Самая глубокая скважина на земле — услышать сердцебиение Земли. Тайны кольской сверхглубокой скважины

Сегодня научные изыскания человечества добрались до рубежей Солнечной системы: мы высаживали космические аппараты на планеты, их спутники, астероиды, кометы, отправили миссии к поясу Койпера и пересекли границу гелиопаузы. С помощью телескопов мы видим события, происходившие 13 миллиардов лет назад - когда Вселенной исполнилось всего несколько сотен миллионов лет. На фоне этого интересно оценить, насколько хорошо мы знаем нашу Землю. Лучший способ узнать ее внутреннее строение - пробурить скважину: чем глубже, тем лучше. Самая глубокая скважина на Земле - Кольская сверхглубокая, или СГ-3. В 1990 году ее глубина достигла 12 километров 262 метров. Если сравнить эту цифру с радиусом нашей планеты, то окажется, что это всего 0,2 процента пути до центра Земли. Но даже этого оказалось достаточно, чтобы перевернуть представления о строении земной коры.

Если вы представляете себе скважину как шахту, по которой можно спускаться на лифте в самые недра земли или хотя бы на пару километров, то это совсем не так. Диаметр бурового инструмента, с помощью которого инженеры создавали скважину, составлял всего 21,4 сантиметра. Верхний двухкилометровый отрезок скважины немного шире - его расширяли до 39,4 сантиметра, но все равно человеку туда никак не попасть. Чтобы представить себе пропорции скважины, лучшей аналогией будет 57-метровая швейная игла с диаметром в 1 миллиметр, немного утолщенная с одного конца.

Схема скважины

Но и это представление будет упрощенным. За время бурения на скважине происходило несколько аварий - часть буровой колонны при этом оказывалась под землей без возможности ее извлечь. Поэтому несколько раз скважину начинали проходить заново, с отметок в семь и девять километров. Есть четыре крупных ответвления и около десятка мелких. У основных ответвлений разная предельная глубина: два из них пересекают отметку в 12 километров, еще два не доходят до нее всего на 200-400 метров. Заметим, что глубина Марианской впадины на километр меньше - 10 994 метра относительно уровня моря.

Горизонтальная (слева) и вертикальная проекции траекторий СГ-3

Ю.Н. Яковлев et al. / Вестник Кольского научного центра РАН, 2014

Более того, было бы ошибкой воспринимать скважину как отвесную линию. Из-за того что на разных глубинах породы обладают разными механическими свойствами, бур в ходе работы отклонялся к менее плотным областям. Поэтому в большом масштабе профиль Кольской сверхглубокой выглядит как немного изогнутая проволока с несколькими ответвлениями.

Подойдя к скважине сегодня, мы увидим лишь верхнюю часть - металлический люк, привинченный к устью двенадцатью массивными болтами. Надпись на нем сделана с ошибкой, правильная глубина - 12 262 метра.

Как бурили сверхглубокую скважину?

Для начала необходимо отметить, что СГ-3 изначально задумывалась именно для научных целей. Исследователи выбрали для бурения место, где на поверхность земли выходили древние породы - возрастом до трех миллиардов лет. Один из аргументов при разведке состоял в том, что молодые осадочные породы были хорошо изучены при добыче нефти, а глубоко в древние слои никто еще не бурил. Кроме того, здесь находились и крупные медно-никелевые месторождения, разведка которых была бы полезным дополнением к научной миссии скважины.

Бурение началось в 1970 году. Первая часть скважины была пробурена серийной установкой «Уралмаш-4Э» - ее обычно использовали для бурения нефтяных скважин. Модификация установки позволила достичь глубины 7 километров 263 метра. На это ушло четыре года. Затем установку сменили на «Уралмаш-15000», названную так в честь запланированной глубины скважины - 15 километров. Новая буровая была разработана специально для Кольской сверхглубокой: бурение на таких больших глубинах требовало серьезной доработки техники и материалов. К примеру, один только вес буровой колонны при 15-километровой глубине достигал 200 тонн. Сама установка могла поднимать груз вплоть до 400 тонн.

Буровая колонна состоит из труб, соединенных между собой. С ее помощью инженеры опускают на дно скважины инструмент для бурения, и она же обеспечивает его работу. На конце колонны устанавливали специальные 46-метровые турбобуры, приводимые в движение потоком воды с поверхности. Они позволяли вращать дробящий породу инструмент отдельно от всей колонны.

Коронки, с помощью которых буровая колонна вгрызалась в гранит, вызывают ассоциации с футуристическими деталями от робота - несколько вращающихся шипастых дисков, соединенных с турбиной сверху. Одной такой коронки хватало всего на четыре часа работы - это примерно соответствует проходу на 7-10 метров, после чего всю буровую колонну нужно поднимать, разбирать и затем опускать заново. Постоянные спуски и подъемы сами по себе занимали до 8 часов.

Даже трубы для колонны в Кольской сверхглубокой пришлось использовать необычные. На глубине постепенно растут температура и давление, и, как рассказывают инженеры, при температурах свыше 150-160 градусов сталь серийных труб размягчается и хуже держит многотонные нагрузки - из-за этого возрастает вероятность опасных деформаций и обрыва колонны. Поэтому разработчики выбрали более легкие и термостойкие алюминиевые сплавы. Каждая из труб имела длину около 33 метров и диаметр около 20 сантиметров - немного уже самой скважины.

Однако даже специально разработанные материалы не выдерживали условий бурения. После первого семикилометрового отрезка на дальнейшее бурение до отметки 12 000 метров ушло почти десять лет и более 50 километров труб. Инженеры столкнулись с тем, что ниже семи километров породы стали менее плотными и трещиноватыми - вязкими для бура. Кроме того, ствол самой скважины исказил форму и стал эллиптичным. В результате несколько раз колонна обрывалась, и, не имея возможности поднять ее обратно, инженеры вынуждены были бетонировать ответвление скважины и проходить ствол заново, теряя годы работы.

Одна из таких крупных аварий заставила буровиков в 1984 году забетонировать ответвление скважины, достигшее глубины 12 066 метров. Бурение пришлось начать заново с 7-километровой отметки. Этому предшествовала пауза в работе со скважиной - в тот момент существование СГ-3 рассекретили, а в Москве прошел международный геологический конгресс Геоэкспо, делегаты которого посетили объект.

Как рассказывают очевидцы аварии, после возобновления работ колонна пробурила скважину еще на девять метров вниз. После четырех часов бурения рабочие приготовились поднимать колонну обратно, но она «не пошла». Буровики решили, что труба где-то «прилипла» к стенкам скважины, и увеличили мощность на подъем. Нагрузка резко уменьшилась. Постепенно разбирая колонну на 33-метровые свечки, рабочие добрались до очередного отрезка, заканчивающегося неровным нижним краем: турбобур и еще пять километров труб остались в скважине, поднять их не удалось.

Вновь достигнуть 12-километровой отметки буровикам удалось лишь к 1990 году, тогда же был установлен и рекорд погружения - 12 262 метра. Затем произошла новая авария, а с 1994 года работы на скважине были остановлены.

Научная миссия сверхглубокой

Картина сейсмических испытаний на СГ-3

«Кольская сверхглубокая» Министерство геологии СССР, издательство «Недра», 1984

Скважину исследовали целым набором геологических и геофизических методов, начиная от сбора керна (столбика пород, соответствующих заданным глубинам) и заканчивая радиационными и сейсмологическими измерениями. К примеру, керн забирали с помощью керноприемников со специальными бурами - они похожи на трубы с зазубренными краями. В центре этих труб 6-7 сантиметровые отверстия, куда попадает порода.

Но даже с этой, казалось бы, простой (за исключением потребности поднимать этот керн с многокилометровой глубины) методикой возникали сложности. Из-за бурового раствора, - того самого, что приводил в движение бур, - керн напитывался жидкостью и изменял свои свойства. Кроме того, условия в глубине и на поверхности земли сильно различаются - образцы растрескивались от перепада давления.

На разных глубинах выход керна сильно отличался. Если на пяти километрах со 100-метрового отрезка можно было рассчитывать на 30 сантиметров керна, то при глубинах свыше девяти километров вместо столбика пород геологи получали набор шайб из плотной породы.

Микрофотография пород, поднятых с глубины 8028 метра

«Кольская сверхглубокая» Министерство геологии СССР, издательство «Недра», 1984

Исследования материала, поднятого из скважины, позволили сделать несколько важных выводов. Во-первых, строение земной коры нельзя упрощать до композиции из нескольких слоев. На это раньше указывали сейсмологические данные - геофизики видели волны, которые казались отраженными от гладкой границы. Исследования на СГ-3 показали, что такая видимость может возникнуть и при сложном распределении пород.

Это предположение сказалось на проектировании скважины - ученые ожидали, что на глубине семи километров ствол войдет в базальтовые породы, однако они не встретились и на 12-километровой отметке. Зато вместо базальта геологи обнаружили породы, обладавшие большим количеством трещин и низкой плотностью, чего совсем нельзя было ожидать от многокилометровой глубины. Больше того, в трещинах нашлись следы подземных вод - высказывались даже предположения, что они образованы прямой реакцией кислорода и водорода в толще Земли.

Среди научных результатов нашлись и прикладные - так, на небольших глубинах геологи нашли горизонт медно-никелевых руд, пригодных к добыче. А на глубине 9,5 километра обнаружился слой геохимической аномалии золота - в породе присутствовали микрометровые зерна самородного золота. Концентрации доходили до грамма на тонну породы. Впрочем, вряд ли добыча с такой глубины будет когда-нибудь рентабельна. Но само существование и свойства золотоносного слоя позволили уточнить модели эволюции минералов - петрогенеза.

Отдельно следует рассказать об исследованиях температурных градиентов и радиации. Для такого рода экспериментов используются внутрискважинные приборы, опускаемые на проводах-тросах. Большой проблемой было обеспечить их синхронность с наземным оборудованием, а также обеспечить работу на больших глубинах. К примеру, трудности возникали с тем, что тросы при длине в 12 километров растягивались примерно на 20 метров, что могло сильно снизить точность данных. Чтобы этого избежать, геофизикам пришлось создавать новые методы маркировки расстояний.

Большинство серийных приборов не было рассчитано на работу в суровых условиях нижних ярусов скважины. Поэтому для исследований на больших глубинах ученые применяли оборудование, разработанное специально для Кольской сверхглубокой.

Важнейший результат геотермических исследований - гораздо более высокие температурные градиенты, нежели ожидалось увидеть. Вблизи поверхности скорость роста температуры составляла 11 градусов на километр, до глубины двух километров - 14 градусов на километр. В интервале от 2,2 до 7,5 километра температура росла со скоростью, приближающейся к 24 градусам на километр, хотя существующие модели предсказывали величину в полтора раза меньшую. В результате уже на пятикилометровой глубине приборы фиксировали температуру в 70 градусов Цельсия, а к 12 километрам это значение достигло 220 градусов Цельсия.

Кольская сверхглубокая оказалась непохожей на другие скважины - к примеру, при анализе тепловыделения пород Украинского кристаллического щита и батолитов Сьерра-Невады геологи показали, что с глубиной тепловыделение падает. В СГ-3 оно наоборот росло. Более того, измерения показали, что основным источником тепла, обеспечивающим 45-55 процентов теплового потока, является распад радиоактивных элементов.

Несмотря на то что глубина залегания скважины кажется колоссальной, она не доходит и до трети толщины земной коры в Балтийском щите. Геологи оценивают, что подошва земной коры в этой области проходит примерно в 40 километрах под землей. Поэтому даже если бы СГ-3 достигла запланированной 15-километровой отсечки, до мантии мы бы все равно не добрались.

Такую амбициозную задачу ставили перед собой американские ученые, разрабатывая проект «Мохол». Геологи планировали достигнуть границы Мохоровичича - подземной области, где наблюдается резкая смена скорости распространения звуковых волн. Считается, что она связана с границей между корой и мантией. Стоит отметить, что буровики выбрали в качестве места для скважины дно океана вблизи острова Гуадалупе - расстояние до границы составляло всего несколько километров. Однако глубина самого океана достигала здесь 3,5 километра, что существенно осложняло буровые работы. Первые испытания в 1960-х годах позволили геологам пробурить скважины лишь на 183 метра.

Недавно стало известно о планах воскресить проект глубокого океанического бурения с помощью исследовательского бурового судна JOIDES Resolution. В качестве новой цели геологи выбрали точку в Индийском океане, неподалеку от Африки. Глубина залегания границы Мохоровичича там составляет лишь около 2,5 километра. В декабре 2015-го - январе 2016 года геологам удалось пробурить скважину глубиной в 789 метров - пятую по величине в мире из подводных скважин. Но эта величина - лишь половина от требовавшейся на первом этапе. Впрочем, команда планирует вернуться и завершить начатое.

***

0,2 процента длины пути к центру Земли - не такая уж впечатляющая величина по сравнению с масштабами космических путешествий. Однако следует учитывать, что и граница Солнечной системы не проходит по орбите Нептуна (или даже поясу Койпера). Гравитация Солнца преобладает над звездной вплоть до расстояний в два световых года от светила. Так что если аккуратно все посчитать, то окажется, что и «Вояджер-2» пролетел лишь десятую долю процента длины пути до окраин нашей системы.

Поэтому не стоит расстраиваться тем, как плохо мы знаем «внутренности» собственной планеты. У геологов есть свои телескопы - сейсмические исследования - и свои амбициозные планы по покорению недр. И если астрономы уже успели прикоснуться к солидной части небесных тел в Солнечной системе, то у геологов все самое интересное еще впереди.

Владимир Королёв

Самые глубокие скважины мира March 18th, 2015

Мечта проникнуть в недра нашей планеты, наравне с планами отправить человека в космос, долгие века казалась абсолютно неосуществимой. В 13 веке китайцы уже рыли скважины глубиной до 1200 метров, а с появлением в 1930-х годах буровых установок европейцам удалось проникнуть на глубину трех километров, однако это были лишь царапины на теле планеты.

Как глобальный проект, идея пробурить верхнюю оболочку Земли появилась в 1960-х годах. Гипотезы о строении мантии строились на косвенных данных, таких как сейсмическая активность. И единственный способ буквально заглянуть в земные недра заключался в бурении сверхглубоких скважин. Сотни скважин на поверхности и в глубине океана дали ответы на некоторые из вопросов ученых, но времена, когда с их помощью проверяли самые разные гипотезы, давно прошли.

Давайте вспомним список глубочайших скважин на земле …

Siljan Ring (Швеция, 6800 м)

В конце 80-х годов в Швеции в кратере Сильян Ринг пробурили одноименную скважину. По гипотезе ученых, именно в том месте предполагалось найти месторождения природного газа небиологического происхождения. Результат бурения вызвал разочарование как инвесторов, так и работников науки. Углеводороды в промышленных масштабах обнаружены не были.

Zistersdorf UT2A (Австрия, 8553 м)

В 1977 году в районе венского нефтегазоносного бассейна, где скрывалось несколько небольших месторождений нефти, была пробурена скважина Zistersdorf UT1A. Когда на глубине 7544 м обнаружились неизвлекаемые запасы газа, первая скважина неожиданно обрушилась, и компании OMV пришлось пробурить вторую. Однако на этот раз проходчики не нашли углеводородных ресурсов глубокого залегания.

Hauptbohrung (ФРГ, 9101 м)

Знаменитая Кольская скважина произвела неизгладимое впечатление на европейскую общественность. Многие страны начали готовить свои проекты сверхглубоких скважин, но отдельно стоит отметить скважину Хауптборунг, разрабатываемую с 1990 по 1994 год в Германии. Достигшая отметки всего 9 км, она стала одной из самых известных сверхглубоких скважин благодаря открытости данных буровых и научных работ.

Baden Unit (США, 9159 м)

Скважина, пробуренная компанией Lone Star вблизи города Анадарко. Ее разработка началась в 1970 году и продолжалась на протяжении 545 дней. Всего на эту скважину ушло 1,700 тонн цемента и 150 алмазных долот. А ее полная стоимость обошлась компании в 6 млн долларов.

Bertha Rogers (США, 9583 м)

Еще одна сверхглубокая скважина, созданная в районе нефтегазоносного бассейна Анадарко в штате Оклахома в 1974 году. Весь процесс бурения занял у рабочих компании Lone Star 502 дня. Работу пришлось прекратить, когда проходчики наткнулись на глубине 9,5 километров на расплавленное месторождение серы.

Кольская сверхглубокая (СССР, 12 262 м)

Занесена в Книгу рекордов Гиннеса как «самое глубокое вторжение человека в земную кору». Когда в мае 1970 года у озера с труднопроизносимым названием Вильгискоддеоайвинъярви начиналось бурение, предполагалось, что скважина достигнет глубины в 15 километров. Но из-за высоких (до 230°С) температур работу пришлось свернуть. На данный момент Кольская скважина законсервирована.

Про историю этой скважины я вам уже рассказывал -

BD-04A (Катар, 12 289 м)

7 лет назад на нефтяном месторождении Al-Shaheen в Катаре была пробурена геологоразведочная скважина BD-04A. Примечательно, что буровая платформа компании Maersk смогла достигнуть отметки в 12 километров в рекордные 36 дней!

OP-11 (Россия, 12 345 м)

Январь 2011 года ознаменовался сообщением от компании Exxon Neftegas, что бурение самой длинной скважины с большим отходом от вертикали близко к завершению. ОР-11, расположенная на месторождении «Одопту», также поставила рекорд по протяженности горизонтального ствола – 11,475 метров. Проходчики смогли завершить работу всего за 60 дней.

Общая длина ствола скважины OP-11 на месторождении Одопту составила 12345 метров (7,67 мили), тем самым установлен новый мировой рекорд по бурению скважин с большим отходом забоя от вертикали (БОВ). ОР-11 также заняла первое место в мире по расстоянию между забоем и точкой забуривания по горизонтали — 11475 метров (7,13 мили). Компания ЭНЛ осуществила работы по бурению рекордной скважины всего за 60 дней, используя технологии скоростного бурения и комплексного контроля качества бурения, разработанные компанией «ЭксонМобил», достигнув наивысших показателей в бурении каждого фута скважины ОР-11.

«Проект «Сахалин-1″ продолжает вносить свою лепту в лидерство России в мировой нефтегазовой отрасли, — заявил Джеймс Тейлор, президент ЭНЛ. — На сегодняшний день 6 из 10 самых протяженных скважин БОВ, включая скважину OP-11, пробурены в рамках проекта «Сахалин-1″ с использованием технологий бурения корпорации «Эксон Мобил». Специально сконструированная буровая установка «Ястреб» применялась на протяжении всего времени работы проекта, устанавливая многочисленные отраслевые рекорды по длине ствола, скорости бурения и показателям направленного бурения. Новый рекорд мы также поставили, сохраняя при этом отличные показатели в области безопасности, охраны труда и окружающей среды».

Месторождение Одопту, одно из трех месторождений проекта «Сахалин-1″, расположено на шельфе, на расстоянии 5-7 миль (8-11 км) от северо-восточного побережья острова Сахалин. Технология БОВ позволяет успешно проводить бурение скважин с берега под дном моря для достижения шельфовых залежей нефти и газа, не нарушая при этом принципов безопасности и охраны окружающей среды, в одном из сложнейших для освоения субарктических регионов мира.

П.С. А вот что пишут в комментах: tim_o_fay: давай отделим мух от котлет:) Длинная скважина ≠ глубокая. Та же BD-04A из своих 12 289 м имеет 10 902 м горизонтального ствола. http://www.democraticunderground.com/discuss/duboard.php?az=view_all&address=115x150185 Соответственно вертикали там километр с хвостиком всего. Что это значит? Это значит низкие (сравнительно) давление и температуру на забое, мягкие породы (с хорошей скоростью проходки) и т.д. и т.п. OP-11 из той же оперы. Не скажу, что бурить горизонталки просто (восьмой год этим занимаюсь), но всё же намного проще чем сверхглубокие. Bertha Rogers, СГ-3 (Кольская), Baden Unit и прочие с большой истинной вертикальной глубиной (дословный перевод с англоязычного True Vertical Depth, TVD) - это действительно нечто запредельное. В 1985 году на пятидесятилетие СОГРТ съехались бывшие выпускники со всего Союза с рассказами и подарками для музея техникума. Тогда я и сподобился пощупать кусочек гранито-гнейсов с глубины более 11,5 км:)

На глубине 410-660 километров под поверхностью Земли океан архейского периода. Подобные открытия были бы невозможны без методов сверхглубинного бурения, разработанных и применявшихся в Советском Союзе. Один из артефактов тех времен - Кольская сверхглубокая скважина (СГ-3), которая даже через 24 года с момента прекращения бурения остается глубочайшей в мире. Зачем ее пробурили и какие открытия она помогла совершить, рассказывает «Лента.ру».

Пионерами сверхглубокого бурения выступили американцы. Правда, на просторах океана: в пилотном проекте они задействовали судно Glomar Challenger, сконструированное как раз для этих целей. Тем временем в Советском Союзе активно разрабатывали соответствующую теоретическую базу.

В мае 1970 года на севере Мурманской области в 10 километрах от города Заполярного началось бурение Кольской сверхглубокой скважины. Как и полагалось, это приурочили к столетию со дня рождения Ленина. В отличие от других сверхглубоких скважин, СГ-3 бурили исключительно для научных целей и даже организовали специальную геологоразведочную экспедицию.

Место бурения выбрали уникальное: именно на Балтийском щите в районе Кольского полуострова на поверхность выходят древние породы. Возраст многих из них достигает трех миллиардов лет (самой нашей планете - 4,5 миллиарда лет). Кроме того, тут Печенга-Имандра-Варзугский рифтогенный прогиб - вдавленная в древние породы чашеподобная структура, происхождение которой объясняют глубинным разломом.

Ученым понадобилось четыре года, чтобы пробурить скважину на глубину 7263 метра. Пока ничего необычного не делалось: применялась та же установка, что и при добыче нефти с газом. Потом скважина простояла без дела целый год: установку модифицировали для турбинного бурения. После апгрейда удавалось бурить примерно по 60 метров в месяц.

Глубина в семь километров преподнесла сюрпризы: чередование твердых и не очень плотных пород. Участились аварии, а в стволе скважины возникло множество каверн. Бурение продолжалось до 1983 года, когда глубина СГ-3 достигла 12 километров. После этого ученые собрали большую конференцию и рассказали о своих успехах.

Однако из-за неаккуратного обращения с буром в шахте осталась секция длиной пять километров. Несколько месяцев ее пытались достать, но не преуспели. Было принято решение вновь начать бурение с глубины семь километров. В силу сложности операции бурили не только основной ствол, но и четыре дополнительных. На то, чтобы восстановить утраченные метры, ушло целых шесть лет: в 1990-м скважина достигла глубины 12262 метра, став самой глубокой в мире.

Спустя два года бурение было остановлено, впоследствии скважину законсервировали, а фактически - забросили.

Тем не менее на Кольской сверхглубокой скважине совершили немало открытий. Инженеры создали целую систему сверхглубокого бурения. Сложность заключалась не только в глубине, но и в высоких температурах (вплоть до 200 градусов Цельсия) из-за интенсивности работы буров.

Ученые не просто продвигались вглубь Земли, но и поднимали образцы пород и керны для анализа. Кстати, именно они изучали лунный грунт и выяснили, что по составу он почти полностью соответствует породам, извлеченным из Кольской скважины с глубины около трех километров.

На глубине свыше девяти километров вышли на залежи полезных ископаемых, в том числе и золота: в оливиновом слое его целых 78 граммов на тонну. И это не так мало - добычу золота считают возможной при 34 граммах на тонну. Приятным сюрпризом для ученых, а также для близлежащего комбината, стало обнаружение нового рудного горизонта из медно-никелевых руд.

Помимо всего прочего, исследователи узнали, что граниты не переходят в суперпрочный базальтовый слой: на деле за ним располагались архейские гнейсы, которые традиционно относят к трещиноватым породам. Это произвело своего рода революцию в геолого-геофизической науке и полностью изменило традиционные представления о недрах Земли.

Еще один приятный сюрприз - открытие на глубине 9-12 километров высокопористых трещиноватых пород, насыщенных сильно минерализованными водами. По предположению ученых, именно они ответственны за образование руд, но прежде считалось, что это происходит лишь на гораздо меньших глубинах.

Помимо всего прочего, выяснилось, что температура недр немного выше, чем предполагалось: на глубине шести километров был получен температурный градиент в 20 градусов Цельсия на километр вместо 16 ожидавшихся. Было установлено радиогенное происхождение теплового потока, что также не согласовывалось с прежними гипотезами.

В глубинных слоях возрастом больше 2,8 миллиарда лет ученые нашли 14 видов окаменевших микроорганизмов. Это позволило сдвинуть время возникновения жизни на планете на полтора миллиарда лет назад. Также исследователи выяснили, что на глубинах нет осадочных пород и есть метан, навсегда похоронив теорию биологического происхождения углеводородов.

Во второй половине 20 века, мир заболел сверхглубоким бурением. В США готовили новую программу изучения океанского дна (Deep Sea Drilling Project). Построенное специально для этого проекта судно «Гломар Челленджер» несколько лет провело в водах различных океанов и морей, пробурив в их дне почти 800 скважин, достигнув максимальной глубины 760 м. К середине 1980-х годов результаты морского бурения подтвердили теорию тектоники плит. Геология как наука родилась заново. Тем временем Россия шла своим путем. Интерес к проблеме, разбуженный успехами США, вылился в программу «Изучение недр Земли и сверхглубокое бурение», но не в океане, а на континенте. Несмотря на многовековую историю, континентальное бурение представлялось совершенно новым делом. Ведь речь шла о недостижимых ранее глубинах — более 7 километров. В 1962 году Никита Хрущев утвердил эту программу, хотя руководствовался он скорее политическими мотивами, нежели научными. Ему не хотелось отстать от США.

Возглавил вновь созданную лабораторию при Институте буровой техники известный нефтяник доктор технических наук Николай Тимофеев. Ему было поручено обосновать возможность сверхглубокого бурения в кристаллических породах — гранитах и гнейсах. На исследования ушло 4 года, и в 1966 году эксперты вынесли вердикт — бурить можно, причем не обязательно техникой завтрашнего дня, достаточно того оборудования, что уже есть. Главная проблема — жара на глубине. Согласно расчетам, по мере внедрения в горные породы, слагающие земную кору, температура должна увеличиваться через каждые 33 метра на 1 градус. Значит, на глубине 10 км надо ожидать порядка 300°С, а на 15 км — почти 500°С. Такого нагрева бурильные инструменты и приборы не выдержат. Надо было искать место, где недра не столь горячи…

Такое место нашли — древний кристаллической щит Кольского полуострова. Отчет, подготовленный в Институте физики Земли, гласил: за миллиарды лет своего существования Кольский щит остыл, температура на глубине 15 км не превышает 150°С. А геофизики подготовили примерный разрез недр Кольского полуострова. По их данным, первые 7 километров — это гранитные толщи верхней части земной коры, потом начинается базальтовый слой. Тогда представление о двухслойном строении земной коры было общепринятым. Но как оказалось позднее, и физики, и геофизики ошибались. Площадку для буровой выбрали на северной оконечности Кольского полуострова близ озера Вильгискоддеоайвинъярви. По-фински это значит «Под волчьей горой», хотя ни горы, ни волков в том месте нет. К бурению скважины, проектная глубина которой составляла 15 километров, приступили в мае 1970 года.

Н о

З десь можно послушать адские звуки из скважины.

Фильм: Кольская сверхглубокая: последний салют

Создания принципиально новых устройств и гигантских машин бурение Кольской скважины СГ-3 не требовало. Начинали работать с тем, что уже имелось: установка «Уралмаш 4Э» грузоподъемностью 200 тонн и легкосплавные трубы. Что действительно было нужно на тот момент, так это нестандартные технологические решения. Ведь в твердых кристаллических породах на столь большую глубину никто не бурил, и что там будет, представляли себе только в общих чертах. Опытные буровики, однако, понимали, что каким бы детальным ни был проект, реальная скважина окажется намного сложнее. Через 5 лет, когда глубина скважины СГ-3 превысила 7 километров, смонтировали новую буровую установку «Уралмаш 15 000» — одну из самых современных по тем временам. Мощная, надежная, с автоматическим спускоподъемным механизмом, она могла выдержать колонну труб длиной до 15 км. Буровая превратилась в полностью обшитую вышку высотой 68 м, непокорную сильным ветрам, бушующим в Заполярье. Рядом выросли минизавод, научные лаборатории и кернохранилище.



При бурении на небольшие глубины мотор, который вращает колонну труб с буром на конце, устанавливают на поверхности. Бур представляет собой железный цилиндр с зубьями из алмазов или твердых сплавов — коронку. Эта коронка вгрызается в породы и вырезает из них тонкий столбик — керн. Чтобы охладить инструмент и извлечь из скважины мелкий мусор, в нее нагнетают буровой раствор — жидкую глину, которая все время циркулирует по стволу, словно кровь в сосудах. Через какое-то время трубы поднимают на поверхность, освобождают от керна, меняют коронку и вновь опускают колонну в забой. Так ведется обычное бурение.



А если длина ствола 10—12 километров при диаметре 215 миллиметров? Колонна труб становится тончайшей нитью, опущенной в скважину. Как ею управлять? Как увидеть, что творится в забое? Поэтому на Кольской скважине внизу бурильной колонны установили миниатюрные турбины, их запускал буровой раствор, нагнетаемый по трубам под давлением. Турбины вращали твердосплавную коронку и вырезали керн. Вся технология была хорошо отработана, оператор на пульте управления видел вращение коронки, знал ее скорость и мог управлять процессом. Каждые 8—10 метров многокилометровую колонну труб приходилось поднимать наверх. Спуск и подъем в общей сложности занимали 18 часов.




7 километров — отметка для Кольской сверхглубокой роковая. За ней начались неизвестность, множество аварий и непрерывная борьба с горными породами. Ствол никак не удавалось держать вертикально. Когда в первый раз прошли 12 км, скважина отклонилась от вертикали на 21°. Хотя буровики уже научились работать при невероятной кривизне ствола, дальше углубляться было нельзя. Скважину предстояло перебурить с отметки 7 километров. Чтобы получать вертикальный ствол в твердых породах, нужен очень жесткий низ бурильной колонны, дабы он входил в недра, как в масло. Но возникает и другая проблема — скважина постепенно расширяется, бур болтается в ней, как в стакане, стенки ствола начинают рушиться и могут придавить инструмент. Решение этой задачи получилось оригинальным — была применена технология маятника. Бур искусственно раскачивался в скважине и подавлял сильные колебания. За счет этого ствол получался вертикальным.



Наиболее распространенная авария на любой буровой — обрыв колонны труб. Обычно трубы пытаются захватить вновь, но если это случается на большой глубине, то проблема переходит в разряд неустранимых. Искать инструмент в 10-километровой скважине бесполезно, такой ствол бросали и начинали новый, чуть выше. Обрыв и потеря труб на СГ-3 случались многократно. В итоге в своей нижней части скважина выглядит как корневая система гигантского растения. Разветвленность скважины огорчала буровиков, но оказалась счастьем для геологов, которые неожиданно получили объемную картину внушительного отрезка древних архейских пород, сформировавшихся более 2,5 млрд. лет назад. В июне 1990 года СГ-3 достигла глубины 12 262 м. Скважину стали готовить к проходке до 14 км, и тут вновь произошла авария — на отметке 8 550 м колонна труб оборвалась. Продолжение работ требовало долгой подготовки, обновления техники и новых затрат. В 1994 году бурение Кольской сверхглубокой прекратили. Через 3 года она попала в Книгу рекордов Гиннесса и до сих пор остается непревзойденной.



СГ-3 была секретным объектом с самого начала. Виноваты и пограничная зона, и стратегические месторождения в округе, и научный приоритет. Первым иностранцем, посетившим буровую, стал один из руководителей Академии наук Чехословакии. Позже, в 1975 году, о Кольской сверхглубокой вышла статья в «Правде» за подписью министра геологии Александра Сидоренко. Научных публикаций по Кольской скважине по-прежнему не было, но кое-какие сведения за рубеж просачивались. Больше по слухам мир стал узнавать — в СССР бурят самую глубокую скважину. Завеса тайны, наверное, висела бы над скважиной до самой «перестройки», не случись в 1984 году в Москве Всемирного геологического конгресса. К столь крупному в научном мире событию тщательно готовились, для Министерства геологии даже построили новое здание — ожидали много участников. Но зарубежных коллег интересовала в первую очередь Кольская сверхглубокая! Американцы вообще не верили в то, что она у нас есть. Глубина скважины к тому моменту достигла 12 066 метров. Скрывать объект более не имело смысла. В Москве участников конгресса ждала выставка достижений российской геологии, один из стендов был посвящен скважине СГ-3. Специалисты всего мира недоуменно взирали на обычную буровую головку со стертыми твердосплавными зубьями. И этим бурят самую глубокую в мире скважину? Невероятно! В поселок Заполярный отправилась большая делегация геологов и журналистов. Посетителям показали буровую в действии, доставали и отсоединяли 33-метровые секции труб. Вокруг высились кучи точно таких же буровых головок, как и та, что лежала на стенде в Москве. От Академии наук делегацию принимал известный геолог, академик Владимир Белоусов. Во время пресс-конференции из зала ему задали вопрос: — Что же самое главное показала Кольская скважина? — Господа! Главное, она показала то, что мы ничего не знаем о континентальной коре, — честно ответил ученый.



Разрез Кольской скважины опроверг двухслойную модель земной коры и показал, что сейсмические разделы в недрах — это не границы слоев из пород разного состава. Скорее они указывают на изменение свойств камня с глубиной. При высоком давлении и температуре свойства пород, видимо, могут резко меняться, так, что граниты по своим физическим характеристикам становятся похожи на базальты, и наоборот. Но поднятый на поверхность с 12-километровой глубины «базальт» тут же становился гранитом, хоть и испытывал по пути сильнейший приступ «кессонной болезни» — керн крошился и распадался на плоские бляшки. Чем дальше уходила скважина, тем меньше качественных образцов попадало в руки ученых.



Глубина заключала в себе много неожиданностей. Раньше было естественно думать, что с удалением от поверхности земли, с ростом давления породы становятся более монолитными, с малым количеством трещин и пор. СГ-3 убедила ученых в обратном. Начиная с 9 километров, толщи оказались очень пористыми и буквально напичканы трещинами, по которым циркулировали водные растворы. Позднее этот факт подтвердили другие сверхглубокие скважины на континентах. На глубине оказалось гораздо жарче, чем рассчитывали: на целых 80°! На отметке 7 км температура в забое была 120°С, на 12 км — достигла уже 230°С. В образцах Кольской скважины ученые обнаружили золотое оруденение. Вкрапления драгоценного металла находились в древних породах на глубине 9,5—10,5 км. Впрочем, концентрация золота была слишком мала, чтобы заявлять о месторождении — в среднем 37,7 мг на тонну породы, но достаточная, чтобы ожидать его и в других подобных местах.



Но, как-то раз Кольская сверхглубокая оказалась в центре мирового скандала. В одно прекрасное утро 1989 года директору скважины Давиду Губерману позвонили главный редактор областной газеты, секретарь обкома и еще масса самых разных людей. Все хотели узнать про дьявола, которого буровики якобы подняли из недр, как о том сообщили некоторые газеты и радиостанции по всему миру. Директор опешил, и — было от чего! «Ученые обнаружили ад», «Сатана сбежал из ада» — гласили заголовки. Как сообщалось в прессе, геологи, работающие очень далеко в Сибири, а может быть, на Аляске или даже Кольском полуострове (единого мнения на сей счет у журналистов не было), проводили бурение на глубине 14,4 км, как вдруг бур начал сильно болтаться из стороны в сторону. Значит, внизу большая дыра, подумали ученые, видимо, центр планеты — пустой. Датчики, опущенные вглубь, показывали температуру 2 000°С, а суперчувствительные микрофоны озвучили …вопли миллионов страдающих душ. В результате бурение было прекращено из-за опасений выпустить адские силы на поверхность. Конечно, советские ученые опровергли эту журналистскую «утку», но отголоски той давней истории еще долго кочевали из газеты в газету, превратившись в своеобразный фольклор. Спустя несколько лет, когда байки про ад уже позабылись, сотрудники Кольской сверхглубокой побывали в Австралии с лекциями. Их пригласили на прием к губернатору штата Виктория, кокетливой даме, которая приветствовала русскую делегацию вопросом: «И какого черта вы оттуда подняли?»

Здесь можно послушать адские звуки из скважины.






В наше время Кольская скважина (СГ-3), являющаяся самой глубокой буровой скважиной в мире, будет ликвидирована из-за нерентабельности, сообщает "Интерфакс" со ссылкой на заявление главы территориального управления Росимущества по Мурманской области Бориса Микова. Точная дата закрытия проекта пока не определена.



Ранее прокуратура Печенгского района оштрафовала руководителя предприятия СГ-3 за задержки зарплаты и пригрозила возбудить уголовное дело. По данным на апрель 2008 года, штатное расписание скважины включало 20 человек. В 80-е годы на скважине трудились около 500 человек.

Фильм: Кольская сверхглубокая: последний салют

Владимир Хомутко

Время на чтение: 4 минуты

А А

Где находится самая глубокая нефтяная скважина?

Человек давно мечтал не только полететь в космос, но и проникнуть вглубь родной планеты. Долгое время эта мечта оставалась неосуществимой, поскольку существовавшие технологии не позволяли сколь-нибудь значительно углубиться в земную кору.

В тринадцатом веке китайцы глубина скважин, которые рыли китайцы, достигала фантастических для того времени 1 200 метров, а начиная с тридцатых годов прошлого столетия, с появлением буровых установок люди в Европе стали бурить трехкилометровые шурфы. Однако это все, если можно так выразиться, было лишь неглубокими царапинами на земной поверхности.

Идея пробурить верхнюю земную оболочку в глобальный проект оформилась в 60-х годах двадцатого века. До этого все предположения о строении земной мантии были основаны на данных сейсмической активности прочих косвенных факторах. Однако единственным способом заглянуть в недра Земли в буквальном смысле этого слова оставалось бурение скважин большой глубины.

Сотни пробуренных в этих целях скважин, как на суше, так и на океанском жнее, дали многочисленные данные, помогающие ответить на массу вопросов о строении нашей планеты. Однако сейчас сверхглубокие выработки преследуют не только научные, но и сугубо практические цели. Далее мы рассмотрим самые глубокие скважины, когда-либо пробуренные в мире.

Эта скважина глубиной 8 553 метра, была пробурена в 1977 году в области, где расположена венская нефтегазоносная провинция. В ней были обнаружены небольшие нефтяные месторождения, и возникла мысль заглянуть поглубже. На глубине 7 544 метра специалисты нашли неизвлекаемые газовые запасы, после чего скважина внезапно обрушилась. Компания OMV приняла решение пробурить вторую, но, несмотря на её большую глубину, никаких полезных ископаемых проходчикам найти так и не удалось.

Австрийская скважина Zistersdorf

Федеративная Республика Германия – Hauptbohrung

На организацию этой глубокой горной выработки немецких специалистов вдохновила знаменитая Кольская сверхглубокая скважина. В те времена многие государства Европы и мира стали разрабатывать свои проекты глубинного бурения. Среди них особняком стоял проект Хауптборунг, который реализовывали в течение четырех лет – с 1990-го по 1994-ый год на территории Германии. Несмотря на свою относительно небольшую (по сравнению с описываемыми далее скважинами) глубину – 9 101 метр, этот проект получил широкую мировую известность благодаря открытому доступу к полученным геологическим и буровым данным.

Соединенный Штаты Америки – Baden Unit

Скважина глубиной 9 159 метров, была пробурена американской компанией Lone Star в окрестностях городка Анадарко (США). Разработка была начата в 1970-ом году и продолжалась в течение 545-ти дней. Стоимость её сооружения составила шесть миллионов долларов, а в плане материалов на неё израсходовали 150 алмазных долот и 1 700 тонн цемента.

США – Bertha Rogers

Эту выработку также создали на территории штата Оклахома в районе нефтегазоносной провинции Анадарко в штате Оклахома. Работы начались в 1974-ом году и продлились 502 дня. Бурение проводила также компания, что и в предыдущем примере. Пройдя 9 583 метра, проходчики уперлись в месторождение расплавленной серы, и вынуждены были прекратить работы.

Эта скважина в Книге рекордов Гиннесса названа «самым глубоким вторжением в кору Земли, произведенным человеком». В мае 1970-го года в окрестностях озера с зубодробительным названием Вильгискоддеоайвинъярви началаи сооружение этой грандиозной горной выработки. Изначально хотели пройти 15 километров, но из-за слишком высоких температур остановились на 12 262-х метрах. В настоящее время Кольская сверхглубокая – законсервирована.

Катар – BD-04A

Пробурена на месторождении нефти под названием Al-Shaheen с целью геологической разведки.

Общая глубина составила 12 289 метров, а отметку в 12-ть километров удалось пройти всего за 36-ть дней! Было это семь лет тому назад.

Российская Федерация – OP-11

Начиная с 2003-го года началась целая серия работ по сверхглубокому бурению в рамках проекта «Сахалин-1».

В 2011-ом году компанией Exxon Neftegas была пробурена самая глубокая нефтяная скважина в мире – 12 245 метров, причем – всего да 60 дней.

Было это на месторождении под названием Одопту.

Однако, на этом рекорды не закончились.

О-14 – эксплуатационная скважина в мире не имеет аналогов по общей длине ствола – 13 500 метров, а также самой длинной горизонтальной скважиной – 12 033 метра.

Её разработкой занималась российская компания НК «Роснефть», входящая в консорциум проекта «Сахалин-1». Эта скважина была разработана на месторождении под названием Чайво. Для её бурения использовалась суперсовременная буровая платформа «Орлан».

Также отметим глубину по стволу сооруженной в 2013-ом году в рамках этого же проекта скважины под номером Z-43, значение которой достигло отметки 12 450 метров. В том же году этот рекорд был побита на Чайвинском месторождении – длина ствола Z-42 достигла 12 700 метров, а длина горизонтального участка – 11 739 метров.

В 2014-ом была закончена проходка выработки Z-40 (шельфовое месторождение Чайво), которая до О-14 была самой длинной по стволу скважиной в мире – 13 000 метров, а также обладала самым длинным горизонтальным участком – 12 130 м.

Другими словами, к настоящему времени 8-мь из 10-ти самых протяженных в мире скважин находится на месторождениях проекта «Сахалин-1».

Кольская сверхглубокая скважина

Месторождение под названием Чайво является одним из трех, разрабатываемых консорциумом на Сахалине. Оно расположено на северо-востоке от берегов острова Сахалин. Глубина морского дна в этом районе варьируется от 14-ти до 30-ти м, Месторождение ввели в эксплуатацию еще в 2005-ом году.

Вообще международный шельфовый проект «Сахалин-1» объединяет интересы нескольких крупных мировых корпораций. В него включено три месторождения, расположенных на морском шельфе Одопту, Чайво и Аркутун-Даги. По оценкам специалистов, суммарные доступные запасы углеводородов здесь составляют порядка 236-ти миллионов тонн нефти и почти 487 миллиардов кубических метров природного газа. Месторождение Чайво ввели в эксплуатацию (как мы уже сказали выше) в 2005-ом, месторождение Одопту – в 2010-ом, а в самом начале 2015-го была начата разработка месторождения Аркутун-Даги.

За все время существования проекта удалось добыть около 70-ти миллионов тонн нефти и 16 миллиардов кубических метров природного газа. В настоящее время проект столкнулся с некоторыми трудностями, связанными к колебаниями нефтяных котировок, однако члены консорциума подтвердили свою заинтересованность в дальнейшей работе.