Скважина

XX век ознаменовался триумфом  человека в воздухе и покорением  самых глубоких впадин Мирового  океана. Лишь мечта проникнуть  к сердцу нашей планеты и  познать скрытую доселе жизнь  ее недр по-прежнему остается  недостижимой. «Путешествие к центру  Земли» обещает быть необычайно  трудным и увлекательным, таящим  в себе массу неожиданностей  и невероятных открытий. Первые  шаги на этом пути уже сделаны  — в мире пробурено несколько  десятков сверхглубоких скважин.  Информация, полученная при помощи  сверхглубокого бурения, оказалась  столь ошеломляющей, что поколебала  устоявшиеся представления геологов  о строении нашей планеты и  дала богатейшие материалы для  исследователей в самых разных  областях знаний.

Скважина — горная выработка круглого сечения, пробуренная с поверхности земли или с подземной выработки без доступа человека к забою под любым углом к горизонту, диаметр которой много меньше ее глубины.

Виды скважин:

• Скважина газовая — скважина, которая пробурена к газоносному горизонту и используется для извлечения газа и газового конденсата.
• Скважина нефтяная — скважина, которая пробурена к нефтеносному горизонту или чаще всего нефтегазоносному и используется только для извлечения нефти
• Скважина артезианская — (водозаборная скважина) разведочно-эксплуатационная скважина предназначенная для добычи артезианской воды из водоносного горизонта. Артезианская скважина является подземным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения на водозаборных сооружениях (более известны как водозаборный узел сокр. ВЗУ).
• Скважина законтурная — обычно поисковая или разведочная скважина, вскрывшая продуктивный пласт за контуром разведанной залежи, нефтяной или газовой.
• Скважина нагнетательная (инжекционная) — предназначенная для нагнетания воды (газа) либо в законтурные зоны (газовую шапку) нефтяных залежей при осуществлении поддержания пластового давления.
• Скважина опорная — глубокая скважина, пробуриваемая на недостаточно изученной территории в целях уточнения геологического разреза и т.д.
• Скважина разведочная — в практике поисково-разведочного бурения на нефть и газ пробуренная скважина, не давшая промышленного притока нефти (газа).
• Колодец (скважина) совершенный — пройденный через всю толщу водоносного пласта и оборудованный таким образом, что приток воды в него обеспечен из всего водоносного пласта.
• Колодец смотровой (наблюдательный) — колодец (скважина, шурф), оборудованный для наблюдения за колебанием уровня воды, её температуры и т.д.
• Пьезометрическая скважина — специальная наблюдательная (реагирующая) скважина, предназначенная для постоянного наблюдения в какой-либо части нефтяной залежи за изменением пластового давления
• Водозаборная скважина — специальная скважина, вскрывающая обычно верхние водоносные отложения, предназначенная для нагнетания воды в нижележащие продуктивные пласты.

Немного из истории

Трудолюбивые китайцы  в XIII веке рыли скважины глубиной 1 200 метров. Европейцы побили китайский рекорд в 1930 году, научившись пронзать земную твердь при помощи буровых на 3 километра. В конце 1950-х годов скважины удлинились до 7 километров. Начиналась эпоха сверхглубокого бурения.

Как и большинство глобальных проектов, идея пробурить верхнюю  оболочку Земли возникла в 1960-х годах XX века, в разгар космических полетов  и веры в безграничные возможности  науки и техники. Американцы задумали ни много ни мало пройти скважиной  всю земную кору и получить образцы  пород верхней мантии. Представления  о мантии тогда (как, впрочем, и сейчас) строились лишь на косвенных данных — скорости распространения сейсмических волн в недрах, изменение которой  интерпретировалось как граница  слоев горных пород разного возраста и состава. Ученые считали, что земная кора похожа на бутерброд: сверху молодые  породы, снизу — древние. Однако лишь сверхглубокое бурение могло  дать доподлинную картину строения и состава внешней оболочки Земли  и верхней мантии.

В 1958 году в США появилась  программа сверхглубокого бурения  «Мохол». Это один из самых смелых и загадочных проектов послевоенной Америки. Как и многие другие программы, «Мохол» был призван обогнать СССР в научном соперничестве, установив мировой рекорд в сверхглубоком бурении. Название проекта происходит от слов «Мохоровичич» — это фамилия хорватского ученого, который выделил поверхность раздела между земной корой и мантией — границу Мохо, и «hole», что по-английски значит «скважина». Создатели программы решили бурить в океане, где, по данным геофизиков, земная кора значительно тоньше, чем на материках. Надо было спустить трубы на несколько километров в воду, пройти 5 километров океанского дна и достичь верхней мантии.

В апреле 1961 года у острова  Гваделупа в Карибском море, где  водная толща достигает 3,5 км, геологи  пробурили пять скважин, самая глубокая из них вошла в дно на 183 метра. По предварительным расчетам, в этом месте под осадочными породами ожидали  встретить верхний слой земной коры — гранитный. Но поднятый из-под  осадков керн содержал чистые базальты — эдакий антипод гранитов. Результат бурения обескуражил и в то же время окрылил ученых, они стали готовить новую фазу бурения. Но когда стоимость проекта перевалила за 100 млн. долларов, конгресс США прекратил финансирование. «Мохол» не ответил ни на один из поставленных вопросов, но он показал главное — сверхглубокое бурение в океане возможно.

Но среди всех этих скважин  есть одна - легендарная Кольская сверхглубокая (СГ), глубина которой более двенадцати километров. Кроме того, СГ - одна из немногих, которую бурили не ради разведки или добычи полезных ископаемых, а с чисто научными целями: изучить древнейшие породы нашей планеты и познать тайны идущих в них процессов, но также она дала ученым ответы на многие вопросы.

Кольская сверхглубокая  скважина была заложена в честь 100-летия  со дня рождения Ленина, в 1970 году. Толщи осадочных пород к тому времени были хорошо изучены при добыче нефти. Интереснее было бурить там, где вулканические породы возрастом около 3 млрд лет (для сравнения: возраст Земли оценивается в 4,5 млрд лет) выходят на поверхность. Для добычи полезных ископаемых такие породы редко бурят глубже 1—2 км. Предполагалось, что уже на глубине 5 км гранитный слой сменится базальтовым.

Она была  также самой  глубокой скважиной до 2008 года, когда её обошла пробуренная под острым углом к поверхности земли нефтяная скважина Maersk Oil BD-04A, длина которой 12 290 метров (находится в нефтяном бассейне Аль-Шахин, Катар), после этого в январе 2011 эту скважину обошла также нефтяная скважина месторождения Одопту-море проекта Сахалин-1, также пробуренная под острым углом к поверхности земли, длиной 12 345 метров.

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.

Первенец отечественного сверхглубокого бурения заложен  в кристаллических породах древнего Балтийского щита на Кольском полуострове  – в Печенгском районе Мурманской области. 
Так почему же выбран именно Кольский полуостров?

Снимок ставший  легендарным. 
На снимке, начальник экспедиции Д.М. Губерман у колышка, на месте которого, впоследствии, была построена СГ-3.

      Если внимательно посмотреть  на карту полуострова, то видно,  что большими и малыми точками  на ней обозначены города и  поселки со странными, на первый  взгляд, названиями: Апатиты, Никель, Магнетиты, Новый Титан, Слюда... Но ничего странного в этом  нет. Кольский полуостров –  настоящая сокровищница полезных  ископаемых. Словно возмещая людям  скупость флоры и фауны, природа  щедро одарила неуютную северную  землю, упрятав в ее кладовых  богатейшие запасы разнообразного  минерального сырья.   

 На Балтийском щите, который охватывает территорию  Кольского полуострова, Карелии,  Финляндии, часть Швеции и Норвегии, за сотни миллионов лет геологической  истории отпечатались, словно шрамы  на теле, глобальные всплески  и падения магматизма, разрушительные этапы вулканизма, относительно спокойные и длительные времена осадкообразования, метаморфические изменения пород в ходе эволюции Земли. Разгадать природу этих процессов, понять механизмы рудообразования, прочесть «каменную летопись» – значит дать геологической науке и производству такие перспективы, которые трудно даже предвидеть, предугадать. Печенга и является именно той частью щита, где, как в нервном узле, накрепко «завязаны» ведущие геологические факторы, определяющие историю развития докембрийских образований на протяжении 1,5 – 3 миллиардов лет.   

 Учитывалось, что на  Кольском полуострове есть и  такое существенное преимущество  по сравнению с другими геологическими  областями. Неумолимое время многие  миллионы лет разрушало поверхность  Балтийского щита, особенно в  северо-восточной его части. Вода, ветер, ледники, «сдирая» верхние  слои пород, обнажили здесь  древние архейские образования  планеты, упрятанные обычно в  других геологических регионах, не затронутых столь мощными  процессами эрозии, на глубины  5 – 10 километров и более. Таким  образом, доступ к нижним этажам  коры облегчен самой природой. Пробурив здесь скважину глубиной 15 километров, можно «заглянуть»  в недра на все 25 километров  осредненного разреза земной  коры континентального типа.

Данные СГ-3

Имя: Кольская экспериментальная опорная сверхглубокая скважина (государственный номер – СГ-3). Местными жителями именуется нежно и ласково – «Глубинка». 
 
Паспорт на жительство выдан специальной комиссией во главе с академиком В.И.Смирновым и членом-корреспондентом АН СССР Г. И. Горбуновым. Эта комиссия определила и место ее заложения в Печенгском районе Мурманской области, в десяти километрах юго-западнее города Заполярного, у озера с невообразимо трудным и длинным названием Вильгискоддеоайвинъярви, что в переводе с саамского означает «Озеро под Волчьей горой».

Число, месяц  и год рождения: 24 мая 1970 года на серийной буровой установке «Уралмаш-4Э» буднично прозвучала команда: «Пуск!» – и с первыми оборотами турбобура начался штурм земных недр на глубину, доселе неизведанную.

Место рождения: По географическим координатам: 69-я параллель, 350 метров над уровнем Мирового океана. Кругом – ни деревца, только мхи да разливы озер немыслимой голубизны в короткую летнюю пору, а в долгую полярную зиму – бескрайние снежные просторы. Здесь она длится целых семь месяцев – с октября по апрель, но и в июне нередки снежные метели, а в распадках сопок на северных склонах, куда не достают солнечные лучи, белеют почти все лето залежи ноздреватого снега.

Глубина: 12 262 метра.

Трудовая летопись СГ-3

Апрель 1967 –  май 1970 г.г. – строительно-монтажные работы на всех объектах буровой. За короткий срок и с отличным качеством печенгские строители завершили сооружение производственного комплекса и жилья.

Май 1970 – апрель 1975 г.г. – с помощью серийной буровой установки «Уралмаш–4Э», рассчитанной на проходку скважин до 5000 метров, экспедиция выполнила первый этап бурения – до глубины 7263 метра. Это был не только всесоюзный рекорд для подобного оборудования. Скважина стала и самой глубокой в Европе горной выработкой, и первой в мире, пройденной на такую глубину в древнейших кристаллических породах.

Май 1975 – октябрь 1976 г.г. – демонтирована старая буровая, которой суждено войти в историю освоения подземных глубин. На ее месте осталось в неприкосновенности только устье скважины, отмеченное флажком. А вскоре на этом устье благодаря самоотверженной работе строителей, монтажников и самих буровиков встала во весь рост 70-метровая уникальная установка «Уралмаш-15000» – последнее слово отечественной буровой техники.

Октябрь 1976 –  март 1981 г.г. – В сложной горно-геологической обстановке, в экстремальных условиях высоких забойных температур и давлений осуществляется второй этап проводки скважины – до отметки 10636 метров. Памятным для коллектива экспедиции стал день 6 июня 1979 года, когда в вахтенном журнале вместо обычного рабочего рапорта сменный буровой мастер Федор Атарщиков сделал ликующую запись: «Забой – 9584 метра. «Берта Роджерс», чао, гуд бай!» С этого дня скважина стала глубочайшей горной выработкой в мире.

Апрель 1981 –  декабрь 1984 г.г. – третий этап бурения.

Скважина достигла 12000 метров и  более чем на 2400 метров превысила  экс-рекордсменку «Берту Роджерс-1». Превзойден также предел глубинности, установленный самой природой: пересечен своеобразный рубеж с абсолютной отметкой около 11 500 метров ниже уровня Мирового океана, что на 500 метров превышает глубочайшую точку мира – знаменитую Марианскую «бездну» (11022 метра) в Тихом океане. В стволе скважины на всем его протяжении выполнен сложный комплекс высокоточных геофизических исследований. Они позволили расшифровать физические процессы, происходящие в нижних горизонтах земной коры.

Указом Президиума Верховного Совета СССР (июнь 1981 г.) 35 работников Кольской геологоразведочной экспедиции, особо отличившихся при выполнении комплексной программы сверхглубокого бурения Кольской скважины, награждены орденами и медалями.

1985 – 1986 г.г. – штурм глубин продолжается.

1995 – 2005 г.г. – на базе законченной бурением СГ-3 создается Кольская глубинная геолаборатория (КГЛ), ознаменовавшая собой новое направление в изучении недр Земли – путем регулярных наблюдений пространственно-временных вариаций физических полей и комплексного изучения геологической среды геопространства СГ-3. В процессе исследований были получены, обработаны, проанализированы и обобщены обширные материалы измерений пространственно-временных вариаций физических полей Земли, их взаимосвязей и зависимости от космических процессов. Выполнен широкий комплекс геологических исследований – структурных, петрологических, геохронологических, минералого-геохимических, петрофизических и других.

2005 - 2006 г.г. – ведутся работы по созданию помехоустойчивых методов выявления предвестников землетрясений на основе регистрации и анализа вариаций физических полей в глубоких и сверхглубоких скважинах, а также по мониторингу состояния сверхглубоких скважин с целью оценки влияния природных факторов на сохранность ствола и околоскважинного пространства.