Техника - молодёжи 1984-01, страница 45

— Наденьте верхонки! — кто-то из буровиков, хлопоча над турбобуром, протягивает брезентовые рукавицы. — Керн не остыл, может обжечь.

Еще хранящий тепло глубин, аспид-но-черный, с диабазовыми вкрапинами кругляш приятно оттягивает руку. Температура керна — градусов 50. Там, внизу, в забое, при 200-градус-ной температуре каждый квадратный сантиметр его поверхности сжимала сила в 3 тыс. кг. Однажды мне приходилось видеть, как при проходке глубоких штолен Варденисского хребта с невероятным треском начала стрелять порода, которую везли в отвал на вагонетках. Так происходило сбрасывание колоссального горного давления.

То же самое случается и С керном. Выпиленный из массива образец мгновенно освобождался от действовавших на него огромных сил, растрескивался на куски и застревал, едва попав в колонковый снаряд. Наверх приходили жалкие крохи керна — во много раз меньше того, что интересовало исследователей. Между тем при сверхглубоком бурении отбор керна должен быть по возможности более полным, чтобы можно было составить исчерпывающее представление о всем профиле проходки.

— Задача подобной сложности ставилась перед нами впервые, — вступает в разговор главный геолог В. С. Ланев. — Чтобы отбирать весь керн из твердых и абразивных пород, нужна принципиально новая техника и технология! Поскольку СГ-3 задумывался как своего рода завод, главной продукцией которого являлся керн, взЯтый от устья до самого последнего забоя скважины, то такая техника и технология была в скором времени создана.

Как правило, буровики могли увеличить выход керна за счет усиленного давления долота на забой. Благодаря этому заклинившие частицы как бы продавливались внутрь кер-ноприемного снаряда. Но это одновременно приводило к искривлению скважины и как следствие — к резкому увеличению трения о стенки труб при подъеме колонны.

— Нас долго мучил вопрос, — рассказывает начальник Кольской геологоразведочной экспедиции Д. Губерман, — чем подтолкнуть породу и частицы песка из керно-приемного снаряда наверх. В качестве транспортного средства решили использовать поток промывочной жидкости, которая постоянно циркулирует через скважину, омывая долото на забое н вынося шлам и раз

рушенную породу наверх. Для этого совместно с конструкторами разработали оригинальное керноприемное устройство (см. рис.), в котором поток с помощью системы труб разделяется на два. Первый, как и раньше,'движется по кольцевому. зазору между скважиной и инструментом наверх; другой, омывая бурильную головку (3), направляется вверх по кернонаправляющей трубе (4). Формируемый бурильной головкой поток жидкости вместе с керном и шламом поступает в керноприемную трубу, проходит кернорватель (6) и керно-лом (5). Попав в расширенную часть корпуса (1), керн складируется в кольцевом зазоре, а жидкость вместе со шламом уходит через прорези (2).

ТЕЛЕСКОП, НАПРАВЛЕННЫЙ В НЕДРА. Не мудрствуя лукаво, авторы нового способа бурения начали проходку сверхглубокого ствола, ориентируясь на наипростейшую из всех возможных конструкций. Долотом прошли 40-метровый участок и обсадили его трубами. Отступив от всех бурильных канонов, опустили внутрь скважины колонну. Этот чехол не укрепляли и не цементировали, рассудив в случае его износа заменить новым.

НЕМНОГО ИСТОРИИ

Когда в 1909 году югославский геофизик А. Мохоровнчич. рассматривал сейсмограмму балканского землетрясения, он обратил внимание, что на 50-километровой глубине преломленная волна неожиданно увеличивает скорость. Выяснилось, что подобные явления наблюдаются повсеместно: и в континентальных районах земного шара — здесь глубина достигала 75 км, и под онеаническим дном — на глубине до.. 5 км. Эту высокоскоростную границу, разделяющую земную кору от мантии (в которой, кстати, закладываются очаги разрушительных землетрясений, вулканизма и которая постоянно подпитывает кору рудным веществом), стали называть поверхностью Мохоровнчича или кратко слоем Мохо. К настоящему времени из природных кладовых были извлечены и переработаны десятки миллиардов тонн полезных ископаемых. поскольку верхний слой земной коры оказался обеднен, только продвижение на большие глубины могло обеспечить промышленности сырьевой «достаток» на многие годы.

Спустя 16 лет австрийский исследователь 'Г. Конрад обнаружил в континентальной коре на глубинах от 10 до 30 км зоны отражения, получившие название «слоев Конрада». Словом, волны далеких землетрясений, улавливаемые чуткими сейсмографами, точно вспышки далеких ламп, смутно освещали, по выражению Голицына, недра, свидетельствуя о концентрической зональности планеты.

Эти и многие другие «фундаментальные» сведения о внутренней жизни планеты, полученные сейсмическими, а также гравиметрическими, ядерными, геотермическими, магнитомет

рическими и прочими косвенными методами, требуя интерпретации, в значительной степени зависели от так называемого субъективного фактора. Дать им исчерпывающее обоснование могло только глубинное бурение, вопрос о котором остро встал в конце 50-х годов.

«МОХОЛ» НАЧИНАЕТ И ПРОИГРЫВАЕТ. Эпоха сверхглубокого бурения на мантию началась реализацией в 1961 году американского проекта Мохол». Скважину заложили на дне под 4-килом1 - .ой толщей тихоокеанских вод, вблизи острова Гуадалу-пе. Ожидалось, что буровой снаряд, пройдя 150 м донных рыхлых осад-нов, погрузится в 5,5-километровыи слои твердых пород, преодолеет их — и в рунах исследователей окажется долгожданное вещество мантии. Увы. Бурение приостановилось после проходки 36 м, когда, доставив на борт керн, бурильная нолоина навсегда потеряла устье скважииы. Не помогли ни системы динамической стабилизации, ни сложнейшие пелен-гаторные комплексы, смонтированные вокруг судиа ча заякоренных буях.

Все же соблазн вскрыть мантию в океане, где она ближе всего — до 5 I - подходит к океанической поверхности, был необычайно велик. Поэтому предельно отшлифовав методы бурения, применяемые при нефтеразведке шельфа, американские инженеры построили судно грузоподъемностью свыше 10 тыс. т., названное «Гломар — Челленджер», что в переводе означает «морской гигант, бросающий вызов».

В 1968 году «гигант» вышел в океан, чтобы там штурмовать ближний геокосмос. До завершения этого проекта в 1975 году на дне, под 1000-метровой толщей воды, была пробурена

скважина, вскрывшая верхние базальтовые слои океанической коры.

Но вот каков состав «нижних» этажей океанского дна — «бросающий вызов» не проронил ни слова.

В семействе сверхглубоких скважин, заложенных на суше, первой перешагнула 9-километровый рубен< скважина «Берта-Роджерс», пробуренная в Оклахоме. Но это была уже не исследовательская, а разведочная скважина, для проходки ствола которой в молодых осадочных порог геологи использовали... высвободившиеся после занладки пусковых ракетных шахт мощные буровые установки грузоподъемностью 1000 т. Столь большой запас по усилиям на буровой инструмент позволял проходчикам брать недра штурмом, в «лоб», опираясь на супермощь бурильных роторов, неутомимо вращающих девятикилометровую колонну стальных труб, на исполинскую силу лебедок, с «корнем» выдирающих прихвачен* ное долото. Но даже сверхпрочное, сверхмощное, сверхтяжелое буровое оборудование не смогло противостоять повышенному пластовому давлению, которое с глубины 9583 м «выплюнуло» буровой инструмент из забоя. Из потревоженных пластов ударил фонтан расплавленной серы.

Советские ученые, разрабатывавшие программу сверхглубокого бурения также с конца 50-х годов (а именно тогда появилась техническая возможность пробиться к большим глубинам), избрали принципиально иной, чем американцы, путь. Программой руководит Межведомственный научный совет ГКНТ по проблеме: «Изучение недр Земли и сверхглубокое бурение», возглавляемый министром геологин СССР профессором Е. А. Козловским.

42