Японцы забурились в земную кору глубже всех?
Японским ученым-океанологам удалось пробурить самую глубокую подводную скважину в мире. Глубина составила 7 тыс. 740 метров. Цель исследования у японцев была вполне прагматичная - они хотели выяснить, кто или что их так снизу регулярно трясет. То есть, им было интересно выяснить основные причины, по которым произошло разрушительное землетрясение 11 марта прошлого года.
Предыдущий мировой рекорд глубинного бурения принадлежал американцам - немногим более 7 км - об этом пишут сегодня информационные агенства, хотя это, мягко говоря, не соответствует истине.
Ведь рекорд бурения, пока непревзойденный никем, ни американцами, ни, тем более, японцами, принадлежит нашим, советским людям, и нашей стране - СССР.
Среди сотен тысяч пробуренных в земной коре скважин есть одна-единственная на планете, Кольская сверхглубокая (СГ-3), глубиной 12262 метра. Этот рекорд признан ЮНЕСКО одним из самых выдающихся достижений человечества в двадцатом столетии, в 1997 г. его занесли в Книгу рекордов Гиннеса.
Опубликовано в "Объединенной машиностроительной газете", 2004 г., №28
В начале 80-х достижение на СГ-3 двенадцатикилометровой глубины сравнивали с успехами СССР в области космических исследований. Наверное, это справедливо, если исходить из сложности решенных инженерных задач и колоссальных затрат денежных средств на сверхглубокое бурение. Покойный ныне главный инженер проекта буровой установки «Уралмаш-15000» Георгий Васильевич Алексеевский лет двадцать тому назад показал автору этих строк образец керна с глубины 10 тыс. метров, и сказал:
- У этого камешка солидный возраст - около 2 млрд. 800 млн. лет. Для сравнения, возраст Земли - 4,5 млрд. лет. Стоимость этого невзрачного камешка сопоставима со стоимостью аналогичного образца лунного грунта.
Думается, если он и преувеличивал, то ненамного - далеко не каждая страна может позволить себе колоссальные затраты на сверхглубокое бурение.
Крестным отцом сверхглубокого бурения в СССР, наверное, можно назвать Н.С. Хрущева. Именно он, несмотря на возражения скептиков, утвердил в 1963 г. государственную программу сверхглубокого бурения (т.е., бурение скважин глубиной свыше 6 тыс. м). Но его, скорее, интересовали политические, а не научные результаты. В США к тому времени была принята программа исследований Северо-Американского континента путем бурения скважин глубиной до 15 км, а никакого отставания от Америки в науке и технике Хрущев не допускал. Чего бы это ни стоило. Отсюда и необычайный размах - для организации работ по глубинному изучению земных недр в СССР привлекли более 150 научных и производственных организаций.
Первую сверхглубокую скважину заложили в Северном Казахстане, но в конечном итоге там достигли только 5600 м. Кольская была третьей по счету, отсюда и государственный индекс - СГ-3. И первой, где была применена буровая установка «Уралмаш-15000».
КАК ЭТО БЫЛО
Место для уникального бурового комплекса и научного центра одновременно выбрали в 10 км от города Заполярного. Там на поверхность выходят древнейшие изверженные породы возрастом около 3 млрд. лет. Они еще мало изучены, потому что чаще всего скрыты под толщей осадочных пород.
Бурение началось в мае 1970 г. и сначала велось серийной установкой «Уралмаш-4Э». Проходка до глубины 7263 м заняла 4 года. Затем был перерыв в 1 год для монтажа специально спроектированной и изготовленной к тому времени установки для сверхглубокого бурения «Уралмаш-15000». (Позже были изготовлены еще 3 такие буровые для Саатлинской, Уренгойской и Уральской скважин).
По отзывам специалистов Кольской геологоразведочной экспедиции, буровая получилась высокопроизводительная и надежная. Автоматизация (спуск и подъем бурового инструмента, подача долота) и привод постоянного тока позволили в несколько раз, по сравнению с серийными установками, увеличить скорость бурения.
Над проектом уникальной буровой работали многие специалисты, назову только тех, кто внес наибольший вклад. Прежде всего, это, конечно, Г.В. Алексеевский. Для него «Уралмаш-15000» стала лебединой песней. В то время он уже достиг преклонного возраста и прекрасно сознавал: это его последняя крупная конструкторская разработка.
Мощные насосы для буровой (1820 лс), спроектировали Ю.С. Корнильцев, Л.Н. Горонович, В.В. Герасимов, вышку - А.Г. Спирюков, лебедку - В.А. Малофеева, механизмы автоматизации спуско-подъемных операций - В.Н. Грамолин (будущий главный конструктор бурового оборудования), тали - В.И. Разуваев, вертлюг - А.И. Лазарев и В.А. Казанцев.
Многие конструктивные решения, реализованные на буровых «Уралмаш-15000», нашли в дальнейшем свое воплощение и на серийных установках.
Технология проходки скважины была разработана специалистами ВНИИБТ. На СГ-3 использовалось турбинное бурение: через колонну под давлением подавался буровой раствор, вращающий многоступенчатую турбину с буровой головкой диаметром 214 мм. Головка имела кольцевую форму, поэтому в середине оставался неразбуренный столбик породы - керн диаметром 60 мм. Через все секции турбины проходила труба - керноприемник, где собирались столбики добытой породы - одна из главных целей экспедиции.
Чем дальше уходила в глубину Кольская скважина, тем сложнее шло бурение. Ранее считалось, что даже на глубине 15 км температура не будет превышать 150 С. Но уже на 8 км было 169 С, а 12 км встретили 230-градусным жаром. ВНИИБТ пришлось разрабатывать новые технологии, новые термостойкие высокопрочные и в то же время легкие, трубы, изобретать новые приборы.
На больших глубинах возникли сложности с доставкой керна на поверхность. Порода, выбуренная с большой глубины и освобожденная от горного давления, разрушалась под действием мощных внутренних сил, порожденных сжатием многокилометровой толщи пород. Выход керна оказался невелик: с глубин более 5 км - только 30%, а когда прошли 9 км, удавалось извлекать лишь отдельные бляшки толщиной 2-3 см из наиболее прочных пород.
В 1983 г., когда скважина достигла глубины 12 км, Международному геологическому конгрессу в Москве представили образцы керна с СГ-3. Туда же доставили обычную буровую головку со стертыми твердосплавными зубьями. Никто не ожидал, что она вызовет ажиотаж, но, как оказалось, многие ученые полагали увидеть чудо техники, нечто вроде гиперболоида инженера Гарина. У некоторых даже возникло сомнение - не выдумка ли все эти достижения? Ученым пошли навстречу, им показали буровую в действии, при них поднимали колонну из скважины, отсоединяя от нее 33-метровые секции. Пересчитав их, ученые убедились: действительно достигнута глубина 12000 м. Причем, именно тем инструментом, который им показали на конгрессе - рядом с буровой лежала целая куча точно таких же истертых буровых головок. Но самый большой эффект произвело заявление советских ученых о том, что образцы пород, извлеченные из скважины, оказались почти полностью идентичными тем, что были доставлены космическими кораблями с Луны.
- Видимо, Луна когда-то оторвалась от Земли, осталось только определить конкретное место, откуда она оторвалась, - пошутил кто-то.
Фотографии и статьи о СГ-3 обошли тогда газеты и журналы почти всех стран мира. О ней были выпущены книги и даже почтовая марка, организовано спецгашение конвертов. Не счесть было и лауреатов разных премий и кавалеров государственных наград. Правда, этот дождь наград почему-то не пролился на конструкторов, работавших над проектом «Уралмаш-15000» (за исключением одного, который к моменту награждения работал в райкоме КПСС).
ЗАБЫТАЯ БУРОВАЯ
Во второй половине 80-х интерес к Кольской геологоразведочной экспедиции ослабел, а потом о ней и вовсе почти забыли.
Что же произошло? Поговаривали, в шутку, конечно, что ученые добурились аж до преисподней и испугались воплей грешников. Другие, с не менее серьезным видом, утверждали, что из самой глубокой на Земле дыры стали выпрыгивать черти... Ну, а если всерьез, то на самом деле произошло вот что...
Пока турбобур шел сквозь граниты до глубины примерно 7 км, скважина пересекала прочные, сравнительно однородные породы, и поэтому ствол ее был ровный. Однако с 7 км пошли менее прочные трещиноватые, переслаивающиеся с небольшими твердыми прослойками породы. Скважина стала извиваться, потому что бур постоянно отклонялся в сторону менее прочных пород. Вместе с буровым инструментом в скважину стали опускать специальные "отклонители", которые помогают при бурении уменьшить угол наклона скважины. Колонну стало все чаще «прихватывать», ее секции словно прилипали к стенкам скважины.
Катастрофа произошла 27 сентября 1984 г. Пробурив очередной 9-метровый отрезок на глубине более 12 км, что заняло 4 часа, достигли глубины 12066 м. Приготовились к подъему колонны. Попробовали. Не идет. Чтобы стронуть колонну с места, требуется усилие, превышающее ее вес (около 200 т). Так поступили и на этот раз, но колонна не сдвинулась. Немного прибавили усилие, и стрелка прибора резко сбавила показания. Колонна сильно полегчала, чего при нормальном ходе операции быть не могло. Оказалось, что в скважине остались 5 км буровых труб и турбобур. Пять лет напряженной работы было потеряно.
Через несколько месяцев, поняв, что ликвидировать аварию невозможно, стали бурить обходной ствол с глубины 7 км. Снова подошли к глубине 12 км только через 6 лет. Но аварии продолжались и в результате ниже отметки 7 км в скважине пробурено 12 обходных стволов, четыре из них - от 2200 до 5000 м. Скважина стала похожа на корневую систему гигантского растения. В этом причина особой длительности последнего отрезка бурения.
В 1992 г. бурение на СГ-3 прекратили - считается, что современная техника исчерпала свои возможности. Возможно, это и так. Во всяком случае, за рубежом, где тоже осуществляются программы сверхглубокого бурения, не смогли даже приблизиться к результатам СГ-3. Там самая глубокая из них - скважина в Германии (9600 м), дальше бурить не смогли из-за постоянных аварий. А планировали превзойти результат СГ-3!
СГ-3 СЕГОДНЯ
Редко, но все же появляются иногда на СГ-3 журналисты. И вот, как они описывают ее нынешнее состояние:
- Кругом следы запустения. Окна высокого первого этажа забиты горбылем. В помещениях, где когда-то энергичные первопроходцы обсуждали тактику выхода на новые подземные горизонты, вели исследования земной коры и поднятых образцов породы, сегодня холодная сырость и запах давно покинутого людьми места. В полумраке чрева сверхглубокой тронутые ржавчиной конструкции, мертвые машины и застывшие стрелки приборов. Дневной свет падает из окон-витражей семидесятиметровой башни на устье самой глубокой в мире скважины. Номинантка Книги рекордов Гиннеса выглядит более чем скромно: обычная труба.
Уникальная скважина стала теперь геообсерваторией, на которой современными приборами лучше, чем где бы то ни было, можно внедриться в земные глубины, предсказывать землетрясения, исследовать строение Земли и микромира.
- Бурить наверняка можно было бы еще километра полтора", - считает Давид Миронович Губерман, бессменный начальник Кольской геологоразведочной экспедиции, а теперь директор научно-производственного центра "Кольская сверхглубокая».
По мнению ученого, в обозримом будущем вряд ли кто-нибудь догонит СГ-3 - на это нужны очень большие деньги и те знания, которые еще хранят ветераны Кольской сверхглубокой.