить ефективним, проте після проходження позначки в 12 км і він уже не зміг забезпечити достатнє відведення тепла. До того ж здавлена і нагріта порода набувала деяких властивостей рідини, внаслідок чого свердловина починала запливати при черговому витягу бурової колони. Подальше просування вперед виявилося неможливим без нових технологічних рішень та суттєвих грошових витрат, тому 1994 р. буріння було припинено. На той час свердловина встигла заглибитися на 12262 м.

На глибині 410-660 км під поверхнею Землі океан архейського періоду. Подібні відкриття були б неможливі без методів надглибинного буріння, розроблених та застосовуваних у Радянському Союзі. Один із артефактів тих часів – Кольська надглибока свердловина (СГ-3), яка навіть через 24 роки з моменту припинення буріння залишається найглибшою у світі. Навіщо її пробурили та які відкриття вона допомогла зробити, розповідає «Лента.ру».

Піонерами надглибокого буріння виступили американці. Щоправда, на просторах океану: у пілотному проекті вони задіяли судно Glomar Challenger, сконструйоване саме з цією метою. Тим часом у Радянському Союзі активно розробляли відповідну теоретичну базу.

У травні 1970 року на півночі Мурманської області за 10 кілометрів від міста Заполярного почалося буріння Кольської надглибокої свердловини. Як і належало, це приурочили до сторіччя від дня народження Леніна. На відміну від інших надглибоких свердловин СГ-3 бурили виключно для наукових цілей і навіть організували спеціальну геологорозвідувальну експедицію.

Місце буріння обрали унікальне: саме на Балтійському щиті у районі Кольського півострова на поверхню виходять стародавні породи. Вік багатьох із них сягає трьох мільярдів років (найнашій планеті - 4,5 мільярда років). Крім того, тут Печенга-Імандра-Варзузький рифтогенний прогин - вдавлена в давні породи чашоподібна структура, походження якої пояснюють глибинним розломом.

Вченим знадобилося чотири роки, щоб пробурити свердловину на глибину 7263 метри. Поки що нічого незвичайного не робилося: застосовувалася та ж установка, що і при видобутку нафти з газом. Потім свердловина простояла без діла цілий рік: установку модифікували для турбінного буріння. Після апгрейду вдавалося бурити приблизно 60 метрів на місяць.

Глибина за сім кілометрів зробила сюрпризи: чергування твердих і не дуже щільних порід. Почастішали аварії, а в стовбурі свердловини виникло багато каверн. Буріння тривало до 1983 року, коли глибина СГ-3 сягнула 12 кілометрів. Після цього вчені зібрали велику конференцію та розповіли про свої успіхи.

Однак через неакуратне поводження з бурем у шахті залишилася секція завдовжки п'ять кілометрів. Кілька місяців її намагалися дістати, але не досягли успіху. Вирішили знову почати буріння з глибини сім кілометрів. Через складність операції бурили не тільки основний стовбур, а й чотири додаткові. На те, щоб відновити втрачені метри, пішло цілих шість років: 1990-го свердловина досягла глибини 12262 метри, ставши найглибшою у світі.

Через два роки буріння було зупинено, згодом свердловину законсервували, а фактично закинули.

Проте на Кольській надглибокій свердловині зробили чимало відкриттів. Інженери створили цілу систему надглибокого буріння. Складність полягала у глибині, а й у високих температурах (до 200 градусів Цельсія) через інтенсивність роботи бурів.

Вчені не просто просувалися вглиб Землі, а й піднімали зразки порід та керни для аналізу. До речі, саме вони вивчали місячний ґрунт і з'ясували, що за складом він майже повністю відповідає породам, витягнутим із свердловини з глибини близько трьох кілометрів.

На глибині понад дев'ять кілометрів вийшли на поклади корисних копалин, у тому числі золота: в оливиновому шарі його цілих 78 грамів на тонну. І це не так мало - видобуток золота вважають можливим при 34 грамах на тонну. Приємним сюрпризом для вчених, а також для найближчого комбінату стало виявлення нового рудного горизонту з мідно-нікелевих руд.

Крім іншого, дослідники з'ясували, що граніти не переходять в суперміцний базальтовий шар: насправді за ним розташовувалися архейські гнейси, які зазвичай відносять до тріщинуватим породам. Це справило свого роду революцію в геолого-геофізичній науці і повністю змінило традиційні уявлення про надра Землі.

Ще один приємний сюрприз- Відкриття на глибині 9-12 км високопористих тріщинуватих порід, насичених сильно мінералізованими водами. На думку вчених, саме вони відповідальні за утворення руд, але раніше вважалося, що це відбувається лише на набагато менших глибинах.

Крім того, з'ясувалося, що температура надр трохи вища, ніж передбачалося: на глибині шести кілометрів був отриманий температурний градієнт в 20 градусів Цельсія на кілометр замість 16, що очікувалися. Було встановлено радіогенне походження теплового потоку, що також не узгоджувалося з попередніми гіпотезами.

У глибинних шарах віком понад 2,8 мільярда років вчені виявили 14 видів скам'янілих мікроорганізмів. Це дозволило зрушити час виникнення життя на планеті півтора мільярда років тому. Також дослідники з'ясували, що на глибинах немає осадових порід і є метан, який назавжди поховав теорію біологічного походження вуглеводнів.