чем бурили кольскую сверхглубокую скважину
Технология бурения Кольской сверхглубокой скважины
Похожие записи
Бурение глубокой скважины
Технология бурения Кольской сверхглубокой скважины
Бурение глубокой скважины и тем более сверхглубокой — сложное и дорогое предприятие. В мировой практике глубокие скважины бурят очень мощными и дорогими установками грузоподъемностью 600-800 тонн.
Таких установок изготовлено до сих пор всего несколько штук, меньше, чем пальцев на одной руке.
Наш проект предусматривает проводку скважины большой глубины с помощью обычной буровой установки.
При этом сохраняется классическая схема разрушения и выноса породы на поверхность земли, но применяются новые технологические приемы, некоторые новые инструменты и, главное, новый подход к проблеме глубокого бурения.
Важнейший элемент в комплексе оборудования — буровые насосы, заставляющие буровой (глинистый) раствор под большим давлением циркулировать вниз по бурильным трубам, а затем вверх по кольцевому зазору между колонной труб и стенками скважины.
Энергия насосов преобразуется в полезную работу турбобура, вращающего на забое долото, и обеспечивает подъем разбуренной породы на поверхность земли.
Выходящий из Кольской сверхглубокой скважины раствор очищают от кусочков породы и вновь закачивают в бурильные трубы. Циркуляция идет по замкнутому циклу.
Если вы окажетесь на буровой во время подъема бурильной колонны, то увидите внутри вышки вертикальные ряды «свечей» — отдельные трубы, на которые расчленяется колонна. Обычно колонну составляют «свечи» высотой 36 метров. Их диаметр около 15 сантиметров.
Износилось долото — поднимают всю колонну, навинчивают новое и в обратном порядке спускают «свечи» в скважину. Таких рейсов при бурении глубоких скважин долото делает несколько сотен, а при проходке сверхглубоких — более тысячи!
При этом надо сохранить вертикальность ствола в пределах определенных допусков, своевременно закреплять вскрытые породы обсадными трубами, отбирать с забоя образцы породы — керны, проводить комплекс внутрискважинных геофизических исследований и многие другие работы.
Буровая для проходки глубокой скважины — по сути дела, большой современный завод. Весь комплекс оборудования предназначается для того, чтобы пробурить в земной коре неширокий цилиндрический ход длиной в несколько километров. Это всего лишь укол в недра Земли. Но как трудно его сделать…
Обычно глубокую скважину начинают бурить долотом большого диаметра. Бурение ведут до тех пор, пока в скважине не появляются какие-либо осложнения (приток воды, нефти и газа, уходы бурового раствора, обвалы стенок), делающие невозможным дальнейшее углубление скважины.
Теперь скважина одета в броню, и бурение можно продолжать (долотами несколько меньшего диаметра) до тех пор, пока какие-либо новые осложнения не преградят путь долоту.
Тогда в скважину спускают и цементируют еще одну колонну труб, меньшим диаметром, чем первая. Таких труб в скважину спускают столько, сколько встретится зон осложнений.
Каждая глубокая скважина похожа на подземный телескоп, направленный в сторону, противоположную от звезд. По количеству ступеней (труб) в этом телескопе судят о степени сложности и дороговизне бурения.
Заранее определить нужное количество звеньев телескопа и соотношения их размеров очень трудно. Практически невозможно предсказать, на какой глубине произойдет осложнение, которое потребует спуска в скважину обсадной колонны — очередного звена телескопа.
Недра очень изменчивы: буквально соседние скважины могут отличаться друг от друга по условиям проходки. То неожиданно встретится напорный водоносный горизонт, от которого следует оградиться обсадными трубами, то попадется прослойка трещиноватых пород, и буровой раствор начнет утекать по ним вместо того, чтобы уносить наверх разрушенную породу, то вдруг стенки скважины начнут обрушиваться, то образуются каверны…
Невозможно предусмотреть все трудности на будущем подземном пути. Направляясь в путешествие, космонавты, наверное, больше знают о своих трассах, чем атакующие земные недра буровики…
Ведь не случайно сейчас в лабораториях многих стран ученые заняты исследованием кернового материала, доставленного с Луны советскими и американскими летательными аппаратами, но ни в одной лаборатории мира пока нет образцов земных пород, извлеченных из глубины хотя бы 10 километров!
Кольская сверхглубокая: технология бурения
Для СГ-3 требовалось разработать такую технологию, которая обеспечивала бы свободу маневра в случае каких-либо осложнений на глубине.
Была предложена новая технологическая схема — бурение опережающим стволом. Что это такое?
Кольскую сверхглубокую начали проходить долотом диаметром 920 миллиметров. Углубились на 40 метров и обсадили пройденный отрезок трубами 720 миллиметров.
Затем в отличие от общепринятой технологии спустили в скважину еще одну металлическую колонну диаметром 245 миллиметров.
Ее не укрепляли и не цементировали. Получилось нечто вроде защитного чехла — колонна в колонне. Причем внутреннюю, несцементированную колонну при необходимости можно извлечь. И только после этого, следуя новой технологии, началось продвижение в недра СГ-3 открытым стволом.
Таким образом, стратегией бурения СГ-3 предусматривалась проходка открытым опережающим стволом на максимальную глубину при минимальном диаметре долота с тем, чтобы не исчерпать все звенья телескопа преждевременно.
Когда шло бурение Кольской сверхглубокой на глубине 5300 метров, на отметке 1800 метров начались опасные кавернообразования — разрушение породы. Противостоящий маневр состоял в том, что скважину с 40 и до 2000 метров расширили долотами диаметром 394 миллиметра, а затем весь этот участок обсадили 325-миллиметровыми трубами. Место, на котором произошло осложнение, оказалось за металлической стенкой.
Теперь сверхглубокая стала похожей на телескоп: до 40 метров шло его широкое основание, дальше до 2000 метров выдвинулась труба диаметром поменьше. Удлинилась и съемная колонна — обсадные трубы диаметром 245 миллиметров продлили до 2000 метров.
Буровой телескоп может иметь довольно большой начальный диаметр и вполне определенный конечный. Поэтому стратегия бурения первым делом предусматривала как можно глубже бурить долотами наименьшего диаметра — 214 миллиметров.
Вот почему в ход пустили это же долото и достигли глубины 7263 метра. Впервые в мировой практике проходка «голым» стволом составила более 5200 метров. У буровиков на Кольской сверхглубокой в запасе осталось еще одно звено телескопа, что для столь глубокой скважины — большое достижение.
Несцементированные трубы съемной колонны 245 миллиметров играют роль первой оборонительной линии. Внутри них движется вверх-вниз буровой инструмент, течет буровой раствор.
Конечно, трубы изнашиваются, протираются, но зато не подвергаются износу стоящие за ними цементированные трубы. Их-то извлечь нельзя, и если бы они оказались протертыми, то мечте о 15-километровой глубине — конец.
А съемную колонну можно заменить. Сейчас, после окончания первого этапа бурения СГ-3, ее извлекли — трубы оказались с предельным износом. Перед тем, как начать следующий этап бурения, в скважину опустят новую съемную колонну.
Пронзая земную кору: как завершился уникальный советский проект Кольской сверхглубокой скважины
— Евгений Александрович, давайте начнём с истории проекта. В конце 1960-х в СССР задумали создание целой системы сверхглубоких скважин. Зачем это было нужно?
— Была идея, что раз мы первыми полетели в космос, то надо и первыми, так сказать, нырнуть под землю, за самые глубокие горизонты, и узнать, что там творится. Инициаторами этой программы были министр геологии СССР Евгений Козловский и его однокашник Давид Губерман, который отдал Кольской сверхглубокой более 40 лет жизни. Сверхглубокие скважины бурились в разных местах — на Камчатке, на Урале, — и наша официально называется СГ-3, то есть третья по счёту сверхглубокая скважина.
— Работы начались в мае 1970 года в достаточно глухом месте, недалеко от городов Печенга и Заполярный в Мурманской области. Почему решили бурить именно там?
— В этом районе самые древние низлежащие породы выходят на поверхность. Для примера, чтобы добраться до них в районе Москвы, надо бурить на 7—10 км, а здесь они уже на поверхности. То есть геологи осознанно и вполне логично выбирали место, чтобы максимально сократить путь до нижних слоёв.
— Правда ли, что была цель обходиться только отечественным оборудованием?
— Да, но ведь импортного оборудования тогда и не было. Я сам работал на буровых скважинах, где тоже всё было только отечественное. Сначала бурили серийной буровой установкой «Уралмаш-4Э», но после 7 км, когда её возможности иссякли, бурение продолжилось на специально разработанной для СГ-3 установке «Уралмаш-15000».
— Скважину начали бурить в год столетия со дня рождения Ленина. В те времена многие события специально приурочивали к этой дате.
— Я думаю, это совпадение. Насколько я знаю, никто тогда никого не подгонял. Сам я в город Заполярный приехал в 1972 году на практику. А в 1973-м переехал туда уже окончательно.
Помню, тогда у меня даже не было мысли попасть на СГ-3, потому что место считалось очень привилегированным, работали одни москвичи и даже по северным меркам платили очень хорошо.
— Сколько получали?
— Точно я, конечно, не скажу, но думаю, те, кто занимался бурением, по 1 тыс. рублей в месяц имели. Это как у нас директор комбината в Печенге.
— Как протекал сам процесс бурения?
— Процесс был организован так: примерно восемь часов на спуск бурового инструмента, потом восемь часов бурят и восемь часов поднимают. После подъёма смотрят в том числе на наконечник долота. Если состояние позволяло, его оставляли, если нет, то меняли.
— Сколько за сутки удавалось пробурить?
— По-разному, бывало и 4 м, бывало больше. От плотности породы, от глубины — чем глубже, тем медленнее.
— Первые годы бурение шло успешно, и уже в 1983 году была достигнута глубина в 12 066 м. Как раз в этот момент решили сделать паузу ради проходившего в 1984 году в Москве Международного геологического конгресса.
— Да, после него делегатов даже привезли на СГ-3, где специально для них был показан процесс бурения.
— И как я понимаю, сразу после того, как работы были возобновлены, и произошла первая крупная авария?
— Да, откатились примерно на пять лет назад, пришлось с 7 км бурить заново. Почему всё оборвалось? Бурили старыми технологиями, трубами.
Губерман, объясняя всё не связанным с геологией людям, говорил: представьте нитку, которой надо проткнуть сливочное масло. Трудно же, да?
Вот точно так же мы протыкали земную кору трубами. На базе СГ-3 была создана научная лаборатория, и нам поставляли трубы из специального титан-алюминиевого сплава, и самое главное, были крепкие муфты, которые их соединяли. Они же как раз обрывались.
Нагрузка самих труб на буровой инструмент — 200 т, а оборудование должно их держать. Внутри трубы подаётся промывочная жидкость, можно сказать, вода. И она поступает на самое дно, к буровой шарошке, она её и охлаждает, и промывает, и шлак, который обуривает шарошка, поднимает наверх.
У скважины была сделана обсадка до глубины 4 км.
— Что это такое?
— Пробурили отверстие диаметром 250 мм и потом обсадили, то есть как бы трубу посадили, закрепили стенки.
— То есть на большей глубине радиус, получается, уже был поменьше?
— Да, после 4 км там уже были трубы радиусом 100 мм.
— Чем глубже, тем больше было сложностей?
— Да. Эта отметка в 7 км вообще оказалась какой-то роковой для СГ-3.
Примерно на этом уровне постоянно были аварии, обрывы. И после очередного такого случая приходилось возвращаться на этот уровень и бурить новую ветку.
Там где-то около пяти таких ответвлений, самое глубокое — 12 262 м, которого достигли в 1990 году. Где-то в 1992 году бурение было окончательно остановлено.
— Прекратили бурить из-за отсутствия средств?
— Там как раз был очередной обрыв, и делать новое ответвление уже не стали, финансирование прекратилось. Люди какое-то время держались, но там же были очень высококлассные специалисты, которые привыкли к достойной оплате, условиям, поэтому все быстро стали разъезжаться.
— То есть, если бы СССР не развалился, просто бы начали заново бурить с какой-то предыдущей отметки?
— Можно сказать, что так.
— Участившиеся аварии с чем были связаны?
— С глубиной. Там ведь, на глубине 12 км, температура уже больше 200 градусов, и ресурсов оборудования не хватало. И, по-моему личному мнению, очень не хватало тогда хорошей промывочной жидкости, которая бы позволяла работать безаварийно. Если бы сегодня бурили, то был бы совсем другой результат, сейчас уже совсем иные технологии.
— А сегодня возродить проект можно?
— Думаю, да, но нужны деньги серьёзные и инициатор уровня Владимира Путина.
Конечно, придётся строить новую буровую вышку, завозить оборудование, команду набирать. А дальше — геологи и буровики этот процесс знают — извлекаются те трубы, что оборвались, и по новой. Но, с другой стороны, прошло уже 30 лет, и никто не знает, что было со скважиной в эти годы. Земля же движется всё время, не исключено, что есть какие-то подвижки. Но так как трубы там 100-миллиметровые стоят до 8 тыс., то до этой глубины там должно всё стоять спокойно.
— Поясните по поводу последнего. Что там на отметке в 8 км?
— На глубине с 4 до 8 км тоже лежат трубы, с помощью которых шло бурение. Они дошли до 8 тыс. м и встали, не стали бурить. Может, обвалилось что-то снова, не могу сказать точно. Чтобы сейчас там начать бурить по новой, надо все эти трубы сначала извлечь, а уже потом можно бурить дальше.
— То есть 12 262 — это не последняя отметка, на которой остановили бурение, а просто наибольшая глубина одного из ответвлений?
— Да, именно так. Оттуда были подняты образцы породы. Они сейчас находятся в хранилище в Ярославле. Их на месте тогда сразу изучали досконально. Они же в своё время вообще перевернули теорию создания самой Земли. Мы говорили, что земле 1—2 млрд лет, а по тем породам, которые подняли, учёные дают уже 4—5 млрд лет.
— Открытий и полезной информации для учёных СГ-3 дала очень много?
— Да, вклад в науку огромный. И окаменевшие какие-то организмы, и золото, правда, на большой глубине, и большие залежи медно-никелевых руд. Множество и кандидатских, и докторских диссертаций было защищено по СГ-3.
— Вы последний директор СГ-3. При этом на работу туда, как я понимаю, пришли спустя много лет после приостановки бурения?
— Да, директором я стал в 2010 году, когда скважина уже давно не работала. Я пришёл на предприятие в 2006 году по приглашению Давида Губермана, с которым мы были давно знакомы, на должность его заместителя по экономической части. К тому времени я уже получил экономическое образование и работал в этой сфере, поэтому ему хотелось попытаться в экономическом плане СГ-3 куда-то вывести. Плюс был у нас исследовательский проект, за который Министерство природных ресурсов платило, и эти деньги позволяли содержать весь штат. И когда он решил уехать в Москву, то Росимущество, которому принадлежало то, что осталось от СГ-3, назначило директором меня.
— А в чём была ваша задача, если ничего уже не работало?
— Задача была по максимуму минимизировать расходы, а они у нас были приличные. Одних работников 20—30 человек со средним возрастом где-то 76 лет. Я, когда пришёл, Губерману говорил: «Давид Миронович, надо как-то людей сокращать».
А он говорил: «Ну как я их могу сократить, если я с ними прожил 40 лет?»
— Видимо, проблем хватало не только с этим.
— Да. Нас больше всего подкосило то, что в 2006 году было принято решение поменять нашу структуру. СГ-3 была Федеральным унитарным дочерним предприятием ГУП «Недра», которое находится в Ярославе. И вот ГУП «Недра» акционируют, а Кольскую сверхглубокую как бы бросили, то есть мы стали вообще ничьими. В итоге правительство постановило нас тоже акционировать.
До этого у СГ-3 были свои жилые дома, где на первых этажах были коммерческие объекты, за счёт которых, в принципе, можно было бы жить. Но Давид Миронович был из старой гвардии, и при акционировании весь жилфонд передал администрации Печенги.
Но окончательно нас добил вопрос с землёй. Кольской сверхглубокой было выделено два земельных участка. Один — это там, где буровая. А второй — там, где промбаза, площадью 19 га. Это земля в тундре, её стоимость порядка 40 млн рублей, она была внесена в уставной капитал АО.
Но после акционирования мы формально стали коммерческим предприятием, и нужно было платить налоги, ежегодно где-то 535 тыс. налог на землю. Я обращался к местным депутатам, пытался достучаться: мы не коммерческое предприятие, мы из этой земли не извлекаем никакой прибыли.
Через пару лет начала нападать налоговая инспекция, они попытались нас обанкротить. Но так как я хорошо знаю эту сферу, все тонкости, с 1998 года был арбитражным управляющим, тогда от банкротства мы всё же ушли. Было много переговоров и в Росимуществе, обращались и к местным депутатам, к президенту, в Совет Федерации, были совещания у губернаторов прежних. Но в итоге какой-то практической помощи ни от кого так и не получили.
— Были сообщения, что сейчас власти Мурманской области планируют превратить СГ-3 в некий туристический объект. Что думаете об этом?
— Планы такие есть, но надо понимать, что доехать туда на машине можно только летом, до сентября. В другое время года добраться можно только на вездеходах или военной технике. Когда работала скважина, там 24 часа в сутки работал трактор, чистил дорогу, снегом там заносило всё моментально. И сейчас вот раньше июня туда на автомобиле не попасть. Но сама идея возить туда людей очень интересная.
— Вокруг скважины ещё в советское время появился целых ворох слухов — якобы пробурили так глубоко, что проделали «колодец в ад», где температура свыше 1000 градусов и откуда периодически слышатся нечеловеческие голоса и так далее. Откуда это всё пошло?
— Журналисты. Один финский юмористический журнал это написал когда-то, потом перепечатали — и пошло-поехало. Потом кто только что не выдумывал. Одна байка хлеще другой. Вот недавно даже фильм художественный сняли про СГ-3, сюжет там не менее фантастический. Конечно, это всё ерунда, ничего потустороннего там никогда не было.
— Сейчас скважина закрыта металлической заглушкой.
— Её установили в первой половине нулевых. Мы сами её придумали, чтобы уберечь скважину от вандалов, чтобы ничего туда не бросили вдруг, например, кирпич. У меня есть надежда, что скважина, возможно, когда-нибудь понадобится. Заглушка откручивается, и геофизики могут туда опустить какие-то научные приборы, может быть, более современные, провести исследования.
— А та уникальная буровая машина куда делась?
— На металлолом. Она же много лет стояла бесхозная, проржавела уже. Там же столько вандалов было, столько всего вывезли, охраны же не было.
— Как научный комплекс, созданный вокруг скважины, пришёл в такое запустение? Я побывал там несколько лет назад и был просто в шоке — гордость советской науки, некогда секретный охраняемый объект превратился непонятно во что.
— Все здания были закрыты до поры до времени. Охрана была в самом начале, после закрытия, но зарплату платить было нечем. Ну и повадились туда ездить охотники за всем, чем можно. Мы же все, оставшиеся сотрудники, сидели в Заполярном.
— Вы, как экономист, наверное, представляете себе, сколько денег потратили в СССР на бурение СГ-3?
— Ориентировочно 100 млн советских рублей.
— Вы последний, кто руководил СГ-3, а какова ситуация с ней сейчас?
— ОАО «Кольская Сверхглубокая» из реестра исключили. У нас не было средств, чтобы погасить эти долги за землю, там уже было более полумиллиона рублей, и нас через суд налоговая признала банкротом. Назначают одного конкурсного управляющего, потом другого. Их задача — провести финансовый анализ, оценить имущество и выставить на торги. Кредитор у нас в основном налоговая, из общей суммы у них было 90% требований.
Этот управляющий оценил стоимость нашего имущества в тундре в 220 млн рублей. Никто его не купил, естественно. Потом ещё два конкурсных управляющих — тоже неудачно. В общем, не сумев с нас ничего взять, они дело о банкротстве закрывают, но ОАО «Кольская Сверхглубокая» где-то в 2019 году исключают из ЕГРЮЛ, ликвидируют.
— А зачем?
— Чтобы в налоговой на них это никак не висело. Нет компании — ничего не висит. Нашли в итоге крайнего — меня. Якобы я своевременно не подал документы на банкротство. По закону руководитель должен это сам сделать, зная, что предприятие не может рассчитаться по счетам. Если он этого не делает, то несёт субсидиарную ответственность. И налоговая инспекция подала на меня в суд общей юрисдикции, и он взыскивает в том же 2019 году с меня 1,5 млн рублей убытков.
— Почему 1,5 млн, если долг предприятия был всего 500 тыс.?
— Там ещё образовался долг в 5 млн перед всеми арбитражными управляющими. Они же работали, каждый день получали зарплату, плюс расходы разные, государство это оплачивало. И налоговики посчитали, что я нанёс им убыток. В итоге арестовали у меня имущество, карточки, автомобиль, который я брал в кредит. Продуктов не мог купить себе, за коммуналку заплатить. Я обжаловал это решение сначала в областном суде — неудачно, но кассационный суд в прошлом году встал на мою сторону и решение отменил, но только в феврале этого года мне вернули те деньги, что смогли взыскать.
— Верите сами, что удастся её когда-то возродить? У нас же в России есть и другие сверхглубокие скважины.
— Наш новый губернатор Андрей Чибис, он парень новый, активный. Надеюсь, что, может, ему что-то удастся. Бурить, конечно, там уже не будут. Но вот возможный туристический маршрут в летний период — было бы здорово, тем более что мировой рекорд СГ-3 по глубине так и не побит, и это, конечно, будет привлекать людей.
— Давид Губерман, с которым вы работали и общались в конце его жизни, был доволен в целом судьбой СГ-3? Ведь, несмотря на огромные достижения, были и неудачи, да и конец у скважины получился более чем печальным.
— Он был доволен результатами работы, но остался недоволен развалом СССР и прекращением финансирования. Если бы Советский Союз не распался, то, я думаю, отметка в 15 тыс. м была бы преодолена.
— А почему, кстати, именно 15 тыс. м везде фигурируют как некая краеугольная отметка?
— Предполагали, что на глубине около 15 км мы можем добуриться до мантии. Так было написано во всех учебниках геологии. А у нас по этим подсчётам кратчайший путь. Что там дальше 15—20 тыс. — ведь достоверно никто не знает. Есть ли там то, что мы себе представляем, — неизвестно.
— На данный момент каков статус СГ-3?
— Всё теперь принадлежит России, Росимуществу. Ни одного работника нет, потому что как такового предприятия просто не существует.
Подземное неземное
О чем рассказала самая глубокая в мире скважина
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.
На что похожа Кольская сверхглубокая?
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.
«Кольская сверхглубокая» Министерство геологии СССР, издательство «Недра», 1984
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.
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.
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
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
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.