Среда, 24 Август 2016 00:00

«Кольская сверхглубокая» - самая глубокая скважина в мире

Автор  Юлия Беликова
Оцените материал
(5 голосов)
В 2016 г. исполнилось 37 лет со дня мирового рекорда глубокого бурения, установленного Кольской Сверхглубокой скважиной: 6 июня 1979 года скважина побила рекорд в 9583 метра, ранее принадлежавший скважине «Берта-Роджерс» (нефтяная скважина в Оклахоме, США), достигнув отметки 9584 метра.
Кольская Сверхглубокая скважина (государственный индекс СГ-3), пробуренная на севере Балтийского щита, является и, по всей видимости, на долгие времена останется мировым рекордсменом глубины (к 1990 году скважина достигла глубины 12262 метра). Ни одна страна в мире не смогла пробиться вглубь Земли на столь запредельную глубину.
СГ-3 — параметрическая, то есть пробуренная Научно-производственным центром «Недра» для изучения глубинного строения скважина. Находится в Мурманской области, в 10 километрах к западу от города Заполярный. Скважина заложена в северо-восточной части Балтийского щита, в области сочленения рудоносных докембрийских структур, типичных для фундаментов древних платформ. Её глубина составляет 12 262 метра; диаметр верхней части — 92 см, диаметр нижней части — 21,5 см. В отличие от других сверхглубоких скважин, которые бурились для добычи нефти или геологоразведочных работ, СГ-3 была пробурена исключительно с научно-исследовательскими целями в том месте, где граница Мохоровичича подходит близко к поверхности Земли.
В 1997 г. Кольская Сверхглубокая была занесена в Книгу рекордов Гиннеса.
История
В 1960-1962 гг. Академией наук СССР, Министерством геологии и Государственным комитетом по топливной промышленности при Госплане СССР были разработаны предложения об организации изучения глубинного строения земных недр. На основе этих предложений Государственным комитетом Совета Министров СССР по координации научно-исследовательских работ была согласована и утверждена первая программа по изучению недр Земли и сверхглубокому бурению.
Для организации, координации и практического руководства работами по глубинному изучению земных недр в 1963 г. был образован Межведомственный научный совет по проблеме «Изучение недр Земли и сверхглубокое бурение», который объединил около 200 крупных ученых и специалистов научных и производственных организаций различных министерств и ведомств. Первым председателем Межведомственного научного совета (до 1965 г.) был Министр геологии СССР, член-корреспондент, а затем академик АН СССР А.В.Сидоренко.
Затем им стал профессор, доктор технических наук Н.С.Тимофеев, внесший большой вклад в организацию работ по созданию буровой техники и технологии проводки скважин, а также бурению Кольской сверхглубокой скважины на первом этапе. В 1974 г. председателем научного Совета по проблеме глубинного изучения Земли и сверхглубокого бурения был назначен в то время заместитель Министра, а затем Министр геологии СССР Е.А.Козловский. В течение многих лет большую работу по координации исследований, направленных на реализацию программы сверхглубокого бурения, вёл Ученый секретарь Межведомственного научного совета по этой проблеме Н.А. Андрианов.
А.В. СидоренкоА.В. Сидоренко
Е.А. КозловскийЕ.А. Козловский
Н.И. АндриановН.И. Андрианов
Источник: «Маркшейдерия и Недропользование» - http://geomar.ru/articles/history/147-kola-ultradeep.html
Программой работ на 70-е годы намечались: разработка модели строения земной коры и верхней мантии, а также новых методов прогноза месторождений полезных ископаемых, составление прогнозных карт с количественной оценкой природных ресурсов и запасов и определение направления поисковых и разведочных работ на основные виды полезных ископаемых в перспективных районах страны. 
В развитие данной проблемы был разработан принципиально новый технический и методический подход к решению регионального глубинного строения земной коры и верхней мантии, основанный на комплексировании данных сверхглубокого и глубокого бурения, а также сейсмического глубинного зондирования и других геофизических и геохимических методов. Для территории СССР была разработана система взаимной увязки данных геофизических профилей, опирающихся на опорные сверхглубокие скважины.
По программе к бурению были намечены в первую очередь Кольская и Саатлинская сверхглубокие скважины. В дальнейшем вопросы развития работ по изучению глубинного строения земных недр неоднократно рассматривались Государственным комитетом СССР по науке и технике, Госпланом СССР и Мингео СССР.
Головной организацией в осуществлении намеченных задач было определено Мингео СССР, а для реализации программы привлечено более 150 научных и производственных организаций этого министерства, АН СССР, академий союзных республик, Минвуза СССР и Минвуза РСФСР, отраслевых министерств и ведомств.
Начальник экспедиции Д.М. Губерман на месте будущей скважиныНачальник экспедиции Д.М. Губерман на месте будущей скважины
Генеральный директор ОАО «Кольская сверхглубокая», академик РАЕН Д.М. ГуберманНачальник Кольской геологоразведочной экспедиции сверхглубокого бурения (1968-1991 гг.), до 2011 года директор Научно-производственного центра «Кольская сверхглубокая» (ОАО «Кольская сверхглубокая»), академик РАЕН Д.М. Губерман
Источник: «Маркшейдерия и Недропользование» - http://geomar.ru/articles/history/147-kola-ultradeep.html
Кольская сверхглубокая скважина заложена в северо-западной части Кольского полуострова, где развиты древнейшие на Земле рудоносные тектонические структуры раннего протерозоя и архея. При проектной глубине 15 км, к 1990 г. скважина должна была достигнуть глубины 13 км. 
Бурение Кольской скважины было поручено специально организованной Кольской геологоразведочной экспедиции (Кольская ГРЭ) объединения «Волгокамскгеология» (с 1986 г. - объединение «Недра») Мингео СССР.
Бессменным руководителем Кольской экспедиции сверхглубокого бурения до 2011 года являлся академик РАЕН Д.М. Губерман. Именно ему принадлежит заслуга по организации работ на Кольской скважине. Во многом благодаря ему достигнута рекордная глубина, получены уникальные научные результаты.
Буровую установку и буровую вышку смонтировали в 10 км от г. Заполярного, по соседству с озером с названием (в переводе с саамского) «озеро у Волчьей горы». Место бурения выбрано неслучайно: Балтийский щит, на поверхность которого выходят древнейшие изверженные породы возрастом около 3 млрд. лет (при возрасте Земли около 4,5 млрд. лет).
Бурение скважины было начато 24 мая 1970 г. не только с чисто научной целью – изучить древнейшие породы нашей планеты и идущие в них процессы. Организаторы проекта рассчитывали и на практический результат – обнаружить новые залежи медно-никелевых руд.
Серийная буровая установка «Уралмаш 4Э»Серийная буровая установка «Уралмаш 4Э»
Буровая установка «Уралмаш 15000»Буровая установка «Уралмаш 15000»
Источник: «Маркшейдерия и Недропользование» - http://geomar.ru/articles/history/147-kola-ultradeep.html
Вначале бурение велось серийной буровой установкой «Уралмаш-4Э», которую применяют для разведки и добычи нефти и газа. Проходка до глубины 7263 м заняла 4 года.
Далее потребовался почти годовой перерыв для монтажа специальной буровой установки «Уралмаш-15000». Именно с ее помощью велось дальнейшее бурение и именно она позволила проникнуть вглубь земной коры на 12262 метра, что на две с лишним тысячи метров превысило достижение геологов США.
 
В июне 1979 года скважина побила рекорд в 9583 метра, принадлежащий скважине США, достигнув глубины 9584 метра.

 

Мировой рекорд – 9584 метра

1983 год ознаменовался непревзойденным до сих пор рекордом: скважина достигла глубины 12066 метров и бурение временно было остановлено – готовились к XXVII сессии Международного геологического конгресса, который должен был проходить в 1984 году в Москве. Выдающиеся достижения Советского Союза в области глубинного исследования недр Земли привлекли широкое внимание геологов, инженеров, технологов и других специалистов как у нас в стране, так и за рубежом. Было решено не только доложить на сессии Конгресса основные результаты изучения Кольской сверхглубокой скважины, но и показать участникам конгресса работу скважины в натуре и поднятые из глубины образцы керна. К открытию Конгресса была издана монография «Кольская сверхглубокая». 
27 сентября 1984 года бурение было продолжено. Пробурили очередной 9-метровый интервал, однако на глубине более 12 км произошла авария - оборвалась буровая колонна. Лишь спустя 7 месяцев бурение возобновили заново с глубины 7000 м.

Буровая смена у устья скважиныБуровая смена у устья скважины
Источник: «Маркшейдерия и Недропользование» - http://geomar.ru/articles/history/147-kola-ultradeep.html

 

Сложностей, порой совершенно неожиданных, в процессе сверхглубокого бурения Кольской скважины и с отбором керна возникало немало. Именно после седьмого километра геологические условия здесь для работы особенно осложнились. До глубины примерно 7 км скважина пересекала прочные, сравнительно однородные породы, и поэтому ствол скважины был ровный, почти соответствующий диаметру буровой коронки. Однако на глубине более 7 км пошли менее прочные трещиноватые, переслаивающиеся с небольшими очень твердыми прослойками породы - гнейсы, амфиболиты. Бурение осложнилось. Ствол принял овальную форму, появилось множество каверн, участились аварии. Технология бурения каждого шага отрабатывалась методом проб и ошибок. А начиная с глубины примерно в 10 км – еще сложнее. 

Буровая бригада на скважинеБуровая бригада на скважине
Источник: «Маркшейдерия и Недропользование» - http://geomar.ru/articles/history/147-kola-ultradeep.html

 

Типичная сложная авария – обрыв колонны буровых труб. Основной метод ее ликвидации – создать уступ чуть выше потерянной части и с этого места вести бурение нового обходного ствола. Всего в скважине было пробурено три таких обходных ствола протяженностью от 2200 до 5000 м. Основная цена подобных аварий – годы потерянного труда. В этом причина особой длительности последней фазы бурения.
Проходка за один рейс, определяемая износом буровой коронки, составляла обычно 7-10 м. Само бурение занимало 4 часа, а на спуск и подъем 12-километровой колонны, состоящей из 33-метровых свечей, уходило по 16-18 часов. В среднем за месяц удавалось пробурить 60 м. На проходку последних 5 км скважины было использовано 50 км труб. Такова степень их износа.
После крупнейшей аварии – «черной даты» 1984 года – снова подошли к глубине 12 км только через 6 лет. В 1990 году был достигнут максимум глубины – 12262 м. После еще нескольких аварий убедились, что глубже не пробиться. Все возможности современной техники оказались исчерпаны. Бурение прекратили в 1992 году, скважина была законсервирована.
Кольская сверхглубокая скважина стала самой глубокой скважиной в мире, которой вскрыт и детально изучен более чем 12-километровый разрез древней континентальной земной коры. На глубине 1600-1900 м был выявлен горизонт промышленных медно-никелевых руд, изучение которых позволило открыть в этом районе два новых месторождения Верхнего и Тундрового, а в интервале 9500-11000 м выявлен ранее неизвестный тип золотосеребряной минерализации и зоны разуплотнения пород – возможные волноводы в древней континентальной земной коре.
Кольская сверхглубокая скважина была внесена в книгу рекордов Гиннеса как мировое достижение. Указом Президиума Верховного Совета СССР (июнь 1981 г.) 35 работников Кольской геологоразведочной экспедиции, особо отличившихся при выполнении комплексной программы сверхглубокого бурения Кольской скважины, награждены орденами и медалями.
Техника и технология бурения
Сложный научно-технический эксперимент по бурению Кольской скважины осуществлен с применением исключительно отечественной техники и технологии.
Для бурения Кольской сверхглубокой скважины советскими учеными и конструкторами была создана отечественная буровая установка «Уралмаш 15000» (БУ-15000) грузоподъемностью 400 т, при давлении нагнетания бурового раствора 40 МПа, с максимальной автоматизацией процессов бурения (спуск и подъем бурового инструмента, подача долота) и бесступенчатым регулированием основных технических процессов за счет применения привода на постоянном токе. Установка была рассчитана для проходки скважин до глубины 15 км. Автоматизация процесса бурения позволила в несколько раз увеличить скорость бурения.
В новой буровой установке «Уралмаш 15000» - более мощное автоматизированное оборудование. Использовалось турбинное бурение – это когда вращается не вся колонна, а только буровая головка. Через колонну под давлением подавался буровой раствор, вращающий стоящую внизу многоступенчатую турбину. Общая ее длина – 46 м. Завершалась турбина буровой коронкой диаметром 214 мм. Через все секции турбины проходила труба – керноприемник, где собирались столбики выбуренной породы.
Масса колонны, погруженной в скважину с буровым раствором, составляла около 200 тонн. Это при том, что использовались специально разработанные трубы из легких сплавов.
Был разработан и внедрен принципиально новый метод бурения открытым стволом оптимального диаметра, позволивший в 5-6 раз сократить металлоемкость конструкции скважины (по сравнению со скважинами на нефть и газ), исключить износ зацементированных обсадных колонн, предотвратить непреодолимые осложнения и тем самым обеспечить возможность бурения на большие глубины, на 50-60% сократить сроки строительства скважины за счет бурения ствола только оптимального диаметра (214 мм), существенно повысить информативность внутрискважинных исследований за счет сохранения ствола открытым длительное время, корректировать все процессы бурения и на основе получаемых фактических геолого-технических данных принимать решения по дальнейшему углублению скважины.
Опыт Кольской скважины свидетельствует, что успех её углубления в значительной степени обязан нетрадиционным подходам к формированию технологических принципов бурения. Специфика работ на больших глубинах показала, что многие проблемы просто никогда не встречаются в стандартном бурении. Во многом эти проблемы связаны с состоянием околоствольного массива, формой ствола и траекторией скважины.

Буровые коронки, применявшиеся при бурении скважиныБуровые коронки, применявшиеся при бурении скважины
Источник: «Маркшейдерия и Недропользование» - http://geomar.ru/articles/history/147-kola-ultradeep.html

 

Ствол Кольской скважины имеет диаметр, близкий к номинальному, и круглую форму сечения только в верхних интервалах – до 5-6 тыс. м (комплекс пород протерозоя). Кавернозные зоны здесь приурочены только к тектоническим нарушениям, ствол в них имеет сложную изометричную форму, а диаметр иногда в 2-3 раза превышает номинальный. По протяжённости эти зоны составляют не более 10-12% от всего интервала. На глубинах более 5000-7000 м (комплекс пород архея) ствол скважины имеет ярко выраженную эллипсовидную форму сечения. При этом малая ось эллипса близка по размеру к номинальному диаметру, а большая ось превышает его в 2-3 раза. Кавернозные зоны также приурочены к тектоническим нарушениям, однако по протяжённости занимают уже до 25% разреза.
Важно отметить, что если в верхних интервалах ствол скважины в основном устойчив к гидродинамическим и механическим воздействия, то в породах архея, очевидно, внешние воздействия приводят к обрушениям стенок скважины и значительным изменениям её радиальных размеров.

Пульт контроля за процессом буренияПульт контроля за процессом бурения
Источник: «Маркшейдерия и Недропользование» - http://geomar.ru/articles/history/147-kola-ultradeep.html

Специально для бурения скважины были сконструированы породоразрушающие инструменты и забойные двигатели с соответствующей глубинным условиям характеристикой, в том числе с маслонаполненной герметизированной опорой, обеспечившие показатели отработки, на 15-20% превышающие средние проектные параметры, а на больших глубинах - на 70-100%. Были созданы термостойкие редукторные турбобуры, устойчиво работающие при частоте вращения 80-200 мин-1(забойный двигатель работает от энергии потока жидкости без вращения колонны или с ее вращением на минимальной (2-4 мин-1) частоте вращения). 
При бурении Колькой скважины использовались буровые коронки из твёрдого сплава. Одна коронка служила приблизительно 4 часа, за это время удавалось пробурить 7-10 метров. При глубине скважины более 8 тыс. м на спуск и подъём колонны уходило до 18 часов. При этом колонна автоматически разбиралась на секции.
Сконструированы и внедрены в практику эффективные средства контроля работы турбобура на забое по наземным датчикам, без которых практически невозможно бурение забойным двигателем на глубинах более 8-9 км. Система контроля основана на принципе гидравлической линии связи: измеряется распространяющийся в среде бурового раствора импульс давления, величина которого пропорциональна изменению контролируемого параметра.
Прием и укладка керна в ящикиПрием и укладка керна в ящики
Геологи В. Ланев (слева) и Ю. Смирнов рассматривают образцы керна.Геологи В. Ланев (слева) и Ю. Смирнов рассматривают образцы керна.
Источник: «Маркшейдерия и Недропользование» - http://geomar.ru/articles/history/147-kola-ultradeep.html
Вся технология была хорошо отработана, оператор на пульте управления видел вращение коронки, знал ее скорость и мог управлять процессом.
Внедрены в производство новые типы керноотборных снарядов с принципом забойного гидротранспорта керна в камеру складирования, которые обеспечили приемлемые показатели отбора керна практически по всей глубине скважины. Новый колонковый снаряд позволял сохранять от истирания большой процент выбуренного керна и поднимать его на поверхность: процент выноса керна с больших глубин повышается в 2-3 раза против обычного.
Разработана принципиально новая технология ликвидации тяжелых призабойных осложнений методом безориентированного забуривания нового ствола без установки цементного моста, которая была трижды успешно применена при бурении Кольской сверхглубокой скважины на глубинах более 7 км.
Создан комплекс несерийного инструмента технологического назначения (расширители, калибраторы, противоаварийные инструменты и т.п.).
За сравнительно короткий срок наша промышленность освоила производство более 30 новых видов буровой техники. В числе нововведений:
·  буровая колонна из лёгких сплавов (стальная просто разорвалась бы от своего веса). Вес колонны около 200 тонн;
·  турбобур – турбина длиной 46 метров, действующая от давления бурового раствора, вращает буровую коронку;
·  керноприёмник – труба в середине буровой коронки, служащая для забора образцов породы.
Использовались обычные буровые коронки из твёрдого сплава. Одна коронка служит приблизительно 4 часа, за это время удаётся пробурить
7 —10 метров. На спуск и подъём колонны уходит до 18 часов. При этом колонна разбирается на секции из нескольких труб.
Одной из очень важных целей бурения было получить керн-колонку образцов породы во всю длину скважины.
Отдельные образцы кернаОтдельные образцы керна
Косые полоски на керне означают, что скважина проходила через пласты, расположенные наклонноКосые полоски на керне означают, что скважина проходила через пласты, расположенные наклонно
Источник: «Маркшейдерия и Недропользование» - http://geomar.ru/articles/history/147-kola-ultradeep.html
Каждый кусочек горной породы, извлеченный из недр, представлял большую ценность. Чем дальше уходила в глубину Кольская скважина, тем труднее было доставлять образцы пород на поверхность. В обычных случаях, при бурении разведочных скважин на ограниченную глубину, керн продвигается в буровой снаряд и закономерно попадает в колонковую трубу. В ней он находится в процессе бурения, пока его не поднимут наверх. Однако на большой глубине керн, выбуренный из массива и освобожденный от горного давления, как бы взрывается. Его разрушают мощные внутренние силы, порожденные сжатием вышележащей многокилометровой толщи пород. Керн разрушается, его отдельные кусочки забивают проход в колонковую трубу и истираются в процессе бурения. Обычно при этом сохраняется не более 5-10% выбуренного керна. Для борьбы с таким явлением конструкторами был создан принципиально новый колонковый снаряд с системой гидротранспорта керна.
Поднятый со скважины самый длинный в мире керн разметили, как линейку, на метры и уложили в соответствующем порядке в ящики. Сверху указаны номер ящика и номера образцов. Ящики с керном складировали в помещении уникального кернохранилиша. Всего таких ящиков на складе почти 900.
Скважина бурилась с научными целями, поэтому был использован весь комплекс современных методов исследования. Кроме извлечения керна обязательно проводились исследования свойств пород в их естественном залегании. Постоянно контролировалось техническое состояние скважины. Измерялись температура по всему стволу, естественная радиоактивность – гамма-излучение, наведенная радиоактивность после импульсного нейтронного облучения, электрические и магнитные свойства пород, скорость распространения упругих волн, исследовались состав газов в жидкости скважины.
До глубины 7 км использовались серийные приборы. Работа на больших глубинах и при более высоких температурах потребовала создания специальных термобаростойких приборов. Особые трудности возникли на последнем этапе бурения; когда температура в скважине подошла к 200оС, а давление превысило 1000 атмосфер, серийные приборы работать уже не могли. На помощь пришли геофизические ОКБ и профильные лаборатории нескольких НИИ, изготовившие единичные экземпляры термобаростойких приборов.

Центральный пульт управленияЦентральный пульт управления
Источник: «Маркшейдерия и Недропользование» - http://geomar.ru/articles/history/147-kola-ultradeep.html

На Кольской сверхглубокой скважине в процессе работ использовалась система контроля и управления процессом буровых работ. Реализована информационно-измерительная система (ИИС СГ), включающая в себя три основные программно-аппаратные подсистемы: подготовка к рейсу, контроль бурения, итоги рейса. С учётом особенностей бурения в кристаллических породах основной задачей системы являлось распознавание критических технологических ситуаций, таких как посадки и затяжки при СПО, подклинка низа бурильной колонны, подклинка корпуса забойного двигателя, износ опор долота, износ вооружения долота, промыв КНБК, нарушение режима работы насосов, смена разбуриваемых пород.
Результаты исследований
Как отмечает академик Е.А. Козловский, главная задача бурения Кольской скважины состояла в изучении глубинного строения и рудоносности древней континентальной коры, а именно:
·  получение глубинного геологического разреза;
·  всестороннее исследование вещественного состава горных пород и характера их изменения с глубиной;
·  выяснение особенностей проявления эндогенных геологических процессов в глубоких частях земной коры и связи с ними процессов рудообразования;
·  выяснение геологической природы глубинных геофизических границ и геофизических параметров геологических толщ.
Основой решения этих вопросов являлись результаты изучения керна, который отбирался по разрезу скважины непрерывно и изучался комплексно: геологическими, петрографическими, минералогическими, геохимическими методами с применением оптических, рентгеновских, микрозондовых, термических, спектроскопических, химико-аналитических и других способов анализа.
Геологический прогноз разреза скважины отличается от фактического, составленного по данным бурения. На приведенном ниже рисунке показаны первоначальный прогноз геологического разреза и фактические данные бурения.

Схематический разрез Кольской сверхглубокой скважины.Схематический разрез Кольской сверхглубокой скважины. Источник: А. Осадчий [5] А. Прогноз геологического разреза.
Б. Геологический разрез, построенный на основании данных бурения СГ-3 (стрелки от колонки А к колонке Б указывают, на какой глубине встречены прогнозируемые породы). На этом разрезе верхняя часть (до 7 км) - толща протерозоя со слоями вулканических (диабазы) и осадочных пород (песчаники, доломиты). Ниже 7 км - толща архея с повторяющимися пачками пород (в основном гнейсы и амфиболиты).
В. Ствол скважины со многими пробуренными и потерянными стволами (глубже 7 км).
Источник: «Маркшейдерия и Недропользование» - http://geomar.ru/articles/history/147-kola-ultradeep.html

Наиболее полная характеристика геологического разреза Кольской сверхглубокой скважины приведена в работе академика А.Е. Козловского.
В интервале 0-6842 м скважиной вскрыты горные породы раннего протерозоя, в интервале 6842-12066 м – породы архея.
Раннепротерозойские образования возрастом 1,9-1,6 млрд. лет представлены печенгским осадочно-вулканогенным комплексом. В этом комплексе преобладают вулканические породы базальтового состава (более 70%). Они представлены преимущественно шаровыми и массивными лавами. В их составе содержание кремнезема (Si02) достигает 47-48% и увеличивается вниз по разрезу до 53%. В подчиненном количестве находятся вулканические образования других типов (более кислые по составу - андезиты и более основные и ультраосновные - пикритовые порфириты), а также метаморфизованные осадочные породы. Среди осадочно-вулканогенных пород заключены тела интрузивных образований - габбро и гипербазитов. Именно с интрузиями подобного типа связано сульфидное медно-никелевое оруденение района. Рудные тела такого состава скважиной были вскрыты на глубине 1540-1680 м.
Архейские образования возрастом 2,8 млрд. лет и более представлены двумя комплексами горных пород, первый из которых сложен амфиболитами, гнейсами, а второй - амфиболитами, диоритами, гранодиоритами и плагиогранитами. Породы первого, амфиболито-гнейсового, комплекса пересечены на глубине 6842-11700 м; они представлены гнейсами, несколько варьирующими по минеральному составу. Амфиболиты – породы основного состава – в рассматриваемом комплексе составляют от 10 до 35% в разных частях глубинного разреза. Подчиненное развитие имеют метаморфические породы ультраосновного состава.
На самых больших глубинах разреза (11700-12066 м) скважиной вскрыты породы второго комплекса – амфиболит-диорит-гранодиорит-плагиогранитного. Самыми древними являются здесь амфиболиты и диориты; гранодиориты-плагиограниты – более молодыми. Этот комплекс относится к типу ультраметаморфических и представляет собой пример преобразования основных пород в кислые. Предполагалось же, что с глубиной по разрезу скважины в этом комплексе должно было, наоборот, возрастать количество пород основного состава.
В результате детального комплексного изучения поднятого с больших глубин керна горных пород был сделан ряд новых, неожиданных и очень интересных наблюдений. Многие из них представляют интерес, как для геологов, так и для палеонтологов и биологов. В частности, установлено, что породы, развитые на глубоких горизонтах земной коры и традиционно считавшиеся извечно «мертвыми», когда-то формировались при активном участии биологических процессов. По данным изотопного анализа углерода выделены два источника углекислого газа: первый связан с мантией, второй имеет биогенное происхождение и преобладает в протерозойских породах. В последних, к тому же, найдены окаменелые остатки микроорганизмов – микрофоссили, возраст которых исчисляется первыми миллиардами лет. Обнаружено и определено уже 17 видов микроорганизмов – прямых свидетелей биогенных процессов, происходивших на нашей планете в древние эпохи. Таким образом, бурение Кольской сверхглубокой подтвердило идею В.И.Вернадского о наличии на Земле докембрийских биосфер.
Не менее интересными и неожиданными оказались непосредственные измерения температуры на больших глубинах. Предполагалось, что в тектонически спокойных районах, к которым относится Балтийский щит, температура с глубиной растет незначительно (примерно на 8-10 С на 1 км). Однако реальная температура в скважине на глубине 10 км достигла 180°С, а на глубине около 12 км значения температур достигли 212°С, вместо предполагавшихся 120°С. Возможно, что это частично связано с некоторым повышением с глубиной содержаний радиоактивных элементов.
По результатам скважинного гаммакаротажа и других видов геофизических исследований установлена зональность в распределении по вертикали концентраций урана, тория и калия. Этот факт является существенным вкладом как в разработку общей термической модели формирования земной коры, так и в решение конкретных проблем использования геотермальной энергии в хозяйственных целях.
Большой интерес представляет впервые доказанное существование на сверхбольших глубинах в пределах древних кристаллических массивов подземных вод: они зафиксированы практически на всех разбуренных интервалах. Наибольшие притоки высокоминерализованных вод и газов установлены в зонах тектонических нарушений, обладающих повышенной проницаемостью. В зонах циркуляции подземных вод, зафиксированных на больших глубинах (6,5-9,5 км и более), происходило отложение относительно низкотемпературной гидротермальной минерализации (медной, свинцово-цинковой, никелевой). Этот процесс продолжается, по-видимому, и поныне.
Обнаруженные в скважине ассоциации рудных минералов, относящихся к одним из самых низкотемпературных по образованию, свидетельствуют о принципиальной возможности появления на этих глубинах их промышленных скоплений, не говоря уже о высокотемпературных рудных образованиях. Этот вывод имеет фундаментальное значение для развития учения о полезных ископаемых и поисков рудных залежей на больших глубинах. Он означает, что вертикальный размах рудоотложения весьма значителен, и поэтому прогнозирование скрытых рудных залежей можно вести на любую, технически доступную глубину.
В результате проходки Кольской скважины впервые были получены непосредственные данные о составе и физическом состоянии пород на глубинах, превышающих 10 км. Это имеет первостепенное значение для прогноза скрытых месторождений вообще и типоморфных для Кольского полуострова полезных ископаемых (железные руды, апатит, медь и никель, слюда, редкие металлы и др.).
Общепризнанно, что с проходкой Кольской скважины – флагмана сверхглубокого бурения начался новый период изучения земной коры. Сверхглубокое бурение на континенте и в океанах перерастает в новую отрасль науки и техники, в которой сочетаются последние достижения научно-технического прогресса вообще и геологических дисциплин в частности. Разрезы сверхглубоких скважин в совокупности составят своеобразную «каменную летопись» Земли во всем диапазоне геологического времени и геологического пространства. Нет сомнения в том, что достижение глубоких горизонтов Земли откроет для геологов новые закономерности ее развития, которые позволят принципиально по-иному вести поиск месторождений полезных ископаемых.
Текущее состояние
В последние годы, в связи с финансовыми трудностями и отсутствием поддержки государства, решался вопрос об окончательном закрытии проекта «Кольская сверхглубокая скважина».
В 2008 году объект был заброшен, оборудование демонтировано, началось разрушение здания.
Состояние на 2010 год, по комментариям директора Геологического института Кольского научного центра РАН: скважина законсервирована и постепенно разрушается. Стоимость восстановления — около ста миллионов рублей. По его же мнению, на данный момент можно восстановить научную аппаратуру и открыть институт для обучения специалистов по шельфовому бурению.
Аналогичные проекты
В XIII веке китайцам удавалось прорыть скважины глубиной 1200 метров. В 1930 году в Европе смогли превзойти этот рекорд, пробурив земную поверхность на глубину 3 км. В конце 50-х глубина пробуренных скважин увеличилась до 7 км.
В 1957 году США приступили к осуществлению аналогичного проекта. В 1958 году была создана программа Проект «Мохол», для бурения коры под Тихим океаном. Проект был так назван в честь хорватского ученого Андрея Мохоровичича, который исследовал земную кору и мантию. Часть названия, «hole», переводится с английского языка на русский как «дыра». Однако работа в рамках проекта была прекращена в 1966 году из-за отсутствия финансирования.
Самые длинные скважины
Была также самой длинной скважиной в мире до 2008 года, когда её обошла пробуренная под острым углом к поверхности земли нефтяная скважина Maersk Oil BD-04A, длина которой 12 290 метров (находится в нефтяном бассейне Аль-Шахин,Катар). В январе 2011 этот рекорд был побит нефтяной скважиной месторождения Одопту-море проекта Сахалин-1, также пробуренной под острым углом к поверхности земли, длиной 12 345 метров, а в июне 2013 года — скважиной Z-42 Чайвинского месторождения, длиной 12 700 метров.
Эпилог
Сотни тысяч скважин были пробурены в земной коре за последние десятилетия. И это неудивительно, потому что поиск и добыча полезных ископаемых в наше время неизбежно связаны с глубоким бурением. Но среди всех этих скважин есть одна-единственная на планете - легендарная Кольская Сверхглубокая, глубина которой до сих пор остается непревзойденной - более двенадцати километров. Кроме того, Кольская скважина - одна из немногих, которую бурили не ради разведки или добычи полезных ископаемых, а с чисто научными целями: изучить древнейшие породы нашей планеты и познать тайны идущих в них процессов.
Предполагалось, что Кольская сверхглубокая скважина после завершения ее проходки будет превращена в уникальную природную лабораторию для исследования с помощью специальных приборов глубинных процессов, протекающих в земной коре. Однако распад СССР нарушил планы ученых. В 1995 году все научные работы из-за отсутствия средств были прекращены, а сама скважина законсервирована. Уникальная буровая установка «Уралмаш-15000» и сопутствующая инфраструктура за годы простоя пришли в полную негодность и морально устарели, а отсутствие достойного финансирования не позволяет провести модернизацию и возобновить работу. Оборудование стало ржаветь, а производственный комплекс пришел в аварийное состояние и теперь представляет экологическую опасность для окружающей среды.
Решение о демонтаже скважины было принято летом 2007 года специальной экспертной комиссией представителей Роснедр и Росимущества, обследовавшей буровой комплекс летом 2007 г. В феврале 2008 г. бывшее федеральное государственное унитарное предприятие было приватизировано и превратилось в акционерное общество, коллектив которого и начал демонтаж оборудования комплекса. По словам заместителя директора нового предприятия Евгения Климова, средств на ведение этой работы мало, поэтому процесс ликвидации продлится долго.
Ныне принимаются меры по сохранению образцов породы, поднятой с глубины, и геологических материалов, полученных в ходе бурения и исследований, проведенных во время проходки скважины.
Ученые уверены, что закрытие скважины - отчаянно опрометчивое решение. Им непонятно, зачем страна отказалось от идеи создания на ее базе важной лаборатории по изучению геологических процессов в земной коре.
Гигантская буровая, высотой с двадцатиэтажный дом, наверное, еще долгие годы будет стоять как памятник достигнутого здесь рекорда глубины бурения. 

Использованная литература:

  1. Козловский Е.А. Достижения и перспективы глубинных исследований Земли / Ю.В. Зайченко, В.А. Ерхов, Б.В. Ермаков, В.Н. Семов, Советская геология. – 1982, № 1.
  2. Кольская сверхглубокая. Исследование глубинного строения континентальной коры с помощью бурения Кольской сверхглубокой скважины. М.: Недра, 1984, 490 с.
  3. Козловский Е.А.. Всемирный форум геологов, Наука и жизнь, 1984, №10.
  4. Козловский Е.А. Кольская сверхглубокая. Наука и жизнь, 1985, № 11.
  5. Осадчий А., Легендарная Кольская Сверхглубокая. Наука и жизнь, 2002, №5.
  6. Козловский Е.А., Глубинные исследования Земли. Промышленные ведомости. – 2003, № 3-4.
  7. Кольская сверхглубокая. Научные результаты и опыты исследования. — М.: 1998.
  8. Дмитрий Мисюров. Кольская сверхглубокая на рубеже веков // В мире науки. — 2003. — № 12.
  9. «Популярная механика», ноябрь 2002 г., с.28
  10. Вячеслав Кондратьев. Рано хоронить Сверхглубокую. «Мурманский вестник» (13 октября 2005).
  11. Резанов И. А. Сверхглубокое бурение М., 1981
  12. «На пороге преисподней: Кольская сверхглубокая скважина», Популярная механика, ноябрь 2010 г.
  13. «Маркшейдерия и недропользование» №3(41), май-июнь 2009 г.


Источник: «Маркшейдерия и Недропользование» - http://geomar.ru/articles/history/147-kola-ultradeep.html

Прочитано 1399 раз

Оставить комментарий

Убедитесь, что вы вводите (*) необходимую информацию, где нужно
HTML-коды запрещены