Кольська надглибока свердловина в Харцизької області

Спроба вивчити геологічний розріз і товщу вулканічних порід, що виходять на поверхню землі, спонукало наукові центри та, іже з ними, науково-дослідні організації виявити походження глибинних розломів. Справа в тому, що структурні зразки порід, раніше витягнуті з надр Землі і Місяця, представляли тоді рівний інтерес для вивчення. І вибір точки закладення гирла упав на існуючий величезний чашеподобний прогин, походження якого пов'язують із наявністю глибинного розлому на ділянці Кольського півострова.

Кольська СГ (надглибока), нижче глибини 5000 метрів, передбачала виявити розділ гранітних і базальтових пластів. Цього не сталося. Бурильний снаряд порушували тверді гранітні породи до позначки 7000 метрів. Далі проходка пішла по, щодо, м'яким грунтам, що і стало причиною обвалення стінок стовбура і освіти каверн. Обсипаний грунт заклинювало головку інструменту настільки, що при підйомі колона труб обривалася, приводячи до аварії. Кольська свердловина повинна була підтвердити або спростувати ці давно усталені вчення. До того ж вчені кола не ризикували вказувати інтервали, де саме проходять межі між цими трьома шарами. Кольська свердловина призначалася для розвідки і вивчення родовищ мінеральних ресурсів, визначення закономірності і поетапного освіти полів залягання запасів сировини. В основу було покладено, перш за все, наукова обгрунтованість теорії фізичних, гідрогеологічних та інших параметрів глибин Землі. І достовірну інформацію про геологічну будову надр могла дати тільки надглибока проходка стовбура.

Тим часом, багаторічна підготовка до початку бурових робіт, передбачала: можливість зростання температури в міру поглиблення, збільшення гідростатичного тиску пластів, непередбачуваність поведінки порід, їх стійкість в зв'язку з наявністю гірського і пластового тисків.

Успішними стали технічні напрацювання в області:
- підвищення вантажопідйомності, потужності та інших характеристик бурової оснащення та обладнання;
- термостойкости породоразрушающего інструменту;
- автоматизації управління всіма етапами процесу буріння;
- обробки інформації, що надходить з забійної зони;
- попередження про аварійні ситуації з бурильної трубою або обсадної колоною.

Проходка сверхглубокого стовбура повинна була виявити вірність або хибність наукової гіпотези про глибинну будову планети.

Метою цього, досить витратного, будівництва передбачалися дослідження:
1. Глибинне будова Печенгского родовища нікелю і кристалічної підошви Балтійського щита півострова. Розшифровка контуру родовища поліметалів на Печензі укупі з проявами рудних тіл.
2. Вивчення природи і сил, що викликають розділ пластових кордонів континентальної кори. Виявлення зон пластів, мотивів і характеру освіти високої температури. Визначення фізичного і хімічного складу води, газів, що утворюються в тріщинах, порах порід.
3. Отримання вичерпної матеріалу по речовому складу порід та інформації про інтервали розділу гранітного і базальтового «прокладок» кори. Всебічне вивчення фізико-хімічних властивостей вилученого керна.
4. Розробка передових технічних засобів і нових технологій проходки надглибоких стовбурів. Можливість застосування геофізичних методів дослідження в зоні рудних проявів.
5. Розробка і створення новітньої апаратури спостереження, випробування, дослідження, контролю ходу бурового процесу.

Кольська свердловина здебільшого відповідала науковим цілям. У завдання входило вивчення найдавніших порід, з яких складена планета і пізнання таємниць процесів, в них відбуваються.

Геологічне обґрунтування буріння на Кольському півострові

Розвідка та видобуток покладів корисних руд завжди зумовлюється бурінням глибоких свердловин. І чому на Кольському півострові і саме в Харцизької області, і обов'язково на Печензі. Причиною тому послужив факт того, що цей регіон вважався справжньою коморою мінеральних ресурсів, з багатющими запасами великого розмаїття рудної сировини (нікель, магнетити, апатити, слюда, титан, мідь).

Однак геологічна викладка, виконана на основі керна з свердловини, виявила абсурдність світового наукового думки. Семи кілометрова глибина виявилася складеної з вулканічних і осадових порід (туфи, пісковики, доломіт, брекчії). Нижче цього інтервалу, як передбачалося, повинні були знаходитися породи, що розділяють гранітний і базальтовий структури. Але, на жаль, базальти так і не з'явилися.

Висловлюючись геологічними термінами, Балтійський щит півострова з частковим охопленням територій Норвегії, Швеції, Фінляндії та Карелії мільйони століть піддавалися ерозії і еволюції. Природні сплески, руйнівні процеси вулканізму, явища магматизму, метаморфічні видозміни порід, осадкообразованія найбільш чітко закарбувалися на геологічному літописі Печенги. Це та частина Балтійського складчастого щита, де мільярди років складалася геологічна історія пластових і рудних проявів.

Особливо, багатовікової корозії піддавалися північна і східна частини поверхні щита. В результаті чого льодовики, вітер, вода та інші природні катаклізми, як би здирали (шкребли) верхні пласти порід.

Підставою вибору місця закладки свердловини послужила серйозна ерозія верхніх шарів і оголення древніх архейських утворень Землі. Ці оголення значно наближали і полегшували доступ до підземних комор природи.

Конструкція надглибокої свердловини

Надглибокі споруди мають обов'язкову телескопічну конструкцію. У нашому випадку, початковий діаметр гирла мав 92 см, а кінцевий 21,5.

Технічна оснащеність бурової установки для буріння надглибокої свердловини

Далі, проходка здійснювалася з інтервалу 7264 метра вітчизняної установкою «Уралмаш-15000», з інноваційної точки зору, більш потужним спорудою, вантажопідйомністю 400 тонн. Комплекс був укомплектований безліччю технічних, технологічних, електронних і інших передових розробок.

Кольська свердловина була оснащена високотехнологічної та автоматизованої структурою:
1. Розвідувальна бурова установка. з потужним підставою, на якому змонтована сама секційна вишка, висотою в 68 метрів. Призначалася для здійснення:

проходка стовбура, операції спуск - підйому снаряда і інші допоміжні дії;
утримання провідної і всієї колони труб, як на вазі, так і процесі буріння;
розміщення секцій (свічок) бурильних труб, в тому числі обважнених (УБТ), талевої системи.

У внутрішньому просторі вежі розміщувалися також кошти СП (спуск - підйому), інструменти. Тут же розміщувалися засоби безпеки і можливої екстреної евакуації верхового (помічника бурильника).

2. Силова і технологічне оснащення, енергетичні та насосні агрегати.

3. Циркуляційна і противикидного система, цементувальні обладнання.

4. Система автоматизації, управління, контролю процесу.

5. Електротехнічне забезпечення, засоби механізації.

6. Комплекс вимірювального обладнання, лабораторна техніка та багато іншого.

При відсутності технічних проблем, рейсова проходка становила 4 години, а операція спуск - підйому 12-кілометрової колони труб займала 18 годин. Механічна швидкість поглиблення на деяких інтервалах не перевищувала 3 м / год. Тобто між операціями спуск - підйому, проходка становила не більше 6-10 метрів.

Середня проходка в місяць становила 60 погонних метрів. На останні ж 5000 метрів буріння в результаті інтенсивного зносу, було витрачено 50000 метрів труб. Проходка до інтервалу 7263 велася протягом 4 років. З інтервалу 7264 метра проходка здійснювалася спеціально розробленої буровою установкою «Уралмаш-15000», за допомогою якої вдалося досягти глибини 12262 метра.

Технологія проходки надглибокої Кольської свердловини

Для буріння сверхглубокого стовбура, традиційно, застосовувався забійний двигун, який розміщувався на кінці бурового снаряда. Двигун у вигляді невеликої турбіни обертався під дією розчину, що закачується в свердловину з поверхні. Колона труб, що спускаються на глибину, а в нашому випадку більше 12 тисяч метрів, виготовлявся з легких, але міцних, наприклад, алюмінієвих або титанових сплавів. Вага такої труби значно легше сталевий, загальна маса якої перевищувала не одну сотню тонн.

Плюс до всього, на великих інтервалах існувало невідповідність тиску стовпа глинистого розчину і ваги гірських порід. Така ситуація ставала причиною обвалення стінок стовбура і заклинювання бурового снаряда разом з інструментом. Щоб уникнути аварії, постійно виникала необхідність врівноваження гірського тиску шляхом підвищення щільності, що нагнітається в свердловину, розчину. Складною технологічною завданням вважалася робота бурового снаряда в середовищі високих температур. Це ускладнювало надійну роботу металевих труб, долота (коронки), мастила, розчину, вимірювальної техніки.

Складність в тому, що сучасна бурова техніка не розрахована на тривалу експлуатацію в режимі високих температур. Зокрема, термостійкість бурильного снаряда виявлялася перезавантажених при температурі 200-220 ° C. Серйозні проблеми (150 ° C) мали місце в роботі електронної та іншої апаратури. Цементні розчини з водної складової при 130-150 ° C починали міняти свої характерні властивості. Зміна щільності і в'язкості змушувало використовувати суміші на нафтовій основі.

Тим часом теорія стверджувала, що температура на інтервалі 15000 метрів буде, порівняно низькою, але на 5 - кілометровій глибині температура дійшла до 70 ° C, на 7-му склала 120 ° C, а на 12 кілометрі, підземний жар перевищив 220 ° C. Це досить висока температура, яка вважається однією з причин, що ускладнюють проникнення в незвідані надра.

Технічно складна задача була викликана і безліччю факторів самоіскрівленія стовбура свердловини (малюнок нижче), через неоднорідною щільності порід і нерівномірного їх руйнування. Так Кольський забій на інтервалі 12 км, мав відхилення в 840 метрів.

Досягнення надглибокої Кольської свердловини (коротко)

На надглибокому бурінні були задіяні вимірювальні прилади, які контролюють процеси в стовбурі, до самого забою. Традиційний каротаж з приладами, спущеними в свердловину на кабелі з термостійкого матеріалу, вже не відповідали нагальним вимогам. Але сучасна телеметрична, електронна і численна автономна вимірювальна апаратура, що спускається вниз, могла, в разі потреби, вилучатись на поверхню потоком глинистого розчину. При цьому сигнали приладів і різних датчиків могли передаватися імпульсами тиску через буровий розчин. В результаті були отримані цінні відомості про зміни теплових режимів і водних складових з раніше недоступних глибин.

Але головним очікуванням геологів було перетину гранітного і передбачуваного базальтового шарів кори Землі. На жаль, очікування не виправдалися.

Незважаючи на розбіжності в науковому середовищі, геологічна природа і структура земної «плоті» на низьких інтервалах досі залишається спірною.

Здавалося б, нинішній технічний рівень дозволяє вести проходку надглибоких стовбурів на 10-15 тис. Метрів. І науковий підхід дає підставу вважати, що такі технічні інновації не змусять довго чекати. На це орієнтовані програми і технології наукового методу буріння, що саме по собі вважається претендентом технічного поступу, особливо, якщо задіяна міжнародна кооперація. Про це свідчить широкий спектр унікального обладнання, яке забезпечило буріння глибокої свердловини в Радянському Союзі. Підтвердженням тому і цінні наукові дослідження, проведені в результаті проходки сверхглубокого стовбура в Німеччині.

Всупереч науці і нові відкриття при бурінні надглибокої свердловини

Так, що відбувається в глибині земної планети. Адже Земля і її температурні, радіаційні, термодинамічні та інші характеристики на великих глибинах вивчалися десятки років. Незважаючи на те, що кожен метр проходки супроводжувався науковим відкриттям, Кольська свердловина виявила серйозні помилки вчених про будову і склад кори планети. Наукові обґрунтування про пошаровим конструкції Землі закінчилися на 4-му кілометрі. Далі науці все стало непідвладне. Чи не виправдала себе і теорія про підвищеної щільності нижче лежачих порід. Навпаки, на великих глибинах гірські породи опинилися поцятковані тріщинами і порами.

Непередбачуваним стало і наявність великої концентрації газу метану, де його не повинно було бути, оскільки там осадові породи відсутні. Ось вам і наука. Вважалося, що прояви метану несумісне з теорією походження таких вуглеводнів, як нафта і газ. Це нонсенс, який не тільки спростував, але і зруйнував теорію утворення вуглеводнів

Пекельні вести і мифи огорнули Кольському свердловину

Залишається сподіватися на чергову свердловину, яку коли - небудь пройдуть, бо все це схоже на ОБС (Одна Баба Сказала). Разом з тим дилетантство в області містики, не дає підстави порушувати почуттів забобонних людей.

Але дозволено буде нагадати: процес буріння, особливо в нестійких породах, супроводжується утворенням каверн. Це обвалення (обвал) стінок призводить до утворення пустот (ям, котлованів), часом об'ємних. Якщо вдається витягти снаряд, то проходка триває. У разі заклинювання, коли інструмент витягти не вдається, ситуація вважається аварійною і буріння триває з іншого позначки. Спускається обсадная колона до твердої породи, а затрубний порожнину (каверна) не заповнюються. Це практично неможливо по ряду причин. Відірвана бурильна труба, падаючи майже вертикально з великою швидкістю, видає дуже сильний, своєрідний свист. Виходячи під тиском, через різну щільність порід, повітря призводить до детонації труб і викликає звуки різної тональності, аж до людських голосів. А при 12 з гаком кілометрів, явище цілком можливе.

До речі сказати, черепашка, прикладена до вуха, імітує морський шум, хоча моря і в помині немає. Це маленьке відхилення від суті справи.

І так ми маємо: численні викривлення стовбура, наявність різних розмірів каверн, відірвані і залишені в забої, частково порожнисті, труби, рух (зміщення) літосферних плит, непередбачену температуру середовища, наявність газів, вібрацію обсадної колони і не тільки. Всі ці накопичуються з кожним днем коливання повітря і газів повинні були, рано чи пізно, вирватися назовні. А можливо вибухнути і потім вирватися. Тобто випустити внутрішній «пар». Це сталося паралельно з обривом бурильної колони на глибині 12262 метра. Не виключено, що «видих» Землі стався в результаті цього обриву.

Кольська надглибока свердловина і 20 з гаком років потому

Кольська свердловина дала уявлення про реальний будову континентальної кори. Сформувала поняття про неоднорідність і хибності пластових кордонів. Внесла наукові корективи в геофізичні вимірювання та геологічні уявлення. Отримано новітня інформація з інтерпретацією цінних геофізичних даних. Унікальність свердловини і в тому, що дізнавшись багато, науці належить ще багато чого зрозуміти про будову планети Земля. Це дає підставу вважати, що надглибоке буріння - єдиний шлях наукового розвитку геології, як науки.

Зараз працює лише Кольський науковий центр української академії наук у якому донині вивчають керн видобутий з надглибокої свердловини.

Сам же керн вивезений в місто Луцьк, де зараз і зберігається.