Открыть главное меню

Кольская сверхглубокая скважина

Кольская сверхглубокая скважина. Буровая первого этапа (глубина 7600 м), 1974 год

Кольская экспериментальная опорная сверхглубокая скважина (СГ-3) — самая глубокая горная выработка в мире, имеющая научное значение. Являлась частью системы сверхглубоких скважин в СССР.

В 1997 году занесена в Книгу рекордов Гиннесса как самое глубокое вторжение человека в земную кору, и является таковой до сих пор. 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 (12 290 метров, нефтяной бассейн Аль-Шахин, Катар)[1][2][3][4][5].

Бурением скважины и анализом полученных материалов занималась специально созданная для этого Кольская комплексная геолого-разведывательная экспедиция глубокого бурения (1968-1991, с 1992 года преобразована в Научно-производственный центр «Кольская сверхглубокая»), работавшая под бессменным руководством академика Д. М. Губермана.

В результате бурения, которое с перерывами велось с 1970 по 1991 год, глубина скважины составила 12 262 метра; диаметр верхней части — 92 см, диаметр нижней части — 21,5 см[6].

Содержание

Общая характеристикаПравить

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. В отличие от других наиболее крупных сверхглубоких скважин, которые бурились с сугубо практическими целями — для добычи нефти, газа или геологоразведочных работ, Кольская скважина была пробурена исключительно для решения научно-исследовательских задач. В первую очередь — это подтверждение теоретических моделей строения нижних слоёв земной коры (гранитного и базальтового), поиск и исследование характера границ между ними (границы Конрада) и мантией Земли (поверхности Мохоровичича). Однако, ни ярко выраженного чередования слоёв литосферы, ни сколько-нибудь выраженных границ между ними, в результате бурения так и не было обнаружено.

Предпосылки появленияПравить

Попытки глубинного исследования недр Земли уходят в глубокую древность. В XIII веке китайцам удавалось прорыть скважины глубиной 1200 метров[7]. К началу XX века мировой наукой был накоплен большой объём знаний по строению верхних слоёв литосферы. Было предпринято несколько попыток пробурить сверхглубокие скважины для проверки теорий на фактическом материале. В 1930 году в Европе смогли пробурить земную поверхность на глубину 3 км. В конце 1950-х годов 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.

Наиболее удобными местами для сверхглубокого бурения являются районы земной поверхности, где толщина чехла осадочных пород имеет самые минимальные значения или вовсе отсутствуют. Кольский полуостров — одно из немногих мест на материковой поверхности Земли, где чехол осадочных пород полностью отсутствует, и поверхность сложена породами очень древнего происхождения — их возраст составляет около 3 млрд. лет (для сравнения: возраст Земли оценивается в 4,5 млрд. лет). В 1968 году для окончательного выбора места бурения была создана Кольская геологоразведочная экспедиция сверхглубокого бурения (Кольская ГРЭ) под руководством Д. М. Губермана. Собственно Кольская сверхглубокая скважина была заложена в 1970 году, в годовщину 100-летия со дня рождения В. Ленина.

Хроника буренияПравить

 
Кольская сверхглубокая скважина, 2007 г.

Бурение началось 24 мая 1970 года. До глубины в 7000 метров бурение проходило относительно спокойно, бур проходил через однородные прочные граниты. После этой глубины буровая головка вошла в менее прочные слоистые породы. При прохождении через них ствол скважины стал осыпаться с образованием каверн[8].

В результате буровую колонну заклинивало породой, и головка обрывалась при попытке подъёма. Потерянная часть буровой колонны цементировалась, бурение продолжалось с отклонением бурового инструмента. Такие аварии случались неоднократно, поэтому бурение продолжалось в течение нескольких лет[8], а структура скважины получила облик кроны дерева со множеством ответвлений.

6 июня 1979 года скважина побила рекорд в 9583 метра, ранее принадлежавший нефтяной скважине Берта Роджерс (Оклахома). В лучшие годы на Кольской сверхглубокой скважине работало 16 исследовательских лабораторий, их курировал лично министр геологии СССР.

В 1983 году пробурили 12 066 метров и временно остановились — готовились к Международному геологическому конгрессу, который должен был проходить в 1984 году в Москве. 27 сентября 1984 года бурение было продолжено. При первом же спуске произошла авария — оборвалась буровая колонна. Бурение возобновили с глубины 7000 м.

К 1990 году новое ответвление достигло глубины 12 262 метров. Колонна снова оборвалась, и бурение было прекращено. В 1994 году бурение прекратили, а в 1997 скважина попала в Книгу рекордов Гиннесса.

Текущее состояниеПравить

 
Кольская сверхглубокая скважина, 2012 г.
 
Устье скважины с металлической заглушкой, август 2012

История бурения скважины неразрывно связано с историей функционирования научно-производственного центра при скважине, поскольку буровая установка была частью комплекса зданий этого исследовательского учреждения. После 1991 года исследовательский центр начал приходить в упадок. Официально бурение было остановлено в 1992 году. К 1995 г. финансирование работ почти полностью прекратилось. Вместо 500 человек в 1980-х гг. по штатному расписанию на апрель 2008 в НПЦ «Кольская сверхглубокая» числилось 20 человек[9]. В том же 2008 году решением главы управления Росимущества по Мурманской области научно-производственный центр при скважине ликвидирован «ввиду нерентабельности», в течение нескольких месяцев после этого комплекс зданий НПЦ при скважине был окончательно заброшен, оборудование демонтировано, началось разрушение построек [10][11][12].

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.

В настоящее время формальным правопреемником научно-производственного центра при Кольской сверхглубокой скважине является базирующийся в Ярославле АО «НПЦ Недра»[13].

Цели и задачи, поставленные при бурении СГ-3Править

  1. Изучение глубинного строения никеленосного Печенгского комплекса и архейского кристаллического основания Балтийского щита в районе Кольского полуострова, выяснение особенностей проявления геологических процессов, включая процессы рудообразования.
  2. Выяснение геологической природы сейсмических границ раздела в континентальной земной коре и получение новых данных о тепловом режиме недр, глубинных водных растворах и газах.
  3. Получение максимально полной информации о вещественном составе горных пород и физическом их состоянии, вскрытие и изучение пограничной зоны между гранитным и базальтовым слоями земной коры.
  4. Усовершенствование имеющейся и создание новой техники и технологии сверхглубокого бурения, а также методов комплексных геофизических исследований пород и руд на больших глубинах.

Буровая установкаПравить

Сначала бурение велось серийной буровой установкой «Уралмаш-4Э», которую применяют для бурения скважин при поиске и разведке месторождений нефти и газа. С глубины 7263 метра бурение продолжили установкой «Уралмаш-15000».

В числе особенностей, вобравших передовой опыт бурения глубоких скважин:

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.

ИсследованияПравить

Хотя ожидалось, что будет обнаружена ярко выраженная граница между гранитами и базальтами, в керне по всей глубине обнаруживались только граниты. Однако за счёт высокого давления и повышенной температуры у гранитов сильно менялись физические свойства.

Как правило, поднятый керн рассыпался от активного газовыделения в шлам, так как не выдерживал резкой смены давлений. Вынуть прочный кусок керна удавалось только при очень медленном подъёме бурового снаряда, когда «излишний» газ, находясь ещё в поджатом до большого давления состоянии, успевал выходить из породы[14].

Густота трещин на большой глубине, вопреки ожиданиям, увеличивалась. На глубине присутствовала также вода, заполнявшая трещины.

Исследователи выделили в скважине 12 уровней, различаемых по физическим свойствам. Более глубокие уровни, как правило, обладали более высокой изотропией (однородностью). На средних уровнях высокая анизотропия позволила предположить тектоническую активность слоёв.

Хотя в процессе исследования было получено много ценнейших сведений о земных недрах, результаты оказались во многом неожиданны, и на их основании не возникло чёткого понимания природы земной мантии и сущности поверхности Мохоровичича.

На пятикилометровой глубине окружающая температура превысила 70 °C, на семи — 120 °C, а на глубине 12 километров датчики зафиксировали 220 °C[15].

Результаты исследований полученные в ходе бурения и изучения скважины СГ-3 (общие положения)Править

  1. Геолого-геофизическая информация о глубинном строении Балтийского щита существенно уточнила теоретические представления, господствовавшие до бурения скважины. На основании непосредственного изучения минерально-геохимического состава пород керна и проведения комплекса геофизических исследований в стволе скважины были получены данные о вещественном составе и физическом состоянии глубинных пород, существенно отличающиеся от данных модели разреза, составленного по геофизическим данным до бурения скважины. На основании этих данных стала возможной обоснованная интерпретация геофизических материалов, играющая большую роль при разработке тектонических проблем геологии.
  2. Установлены закономерные изменения с глубиной состава и свойств пород. Впервые в едином разрезе выявлена вертикальная зональность метаморфизма пород, отличающаяся от теоретической модели, что использовано для развития теории петрогенеза.
  3. Установлены различные режимы поведения свободной и связанной воды при прогрессивном зональном метаморфизме; изохимический характер для петрогенных элементов и существенное перераспределение элементов-примесей при усилении метаморфизма и особенно при ультраметаморфизме.
  4. Экспериментально выяснен геотермический режим древней земной коры. Установлен более высокий, чем предполагалось, геотермический градиент. Выяснена роль мантийного и радиогенного источников в общем глубинном потоке тепла. Сделан существенный вклад в разработку термической модели формирования земной коры, учитывающий реальную долю эндогенного тепла.

Более длинные скважиныПравить

Побить рекорд длины (но не по глубине) Кольской сверхглубокой скважины удалось только скважинам, пробуренным сравнительно недавно с целью разработки больших газовых и нефтяных месторождений. В отличие от Кольской, эти скважины наклонные и бурятся под острым углом к земной поверхности.

Первой стала пробуренная в 2008 году под острым углом к поверхности земли нефтяная скважина Maersk Oil BD-04A, длина которой 12 290 метров (находится в нефтяном бассейне Аль-Шахин, Катар)[16]. 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[17], а в июне 2013 года — скважиной Z-42 Чайвинского месторождения, длиной 12 700 метров[18].

«Колодец в ад»Править

Кольская сверхглубокая послужила источником городской легенды о «колодце в ад» (Well to Hell hoax (англ.)). Эта городская легенда ходит по Интернету по крайней мере с 1997 года. Впервые на английском языке легенда была оглашена в 1989 году в эфире американской телекомпании Trinity Broadcasting Network, которая взяла историю из репортажа финской газеты, опубликованного в «день дурака»[19]. По этой легенде, в самой толще земли, на глубине 12000 метров, микрофоны учёных записали крики и стоны[20]. В бульварных газетах написали, что это «глас из преисподней»[21], и в них Кольскую сверхглубокую скважину стали называть «дорогой в ад» — каждый новый пробуренный километр принёс несчастья стране, а когда бурильщики вели проходку тринадцатой тысячи метров, распался СССР.

Когда скважину пробурили, якобы, до глубины 14,5 км, вдруг наткнулись на пусто́ты. Заинтригованные этим неожиданным открытием, буровики спустили туда микрофон, способный работать при чрезвычайно высоких температурах, и другие датчики. Температура внутри достигала 1100 °C — был жар огненных палат, в которых, якобы, можно было услышать человеческие крики[22]. Но в действительности эта легенда является вымыслом хотя бы потому, что акустические методы исследования скважин записывают не собственно звук и не на микрофон, а на сейсмоприёмники волновую картину отражённых упругих колебаний, возбуждённых прибором-излучателем с частотой 10—20 кГц и 20 кГц—2 Мгц[23]. В действительности глубина, на которой остановилось бурение, составила 12 262 метра с зафиксированной температурой в районе 220 °C, что не соответствует основным «фактам» легенды. Сомнение должно вызывать и наличие акустических микрофонов, работающих при температурах выше 1000 °C. Невежеством порождены и многие другие легенды вокруг Кольской сверхглубокой скважины. Одна из самых ранних имела хождение в СССР ещё в середине 1980-х (появилась, по крайней мере, не позднее мая 1987 года). В ней речь шла о демоническом существе, которое выбралось из-под земли через буровую трубу.

В то же время, в 1995 году в глубине скважины действительно произошел взрыв, причина которого так и не была установлена. Руководитель работ по бурению скважины, академик Д. М. Губерман, говорил: «Когда меня расспрашивают об этой загадочной истории, я не знаю, что ответить. С одной стороны, рассказы про „демона“ — чушь собачья. С другой стороны, как честный учёный, я не могу сказать, что знаю, что же именно у нас произошло. Действительно был зафиксирован очень странный шум, потом был взрыв… Спустя несколько дней ничего подобного на той же глубине не обнаружилось»[24].

Легенда послужила основой для рассказа Дмитрия Глуховского «From Hell» из сборника «Рассказы о Родине».

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

  1. «Кольская сверхглубокая» — самая глубокая скважина в мире
  2. Во глубине горячих руд…
  3. Дыра в преисподнюю.
  4. 10 самых длинных скважин в мире.
  5. Рекорд, который не превзойти.
  6. В. С. Попов, А. А. Кременецкий, «Глубокое и сверхглубокое бурение на континентах», стр. 64
  7. Пичугина Т. Б. Во глубине горячих руд…. журнал «Вокруг света» (— 2004. — № 10.). Проверено 2 января 2009. Архивировано 25 августа 2011 года.
  8. 1 2 Андрей Осадчий. Удар из-под земли // Наука и жизнь : журнал. — 2010. — Вып. № 7. — ISSN 0028-1263.
  9. Росимущество ликвидирует самую глубокую скважину в мире. lenta.ru (10 апреля 2008). Проверено 15 сентября 2018. Архивировано 25 августа 2011 года.
  10. Галина Хохлова. Гордость пойдет в утиль. "Российская газета" (15 октября 2008). Проверено 15 сентября 2018.
  11. Кольская сверхглубокая: последний салют. Проверено 15 сентября 2018.
  12. Ликвидируется самая глубокая на планете Кольская скважина. kommersant.ru (10 апреля 2010). Проверено 15 сентября 2018. Архивировано 25 августа 2011 года.
  13. НПЦ «Недра» — достижения.
  14. Яницкий И. Н. Живая Земля. Состав и свойства вещества в недрах Земли. М. РИЦ ВИМС, 2005 г. ISBN 5-901837-12-6.
  15. Антон Евсеев. Кольская скважина - путь в преисподнюю. pravda.ru (27 октября 2010). Архивировано 25 августа 2011 года.
  16. Maersk Oil finished Drilling (BD-04A) well at Al-Shaheen field, Qatar (англ.)
  17. На Сахалине пробурили самую длинную скважину в мире
  18. Программа буровых работ проекта «Сахалин-1» отмечает своё 10-летие мировыми рекордами
  19. «Кольская скважина: Дорога в ад.» «Вести», телеканал «Россия.»
  20. radio broadcast MP3 by late night radio personality Art Bell, probably dating from the period (англ.)
  21. Иванова Н. Адские врата. Кольскую скважину называют путём в преисподнюю // Жизнь. — 2007. — 2 окт.
  22. Snopes.com debunks
  23. Геофизические методы исследования земной коры
  24. Юрий Грановский. На пороге преисподней, Популярная механика, № 1, 2002

ЛитератураПравить

СсылкиПравить