Самая большая глубина бурения. Конструкция сверхглубокой скважины

В 50-70 годах прошлого века мир менялся с невероятной скоростью. Появились вещи, без которых сложно представить сегодняшний мир: появился интернет, компьютер, сотовая связь, покорение космоса и морских глубин. Человек стремительно расширял сферы своего присутствия во Вселенной, но о строении своего «дома» – планеты Земля он все еще имел довольно приблизительные представления. Хотя уже тогда идея сверхглубокого бурения была не нова: еще в 1958 году американцы запустили проект «Mohole» . Его название образовано от двух слов:

Moho – поверхность, названная в честь Андрия Мохоровичича – хорватского геофизика и сейсмолога, выделившего в 1909 году нижнюю границу земной коры, на которой происходит скачкообразное увеличение скорости сейсмических волн;
Hole – скважина, дырка, отверстие. Исходя из предположений, что толщина земной коры под океанами гораздо меньше, чем на суше, недалеко от острова Гуаделупе было пробурено 5 скважин глубиной около 180 метров (при глубине океана до 3,5 км). За пять лет исследователи пробурили пять скважин, собрали множество образцов из базальтового слоя, но до мантии не дошли. В итоге, проект был признан неудавшимся и работы свернули.

Судно CUSS, силами которого осуществлялся проект Mohole

Одной из главных целей экспедиции «По дорогам Заполярья» стала Кольская сверхглубокая скважина (или объект СГ-3) – самая глубокая в мире. Впервые я узнал о ней еще в 2004 году, учась на первом курсе геологического факультета РГУ нефти и газа, на лекции по общей геологии. И с тех пор надеялся увидеть все своими глазами.

Времена изменились и, некогда труднодоступная, территория объекта СГ-3 находится сейчас в непосредственной близости к горно-обогатительному комбинату Кольской горно-металлургической компании. А проезд к скважине и вовсе проходит через технологические дороги.

Если ехать по навигатору, то после г. Заполярный он приведет к КПП горно-обогатительного комбината. На территорию охрана, разумеется, не пустит, а про Кольскую сверхглубокую якобы ничего не слышала.

Руководству комбината ожидаемо надоело постоянное паломничество к Кольской сверхглубокой разного рода нео-сталкеров, любителей геологии и охотников за металлом, поэтому дорогу к скважине перекопали экскаваторами и для верности пересыпали булыжниками.

Поэтому мы возвращаемся на место, где в последний раз работал мобильный интернет и ищем по спутнику накатанную альтернативную дорогу. Найдя заветную отворотку, поднимаем гидропневматическую подвеску нашего Toyota Land Cruiser 200 Executive в верхнее положение, и ползем холмами в сторону скважины.

Дорога, как и полагается настоящему приключению, изобиловала разного рода препятствиями – броды, камни, даже озера.

Уже вернувшись в Мурманск и анализируя gps-трек (мы писали весь маршрут с помощью сервиса locme.ru , о нем я расскажу позже), я заметил, что на скважину мы ехали не оптимальным маршрутом и где-то сбились с пути, а вот обратно проехали уже как надо. О чем, я ни капли жалею.

Трек записан с помощью сервиса LocMe

И вот, взобравшись на очередной холм, нам открывается вид на некогда величественный научно-производственный комплекс Кольской сверхглубокой скважины.

Стремясь занять лидирующее положение во всех отраслях сразу, в 1962 году СССР запустил свою программу сверхглубокого бурения.

На подготовку проекта ушло 4 года: главная сложность заключалась в том, что согласно геотермическому градиенту (физической величине, описывающей увеличение температуры горных пород с глубиной), температура на глубине 10 км должна составлять порядка 300°С, а на 15 км - почти 500°С. На такую температуру не были рассчитаны ни буровой инструмент, ни измерительная аппаратура. К 1970 году, как раз к 100-летию со дня рождения Ленина, площадка под бурение была найдена – древний кристаллический щит Кольского полуострова. По данным отчета Института физики Земли, за миллиарды лет Кольский щит остыл, температура на глубине 15 км не должна была превышать 150°С. Согласно примерному разрезу, первые 7 километров должны быть сложены гранитными толщами верхней части земной коры, а ниже начинаться базальты. Площадку для буровой выбрали на северной оконечности Кольского полуострова близ озера Вильгискоддеоайвинъярви (по-фински это значит «Под волчьей горой»). К бурению скважины, проектная глубина которой составляла 15 километров, приступили в мае 1970 года.

Несмотря на нетривиальную задачу, никакое специальное оборудование для работ не разрабатывалось – работали тем, что есть. На первых этапах применялась буровая установка «Уралмаш 4Э» грузоподъемностью 200 тонн и легкосплавные алюминиевые трубы. Дорогой алюминий использовался по целому ряду причин: трубы из «крылатого металла» имеют гораздо меньший вес, а 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. Когда скважина достигла глубины 7000 метров , на площадке смонтировали новую буровую установку «Уралмаш 15000» - одну из самых современных на тот момент. Мощная, надежная, с автоматическим спускоподъемным механизмом, она могла выдержать колонну труб длиной до 15 км. Буровая превратилась в полностью обшитую вышку высотой 68 м, непокорную сильным ветрам, бушующим в Заполярье. Один только вес буровой колонны при 15-километровой глубине достигал бы 200 тонн. А сама установка могла поднимать груз вплоть до 400 тонн. Рядом выросли ремонтно-механический завод, научные лаборатории и кернохранилище. : в 70е годы наибольшим распространением пользовалось роторное бурение, когда вся колонна труб проворачивалась ротором, находящимся на поверхности. Такой метод отлично подходил для относительно неглубоких скважин, но, когда длина ствола приближается к 7000, а то и 10000 метрам, роторное бурение становится бессильно. На СГ-3 бурение велось с помощью турбобура – гидравлического двигателя, вращение которого обеспечивалось энергией циркулирующего бурового раствора. Установленные на нижнем конце колонны 46 метровые секции вращали буровое долото. Ни в СССР, ни в мире на тот момент не было опыта бурения в породах кристаллического фундамента на подобных глубинах и помимо чисто технологических проблем, работа осложнялась 100% отбором керна. Проходка за один рейс, определяемая износом буровой головки, составляет обычно 7-10 м (рейс, или цикл, – это спуск колонны с турбиной и буровым инструментом, собственно бурение и полный подъем колонны.) Само бурение занимает 4 часа, а на спуск и подъем 12-километровой колонны уходит около 18 часов. При подъеме колонна автоматически разбирается на секции (свечи) длиной по 33 м. В среднем за месяц удавалось пробурить 60 м. На проходку последних 5 км скважины было использовано 50 км труб. Такова степень их износа.

Подъезжая к территории СГ-3, мы увидели «Буханку» и людей, суетливо складывающих внутрь куски железа. Это картина давно стала привычной для некогда передового научного центра – 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 в 2008 году объект был окончательно заброшен, а все более-менее ценное оборудование демонтировано. С этого момента начался период разворовывания всего, что представляло хоть какую-то ценность – в первую очередь металла.

Расхитители металла, впрочем, оказались достаточно компанейскими ребятами, искренне удивились, зачем мы приехали сюда из Москвы – «тут же ничего не осталось!» и показали легендарную скважину. Сейчас она законсервирована, а ее устье закрывает стальная плита. Что происходит в самом стволе – не знает никто.

На базе СГ-3, помимо непосредственно буровой, работало несколько НИИ, собственное конструкторское бюро, токарный цех, кузница. Самые смелые технические решения рождались прямо на площадке, реализовывались своими силами и через несколько дней уже опробовались в работе. Все это требовало энергии и Кольскую сверхглубокую обслуживала собственная подстанция. Сейчас энергоблок выглядит вот так, когда-то здесь работало 48 человек.

У входа свалены ящики с уникальным оборудованием. Все ценное вырвано “с мясом”:

А чуть поодаль стоят опоры линии электропередач. Все провода, разумеется, давно срезали.

Согласно директиве «сверху» на СГ-3 использовалось только отечественное оборудование, да и не могло быть по-другому: на первых порах скважина была сверхсекретным режимным объектом. До глубины 7 км использовали 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 200 о С, а давление превысило 1000 атмосфер, серийные приборы работать уже не могли. На помощь пришли геофизические ОКБ и профильные лаборатории нескольких НИИ, изготовившие единичные экземпляры термобаростойкого оборудования. Конкурс на трудоустройство составлял десятки человек на место, а прошедшим суровый отбор сразу же давали квартиру. В то время, когда рядовой советский инженер получал 120 рублей в месяц, инженер на Кольской сверхглубокой зарабатывал невероятные 850 рублей – три зарплаты и можно купить машину. Всего в на Кольской сверхглубокой работало около 300 человек.

Глубина в 7000 метров оказалась для Кольской сверхглубокой роковой

Глубина в 7000 метров оказалась для Кольской сверхглубокой роковой. Выше по разрезу бурение проходило относительно спокойно, бур проходил через однородные прочные граниты. Но после этой глубины буровая головка вошла в менее прочные слоистые породы, и ствол никак не удавалось держать вертикально. Когда в первый раз скважина прошла отметку 12 км, ствол отклонился от вертикали на 21°. Хотя буровики уже научились работать при невероятной кривизне ствола, дальше углубляться было нельзя. Скважину предстояло перебурить с отметки 7 километров. Чтобы получать вертикальный ствол в твердых породах, нужен очень жесткий низ бурильной колонны, дабы он входил в недра, как нож в масло. Но возникает и другая проблема - скважина постепенно расширяется, бур болтается в ней, как в стакане, стенки ствола начинают рушиться и могут придавить инструмент. Решение этой задачи получилось оригинальным - была применена технология маятника. Бур искусственно раскачивался в скважине и подавлял сильные колебания. За счет этого ствол получался вертикальным. 6 июня 1979 года случилось первое историческое событие. Буровики отрапортовали о достижении отметки в 9584 метра . Кольская скважина стала самой глубокой скважиной в мире, превзойдя американскую нефтяную рекордсменку «Берту Роджерс» (9583 метра).

6 июня 1979 года буровой мастер Федор Атарщиков сделал в вахтенном журнале торжествующую запись: «Забой - 9584 метра. „Берта Роджерс“, чао, гуд бай».

В начале 1980-х произошло и второе историческое событие. Кольская сверхглубокая прошла 11 022 метра , обойдя Марианскую впадину. На такую глубину внутрь собственной колыбели человечество еще не попадало. Одна из самых распространенных аварий при бурении – это прихват бурового инструмента, ситуация, когда осыпающиеся стенки скважины блокируют колонну и не дают вращаться инструменту. Зачастую попытки вытащить прихваченную колонну заканчиваются ее обрывом. Искать инструмент в 10-километровой скважине бесполезно, такой ствол бросали и начинали новый, чуть выше. Обрыв и потеря труб на СГ-3 случались многократно. В итоге в своей нижней части скважина выглядит как корневая система гигантского растения. Разветвленность скважины огорчала буровиков, но оказалась счастьем для геологов, которые неожиданно получили объемную картину внушительного отрезка древних архейских пород, сформировавшихся более 2,5 млрд. лет назад.

Проходя по пустынным коридорам комплекса, несмотря на общую чудовищную разруху, чувствуешь былое величие того, что здесь происходило. В одном из кабинетов пол усеян редкой научной литературой – выпуски журнала «Дефектоскопия» за несколько лет и методичка по расчету бурильных колонн для сверхглубоких скважин – уникальность научного труда примерно сопоставима с «инструкцией по полету на Луну для чайников», если бы она существовала.

В другом – чудом сохранившееся рабочее место бурового мастера. Первая скважина в России была пробурена в 1864 году на Кубани. С тех пор и поныне – мастер почти всегда работает непосредственно на буровой площадке – чтобы видеть и контролировать все происходящее. А на Кольской сверхглубокой было не так! Оператор сидел аж в 250 метрах от устья и наблюдал за всем удаленно, в том числе за параметрами бурения. Космос!

Стены обшарпаны, стекла выбиты суровым северным ветром, но не оставляет чувство, что вот-вот в кабинет зайдет лаборант и выгонит непрошенных гостей.

В сентябре 1984 года была впервые достигнута глубина в 12 066 метров , и тут случился очередной обрыв буровой колонны. Это стало настоящей трагедией для буровой бригады, ведь пришлось начинать все практически заново, все с тех же 7 километров, вновь и вновь проходя трещины и каверны нижнего слоя земной коры. Тогда же, в рамках Всемирного геологического конгресса, работы, проводимые в Заполярье, рассекретили. В научном мире скважина СГ-3 произвела настоящий фурор. В поселок Заполярный отправилась большая делегация геологов и журналистов. Посетителям показали буровую в действии, доставали и отсоединяли 33-метровые секции труб. Вокруг находились десятки точно таких же буровых долот, как и то, что лежало на стенде в Москве. СССР подтвердил статус передовой державы в области глубокого бурения.

В июне 1990 года , когда СГ-3 достигла глубины 12 262 м , начались подготовительные работы к проходке до 14 км, вновь произошла авария. На отметке 8 550 м колонна труб оборвалась. Продолжение работ требовало долгого и дорогостоящего обновления техник, так что в 1994 году бурение Кольской сверхглубокой прекратили. Все возможности современной техники были исчерпаны. Через 3 года она попала в Книгу рекордов Гиннесса и до сих пор остается непревзойденной.

Что же дало сверхглубокое бурение на Кольском полуострове человечеству?

Прежде всего, она опровергла простое двуслойное строение Земли. Составленный на основании керна СГ-3 геологический разрез оказался прямо противоположным тому, что ученые представляли себе ранее. Первые 7 километров были сложены вулканическими и осадочными породами: туфами, базальтами, брекчиями, песчаниками, доломитами. Глубже лежал так называемый раздел Конрада, после которого скорость сейсмических волн в породах резко увеличивалась, что интерпретировалось как граница между гранитами и базальтами. Этот раздел был давно пройден, но базальты нижнего слоя земной коры так нигде и не появились. Наоборот, начались граниты и гнейсы.
Одной из важнейших целей бурения было получить керн (цилиндрический столбик горной породы) во всю длину скважины. Самый длинный в мире керн разметили, как линейку, на метры и уложили в соответствующем порядке в ящиках. Сверху указаны номер ящика и номера образцов. Всего таких ящиков на складе почти 900.

Сейсмические разделы в недрах, как оказалось, это не границы слоев из пород разного состава. Скорее они указывают на изменение петрофизических свойств пород с глубиной. При высоком давлении и температуре свойства настолько меняются, что граниты по своим физическим характеристикам становятся похожи на базальты, и наоборот. Считалось, что с глубиной и ростом давления пористость и трещиноватость пород уменьшаются. Однако, начиная с 9 километровой отметки, толщи оказались аномально пористыми и трещиноватыми. По густой системе трещин циркулировали водные растворы. Позднее этот факт подтвердили другие сверхглубокие скважины на континентах. На глубине оказалось гораздо жарче, чем рассчитывали: на целых 80°! На отметке 7 км температура в забое была 120°С, на 12 км - достигла уже 230°С. В образцах Кольской скважины ученые обнаружили золотое оруденение. Вкрапления драгоценного металла находились в древних породах на глубине 9,5-10,5 км. Впрочем, концентрация золота была слишком мала, чтобы заявлять о месторождении - в среднем 37,7 мг на тонну породы, но достаточная, чтобы ожидать его и в других подобных местах. Кольская сверхглубокая скважина состарила Землю на целых 1,5 миллиарда лет: жизнь на планете появилась раньше, чем предполагалось. На глубинах, где считалось, что нет органики, обнаружили более 17 видов окаменевших микроорганизмов – микрофоссилий, а ведь возраст этих глубинных слоев превышал 2,8 миллиарда лет. И еще более десятка узконаправленных открытий.

Всего на территории СССР было пробурено около 30 сверхглубоких скважин

Немногие знают, но на территории бывшего СССР было пробурено более 30 сверхглубоких скважин (на сегодняшний день все или почти все они уничтожены). По специальным транссектам (линиям измерений) их соединили между собой, получив региональные геологические профили длиной многие тысячи километров. Вдоль транссект размещалось специальное геофизическое оборудование, которое фиксировало все процессы, происходящие в недрах, в едином времени. В качестве источников возбуждения (импульса, который фиксировался в скважинах) до 1991 года применялись подземные ядерные взрывы.

Этот принципиально новый технический и методический подход к решению регионального глубинного строения земной коры и верхней мантии был основан 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. Все это позволило провести достаточно детальное районирование, в первую очередь перспективных с точки зрения нефте- газо- и рудоносности зон, в масштабах всей страны.

Цена восстановления 100 миллионов рублей?

В своих интервью директор геологического института Кольского научного центра РАН утверждает, что за 100 млн. рублей можно хоть сейчас восстановить комплекс Кольской сверхглубокой скважины, открыть на ее базе научно-технический центр и обучать специалистов по шельфовому бурению. Мне совершенно очевидно, что это не так. И вопрос,к сожалению, не в деньгах. Уникальный объект, по масштабу и значимости для человечества сравнимый разве что с полетом человека в космос, утерян. И утерян безвозвратно.

После СГ-3 в мире предпринималось и предпринимается немало попыток заглянуть в глубинные горизонты недр Земли, но к сожалению, ни один проект не приблизился по значимости к работе, проведенной в Заполярье.

- Что же самое главное показала Кольская скважина?
- Господа! Главное, она показала то, что мы ничего не знаем о континентальной коре

Как проехать к Кольской сверхглубокой скважине? Точки, координаты и др.

Из Мурманска по автодороге А138 двигаемся в сторону г. Никель;
В точке 69.479533, 31.824395 будет КПП, где проверят документы;
Едем дальше до 69.440422, 30.594060 где сворачиваем налево;
Продолжаем движение по технологической дороге до 69.416088, 30.684387 ;
Засыпанная дорога должна быть по правую руку в точке 69.408826, 30.661051 ;
Едем дальше и внимательно смотрим отворотку по левую руку. Я съезжал тут: 69.414850, 30.613894 ;
Далее двигаемся по накатанной тропе, но в точке 69.411232, 30.608956 необходимо держаться правее.
Координаты самой скважины 69.396326, 30.609513 .

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.

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.

Схема скважины

Но и это представление будет упрощенным. За время бурения на скважине происходило несколько аварий - часть буровой колонны при этом оказывалась под землей без возможности ее извлечь. Поэтому несколько раз скважину начинали проходить заново, с отметок в семь и девять километров. Есть четыре крупных ответвления и около десятка мелких. У основных ответвлений разная предельная глубина: два из них пересекают отметку в 12 километров, еще два не доходят до нее всего на 200-400 метров. Заметим, что глубина Марианской впадины на километр меньше - 10 994 метра относительно уровня моря.

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.

Бурение началось в 1970 году. Первая часть скважины была пробурена серийной установкой «Уралмаш-4Э» - ее обычно использовали для бурения нефтяных скважин. Модификация установки позволила достичь глубины 7 километров 263 метра. На это ушло четыре года. Затем установку сменили на «Уралмаш-15000», названную так в честь запланированной глубины скважины - 15 километров. Новая буровая была разработана специально для Кольской сверхглубокой: бурение на таких больших глубинах требовало серьезной доработки техники и материалов. К примеру, один только вес буровой колонны при 15-километровой глубине достигал 200 тонн. Сама установка могла поднимать груз вплоть до 400 тонн.

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.

Однако даже специально разработанные материалы не выдерживали условий бурения. После первого семикилометрового отрезка на дальнейшее бурение до отметки 12 000 метров ушло почти десять лет и более 50 километров труб. Инженеры столкнулись с тем, что ниже семи километров породы стали менее плотными и трещиноватыми - вязкими для бура. Кроме того, ствол самой скважины исказил форму и стал эллиптичным. В результате несколько раз колонна обрывалась, и, не имея возможности поднять ее обратно, инженеры вынуждены были бетонировать ответвление скважины и проходить ствол заново, теряя годы работы.

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

Скважину исследовали целым набором геологических и геофизических методов, начиная от сбора керна (столбика пород, соответствующих заданным глубинам) и заканчивая радиационными и сейсмологическими измерениями. К примеру, керн забирали с помощью керноприемников со специальными бурами - они похожи на трубы с зазубренными краями. В центре этих труб 6-7 сантиметровые отверстия, куда попадает порода.

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

Исследования материала, поднятого из скважины, позволили сделать несколько важных выводов. Во-первых, строение земной коры нельзя упрощать до композиции из нескольких слоев. На это раньше указывали сейсмологические данные - геофизики видели волны, которые казались отраженными от гладкой границы. Исследования на СГ-3 показали, что такая видимость может возникнуть и при сложном распределении пород.

Это предположение сказалось на проектировании скважины - ученые ожидали, что на глубине семи километров ствол войдет в базальтовые породы, однако они не встретились и на 12-километровой отметке. Зато вместо базальта геологи обнаружили породы, обладавшие большим количеством трещин и низкой плотностью, чего совсем нельзя было ожидать от многокилометровой глубины. Больше того, в трещинах нашлись следы подземных вод - высказывались даже предположения, что они образованы прямой реакцией кислорода и водорода в толще Земли.

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.

Отдельно следует рассказать об исследованиях температурных градиентов и радиации. Для такого рода экспериментов используются внутрискважинные приборы, опускаемые на проводах-тросах. Большой проблемой было обеспечить их синхронность с наземным оборудованием, а также обеспечить работу на больших глубинах. К примеру, трудности возникали с тем, что тросы при длине в 12 километров растягивались примерно на 20 метров, что могло сильно снизить точность данных. Чтобы этого избежать, геофизикам пришлось создавать новые методы маркировки расстояний.

Большинство серийных приборов не было рассчитано на работу в суровых условиях нижних ярусов скважины. Поэтому для исследований на больших глубинах ученые применяли оборудование, разработанное специально для Кольской сверхглубокой.

Важнейший результат геотермических исследований - гораздо более высокие температурные градиенты, нежели ожидалось увидеть. Вблизи поверхности скорость роста температуры составляла 11 градусов на километр, до глубины двух километров - 14 градусов на километр. В интервале от 2,2 до 7,5 километра температура росла со скоростью, приближающейся к 24 градусам на километр, хотя существующие модели предсказывали величину в полтора раза меньшую. В результате уже на пятикилометровой глубине приборы фиксировали температуру в 70 градусов Цельсия, а к 12 километрам это значение достигло 220 градусов Цельсия.

Кольская сверхглубокая оказалась непохожей на другие скважины - к примеру, при анализе тепловыделения пород Украинского кристаллического щита и батолитов Сьерра-Невады геологи показали, что с глубиной тепловыделение падает. В СГ-3 оно наоборот росло. Более того, измерения показали, что основным источником тепла, обеспечивающим 45-55 процентов теплового потока, является распад радиоактивных элементов.

Несмотря на то что глубина залегания скважины кажется колоссальной, она не доходит и до трети толщины земной коры в Балтийском щите. Геологи оценивают, что подошва земной коры в этой области проходит примерно в 40 километрах под землей. Поэтому даже если бы СГ-3 достигла запланированной 15-километровой отсечки, до мантии мы бы все равно не добрались.

Такую амбициозную задачу ставили перед собой американские ученые, разрабатывая проект «Мохол». Геологи планировали достигнуть границы Мохоровичича - подземной области, где наблюдается резкая смена скорости распространения звуковых волн. Считается, что она связана с границей между корой и мантией. Стоит отметить, что буровики выбрали в качестве места для скважины дно океана вблизи острова Гуадалупе - расстояние до границы составляло всего несколько километров. Однако глубина самого океана достигала здесь 3,5 километра, что существенно осложняло буровые работы. Первые испытания в 1960-х годах позволили геологам пробурить скважины лишь на 183 метра.

Недавно стало известно о планах воскресить проект глубокого океанического бурения с помощью исследовательского бурового судна JOIDES Resolution. В качестве новой цели геологи выбрали точку в Индийском океане, неподалеку от Африки. Глубина залегания границы Мохоровичича там составляет лишь около 2,5 километра. В декабре 2015-го - январе 2016 года геологам удалось пробурить скважину глубиной в 789 метров - пятую по величине в мире из подводных скважин. Но эта величина - лишь половина от требовавшейся на первом этапе. Впрочем, команда планирует вернуться и завершить начатое.

***

0,2 процента длины пути к центру Земли - не такая уж впечатляющая величина по сравнению с масштабами космических путешествий. Однако следует учитывать, что и граница Солнечной системы не проходит по орбите Нептуна (или даже поясу Койпера). Гравитация Солнца преобладает над звездной вплоть до расстояний в два световых года от светила. Так что если аккуратно все посчитать, то окажется, что и «Вояджер-2» пролетел лишь десятую долю процента длины пути до окраин нашей системы.

Поэтому не стоит расстраиваться тем, как плохо мы знаем «внутренности» собственной планеты. У геологов есть свои телескопы - сейсмические исследования - и свои амбициозные планы по покорению недр. И если астрономы уже успели прикоснуться к солидной части небесных тел в Солнечной системе, то у геологов все самое интересное еще впереди.

Владимир Королёв

Самая глубокая в мире скважина (Кольская сверхглубокая скважина) была создана вовсе не затем, чтобы найти нефть.

Ширина этой скважины всего 23 сантиметра, зато глубина – 12 226 метра, что делает её основание самой глубокой точкой на Земле, которую когда-либо достигал человек. А появилась она благодаря дуэли между учёными. Американские и советские исследователи пытались превзойти друг друга во всём.

Всем известна космическая гонка: первым человека в космос послал Советский союз, зато на Луну первыми высадились американцы.

Но немногие знают, что подобная гонка была и в подземном пространстве: в 1958 году американцы основали свой «Проект Мохоул» у тихоокеанского побережья Мексики, который прекратили финансировать и он закрылся в 1966 году, ну а русские бурили с 1970-го до начала 1990-х годов.

Результатом стала Кольская сверхглубокая скважина, которая представляет собой систему из нескольких скважин, отходящих от основного отверстия. Самая глубокая скважина называется СГ-3, и она проходит внушительный путь внутри коры Кольского полуострова.

Если вам сложно представить себе, насколько эта скважина глубока, ничего страшного. Можно сказать, что она почти 38 Эйфелевых башен в глубину. Ну или она имеет такую же длину, как и цепочка из 13 000 взрослых барсуков, идущих голова к хвосту.

Как и следовало ожидать, благодаря СГ-3 было получено много уникальных геологических данных, но вот то, что нашли там палеонтологи, застало всех врасплох. Смитсоновский институт рассказывает, что, несмотря на довольно-таки экстремальные условия окружающей среды, на глубине около 6,5 километров были найдены почти неповреждённые окаменелости планктона возрастом 2 миллиарда лет.

Также было обнаружено, что большая часть сейсмических данных – на той глубине, где гранит превращается в базальт – понималась учёными неверно, а то, что раньше принималось за неизвестный геологических слой – всего лишь медленные изменения в температуре и плотности.

Учёные также наши там свободно текущую воду, которая из-за огромного давления была выжата из камней.

Такие проекты по бурению (как проект Мохоул и несколько других, более поздних), чаще всего прекращаются из-за недостатка финансирования. Работы на Кольской скважине прекратились когда оказалось, что температура на такой глубине порядка 180⁰С, а не 100 градусов, как предполагалось.

Вообще, пробурить более 12-ти километров кажется невероятным техническим подвигом, и это так, но вся эта скважина – не более чем небольшой укол поверхности Земли. Экваториальный радиус Земли – 6378 километров, и такая впечатляющая нас скважина прошла всего 0,19 процента пути до центра планеты.

Так может ли человек попасть еще глубже? Можно ли когда-нибудь достигнуть раскалённой мантии? Это зависит от того, где вы будете бурить.

Толщина океанической коры, в среднем, около 7 километров. Континентальная кора несколько менее плотная, зато и гораздо более толстая – в среднем около 35 километров. На таких глубинах температура и давление слишком высоки для любого механизма, так почему бы не бурить в океане?

И такие попытки предпринимаются. Например, группа учёных пытается пробурить относительно холодный участок земной коры на Атлантической косе в Индийском океане.

Тот факт, что этот участок очень плотный и находится под водой, представляет для инженеров значительные проблемы, поэтому в течение последних нескольких лет проект был приостановлен. Но это всё равно не остановит учёных от попыток добраться до первозданной, медленно бурлящей внутренней мантии.

Сегодня на Кольской сверхглубокой не ведут бурение, оно прекращено в 1992 году. СГ была не первой и не единственной в программе изучения глубинного строения Земли.

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 и по техническим причинам пока не может быть продолжено.

Видно, не зря задачи бурения сверхглубоких скважин по сложности сравнивают с полетом в космос, с длительной космической экспедицией к другой планете. Образцы пород, извлеченные из земных недр, представляют не меньший интерес, чем образцы лунного грунта.

Доставленный советским луноходом грунт исследовали в разных институтах, в том числе в Кольском научном центре. Оказалось, что лунный грунт по составу почти полностью соответствует породам, извлеченным из Кольской скважины с глубины около 3 км.

Скважина показала, что почти все наши прежние знания о строении земной коры неверны. Выяснилось, что Земля вовсе не похожа на слоеный пирог. «До 4 километров все шло по теории, а дальше началось светопреставление», – рассказывает Губерман.

Теоретики обещали, что температура Балтийского щита останется сравнительно низкой до глубины по крайней мере 15 километров. Соответственно, скважину можно будет рыть чуть ли не до 20 километров, как раз до мантии.

Но уже на 5 километрах окружающая температура перевалила за 70 градусов Цельсия, на семи – за 120 градусов, а на глубине 12-ти жарило сильнее 220 градусов – на 100 градусов выше предсказанного. Кольские бурильщики поставили под сомнение теорию послойного строения земной коры – по крайней мере, в интервале до 12 262 метра.

В школе нас учили: есть молодые породы, граниты, базальты, мантия и ядро. Но граниты оказались на 3 километра ниже, чем рассчитывали. Дальше должны были быть базальты. Их вообще не нашли. Все бурение прошло в гранитном слое. Это сверхважное открытие, ибо с теорией послойного строения Земли связаны все наши представления о возникновении и размещении полезных ископаемых.

Задачи, поставленные в проекте сверхглубокого бурения, выполнены. Разработаны и созданы особая аппаратура и технология сверхглубокого бурения, а также для исследования пробуренных на большую глубину скважин. Получили информацию, можно сказать, «из первых рук» о физическом состоянии, свойствах и составе горных пород в их естественном залегании и по керну до глубины 12 262 м.

Отличный подарок родине скважина выдала на малой глубине - в интервале 1,6-1,8 км. Там были вскрыты промышленные медно-никелевые руды - обнаружен новый рудный горизонт. И очень кстати, потому что местному никелевому комбинату уже не хватает руды.

Как было отмечено выше, геологический прогноз разреза скважины не оправдался. Картина, которая ожидалась на протяжении первых 5 км, в скважине растянулась на 7 км, а дальше появились совсем неожиданные породы. Прогнозируемых на глубине 7 км базальтов не нашли, даже когда опустились до 12 км.

Ожидали, что граница, дающая наибольшее отражение при сейсмическом зондировании, - это тот уровень, где граниты переходят в более прочный базальтовый слой. В действительности же оказалось, что там расположены менее прочные и менее плотные трещиноватые породы - архейские гнейсы. Такого никак не предполагали. И это принципиально новая геолого-геофизическая информация, которая позволяет по-другому интерпретировать данные глубинных геофизических исследований.

Неожиданными, принципиально новыми оказались и данные о процессе рудообразования в глубинных слоях земной коры. Так, на глубинах 9-12 км встретились высокопористые трещиноватые породы, насыщенные подземными сильно минерализованными водами. Эти воды - один из источников рудообразования. Раньше считали, что такое возможно лишь на значительно меньших глубинах.

Именно в этом интервале в керне обнаружили повышенное содержание золота - до 1 г на 1 т породы (концентрация, которая считается пригодной для промышленной разработки). Но будет ли когда-нибудь рентабельной добыча золота с такой глубины?

Изменились и представления о тепловом режиме земных недр, о глубинном распределении температур в районах базальтовых щитов. На глубине более 6 км получен температурный градиент 20оС на 1 км вместо ожидавшегося (как и в верхней части) 16оС на 1 км. Выявлено, что половина теплового потока имеет радиогенное происхождение.

Пробурив уникальную Кольскую сверхглубокую скважину, мы очень многое узнали и одновременно поняли, как мало мы еще знаем о строении своей планеты.

Tags: ,

В 2008 г. самая глубокая скважина в мире была окончательно заброшена, а все подъемные механизмы и сооружения подверглись демонтажу.

Спустя пару лет, от директора Кольского геологического института РАН вышло заявление о том, что скважина постепенно саморазрушается. С того времени никакой официальной информации о ней больше нет.

Глубина скважины на сегодняшний день

Состоянием на сегодня, Кольская скважина является одним из самых крупных бурильных проектов в мире. Ее официальная глубина достигает отметки 12 262 м.

Звуки ада из Кольской скважины

Как и любой грандиозный проект, сотворенный руками человека, Кольская скважина окутана легендами и мифами.

Кольская скважина бурилась с перерывами с 1970 по 1991 год

Это видно и по Марианской впадине, о которой мы сказали в начале статьи, и по .

Рассказывают, что в тот момент, когда рабочие самой глубокой скважины преодолели рубеж в 12000 м, до них стали доноситься жуткие звуки.

Изначально на них не обращали никакого внимания, однако со временем ситуация изменилась кардинальным образом. С наступлением полной тишины, из скважины доносились звуки различного характера.

В результате, ученые решили записать на пленку все, что происходило на дне скважины, посредством термостойких микрофонов.

Во время прослушивания записей удалось расслышать человеческие крики и вопли.

Через пару часов после изучения пленки, научные работники обнаружили следы сильного взрыва, причину которого они не смогли объяснить.

Бурение Кольской сверхглубокой скважины на какое-то время приостановили.

Когда же работы возобновились, все по-прежнему ожидали услышать людские стенания, однако на этот раз все было тихо.

Заподозрив неладное, руководство начало разбирательства в отношении происхождения странных звуков. Однако испуганные рабочие не хотели комментировать сложившуюся ситуацию и всячески избегали каких-либо расспросов.

В прошествии нескольких лет, когда проект официально заморозили, ученые выдвинули предположение о том, что звуки возникали из-за движения .

Спустя некоторое время, это объяснение было отвергнуто, как несостоятельное. Других объяснений предложено не было.

Тайны и загадки Кольской скважины

В 1989 г. Кольскую скважину стали называть «дорогой в преисподнюю», по причине доносившихся из нее звуков. Бытует мнение, что с каждым очередным пробуренным километром, на пути к 13-му, в случались то одни, то другие катаклизмы. В результате, Советский Союз распался.

Однако взаимосвязь между бурением Кольской сверхглубокой скважины и распадом сверхдержавы может быть интересна только тем, кто верит, что , и другие являются сверхъестественными «местами силы».

Существует мнение, что рабочим удалось достичь глубины 14,5 км, и именно тогда оборудование зафиксировало некие подземные комнаты. Температура в этих помещениях превышала 1000°С.

В них также были отчетливо слышимы и даже записаны человеческие крики. Однако вся эта история не подтверждается фактами.

Размеры самой глубокой скважины

Глубина самой глубокой в мире скважины на Кольском полуострове официально зарегистрирована на отметке 12 262 м.

Диаметр верхней части – 92 см, диаметр нижней части – 21,5 см.

При этом максимальная температура не превышала 220 °С. Необъяснимым во всей этой истории остаются лишь звуки неизвестного происхождения.

Польза от бурения Кольской скважины

Благодаря этому проекту удалось добиться новых методов бурения, а также усовершенствовать оборудование.
Геологи смогли открыть новые местонахождения ценных ископаемых.
Удалось развенчать множество разных теорий, например, догадок касательно базальтового слоя нашей планеты.

Мировые сверхглубокие скважины

Положением на сегодняшний день, на существует приблизительно 25 сверхглубоких скважин, основная часть которых располагается в республиках бывшего СССР.

На территории других также имеется ряд сверхглубоких скважин. Приведем самые известные среди них.

Швеция. Сильян Ринг – 6800 м.
Казахстан. Тасым Юго-Восточный – 7050 м.
США. Бигхорн – 7583 м.
Австрия. Цистердорф – 8553 м.
США. Юниверсити – 8686 м.
Германия. КТБ-Оберпфальц – 9101 м.
США. Бейдат-Юнит – 9159 м.
США. Берта Роджерс – 9583 м.

Мировые рекорды по сверхглубоким скважинам в мире

В 2008 г. новым рекордсменом по глубине стала нефтяная скважина Маерск (Катар) с глубиной 12 290 м.
В 2011 г. во время проведения проекта под названием «Сахалин-1» (), удалось пробурить скважину до отметки 12 345 м.
В 2013 г. скважиной Чайвинского месторождения (Россия) был установлен новый рекорд в 12 700 м. Однако она пробурена не вертикально вниз, а под углом к поверхности.

Фото Кольской скважины

Глядя на фото Кольской скважины сложно представить, что когда-то здесь кипела жизнь, а множество людей трудилось на благо великой страны.

Теперь же здесь кроме мусора и остатков былого величия ничего нет. Железобетонные стены и пустые, заброшенные помещения с беспорядочно разбросанными вещами действуют угнетающе. Кругом царит тишина.

Буровая первого этапа (глубина 7600 м), 1974 год

Здание электрической подстанции

Фото 2012 года

Устье скважины с металлической заглушкой. Кто-то выцарапал неправильную глубину. Август 2012

Сложно вообразить, что под этой заглушкой находится самая глубокая «дыра» в земле, уходящая в глубину более, чем на 12 км

Советские рабочие на пересменке, конец 1970-х

Истории, связанные с Кольской скважиной, не утихают до сих пор. В настоящее время окончательного ответа о происхождении мистических звуков ученые так и не дали.

В связи с этим возникают все новые теории, пытающиеся объяснить данный феномен. Возможно, в скором будущем, ученые смогут узнать природу «адских звуков».

Теперь вы знаете, чем интересна Кольская скважина. Если вам понравилась данная статья – поделитесь ею с друзьями. Если же вам вообще нравятся – подписывайтесь на сайт I nteresnye F akty.org любым удобным способом. С нами всегда интересно!

Понравился пост? Нажми любую кнопку.

В СССР любили масштаб, да побольше, и распространялось это буквально на все. Вот и была в Союзе вырыта одна скважина, которая и сегодня носит титул глубочайшей на земле. Примечательно, что скважину пробурили не для добычи нефти или геолого-разведочных работ, а чисто для научных исследований.

Наконечники, которыми бурили скважину.

Кольская сверхглубокая скважина, или СГ-3, - самая глубокая скважина в земле, сделанная человеком. Находится в Мурманской области в 10 километрах от города Заполярный, в западном направлении. Глубина дыры - 12 262 метра. Ее диаметр в верхней части составляет 92 сантиметра. В нижней - 21,5 сантиметра. Важной особенностью СГ-3 является то, что, в отличие от любых других скважин для добычи нефти или геологических работ, эта бурилась исключительно для научных целей.

Заложена скважина была в 1970 году, к 100-летию со дня рождения Владимира Ленина. Выбранное место примечательно тем, что скважина бурилась в выходящих на поверхность вулканических породах возрастом более 3 миллиардов лет. К слову, возраст Земли составляет около 4,5 миллиардов лет. При добыче полезных ископаемых скважины редко бурят глубже двух тысяч метров.

Работа шла сутками напролет.

Бурить начали 24 мая 1970 года. До отметки в 7 тысяч метров бурение шло легко и спокойно, однако после попадания головки в менее плотные породы начались проблемы. Процесс существенно замедлился. Только 6 июня 1979 года был поставлен новый рекорд - 9583 метра. Ранее он был установлен в США добытчиками нефти. Отметка в 12 066 метров была пройдена в 1983 году. Результат был достигнут к Международному геологическому конгрессу, который проходил в Москве. Впоследствии на комплексе произошло две аварии.

Сейчас комплекс выглядит так.

В 1997 году в СМИ растиражировали сразу несколько легенд о том, что Кольская сверхглубокая скважина и есть настоящая дорога в ад. В одной из таких легенд говорилось о том, что, когда команда опустила на глубину в несколько тысяч метров микрофон, там слышались человеческие вопли, стоны и крики.

Конечно, ничего подобного не было. Хотя бы потому, что для записи звука в скважине на такой глубине используется специальное оборудование - но и оно ничего не зафиксировало. На комплексе действительно произошло несколько аварий, в том числе случился подземный взрыв во время бурения, однако никаких подземных «демонов» геологи точно не потревожили.

Сама скважина законсервирована.

Действительно важно то, что на СГ-3 работало 16 исследовательских лабораторий. Во времена Советского Союза отечественные геологи смогли сделать множество ценных открытий и лучше понять, как устроена наша планета. Работа на объекте позволила значительно улучшить технологию бурения. Ученые также смогли разобраться в местных геологических процессах, получили исчерпывающие данные о тепловом режиме недр, подземных газах и глубинных водах.

К сожалению, сегодня Кольская сверхглубокая скважина закрыта. Здание комплекса ветшает с тех пор, как в 2008 году здесь была закрыта последняя лаборатория, а все оборудование демонтировано. Причина проста - нехватка финансирования. В 2010 году скважина уже была законсервирована. Сейчас она медленно, но верно разрушается под влиянием естественных процессов.