Применение технологии сверхглубокого бурения для изучения земной коры
Дипломная работа - Геодезия и Геология
Другие дипломы по предмету Геодезия и Геология
м раствором выносится по скважине на поверхность. Масса колонны, погруженной в скважину с буровым раствором, около 200 тонн. Использовались специально разработанные трубы из легких сплавов; колонна из обычных стальных труб разорвалась бы под собственным весом. Одна проходка, определяемая износом буровой головки, составляла обычно 7-10 м. В 1991 году бурение прекратили на глубине 12261м. Кольскя скважина до сих пор остается самой глубокой в мире.
3.2 Саатлинская скважина
В 1977 году было начато бурение Саатлинской скважины в Куринской впадине на территории Азербайджана. Проектная глубина этой скважины была 11 км. Саатлинская сверхглубокая скважина в отличие от Кольской бурилась в области "молодой" континентальной земной коры Средиземноморского подвижного пояса. Активное геологическое развитие этого пояса протекало в так называемый альпийский период, начавшийся в мезозое и продолжающийся в настоящее время. Скважина заложена в Закавказье в Куринской низменности вблизи слияния рек Куры и Аракса, в нефтегазоносном районе. Она достигла глубины 8324 м. Эта скважина должна была выяснить возможности обнаружения нефтяных и газовых залежей на больших глубинах и установить положение кристаллического фундамента современной Куринской низменности, образованной между двумя крупными горными хребтами - Большим и Малым Кавказом.
К сожалению, не оправдались ожидания вскрыть в пределах Саатлинской структуры нефти и газоносные горизонты (хотя в отдельных породах разреза и установлено присутствие небольших количеств углеводородов). Скважина, по всей вероятности, угодила непосредственно в один из крупных длительно развивающихся вулканических центров, в пределах которых скопления углеводородов не создаются.
Несмотря на то что Саатлинская скважина не достигла проектной глубины 15 км, вскрытый ею разрез дал много нового для понимания глубинного строения Кавказа и истории его развития. Прежде всего удалось установить, что территория Куринской впадины в мезозое представляла собой море, на дне которого шли бурные вулканические процессы. Огромные массы вулканических продуктов образовали сначала подводные горы, которые затем поднялись над водой и превратились в цепь вулканических островов - островную дугу. Она протягивалась примерно с юга на север в том же направлении, в котором и до настоящего времени геофизики устанавливают крупную глубинную аномалию в строении земной коры.
4. Бурение сверхглубоких скважин
Существуют разные способы бурения. Если глубина скважины не велика, то двигатель, находящийся на поверхности, вращает колонну стальных бурильных труб; на нижнем конце трубы крепится буровая коронка (рис3), армированная твердыми сплавами или алмазами.
Вращаясь коронка вырезает цилиндрический столбик породы, которая постепенно заполняет специальную внутреннюю (колонковую) трубу, при бурении без отбора керна часто используют буровые головки, которые представляют собой систему нескольких вращающихся конусов, армированных твердыми сплавами (рис4).
Если стенки скважины неустойчивы, в нее опускают стальную обсадную трубу. В процессе бурения насос постоянно закачивает в скважину специальный глинистый раствор, необходимый для придания устойчивости стенкам, охлаждения инструмента, выноса мелких частиц породы (шлама) и других целей. Время от времени колонну буровых труб поднимают на поверхность с помощью лебедки, установленной на буровой вышке, выгружают керн, если необходимо, заменяют изношенную коронку на новую и опять опускают буровой снаряд на забой.
Бурение сопровождается измерениями физических свойств пород вдоль ствола скважины. Для этого на специальном кабеле в скважину опускают приборы которые фиксируют температуру, электропроводность, магнитную восприимчивость и друге свойства пород. Этот процесс называют каротажем скважин.
Как показывает опыт бурения в США и других странах, Увеличивая мощность двигателей и давления насосов, нагнетающих буровой раствор, повышая грузоподъемность лебедок и прочность стальных буровых труб, таким способом можно бурить скважины глубиной до 9-10 км. Для более глубоких скважин нужны нетрадиционные инженерные решения. Многие из них были предложены и реализованы в ходе выполнения программ сверхглубокого научного бурения.
Так, если забой скважины находится на многокилометровой глубине, целесообразно использовать забойные двигатели, установленные не на поверхности а в нижней части буровой колонны, которая при этом сама не вращается. Забойные двигатели представляют собой миниатюрные турбины или винтовые механизмы, которые приводятся во вращение буровым раствором, нагнетаемым под давлением в скважину.
Для того чтобы уменьшит вес колонны буровых труб длинной в несколько километров, их изготавливают из специальных легких, но достаточно прочных и термостойких сплавов. Например при бурении Кольской скважины были использовали алюминиевые сплавы, которые в 2-4 раза легче стали. Для этих же целей предлагается применять трубы из титановых сплавов.
Когда скважина достигает большой глубины, возникает значительная разница между гидростатическим давлением столба бурового раствора и литостатическим давлением, обусловленным весом горных пород. В результате стенки скважины могут быть разрушены, что приводит к серьезным осложнениям при бурении. Для того чтобы уравновесить горное давление увеличивают плотность бурового раствора примерно до 2г н