Применение технологии сверхглубокого бурения для изучения земной коры
Дипломная работа - Геодезия и Геология
Другие дипломы по предмету Геодезия и Геология
?аботана и осуществлена в Советском Союзе. Основополагающие идеи этой программы были сформулированы в 1960-1962 годах. Первая из сверхглубоких скважин в СССР - Аралсорская в Северном Казахстане - достигла 5600 м, Саатлинская на Кура-Араксинской низменности Азербайджана - 8200 м, Уренгойская в Западной Сибири - 7800 м. Были заложены еще несколько скважин: Криворожская, Уральская, Мурунтауская, Кубанская. В мае 1970 года на севере Мурманской области в 10 км от города Заполярного началось бурение Колськой сверхглубокой скважины. Ее проектная глубина была определена в 15 км.
Из зарубежных скважин три дошли до глубины от 9,1 до 9,6 км. Планировалось, что одна из них (в Германии) превзойдет Кольскую. Однако бурение на всех трех, так же как и на СГ, было прекращено из-за аварий.
В последующие годы в СССР было пробурено еще 10 научных скважин глубиной от 4 до 9 км. Для выполнения программы комплексного изучения недр земли и сверхглубокого бурения в 1986 году было создано специальное государственное научное предприятие (ГНПП) Недра (Ярославль). В настоящее время в России продолжается бурение только одной Уральской сверхглубокой скважины.
Успехи Советского Союза стимулировали разработку программ научного континентального бурения в Германии, Франции, США, Канаде, Японии, Великобритании и других странах. Одним из наиболее известных результатов явилось бурение немецкой сверхглубокой скважины КТБ-Оберпфальц в Баварии (1990-1994годы), которая достигла глубины 9101м.
3.1 Кольская скважина
Кольская Сверхглубокая скважина, СГ-3, - одна из главных достопримечательностей области. Глубина ее составляет 12 262 м - до сих пор остается непревзойденной.
Это одна из немногих скважин, которую бурили не ради разведки или добычи полезных ископаемых, а iисто научными целями: изучить древнейшие породы нашей планеты и идущие в них процессы. Кольская Сверхглубокая (государственный индекс - СГ-3) была не первой и не единственной в программе изучения глубинного строения Земли. Сегодня на Кольской Сверхглубокой не ведут бурение, оно прекращено в 1992 г. В феврале 1995 г. СГ была переведена в режим глубинной геолаборатории.
Для бурения СГ в 1970 г. была создана специальная геологоразведочная экспедиция (Кольская ГРЭ). Скважину и буровую вышку построили в 10 км от Заполярного, по соседству с озером с невыговариваемым названием Вильгискоддеоайвинъярви, 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 началось в мае 1970 г. Проходка до глубины 7263 м заняла 4 года. Ее вели серийной установкой, которую обычно используют при добыче нефти и газа. Далее потребовался почти годовой перерыв для монтажа специальной буровой установки "Уралмаш-15000". Именно с ее помощью велось дальнейшее бурение.
год ознаменовался рекордом: глубина бурения превысила 12 км. Скважина стала глубочайшей выработкой в мире.
Кольская Сверхглубокая, как и другие скважины, - отнюдь не прямое вертикальное отверстие от поверхности земли до забоя. Скважина пересекает наклонные пласты различной плотности. (рис1)
Рис. 1.
При этом она "извивается", потому что бур постоянно отклоняется в сторону менее прочных пород. При значительных отклонениях скважину пытаются "вернуть на место". Нередко случаются аварии с потерей бурового инструмента и части труб. После этого приходится делать новый ствол, отступив в сторону. Так, крупнейшая авария на Кольской Сверхглубокой произошла 27 сентября 1984 г.: в скважине остались 5 км труб. Это была "черная дата" в истории Сверхглубокой, когда пришлось начинать новый обходной ствол с глубины 7 км. Всего в скважине было пробурено 12 таких обходных стволов. Таким образом, скважина похожа на корневую систему гигантского растения. При этом ученые получили чрезвычайно ценную для науки объемную модель участка земной коры.
По научной значимости бурение сверхглубоких скважин неслучайно сравнивают с космической экспедицией к другой планете. Образцы пород, извлеченные из земных недр, представляют не меньший интерес, чем, например, образцы лунного грунта. Так, исследования лунного грунта показали почти полную его идентичность породам, извлеченным из Кольской скважины с глубины около 3 км. Результаты бурения поставили много других вопросов. На 10-километровой глубине были обнаружены 14 видов микрофасилий - окаменевших остатков древних живых организмов. Эта находка означала, что сроки существования жизни на нашей планете - не 1,5, а 3 млрд. лет. Во время бурения из глубин, где уже нет осадочных пород, появлялся метан. Так была поставлена под сомнение теория чисто биологического происхождения углеводородов. Скважина преподнесла также и практический подарок: на глубине 1,6-1,8 км были вскрыты промышленные медно-никелевые руды - обнаружен новый рудный горизонт.
На Кольской Сверхглубокой использовалось турбинное бурение, при котором вращается не вся колонна, а только буровая головка. Через колонну под давлением подается буровой раствор, вращающий стоящую внизу турбину. Общая длина турбины 46 м, она завершается кольцевой буровой головкой (ее часто называют коронкой), диаметром 214 мм. В середине остается неразбуренный столбик породы - керн диаметром 60 мм. Через все секции турбины проходит труба - керноприемник, где собираются столбики добытой породы.
Измельченная порода вместе с буровы