«И вот 27 декабря в 16 часов алмазное долото буровой пронзило 12-й километр земной коры. Так глубоко внутрь Земли еще никто в мире не проникал…
Балтийский кристаллический щит на протяжении многих сотен миллионов лет подвергался разрушительным силам эрозии. Специалисты считают, что ледниками и водой „слизано“ примерно 5—15 км его верхней части. С учетом этого глубина проникновения Кольской скважины по существу должна составлять не 12, а 15–25 км…
Конечной цели—15 км — планируется достичь к концу следующей пятилетки» (2 января 1984 г. «Правда»).
Как вы заметили, наиболее часто употребляемые в приведенных репортажах («ключевые») слова — это «впервые в мире». Чем это вызвано? Только ли удивлением достигнутым рекордом? Конечно, нет!
Поражает грандиозность поставленной цели и полученных результатов.
Цель? Комплексная программа изучения глубинных недр предусматривает бурение глубоких и сверхглубоких скважин в сочетании с геологическими, геохимическими и геофизическими исследованиями. В результате появляется возможность планомерно выяснять закономерности строения и развития континентальной земной коры, решать проблему научного прогнозирования поисков месторождений, которые залегают глубоко. И одновременно создаются новые технические средства бурения, проникновения на глубины до 15 км. А это уже по нашей теме; то, что интересует нас, — будущее бурения, бурового дела.
А результат? Его оценка?
«Уникальные результаты получены при изучении глубинного строения земных недр. Мы гордимся тем, что благодаря Кольской сверхглубокой скважине в Советском Союзе впервые в мире изучен 12-кнлометровый непрерывный разрез древнейших пород земной коры и получены представления о их физических и химических свойствах. Раньше мы были склонны предполагать, что там могут быть какие-то другие, чем на поверхности, образования. Но это не подтвердилось. Проверены и некоторые гипотезы, связанные со строением земной коры, с процессами образования руд. Словом, итоги исключительно важные.
Отдельного и большого разговора достойны те, кто конструировал оригинальную автоматизированную буровую установку „Уралмаш-15000“, кто во ВНИИ буровой техники разработал проект проходки скважины и создал такие турбобуры, которые способны разрушать любые породы, и многие другие, обеспечившие невиданный прорыв в недра» (Е. А. Козловский, министр геологии СССР. «Геология: взгляд вперед»).
Как же достигнуты эти цель и результаты? Каким оборудованием, машинами, станками, инструментом выполнено это уникальное дело?
Сложный научно-технический эксперимент по бурению Кольской скважины осуществлен с применением только отечественной техники и технологии. Созданы и внедрены породоразрушающие инструменты, забойные двигатели с соответствующей глубинным условиям характеристикой, средства контроля за работой турбобура на забое (крайне необходимые при работе двигателя на глубинах более 8 км), высокопрочные и термостойкие бурильные трубы из легких сплавов (обеспечившие практически безаварийную работу при высоких скоростях спуска и подъема бурового инструмента). Весьма высоки научно-технический уровень и эффективность созданных средств: большинство из них выполнены на уровне изобретений (новизна! впервые в мире!), о чем говорят более 40 авторских свидетельств.
Оригинальная автоматизированная буровая установка «Уралмаш-15000» уникальна своей меньшей грузоподъемностью — 300 тонн — в сравнении с 600—800-тонными зарубежными установками для сверхглубокого бурения и 1000-тонной лебедкой на скважине «Берта Роджерс».
Турбобур — первый свидетель глубокоземных тайн — и по замыслу и по исполнению также оригинален и высокоэффективен. Вращается при бурении не весь многокилометровый вал бурильных труб с долотом на конце (как это было — помните? — у американцев при проходке скважины «Берта Роджерс»), поглощая колоссальную мощность, а лишь несколько метров самого бурового устройства — турбобура.
Следующее уникальное устройство — керноприемный снаряд. Следует иметь в виду, что на забое сверхглубокой скважины горная порода, из которой выбуривают керн, находится при температуре 200 °C и давлении 300 кгс/см2 (1 кгс/см2 ≈ 105 Па). Выбуренный из такого горного массива образец породы, мгновенно сбрасывая горное давление, освобождается от воздействовавших на него сил. В результате керн растрескивается, деформируется и на земную поверхность поступает образец не в его естественном залегании (состоянии), а в виде отдельных бесформенных кусков. Но поскольку на сверхглубокой скважине отбор керна — главная работа, а сам керн — основная продукция, для его получения требовались принципиально новая техника и технология. И эта задача была решена. Специалисты разработали оригинальное керноприемное устройство, в котором в качестве транспортного средства использован поток промывочной жидкости, постоянно циркулирующей по скважине.
Техническую эффективность глубоких скважин оценивают, как правило, по конструкции скважины, т. е. по числу колонн труб, опущенных в ствол: чем их больше, тем скважина сложнее и дороже. Кольская скважина сломала эту традицию. И действительно, что может быть проще: всего две (!) колонны труб только до глубины 2 км и открытый, необсаженный ствол 10-километровой длины (рис. 17). При обычной же технологии, когда очередную обсадную колонну труб опускают через каждые 2 км, в Кольской скважине должно было бы находиться одна в другой шесть колонн труб.
Наибольшая трудность при бурении глубоких скважин — это сохранение вертикальности ее ствола. Эта проблема была решена с помощью специального турбинного отклонителя с телеметрической системой, улавливающей малейшее отклонение от вертикали. В результате Кольская скважина, как ни одна другая сверхглубокая скважина в мире, удивительно прямолинейна: отклонение ствола на каждой 1000 м не превышает одного градуса, т. е. вся скважина отклонилась примерно на 12°. Для сравнения опять обратимся к скважине «Берта Роджерс». Ее 9,5-километровый ствол отклонился от вертикали на 25°. В два с лишним раза «точнее» оказалась работа наших буровиков по сравнению с результатами их заокеанских коллег!
О технических новинках, находках и изобретениях на Кольской сверхглубокой, как и о ней самой, можно рассказывать долго. И если кто-либо из читателей заинтересовался этой темой, мы можем порекомендовать обратиться к статьям А. Маликова и А. Перевозчикова, интересно и технически квалифицированно описавших свои журналистские впечатления в журналах «Вокруг света» (1982 г., № 1) и «Техника — молодежи» (1984 г., № 1). Если же вы хотите получить более строгое научное описание состояния и перспектив изучения глубинного строения земных недр, то небезынтересно и полезно прочитать статью профессора Е. А. Козловского в журнале «Разведка и охрана недр» (1984 г., № 7, 8); кстати, это ежемесячный отраслевой журнал Министерства геологии СССР, регулярно и широко освещающий кроме научно-технических проблем также жизнь и работу буровых бригад.
Что же дальше? Перспективы сверхглубокого?
Предусматривается, что после завершения бурения Кольской сверхглубокой скважины она будет превращена в уникальную природную лабораторию, где будут исследоваться глубинные процессы, протекающие в земной коре, проводиться долговременные наблюдения за температурным режимом, испытываться приборы и методы различных скважинных исследований.
В нашей стране планируется и дальнейшее значительное увеличение объемов глубокого и сверхглубокого бурения. Намечено начать проходку Тюменской, Анастасьевско-Троицкой и Уральской сверхглубоких скважин (до 12–15 км). Начнется бурение и шести глубоких скважин (6–8 км): трех в нефтегазоносных провинциях (Днепровско-Донецкая, Прикаспийская, Тимано-Печорская) и трех в рудных районах (Криворожская, Мурунтауская, Норильская).
Мечтают (но реально!) и о больших глубинах: создается специальный стенд, который позволит моделировать условия бурения скважин глубиной до 20 км при температуре на забое 300–400 °C и давлении 2000–3000 кгс/см2.