Kandydat nauk technicznych A. OSADCHY
W ciągu ostatnich dziesięcioleci ubiegłego stulecia w skorupie ziemskiej wywiercono setki tysięcy studni. I nie jest to zaskakujące, ponieważ poszukiwanie i wydobywanie minerałów w naszych czasach nieuchronnie wiąże się z głębokimi odwiertami. Ale wśród wszystkich tych studni jest tylko jedna na planecie - legendarna Kola Superdeep (SG), której głębokość wciąż pozostaje niezrównana - ponad dwanaście kilometrów. Ponadto SG jako jedna z niewielu została odwiercona nie w celach eksploracyjnych czy wydobywczych, a w celach czysto naukowych: zbadania najstarszych skał naszej planety i poznania tajników procesów zachodzących w nich.
Geolodzy V. Lanev (po lewej) i Yu Smirnov badają próbki rdzeniowe.
Wiertła. Dokładnie taki sam, tyle że to ten, którego użyto podczas wierceń na głębokości 12 km, który stał się eksponatem na Międzynarodowym Kongresie Geologicznym w 1984 roku.
Na tym haku opuszczano i podnoszono rurociąg. Po lewej stronie – w koszu – znajdują się 33-metrowe rury – „świece” – przygotowane do zejścia.
Kola bardzo głęboko.
Wybrane próbki rdzeni.
Unikalny magazyn rdzeni, w którym rdzenie całego dwunastokilometrowego odwiertu są ułożone na półkach w pudełkach w ścisłej kolejności, ponumerowane.
Takie odznaki dumnie nosili wszyscy, którzy pracowali dla SG.
Obecnie na supergłębi Kola nie prowadzi się wierceń; zakończono je w 1992 r. SG nie był pierwszym i nie jedynym w programie badania głębokiej struktury Ziemi. Trzy z zagranicznych studni osiągnęły głębokość od 9,1 do 9,6 km. Planowano, że jeden z nich (w Niemczech) przewyższy Kola. Jednak wiercenia na wszystkich trzech, a także w SG, zostały wstrzymane ze względu na awarie i ze względów technicznych nie mogą być jeszcze kontynuowane.
Najwyraźniej nie bez powodu złożoność wiercenia bardzo głębokich studni porównuje się z lotem w kosmos, z długą wyprawą kosmiczną na inną planetę. Próbki skał wydobyte z wnętrza Ziemi są nie mniej interesujące niż próbki gleby księżycowej. Gleba dostarczona przez radziecki łazik księżycowy była badana w różnych instytutach, w tym w Centrum Nauki Kola. Okazało się, że skład gleby księżycowej niemal całkowicie odpowiada skałom wydobytym ze studni Kola z głębokości około 3 km.
WYBÓR MIEJSCA I PROGNOZAW celu wiercenia SG utworzono specjalną ekspedycję geologiczną (Kola Geological Exploration Exploration Expedition). Miejsce wierceń oczywiście nie zostało wybrane przypadkowo – Tarcza Bałtycka w rejonie Półwyspu Kolskiego. Tutaj na powierzchnię wychodzą najstarsze skały magmowe mające około 3 miliardy lat (a Ziemia ma zaledwie 4,5 miliarda lat). Wiercenie w najstarszych skałach magmowych było interesujące, ponieważ skały osadowe do głębokości 8 km zostały już dobrze zbadane pod kątem wydobycia ropy. Podczas wydobywania minerałów zwykle wnikają one w skały magmowe tylko na głębokość 1-2 km. Wybór lokalizacji dla SG ułatwił także fakt, że znajduje się tu rynna Pecheneg - ogromna konstrukcja przypominająca misę, jakby wciśnięta w starożytne skały. Jego pochodzenie wiąże się z głębokim uskokiem. I właśnie tam znajdują się duże złoża miedzi i niklu. Natomiast zadania przydzielone Ekspedycji Geologicznej w Kolskiej obejmowały rozpoznanie szeregu cech procesów i zjawisk geologicznych, w tym powstawania rud, określenie charakteru granic oddzielających warstwy w skorupie kontynentalnej, zebranie danych o składzie materiałowym i kondycja fizyczna skały.
Przed rozpoczęciem wierceń na podstawie danych sejsmologicznych zbudowano fragment skorupy ziemskiej. Służyło to jako prognoza wyglądu tych warstw ziemi, które przecinała studnia. Założono, że warstwy granitu sięgają do głębokości 5 km, po czym spodziewano się silniejszych i starszych skał bazaltowych.
Dlatego miejsce wierceń wybrano w północno-zachodniej części Półwyspu Kolskiego, 10 km od miasta Zapolyarny, niedaleko naszej granicy z Norwegią. Zapolyarny to małe miasteczko, które powstało w latach pięćdziesiątych obok fabryk niklu. Wśród pagórkowatej tundry na wzgórzu, rozwiewanej przez wszystkie wiatry i burze śnieżne, znajduje się „kwadrat”, którego każda strona składa się z siedmiu pięciopiętrowych budynków. Wewnątrz znajdują się dwie ulice, na ich skrzyżowaniu znajduje się plac, na którym stoi Dom Kultury i hotel. Kilometr od miasta, za wąwozem, widać budynki i wysokie kominy huty niklu, za nim, na zboczu góry, widnieją ciemne hałdy skały płonnej z pobliskiego kamieniołomu. W pobliżu miasta przebiega autostrada prowadząca do miasta Nikel i do małego jeziora, po drugiej stronie którego znajduje się Norwegia.
Gleba tych miejsc zawiera liczne ślady minionej wojny. Kiedy jedziesz autobusem z Murmańska do Zapolyarnego, mniej więcej w połowie drogi przekraczasz małą rzeczkę Zapadna Litsa, na jej brzegu znajduje się pamiątkowy obelisk. To jedyne miejsce w całej Rosji, gdzie w czasie wojny 1941-1944 front stał nieruchomo, zwrócony w stronę Morza Barentsa. Choć cały czas toczyły się zacięte walki i straty po obu stronach były ogromne. Niemcy bezskutecznie próbowali przedostać się do Murmańska – jedynego wolnego od lodu portu na naszej północy. Zimą 1944 roku wojskom radzieckim udało się przedrzeć front.
Z Zapolyarnego do Superglubokaya - 10 km. Droga przebiega obok zakładu, następnie wzdłuż krawędzi kamieniołomu, a następnie pnie się w górę. Z przełęczy otwiera się niewielki basen, w którym zainstalowana jest wiertnica. Jej wysokość dorównuje dwudziestopiętrowemu budynkowi. Na każdą zmianę przyjeżdżali tu z Zapolyarnego „pracownicy zmianowi”. W sumie przy wyprawie pracowało około 3000 osób; mieszkali oni w mieście w dwóch domach. Z platformy wiertniczej słychać było przez całą dobę pracę niektórych mechanizmów. Cisza oznaczała, że z jakiegoś powodu nastąpiła przerwa w wierceniach. Zimą, podczas długiej nocy polarnej – a trwa ona tam od 23 listopada do 23 stycznia – cała platforma wiertnicza jarzyła się światłami. Często dodawano do nich światło zorzy polarnej.
Trochę o personelu. Wyprawa geologiczna Kola, stworzona do wierceń, zgromadziła zgraną, wysoko wykwalifikowaną kadrę pracowników. Szefem GRE, utalentowanym liderem, który wybierał zespół, był prawie zawsze D. Guberman. Główny inżynier Za wiercenia odpowiadał I. Wasilczenko. Wiertnią dowodził A. Batiszczew, którego wszyscy nazywali po prostu Lecha. Geologia była odpowiedzialna za V. Laneya, a geofizyka za Yu Kuznetsova. Ogromną ilość pracy nad obróbką rdzenia i stworzeniem magazynu rdzeni wykonał geolog Yu Smirnov - ten sam, który miał „szafę ze skarbami”, o czym opowiemy później. W badaniach nad SG wzięło udział ponad 10 instytutów badawczych. Zespół miał także swoich „Kulibinsów” i „leworęcznych” (szczególnie wyróżniał się S. Tserikovsky), którzy wymyślali i wytwarzali różne urządzenia, które czasami pozwalały wydostać się z najtrudniejszych, pozornie beznadziejnych sytuacji. Sami stworzyli wiele niezbędnych mechanizmów tutaj, w dobrze wyposażonych warsztatach.
HISTORIA WIERCENIAWiercenie studni rozpoczęto w 1970 r. Wiercenie do głębokości 7263 m trwało 4 lata. Przeprowadzono je przy użyciu instalacji szeregowej, która jest zwykle stosowana przy wydobyciu ropy i gazu. Ze względu na ciągłe wiatry i zimno całą wieżę trzeba było przykryć aż do góry drewnianymi panelami. W przeciwnym razie osoba, która musi stać na górze i podnosić rurę do pracy, jest po prostu niemożliwa.
Potem nastąpiła roczna przerwa związana z budową nowej wieży i montażem specjalnie zaprojektowanej platformy wiertniczej – Uralmash-15000. To z jego pomocą przeprowadzono wszystkie dalsze bardzo głębokie wiercenia. Nowa instalacja ma mocniejszy zautomatyzowany sprzęt. Zastosowano wiercenie turbinowe – wtedy obraca się nie cała kolumna, a jedynie głowica wiertnicza. Płyn wiertniczy przepuszczany był przez kolumnę pod ciśnieniem, obracając umieszczoną poniżej wielostopniową turbinę. Jej całkowita długość wynosi 46 m. Turbina zakończona jest głowicą wiertniczą o średnicy 214 mm (często nazywaną koroną), która ma kształt pierścienia, dzięki czemu w środku pozostaje niewiercony słup skały - rdzeń. o średnicy 60 mm. Przez wszystkie sekcje turbiny przechodzi rura - odbiornik rdzenia, w którym gromadzą się kolumny urobku. Rozdrobniona skała wraz z płuczką wiertniczą odprowadzana jest otworem na powierzchnię.
Masa kolumny zanurzonej w studni z płuczką wynosi około 200 ton. Dzieje się tak pomimo zastosowania specjalnie zaprojektowanych rur ze stopów lekkich. Jeśli kolumna jest wykonana ze zwykłych rur stalowych, pęknie pod własnym ciężarem.
Wiele trudności, czasem zupełnie nieoczekiwanych, pojawia się w procesie wierceń na dużych głębokościach i przy pobieraniu próbek rdzeniowych.
Penetracja podczas jednego przejazdu, określona na podstawie zużycia głowicy wiertniczej, wynosi zwykle 7-10 m (Przejazd, czyli cykl, polega na opuszczeniu sznurka za pomocą turbiny i narzędzia wiertniczego, właściwym wierceniu i całkowitym podniesieniu. sznurek.) Samo wiercenie trwa 4 godziny. A zejście i wejście na 12-kilometrową kolumnę zajmuje 18 godzin. Po podniesieniu kolumna jest automatycznie rozkładana na odcinki (świece) o długości 33 m. Średnio miesięcznie wiercono 50 km rur na ostatnie 5 km odwiertu. To jest stopień ich zużycia.
Do głębokości około 7 km odwiert przecinał mocne, stosunkowo jednorodne skały, dzięki czemu odwiert był gładki, niemal odpowiadający średnicy wiertła. Prace postępowały, można powiedzieć, spokojnie. Jednak na głębokości 7 km pojawiły się mniej trwałe skały spękane, przewarstwiane drobnymi, bardzo twardymi warstwami - gnejsami, amfibolitami. Wiercenie stało się trudniejsze. Pień przybrał owalny kształt i pojawiło się wiele wgłębień. Wypadki stały się częstsze.
Na rysunku przedstawiono prognozę wstępną odcinka geologicznego oraz prognozę opracowaną na podstawie danych wiertniczych. Warto zauważyć (kolumna B), że kąt nachylenia formacji wzdłuż odwiertu wynosi około 50 stopni. Zatem jasne jest, że skały przecięte studnią wychodzą na powierzchnię. Tutaj pamiętamy wspomniany już „ceniony gabinet” geologa Yu. Tam z jednej strony miał próbki pobrane z odwiertu, a z drugiej próbki pobrane z powierzchni w pewnej odległości od miejsca wiercenia, gdzie wychodzi odpowiednia formacja. Dopasowanie ras jest prawie zakończone.
Rok 1983 przyniósł niespotykany dotąd rekord: głębokość wierceń przekroczyła 12 km. Praca została zawieszona.
Zbliżał się Międzynarodowy Kongres Geologiczny, który zgodnie z planem odbył się w Moskwie. Przygotowywano na to wystawę Geoexpo. Postanowiono nie tylko zapoznać się z raportami z wyników osiągniętych w SG, ale także pokazać uczestnikom kongresu prace in situ i wydobyte próbki skał. Na potrzeby kongresu ukazała się monografia „Kola Superdeep”.
Na wystawie Geoexpo nie mogło zabraknąć dużego stoiska poświęconego pracy SG i najważniejszemu – osiągnięciu rekordowej głębokości. Były tam imponujące wykresy przedstawiające techniki i technologię wierceń, próbki wydobytych skał, zdjęcia sprzętu i personelu podczas pracy. Jednak największą uwagę uczestników i gości kongresu przykuł niekonwencjonalny dla ekspozycji wystawienniczej detal: najzwyklejsza i już lekko zardzewiała głowica wiertarska ze zużytymi zębami węglikowymi. Na etykiecie było napisane, że właśnie tego używano podczas wierceń na głębokości ponad 12 km. Ta głowica wiertarska zadziwiła nawet specjalistów. Prawdopodobnie wszyscy mimowolnie spodziewali się zobaczyć jakiś cud techniki, może ze sprzętem diamentowym... A oni nadal nie wiedzieli, że na SG obok wiertnicy leżała wielka sterta dokładnie tych samych zardzewiałych już głowic wiertniczych: w końcu trzeba je było wymieniać na nowe mniej więcej co 7-8 m.
Wielu delegatów na Kongres chciało na własne oczy zobaczyć wyjątkową platformę wiertniczą Półwysep Kolski oraz dopilnowanie, aby w Unii faktycznie osiągnięto rekordową głębokość wierceń. Taki wyjazd miał miejsce. Tam na miejscu odbyło się posiedzenie sekcji kongresowej. Delegatom pokazano platformę wiertniczą, na której podnieśli kolumnę ze studni, odłączając od niej 33-metrowe odcinki. Zdjęcia i artykuły o SG krążyły w gazetach i magazynach niemal we wszystkich krajach świata. Wydano znaczek pocztowy i zorganizowano specjalną kasację kopert. Nie będę wymieniał nazwisk laureatów różnych nagród i wyróżnionych za swoją pracę...
Ale wakacje się skończyły, trzeba było kontynuować wiercenia. A zaczęło się od największego wypadku pierwszego lotu 27 września 1984 r. – „czarnej daty” w historii SG. Studnia nie wybacza, gdy przez długi czas pozostaje bez uwagi. Do czasu wykonania wierceń w jej ścianach nieuchronnie zachodziły zmiany, te, które nie były zabezpieczone rurą stalową cementowaną.
Na początku wszystko szło zwyczajnie. Wiertnicy robili swoje normalne operacje: opuszczano kolejno odcinki przewodu wiertniczego, do ostatniego, górnego, podłączono rurę doprowadzającą płyn wiertniczy i włączono pompy. Zaczęliśmy wiercić. Przyrządy na konsoli przed operatorem pokazywały normalny tryb pracy (liczba obrotów głowicy wiertniczej, jej nacisk na skałę, przepływ płynu do obracania turbiny itp.).
Po odwierceniu kolejnego 9-metrowego odcinka na głębokości ponad 12 km, co zajęło 4 godziny, osiągnęliśmy głębokość 12,066 km. Przygotowywaliśmy się do podniesienia kolumny. Próbowaliśmy. Nie działa. Na takich głębokościach wielokrotnie obserwowano „przyklejanie”. Dzieje się tak wtedy, gdy jakiś fragment kolumny wydaje się przyklejać do ścian (być może coś spadło z góry i lekko się zacięło). Do poruszenia kolumny potrzebna jest siła przekraczająca jej ciężar (około 200 ton). Tym razem zrobili to samo, ale kolumna się nie poruszyła. Zwiększyliśmy trochę siłę, a igła instrumentu gwałtownie zmniejszyła odczyty. Kolumna stała się znacznie lżejsza; taka utrata masy ciała nie mogłaby nastąpić podczas normalnego przebiegu operacji. Zaczęliśmy podnosić: odkręcaliśmy sekcje jedna po drugiej. Podczas ostatniego podnoszenia na haku wisiał skrócony kawałek rury o nierównej dolnej krawędzi. Oznaczało to, że w odwiercie pozostała nie tylko turbowiertnica, ale także 5 km rur wiertniczych...
Próbowali je zdobyć przez siedem miesięcy. W końcu stracili nie tylko 5 km rur, ale wyniki pięciu lat pracy.
Następnie wszelkie próby odzyskania tego, co utracone, zostały przerwane i wznowiono wiercenie od głębokości 7 km. Trzeba powiedzieć, że już po siódmym kilometrze warunki geologiczne są tu szczególnie trudne do pracy. Technologia wiercenia na każdym etapie jest opracowywana metodą prób i błędów. A zaczynając od głębokości około 10 km jest jeszcze trudniej. Wiercenie, obsługa sprzętu i sprzętu odbywa się przy maksymalnej prędkości.
Dlatego w każdej chwili można się tu spodziewać wypadków. Przygotowują się do nich. Metody i sposoby ich eliminacji są przemyślane z góry. Typowym złożonym wypadkiem jest uszkodzenie zestawu wiertniczego wraz z częścią ciągu rur wiertniczych. Główną metodą jego eliminacji jest utworzenie ławy tuż nad utraconą częścią i z tego miejsca wywiercenie nowego wału obejściowego. W odwiercie wykonano łącznie 12 takich kanałów obejściowych. Cztery z nich mają długość od 2200 do 5000 m. Głównym kosztem takich wypadków są lata utraconej pracy.
Tylko w życiu codziennym studnia jest pionową „dziurą” od powierzchni ziemi do dna. W rzeczywistości jest to dalekie od przypadku. Zwłaszcza jeśli studnia jest bardzo głęboka i przecina nachylone formacje o różnej gęstości. Potem wydaje się, że się wije, bo wiertło stale schodzi w stronę mniej wytrzymałych skał. Po każdym pomiarze, który wykaże, że nachylenie studni przekracza dopuszczalne, należy podjąć próbę „postawienia jej z powrotem na miejscu”. W tym celu wraz z narzędziem wiertniczym opuszczane są specjalne „deflektory”, które pomagają zmniejszyć kąt nachylenia studni podczas wiercenia. Często zdarzają się wypadki związane z utratą narzędzi wiertniczych i części rur. Następnie należy wykonać nowy pień, jak już powiedzieliśmy, odsuwając się na bok. Wyobraźcie sobie więc studnię w ziemi: coś w rodzaju korzeni olbrzymiej rośliny rozgałęziającej się na głębokości.
Stąd też szczególny czas trwania ostatniej fazy wiercenia.
Po największym wypadku – „czarnej dacie” z 1984 r. – ponownie zeszli na głębokość 12 km dopiero po 6 latach. W 1990 r. osiągnięto maksimum - 12 262 km. Po kilku kolejnych wypadkach utwierdziliśmy się w przekonaniu, że głębiej nie da się zejść. Wszystkie możliwości współczesnej technologii zostały wyczerpane. Wydawało się, że Ziemia nie chciała już zdradzać swoich tajemnic. Wiercenie zatrzymano w 1992 roku.
PRACA BADAWCZA. CELE I METODYJednym z bardzo ważnych celów wierceń było uzyskanie rdzeniowej kolumny próbek skał na całej długości odwiertu. I to zadanie zostało zakończone. Najdłuższy rdzeń świata został oznaczony jak linijka w metrach i umieszczony w odpowiedniej kolejności w pudełkach. Numer pudełka i numery próbek są podane na górze. Na stanie magazynowym znajduje się prawie 900 takich pudełek.
Teraz pozostaje tylko zbadać rdzeń, który jest naprawdę niezbędny do określenia struktury skały, jej składu, właściwości i wieku.
Jednak próbka skały wyniesiona na powierzchnię ma inne właściwości niż w masywie. Tutaj, na górze, jest wolny od ogromnych naprężeń mechanicznych, które istnieją na głębokości. Podczas wiercenia pękł i został nasycony płuczką wiertniczą. Nawet jeśli odtworzymy głębokie warunki w specjalnej komorze, parametry zmierzone na próbce i tak będą się różnić od tych w matrycy. I jeszcze jedna mała „czkawka”: na każde 100 m odwierconej studni nie uzyskuje się 100 m rdzenia. W SG z głębokości ponad 5 km średni uzysk rdzeni wynosił zaledwie około 30%, a z głębokości ponad 9 km były to niekiedy jedynie pojedyncze blaszki o grubości 2-3 cm, odpowiadające najtrwalszym warstwom.
Zatem rdzeń wyniesiony ze studni za pomocą SG nie daje pełna informacja o głębokich skałach.
Studnie wiercono do celów naukowych, dlatego wykorzystano cały kompleks nowoczesne metody badania. Oprócz wydobywania rdzenia koniecznie prowadzono badania właściwości skał w ich naturalnym występowaniu. Stan techniczny odwiertu był na bieżąco monitorowany. Zmierzyli temperaturę w całym odwiercie, radioaktywność naturalną – promieniowanie gamma, radioaktywność indukowaną po napromieniowaniu pulsacyjnym neutronami, właściwości elektryczne i magnetyczne skał, prędkość propagacji fal sprężystych oraz zbadali skład gazów w płynie odwiertowym.
Do głębokości 7 km wykorzystywano urządzenia szeregowe. Praca na większych głębokościach i w wyższych temperaturach wymagała stworzenia specjalnych urządzeń odpornych na ciepło i ciśnienie. Szczególne trudności pojawiły się w ostatnim etapie wiercenia; gdy temperatura w odwiercie zbliżyła się do 200 o C, a ciśnienie przekroczyło 1000 atmosfer, urządzenia seryjne przestały działać. Z pomocą pospieszyły biura projektów geofizycznych i specjalistyczne laboratoria kilku instytutów badawczych, produkując pojedyncze egzemplarze przyrządów odpornych na ciepło i ciśnienie. Dlatego cały czas pracowaliśmy wyłącznie na sprzęcie domowym.
Krótko mówiąc, studnia została zbadana wystarczająco szczegółowo na całej głębokości. Badania prowadzono etapowo, mniej więcej raz w roku, po pogłębieniu odwiertu o 1 km. Każdorazowo później dokonywano oceny wiarygodności otrzymanych materiałów. Odpowiednie obliczenia pozwoliły określić parametry konkretnej rasy. Odkryli pewną naprzemienność warstw i już wiedzieli, z jakimi skałami są powiązane jaskinie i związana z nimi częściowa utrata informacji. Nauczyliśmy się dosłownie odróżniać skałę od „okruchów” i na tej podstawie odtworzyć pełny obraz tego, co studnia „skrywa”. Krótko mówiąc, udało się skonstruować szczegółową kolumnę litologiczną - pokazać naprzemienność skał i ich właściwości.
Z WŁASNEGO DOŚWIADCZENIAMniej więcej raz w roku, po zakończeniu kolejnego etapu wierceń - pogłębieniu odwiertu o 1 km, udałem się także do SG w celu dokonania powierzonych mi pomiarów. W tym czasie studnia była zwykle myta i udostępniana do badań na miesiąc. Godzina planowanego postoju była zawsze znana z wyprzedzeniem. Telegram wzywający do pracy również przyszedł wcześniej. Sprzęt został sprawdzony i zapakowany. Dopełnione zostały formalności związane z pracą zamkniętą w strefie przygranicznej. Wreszcie wszystko jest rozstrzygnięte. Chodźmy.
Nasza grupa to mały, przyjazny zespół: konstruktor narzędzi wiertniczych, konstruktor nowego sprzętu naziemnego i ja, metodolog. Przyjeżdżamy 10 dni przed pomiarami. Zapoznajemy się z danymi o stanie technicznym studni. Opracowujemy i zatwierdzamy szczegółowy program pomiarowy. Montujemy i kalibrujemy sprzęt. Czekamy na telefon - telefon ze studni. Nasza kolej na trzecie „zanurkowanie”, ale jeśli nasi poprzednicy odmówią, studnia zostanie nam dostarczona. Tym razem wszystko z nimi w porządku, mówią, że skończą jutro rano. Razem z nami w tym samym zespole są geofizycy – operatorzy, którzy rejestrują sygnały odbierane z urządzeń znajdujących się w odwiercie i zarządzają wszystkimi operacjami opuszczania i podnoszenia sprzętu wiertniczego, a także mechanicy na wyciągu, kontrolują rozwijanie tych samych 12 km kabla od bęben i na niego, na którym urządzenie jest opuszczane do studni. Wiertnicy też są na służbie.
Prace się rozpoczęły. Urządzenie jest opuszczane do studni na kilka metrów. Ostatnie sprawdzenie. Iść. Zejście jest powolne – około 1 km/h, przy ciągłym monitorowaniu sygnału dochodzącego z dołu. Jak na razie dobrze. Ale na ósmym kilometrze sygnał drgnął i zniknął. Oznacza to, że coś jest nie tak. Pełny wyciąg. (Na wszelki wypadek przygotowaliśmy drugi komplet wyposażenia.) Przystępujemy do sprawdzania wszystkich szczegółów. Tym razem kabel okazał się uszkodzony. Jest zastępowany. To zajmuje więcej niż jeden dzień. Nowe zejście zajęło 10 godzin. Wreszcie osoba obserwująca sygnał powiedziała: „Dotarliśmy do jedenastego kilometra”. Polecenie dla operatorów: „Rozpocznij nagrywanie”. Co i jak jest zaplanowane z góry zgodnie z programem. Teraz należy kilka razy opuścić i podnieść narzędzie wiertnicze w zadanych odstępach czasu, aby dokonać pomiarów. Tym razem sprzęt działał bez zarzutu. Teraz jest pełny wzrost. Podnieśli ją do 3 km i nagle wyciągarka zawołał (jest to człowiek z poczuciem humoru): „Lina się skończyła”. Jak?! Co?! Niestety, kabel się zepsuł... Narzędzie wiertnicze i 8 km kabla pozostały na dnie... Na szczęście dzień później wiertaczom udało się to wszystko wydobyć, stosując metody i urządzenia opracowane przez lokalnych rzemieślników, aby wyeliminować takie zjawiska sytuacje awaryjne.
WYNIKICele wyznaczone w projekcie ultragłębokiego wiercenia zostały zrealizowane. Opracowano i stworzono specjalny sprzęt i technologię do bardzo głębokich wierceń, a także badania studni wierconych na dużych głębokościach. Informacje, można powiedzieć, „z pierwszej ręki” otrzymaliśmy o stanie fizycznym, właściwościach i składzie skał w ich naturalnym występowaniu oraz z próbek rdzeniowych z głębokości 12 262 m.
Studnia dała doskonały prezent ojczyźnie na płytkich głębokościach - w zakresie 1,6-1,8 km. Odkryto tam przemysłowe rudy miedzi i niklu – odkryto nowy horyzont rudny. I to się przydaje, bo w miejscowej fabryce niklu już brakuje rudy.
Jak wskazano powyżej, prognoza geologiczna odcinka odwiertu nie sprawdziła się (patrz rysunek na stronie 39.). Obraz, jakiego oczekiwano przez pierwsze 5 km w studni, rozciągał się na 7 km, po czym pojawiły się zupełnie nieoczekiwane skały. Bazalty przewidywane na głębokości 7 km nie zostały znalezione, nawet gdy spadły do 12 km.
Oczekiwano, że granicą dającą największe odbicie podczas sondowań sejsmicznych jest poziom, na którym granity przekształcają się w trwalszą warstwę bazaltu. W rzeczywistości okazało się, że znajdują się tam słabsze i mniej gęste spękane skały - gnejsy archaiku. Tego się nigdy nie spodziewano. Jest to zasadniczo nowa informacja geologiczna i geofizyczna, która pozwala inaczej interpretować dane z głębokich badań geofizycznych.
Dane dotyczące procesu powstawania rudy w głębokich warstwach skorupy ziemskiej również okazały się nieoczekiwane i zasadniczo nowe. Tym samym na głębokościach 9-12 km natrafiono na skały silnie porowate, spękane, nasycone silnie zmineralizowanymi wodami podziemnymi. Wody te są jednym ze źródeł powstawania rud. Wcześniej uważano, że jest to możliwe tylko na znacznie płytszych głębokościach. To właśnie w tym przedziale stwierdzono w rdzeniu zwiększoną zawartość złota – do 1 g na 1 tonę skały (stężenie uznane za odpowiednie dla rozwoju przemysłu). Ale czy kiedykolwiek będzie opłacalne wydobywanie złota z takich głębokości?
Zmieniły się także poglądy na temat reżimu termicznego wnętrza Ziemi i głębokiego rozkładu temperatur w obszarach tarcz bazaltowych. Na głębokości ponad 6 km uzyskano gradient temperatury 20 o C na 1 km zamiast oczekiwanych (jak w górnej części) 16 o C na 1 km. Odkryto, że połowa strumienia ciepła ma pochodzenie radiogenne.
Po odwierceniu wyjątkowej studni Kola wiele się nauczyliśmy i jednocześnie zdaliśmy sobie sprawę, jak mało wciąż wiemy o budowie naszej planety.
Kandydat nauk technicznych A. OSADCHY.LITERATURA
Kola superdeep. M.: Nedra, 1984.
Kola superdeep. Wyniki nauki i doświadczenia badawcze. M., 1998.
Kozłowski E.A. Światowe Forum Geologów.„Nauka i życie” nr 10, 1984.
Kozłowski E.A. Kola superdeep.„Nauka i Życie” nr 11, 1985.
W latach 50. i 70. ubiegłego wieku świat zmieniał się w niesamowitym tempie. Pojawiły się rzeczy, bez których trudno wyobrazić sobie dzisiejszy świat: Internet, komputery, łączność komórkowa, podbój kosmosu i głębiny morskie. Człowiek szybko poszerzał sfery swojej obecności we Wszechświecie, ale nadal miał dość przybliżone wyobrażenia o strukturze swojego „domu” – planety Ziemia. Chociaż już wtedy pomysł ultragłębokiego wiercenia nie był nowy: już w 1958 roku Amerykanie rozpoczęli projekt „Mohole”. Jego nazwa powstała z połączenia dwóch słów:
Moho– powierzchnia nazwana na cześć Andrija Mohorovićic– chorwacki geofizyk i sejsmolog, który w 1909 roku zidentyfikował dolną granicę skorupy ziemskiej, przy której następuje gwałtowny wzrost prędkości fal sejsmicznych;
Otwór- cóż, dziura, otwarcie. Wychodząc z założenia, że grubość skorupy ziemskiej pod oceanami jest znacznie mniejsza niż na lądzie, w pobliżu wyspy Gwadelupa wykonano 5 odwiertów o głębokości około 180 metrów (przy głębokości oceanu do 3,5 km). W ciągu pięciu lat badacze wywiercili pięć odwiertów, pobrali wiele próbek z warstwy bazaltu, ale nie dotarli do płaszcza. W rezultacie projekt uznano za porażkę i prace wstrzymano.
Statek CUSS, który realizował projekt Mohole
Jednym z głównych celów wyprawy „Na drogach Arktyki” była supergłęboka studnia Kola (lub obiekt SG-3) - najgłębsza na świecie. Po raz pierwszy dowiedziałem się o tym w 2004 roku, podczas studiów na pierwszym roku na Wydziale Geologicznym Rosyjskiego Państwowego Uniwersytetu Nafty i Gazu, na wykładzie z geologii ogólnej. I od tego czasu miałem nadzieję zobaczyć wszystko na własne oczy.
Czasy się zmieniły i niegdyś niedostępny teren zakładu SG-3 znajduje się obecnie w bliskim sąsiedztwie zakładu górniczo-przetwórczego Przedsiębiorstwa Górniczo-Hutniczego Kola. A droga do studni wiedzie drogami technologicznymi.
Podążając za nawigatorem, za miejscowością Zapolyarny doprowadzimy do punktu kontrolnego zakładu górniczo-przetwórczego. Ochrona oczywiście nie wpuści Cię na terytorium, a o Superdeep Kola nic nie słyszałem.
Kierownictwo zakładu, zgodnie z oczekiwaniami, było zmęczone ciągłymi pielgrzymkami do supergłęboko Kola różnego rodzaju neo-prześladowców, miłośników geologii i łowców metali, dlatego drogę do studni rozkopano koparkami i na dobre posypano brukiem mierzyć.
Wracamy więc do miejsca, gdzie ostatni raz Internet mobilny zadziałał i szukamy ugruntowanej alternatywnej drogi drogą satelitarną. Po znalezieniu cennej dziury podnosimy hydropneumatyczne zawieszenie naszej Toyoty Land Cruiser 200 Executive do najwyższej pozycji i czołgamy się po wzgórzach w stronę studni.
Droga, jak przystało na prawdziwą przygodę, była usiana różnego rodzaju przeszkodami – brodami, kamieniami, a nawet jeziorami.
Po powrocie do Murmańska i analizie śladu GPS (całą trasę napisaliśmy korzystając z serwisu locme.ru, o tym powiem później), zauważyłem, że nie jechaliśmy do studni optymalną trasą i gdzieś zgubiliśmy nasze sposób, ale z powrotem. Zaszliśmy już tak daleko, jak powinniśmy. Czego nie żałuję ani trochę.
Utwór został nagrany za pomocą usługi LocMe
A teraz, wspinając się na kolejne wzgórze, mamy widok na majestatyczny niegdyś kompleks badawczo-produkcyjny studni Kola.
Próbując zająć wiodącą pozycję we wszystkich gałęziach przemysłu na raz, w 1962 roku ZSRR uruchomił program ultragłębokich wierceń.
Przygotowanie projektu zajęło 4 lata: główną trudnością było to, że zgodnie z gradientem geotermalnym ( wielkość fizyczna, który opisuje wzrost temperatury skał wraz z głębokością), temperatura na głębokości 10 km powinna wynosić około 300°C, a na 15 km - prawie 500°C. Ani narzędzie wiertnicze, ani sprzęt pomiarowy nie zostały zaprojektowane na taką temperaturę. W 1970 r., w samą porę na 100. rocznicę urodzin Lenina, odkryto miejsce wierceń – starożytną krystaliczną tarczę Półwyspu Kolskiego. Według raportu Instytutu Fizyki Ziemi, w ciągu miliardów lat Tarcza Kola ochładzała się; temperatura na głębokości 15 km nie powinna przekraczać 150°C. Według przybliżonego odcinka pierwsze 7 kilometrów powinno składać się z granitowych warstw górnej części skorupy ziemskiej, a bazalty zaczynają się poniżej. Miejsce wierceń wybrano na północnym krańcu Półwyspu Kolskiego, w pobliżu jeziora Vilgiskoddeoaivinjärvi (po fińsku oznacza „Pod Wilczą Górą”). Wiercenie odwiertu, którego projektowa głębokość wynosiła 15 kilometrów, rozpoczęło się w maju 1970 r.
Pomimo nietrywialnego zadania, nie opracowano specjalnego sprzętu do pracy - pracowaliśmy tym, co mieliśmy. W pierwszych etapach wykorzystano wiertnicę Uralmash 4E o udźwigu 200 ton i rury aluminiowe ze stopów lekkich. Drogie aluminium zastosowano z kilku powodów: rury wykonane ze „skrzydlatego metalu” mają znacznie mniejszą wagę, a w temperaturach powyżej 150-160 stopni stal rur seryjnych mięknie i jest mniej odporna na wielotonowe obciążenia - z powodu zwiększa to prawdopodobieństwo niebezpiecznych odkształceń i pęknięcia kolumny. Kiedy dobrze osiągnięta głębokość 7000 metrów na miejscu zainstalowano nową wiertnicę „Uralmasz 15000”- jeden z najnowocześniejszych w tamtym czasie. Mocny, niezawodny, z automatycznym mechanizmem podnoszenia, wytrzymał ciąg rur o długości do 15 km. Wiertnica zamieniła się w całkowicie osłoniętą wieżę o wysokości 68 m, przeciwstawiającą się silnym wiatrom szalejącym w Arktyce. Masa samego przewodu wiertniczego na głębokości 15 kilometrów osiągnęłaby 200 ton. A sama instalacja mogła unieść ładunek do 400 ton. W pobliżu wyrósł zakład napraw mechanicznych, laboratoria naukowe i magazyn rdzeni. : w latach 70-tych najbardziej rozpowszechnione było wiercenie obrotowe, kiedy cały ciąg rur był obracany za pomocą wirnika umieszczonego na powierzchni. Metoda ta była doskonała w przypadku stosunkowo płytkich odwiertów, jednak gdy długość odwiertu zbliża się do 7 000, a nawet 10 000 metrów, wiercenie obrotowe staje się bezsilne. W SG-3 wiercenie prowadzono za pomocą turbowiertarki – silnika hydraulicznego, którego obrót zapewniała energia krążącej płuczki wiertniczej. Sekcje o długości 46 metrów zainstalowane w dolnym końcu kolumny obracały wiertło. Ani w ZSRR, ani na świecie nie było wówczas doświadczenia w wierceniu krystalicznych skał piwnicznych na takich głębokościach, a oprócz problemów czysto technologicznych prace komplikowały 100% pobieranie próbek rdzeniowych. Penetracja podczas jednego przejazdu, określona na podstawie zużycia głowicy wiertniczej, wynosi zwykle 7-10 m (przejazd, czyli cykl, polega na opuszczeniu sznurka za pomocą turbiny i narzędzia wiertniczego, właściwym wierceniu i całkowitym podniesieniu sznurkiem.) Samo wiercenie trwa 4 godziny, natomiast opuszczanie. Wejście na 12-kilometrową kolumnę zajmuje około 18 godzin. Po podniesieniu kolumna jest automatycznie rozkładana na odcinki (świece) o długości 33 m. Średnio miesięcznie wiercono 50 km rur na ostatnie 5 km odwiertu. To jest stopień ich zużycia.
Zbliżając się do terenu SG-3, zobaczyliśmy „Bochenek” i ludzi zawzięcie wkładających do środka kawałki żelaza. Obraz ten już dawno stał się znany niegdyś zaawansowanemu ośrodku naukowemu - zakładano, że supergłęboka studnia Kola po zakończeniu jej wydobywania zostanie przekształcona w unikalne naturalne laboratorium do badania głębokich procesów zachodzących w skorupie ziemskiej za pomocą specjalnych instrumentów. Jednak w 2008 roku obiekt ostatecznie opuszczono, a cały mniej lub bardziej wartościowy sprzęt zdemontowano. Od tego momentu rozpoczął się okres grabieży wszystkiego, co miało jakąkolwiek wartość – przede wszystkim metalu.
Złodzieje metalu okazali się jednak dość towarzyscy, byli szczerze zaskoczeni, dlaczego przyjechaliśmy tu z Moskwy - „nic tam nie zostało!” i pokazał legendarną studnię. Teraz jest zamknięty na mole, a jego usta są zamknięte stalową płytką. Nikt nie wie, co dzieje się w samym bagażniku.
Na bazie SG-3 oprócz samego placu wiertniczego istniało kilka instytutów badawczych, własne biuro projektowe, tokarnia i kuźnia. Najbardziej śmiałe rozwiązania techniczne rodziły się na miejscu, wdrażaliśmy samodzielnie, a po kilku dniach były już testowane w działaniu. Wszystko to wymagało energii, a Kola Superdeep była obsługiwana przez własną podstację. Teraz jednostka napędowa wygląda tak; kiedyś pracowało tu 48 osób.
Przy wejściu piętrzą się skrzynie z unikalnym wyposażeniem. Wszystko, co cenne, zostaje wyrwane „z mięsem”:
Nieco dalej znajdują się podpory linii energetycznej. Oczywiście wszystkie przewody zostały już dawno odcięte.
Zgodnie z dyrektywą „od góry” w SG-3 używano wyłącznie sprzętu domowego i nie mogło być inaczej: początkowo studnia była ściśle tajnym obiektem bezpieczeństwa. Do głębokości 7 km wykorzystywano urządzenia szeregowe. Praca na większych głębokościach i w wyższych temperaturach wymagała stworzenia specjalnych urządzeń odpornych na ciepło i ciśnienie. Szczególne trudności pojawiły się w ostatnim etapie wiercenia; gdy temperatura w odwiercie zbliżyła się do 200 o C, a ciśnienie przekroczyło 1000 atmosfer, urządzenia seryjne przestały działać. Z pomocą pospieszyły biura projektów geofizycznych i specjalistyczne laboratoria kilku instytutów badawczych, produkując pojedyncze egzemplarze sprzętu odpornego na ciepło i ciśnienie. W konkursie o pracę na stanowisko ubiegało się kilkadziesiąt osób, a tym, którzy przeszli rygorystyczną selekcję, od razu przydzielano mieszkanie. W czasach, gdy zwykły radziecki inżynier otrzymywał 120 rubli miesięcznie, inżynier w Kola Superdeep Well zarabiał niesamowite 850 rubli - trzy pensje i można kupić samochód. W sumie w Kola Superdeep pracowało około 300 osób.
Głębokość 7000 metrów okazała się zabójcza dla supergłębi Kola
Głębokość w 7000 metrów okazał się dla Kola niezwykle fatalny. Na wyższym odcinku wiercenie przebiegało stosunkowo spokojnie, wiertło przechodziło przez jednorodne, trwałe granity. Ale po tej głębokości głowica wiertnicza weszła w mniej trwałe skały warstwowe, a lufy nie można było utrzymać w pozycji pionowej. Kiedy odwiert po raz pierwszy przekroczył granicę 12 km, szyb odchylił się od pionu o 21°. Choć wiertnicy nauczyli się już pracować z niesamowitą krzywizną lufy, dalej nie można było pójść dalej. Odwiert trzeba było wiercić już od 7 km. Aby uzyskać pionowy wał w twardych skałach, potrzebny jest bardzo sztywny spód przewodu wiertniczego, tak aby wchodził on pod powierzchnię jak nóż w masło. Ale pojawia się inny problem - studnia stopniowo się rozszerza, wiertło wisi w niej jak w szkle, ścianki lufy zaczynają się zapadać i mogą zmiażdżyć narzędzie. Rozwiązanie tego problemu okazało się oryginalne – wykorzystano technologię wahadłową. Wiertło było sztucznie kołysane w odwiercie i tłumiło silne wibracje. Z tego powodu pień okazał się pionowy. 6 czerwca 1979 wydarzyło się pierwsze wydarzenie historyczne. Wiertnicy zgłosili osiągnięcie poziomu o godz 9584 metry. Studnia Kola stała się najbardziej głęboka studnia na świecie, wyprzedzając amerykańską rekordzistkę ropy naftowej „Berthę Rogers” (9583 m).
6 czerwca 1979 r. brygadzista wiertniczy Fedor Atarszczikow dokonał triumfalnego wpisu w dzienniku pokładowym: „Odwiert - 9584 metry. „Bertha Rogers”, ciao, do widzenia.
Na początku lat 80 miało miejsce także drugie wydarzenie historyczne. Supergłębokość Kola minęła 11022 metrów, omijając Rów Mariański. Ludzkość nigdy nie osiągnęła takiej głębokości w swojej kolebce. Jednym z najczęstszych wypadków wiertniczych jest zablokowanie narzędzi wiertniczych, sytuacja, gdy kruszące się ściany studni blokują sznurek i uniemożliwiają obrót narzędzia. Często próby wyciągnięcia zakleszczonej kolumny kończą się jej złamaniem. Nie ma sensu szukać narzędzia w 10-kilometrowym odwiercie, taki szyb porzucono i uruchomiono nowy, nieco wyżej. Pęknięcia i utraty rur w SG-3 zdarzały się wielokrotnie. W rezultacie studnia w dolnej części wygląda jak system korzeniowy gigantycznej rośliny. Rozgałęzienie studni zaniepokoiło wiertników, ale okazało się błogosławieństwem dla geologów, którzy nieoczekiwanie otrzymali trójwymiarowy obraz imponującego odcinka starożytnych skał archaiku powstałych ponad 2,5 miliarda lat temu.
Spacerując opuszczonymi korytarzami kompleksu, pomimo ogólnej potwornej dewastacji, czuje się dawną wielkość tego, co się tutaj wydarzyło. W jednym z biur na podłodze zalega rzadka literatura naukowa – kilkuletnie wydania magazynu „Defektoskopia” oraz instrukcja obliczania ciągów wiertniczych do studni ultragłębokich – wyjątkowość Praca naukowa z grubsza porównywalne z „instrukcją lotu na Księżyc dla manekinów”, jeśli taka istniała.
W innym - cudownie zachowany Miejsce pracy mistrz wiercenia. Pierwszą studnię w Rosji odwiercono w 1864 roku w Kubaniu. Od tego momentu brygadzista prawie zawsze pracuje bezpośrednio na miejscu wiercenia, aby widzieć i kontrolować wszystko, co się dzieje. Ale na supergłębi Kola tak nie było! Operator siedział aż 250 metrów od ujścia i zdalnie monitorował wszystko, łącznie z parametrami wiercenia. Przestrzeń!
Ściany są zniszczone, szyby pękają od ostrego północnego wiatru, ale nie można oprzeć się wrażeniu, że do biura wejdzie asystent laboratoryjny i wypędzi nieproszonych gości.
W Wrzesień 1984 głębokość została osiągnięta po raz pierwszy 12066 metrów, a następnie nastąpiło kolejne pęknięcie przewodu wiertniczego. Stało się to prawdziwą tragedią dla ekipy wiertniczej, ponieważ niemal wszystko zaczynali od nowa, wszyscy od tych samych 7 kilometrów, raz po raz przechodząc przez pęknięcia i jaskinie w dolnej warstwie skorupy ziemskiej. Jednocześnie w ramach Światowego Kongresu Geologicznego odtajniono prace prowadzone w Arktyce. W świecie naukowym studnia SG-3 wywołała prawdziwą sensację. Do wsi Zapolarny udała się duża delegacja geologów i dziennikarzy. Zwiedzającym pokazano wiertnicę w akcji; zdemontowano i odłączono 33-metrowe odcinki rur. Wokół leżało kilkadziesiąt wierteł dokładnie takich samych jak to, które leżało na stojaku w Moskwie. ZSRR potwierdził swój status wiodącej potęgi w dziedzinie głębokich wierceń.
W Czerwiec 1990 kiedy SG-3 osiągnął głębokość 12262 m, Zaczęło się Praca przygotowawcza do wykopu do 14 km, znów doszło do wypadku. Na wysokości 8550 m pękła rura. Kontynuacja prac wymagała długiej i kosztownej modernizacji sprzętu, dlatego w 1994 roku zaprzestano wiercenia supergłęboko Kola. Wszystkie możliwości współczesnej technologii zostały wyczerpane. Po 3 latach weszła do Księgi Rekordów Guinnessa i do dziś pozostaje niedościgniona.
Co ultragłębokie odwierty na Półwyspie Kolskim dały ludzkości?
Przede wszystkim obaliła prostą dwuwarstwową strukturę Ziemi. Sekcja geologiczna opracowana na podstawie rdzenia SG-3 okazała się dokładnie odwrotna do tego, co wcześniej wyobrażali sobie naukowcy. Pierwsze 7 kilometrów to skały wulkaniczne i osadowe: tufy, bazalty, brekcje, piaskowce, dolomity. Głębiej leżał tzw. odcinek Conrada, po którym gwałtownie wzrosła prędkość fal sejsmicznych w skałach, co zinterpretowano jako granicę pomiędzy granitami i bazaltami. Ten odcinek minął dawno temu, ale bazalty dolnej warstwy skorupy ziemskiej nigdzie się nie pojawiły. Wręcz przeciwnie, zaczęły pojawiać się granity i gnejsy. 
Jednym z najważniejszych celów wierceń było uzyskanie rdzenia (cylindrycznej kolumny skały) na całej długości odwiertu. Najdłuższy rdzeń świata został oznaczony jak linijka w metrach i umieszczony w odpowiedniej kolejności w pudełkach. Numer pudełka i numery próbek są podane na górze. Na stanie magazynowym znajduje się prawie 900 takich pudełek.
Jak się okazało, przekroje sejsmiczne w podpowierzchni nie stanowią granic warstw skalnych inny skład. Wskazują raczej na zmiany właściwości petrofizycznych skał wraz z głębokością. Pod wysokim ciśnieniem i temperaturą właściwości zmieniają się tak bardzo, że granity w swoich właściwościach fizycznych upodabniają się do bazaltów i odwrotnie. Uważano, że wraz ze wzrostem głębokości i ciśnienia zmniejsza się porowatość i pękanie skał. Jednak począwszy od 9 km warstwy okazały się nienormalnie porowate i spękane. Wodne roztwory cyrkulowały poprzez gęsty system pęknięć. Fakt ten został później potwierdzony przez inne ultragłębokie studnie na kontynentach. Na głębokości okazało się znacznie cieplej niż oczekiwano: aż 80°! Na 7 km temperatura na twarzy wynosiła 120°C, na 12 km osiągnęła już 230°C. Naukowcy odkryli mineralizację złota w próbkach ze studni Kola. Wtrącenia tego szlachetnego metalu odkryto w starożytnych skałach na głębokości 9,5-10,5 km. Stężenie złota było jednak zbyt niskie, aby deklarować złoże – średnio 37,7 mg na tonę skały, ale wystarczające, aby spodziewać się go w innych podobnych miejscach. Kola bardzo głęboko postarzała Ziemię aż o 1,5 miliarda lat: życie pojawiło się na planecie wcześniej, niż oczekiwano. Na głębokościach, na których wierzono, że nie ma materii organicznej, odkryto ponad 17 gatunków skamieniałych mikroorganizmów – mikroskamieniałości, a wiek tych głębokich warstw przekroczył 2,8 miliarda lat. I kilkanaście węższych odkryć.
W sumie na terenie ZSRR wykonano około 30 bardzo głębokich odwiertów
Niewiele osób wie, ale na terytorium byłego ZSRR wykonano ponad 30 bardzo głębokich studni (dziś wszystkie lub prawie wszystkie uległy zniszczeniu). Łączono je ze sobą za pomocą specjalnych transektów (linii pomiarowych), uzyskując regionalne profile geologiczne o długości wielu tysięcy kilometrów. Wzdłuż transektów umieszczono specjalny sprzęt geofizyczny, który rejestrował jednocześnie wszystkie procesy zachodzące w podłożu. Do 1991 r. jako źródła wzbudzenia wykorzystywano podziemne eksplozje jądrowe (impuls rejestrowany w studniach).
To zasadniczo nowe techniczne i metodologiczne podejście do rozwiązywania regionalnej głębokiej struktury skorupy ziemskiej i górnego płaszcza ziemskiego opierało się na integracji danych pochodzących z bardzo głębokich i głębokich odwiertów, a także głębokich sondowań sejsmicznych oraz innych metod geofizycznych i geochemicznych. Dla obszaru ZSRR opracowano system wzajemnej korelacji danych profili geofizycznych w oparciu o referencyjne studnie ultragłębokie. Wszystko to umożliwiło przeprowadzenie dość szczegółowego podziału na strefy, przede wszystkim stref perspektywicznych z punktu widzenia złóż ropy, gazu i rud, w skali kraju. 
Koszt renowacji wynosi 100 milionów rubli?
W swoich wywiadach dyrektor Instytutu Geologicznego Centrum Naukowego Kola Rosyjskiej Akademii Nauk twierdzi, że za 100 milionów rubli już teraz można przywrócić kompleks supergłębokiej studni Kola, otworzyć na niej centrum naukowo-techniczne bazy i szkoli specjalistów w zakresie wierceń morskich. Dla mnie jest całkiem oczywiste, że tak nie jest. I niestety nie chodzi tu o pieniądze. Zaginął unikalny obiekt, porównywalny pod względem skali i znaczenia dla ludzkości jedynie dzięki lotom kosmicznym. I stracony na zawsze.
Po SG-3 na całym świecie podejmowano i podejmuje się wiele prób spojrzenia w głębokie horyzonty wnętrza Ziemi, ale niestety żaden projekt nie dorównał znaczeniem pracom prowadzonym w Arktyce.
- Co jest najważniejsze, co pokazała studnia Kola?
- Panowie! Najważniejsze, że pokazało, że nic nie wiemy o skorupie kontynentalnej
Jak dobrze dostać się do supergłębi Kola? Punkty, współrzędne itp.
- Z Murmańska drogą A138 zmierzając w kierunku miasta Nikel;
- W punkcie 69.479533, 31.824395 powstanie punkt kontrolny, w którym zostaną sprawdzone dokumenty;
- Przejdźmy dalej do 69.440422, 30.594060 gdzie skręcamy w lewo;
- Kontynuujemy drogę technologiczną aż do 69.416088, 30.684387 ;
- Wypełniona droga powinna znajdować się po prawej stronie w punkcie 69.408826, 30.661051 ;
- Idziemy dalej i uważnie przyglądamy się klapie lewej ręki. Poszedłem tutaj: 69.414850, 30.613894 ;
- Dalej idziemy wydeptaną ścieżką, ale już w punkcie 69.411232, 30.608956 musisz trzymać się prawej strony.
- Współrzędne samej studni 69.396326, 30.609513 .
W drugiej połowie XX wieku świat zachorował na ultragłębokie wiercenia. W Stanach Zjednoczonych przygotowywali nowy program badania dna oceanu (Deep Sea Drilling Project). Zbudowany specjalnie na potrzeby tego projektu Glomar Challenger spędził kilka lat w wodach różnych oceanów i mórz, wiercąc w ich dnie prawie 800 odwiertów, osiągając maksymalną głębokość 760 m. Do połowy lat 80. XX wieku potwierdziły się wyniki odwiertów na morzu teoria tektoniki płyt. Geologia jako nauka narodziła się na nowo. Tymczasem Rosja poszła własną drogą. Zainteresowanie problemem, rozbudzone sukcesami Stanów Zjednoczonych, zaowocowało programem „Badanie wnętrza Ziemi i ultragłębokie wiercenia”, ale nie w oceanie, ale na kontynencie. Pomimo swojej wielowiekowej historii, wiercenia kontynentalne wydawały się sprawą zupełnie nową. Przecież rozmawialiśmy o wcześniej nieosiągalnych głębokościach - ponad 7 kilometrów. W 1962 r. Nikita Chruszczow zatwierdził ten program, choć kierował się bardziej pobudkami politycznymi niż naukowymi. Nie chciał pozostać w tyle za Stanami Zjednoczonymi.
Nowo utworzonym laboratorium w Instytucie Techniki Wiertnictwa kierował słynny naftowiec, doktor nauk technicznych Nikołaj Timofiejew. Miał za zadanie uzasadnić możliwość ultragłębokiego wiercenia w skałach krystalicznych – granitach i gnejsach. Badania trwały 4 lata, a w 1966 roku eksperci wydali werdykt – wiercenie jest możliwe i niekoniecznie przy technologii jutra wystarczy sprzęt, który już istnieje. Głównym problemem jest ciepło na głębokości. Według obliczeń, wnikając w skały tworzące skorupę ziemską, temperatura powinna rosnąć o 1 stopień co 33 metry. Oznacza to, że na głębokości 10 km powinniśmy spodziewać się temperatury około 300°C, a na 15 km – prawie 500°C. Narzędzia i przyrządy wiertnicze nie wytrzymają takiego ciepła. Trzeba było szukać miejsca, gdzie głębiny nie są tak gorące...
Znaleziono takie miejsce - starożytną krystaliczną tarczę Półwyspu Kolskiego. W raporcie przygotowanym w Instytucie Fizyki Ziemi stwierdzono: w ciągu miliardów lat swojego istnienia Tarcza Kola ostygła, temperatura na głębokości 15 km nie przekracza 150°C. Geofizycy przygotowali przybliżony przekrój podłoża Półwyspu Kolskiego. Według nich pierwsze 7 kilometrów to granitowe warstwy górnej części skorupy ziemskiej, potem zaczyna się warstwa bazaltu. W tamtym czasie powszechnie przyjęto koncepcję dwuwarstwowej budowy skorupy ziemskiej. Jak się jednak później okazało, zarówno fizycy, jak i geofizycy mylili się. Miejsce wierceń wybrano na północnym krańcu Półwyspu Kolskiego, w pobliżu jeziora Vilgiskoddeoaivinjärvi. W języku fińskim oznacza „Pod Wilczą Górą”, chociaż w tym miejscu nie ma ani gór, ani wilków. Wiercenie odwiertu, którego projektowa głębokość wynosiła 15 kilometrów, rozpoczęło się w maju 1970 r.
Ale
Tutaj możesz posłuchać piekielnych dźwięków płynących ze studni.
Film: Kola Superdeep: Ostatnie fajerwerki
Próba zbadania przekroju geologicznego i miąższości skał wulkanicznych odsłoniętych na powierzchni ziemi skłoniła ośrodki naukowe i podobnie jak one organizacje badawcze do zidentyfikowania pochodzenia głębokich uskoków. Faktem jest, że próbki strukturalne skał wydobytych wcześniej z wnętrzności Ziemi i Księżyca były wówczas równie interesujące do badań. A wybór lokalizacji ujścia padł na istniejącą ogromną nieckę przypominającą misę, której pochodzenie wiąże się z obecnością głębokiego uskoku w rejonie Półwyspu Kolskiego.
Wierzono, że Ziemia jest rodzajem kanapki składającej się ze skorupy, płaszcza i jądra. Do tego czasu skały osadowe znajdujące się blisko powierzchni zostały dostatecznie zbadane podczas rozwoju pól naftowych. Poszukiwaniom metali nieżelaznych rzadko towarzyszyły odwierty poniżej 2000 metrów.
Oczekuje się, że Kola SG (superdeep) znajdujący się poniżej głębokości 5000 metrów wykryje oddzielenie warstw granitu i bazaltu. Tak się nie stało. Wiertło przebiło twarde skały granitowe na głębokość do 7000 metrów. Dalej wyrobiska przebiegały w gruntach stosunkowo miękkich, co spowodowało zapadnięcie się ścian szybu i powstanie ubytków. Rozdrobniona ziemia tak mocno zakleszczyła głowicę narzędzia, że podczas podnoszenia przewód rurowy pękł, co doprowadziło do wypadku. Studnia Kola miała potwierdzić lub obalić te dawno ugruntowane nauki. Ponadto naukowcy nie ryzykowali wskazania odstępów, w których dokładnie przebiegają granice między tymi trzema warstwami. Odwiert Kola przeznaczony był do poszukiwania i badania złóż surowców mineralnych, określania wzorców i stopniowego kształtowania się pól występowania złóż surowców. Podstawą była przede wszystkim aktualność naukowa teorii parametrów fizycznych, hydrogeologicznych i innych głębin Ziemi. Tylko bardzo głębokie wykopy szybowe mogłyby dostarczyć wiarygodnych informacji na temat budowy geologicznej podłoża.
Tymczasem wieloletnie przygotowania do rozpoczęcia wierceń przewidywały: możliwość wzrostu temperatury w miarę pogłębiania się, wzrost ciśnienia hydrostatycznego w utworach, nieprzewidywalność zachowania się skał, ich stabilność dzięki obecności ciśnienie skał i formacji.
Z technicznego punktu widzenia wszystko zostało wzięte pod uwagę możliwe trudności oraz przeszkody, które mogłyby prowadzić do spowolnienia procesu pogłębiania ze względu na stratę czasu na opuszczanie i podnoszenie pocisku, zmniejszenie prędkości wiercenia ze względu na zmianę kategorii skał oraz wzrost kosztów energii dla urządzeń poruszających się w odwiercie.
Za najtrudniejszy czynnik uznano stały wzrost ciężaru obudowy i rury wiertniczej w miarę ich pogłębiania.
Rozwój techniczny w tej dziedzinie odniósł sukces:
- zwiększanie nośności, mocy i innych właściwości platform i urządzeń wiertniczych;
- odporność cieplna narzędzi do cięcia skał;
- automatyzacja zarządzania wszystkimi etapami procesu wiercenia;
- przetwarzanie informacji pochodzących ze strefy dennej;
- ostrzeżenia o sytuacjach awaryjnych z rurą wiertniczą lub obudową.
Wiercenie ultragłębokiego szybu miało wykazać słuszność lub błędność hipotezy naukowej o głębokiej budowie planety.
Celem tej bardzo kosztownej konstrukcji były badania:
1.
Głęboka struktura złoża niklu Pechenga i krystaliczne podłoże bałtyckiej tarczy półwyspu. Odszyfrowanie konturu złoża polimetalicznego w Pechenga w połączeniu z objawami złóż rudy.
2.
Badanie natury i sił powodujących rozdzielenie granic warstw skorupy kontynentalnej. Identyfikacja stref formacyjnych, motywów i charakteru powstawania wysokotemperaturowych. Oznaczanie składu fizykochemicznego wody, gazów powstających w pęknięciach i porach skał.
3.
Uzyskanie kompleksowego materiału na temat składu materiałowego skał oraz informacji o odstępach pomiędzy granitowymi i bazaltowymi „uszczelkami” skorupy ziemskiej. Kompleksowe badanie właściwości fizykochemicznych wydobytego rdzenia.
4.
Rozwój zaawansowanych środki techniczne oraz nowe technologie głębienia bardzo głębokich szybów. Możliwość wykorzystania metod badań geofizycznych w strefie występowania rud.
5.
Opracowywanie i tworzenie najnowocześniejszego sprzętu do monitorowania, testowania, badań i monitorowania postępu procesu wiercenia.
Studnia Kola służyła głównie celom naukowym. Zadanie polegało na nauce starożytne rasy z których zbudowana jest planeta oraz znajomość tajników procesów w nich zachodzących.
Geologiczne uzasadnienie wierceń na Półwyspie Kolskim
Poszukiwanie i wydobycie użytecznych złóż rudy jest zawsze z góry określone poprzez wiercenie głębokich studni. A dlaczego na Półwyspie Kolskim, a konkretnie w obwodzie murmańskim, a już na pewno w Pieczedze. Warunkiem tego był fakt, że region ten uznawano za prawdziwy magazyn surowców mineralnych, z bogatymi złożami najróżniejszych surowców kruszcowych (niklu, magnetytów, apatytu, miki, tytanu, miedzi).
Jednak obliczenia geologiczne wykonane na podstawie rdzenia ze studni ujawniły absurdalność światowej opinii naukowej. Okazało się, że siedmiokilometrowa głębokość zbudowana jest ze skał wulkanicznych i osadowych (tufy, piaskowce, dolomity, brekcje). Poniżej tego przedziału przypuszczano, że powinny znajdować się skały oddzielające struktury granitowe i bazaltowe. Ale, niestety, bazalty nigdy się nie pojawiły.
Z geologicznego punktu widzenia Tarcza Bałtycka półwyspu, która częściowo obejmuje terytoria Norwegii, Szwecji, Finlandii i Karelii, przez miliony stuleci podlegała erozji i ewolucji. Naturalne wybuchy, niszczycielskie procesy wulkanizmu, zjawiska magmatyzmu, metamorficzne modyfikacje skał i sedymentacja są najwyraźniej odciśnięte w zapisie geologicznym Peczengi. Jest to ta część bałtyckiej tarczy złożonej, w której geologiczna historia powstawania i przejawów rud kształtowała się przez miliardy lat.
Szczególnie północna i wschodnia część powierzchni tarczy została poddana wielowiekowej korozji. W rezultacie lodowce, wiatr, woda i inne klęski żywiołowe zdawały się wyrywać (zeskrobywać) górne warstwy skał.
Podstawą wyboru lokalizacji studni była poważna erozja górnych warstw i odsłonięcie starożytnych formacji archaiku Ziemi. Wychodnie te w znaczący sposób przybliżyły i ułatwiły dostęp do podziemnych magazynów przyrody.
Projekt bardzo głębokiej studni
Bardzo głębokie konstrukcje mają obowiązkową konstrukcję teleskopową. W naszym przypadku początkowa średnica jamy ustnej wynosiła 92 cm, a ostateczna średnica 21,5.
Konstrukcja kolumny prowadzącej czyli tzw. przewodnika o średnicy 720 mm umożliwia penetrację na głębokość 39 mb. Pierwsza kolumna techniczna (obudowa stacjonarna) o średnicy 324 mm i długości 2000 metrów; zdejmowana obudowa 245 mm, o długości 8770 metrów. Dalsze wiercenie planowano przeprowadzić z otworem otwartym do poziomu projektowego. Skały krystaliczne pozwalały liczyć na długoterminową stabilność nieosłoniętej części murów. Druga wyjmowana kolumna, oznaczona znacznikami magnetycznymi, umożliwiłaby ciągłe pobieranie próbek rdzenia na całej długości lufy. Skonfigurowano radioaktywne znaczniki na rurze odwiertowej w celu rejestrowania temperatury środowiska wiertniczego.
Wyposażenie techniczne wiertnicy do wiercenia studni ultragłębokiej
Wiercenie od podstaw przeprowadzono przy użyciu instalacji Uralmash-4E, czyli seryjnego sprzętu służącego do wiercenia głębokich odwiertów ropy i gazu. Do 2000 metrów pień wbijano w stalowe rury wiertnicze z wiertarką turbo na końcu. Ta 46-metrowa turbina z odwiertem na końcu została wprawiona w ruch obrotowy działaniem roztworu gliny wpompowanego do rury pod ciśnieniem 40 atmosfer.
Ponadto wykopy przeprowadzono w odstępie 7264 metrów przy użyciu krajowej instalacji Uralmash-15000, z innowacyjnego punktu widzenia, mocniejszej konstrukcji o udźwigu 400 ton. Kompleks został wyposażony w wiele zaawansowanych rozwiązań technicznych, technologicznych, elektronicznych i innych.
Odwiert Kola został wyposażony w zaawansowaną technologicznie i zautomatyzowaną konstrukcję:
1.
Eksploracyjna, z potężną podstawą, na której zamontowana jest sama wieża segmentowa o wysokości 68 metrów. Przeznaczone do wdrożenia:
- zagłębianie szybu, opuszczanie i podnoszenie pocisków oraz inne czynności pomocnicze;
- trzymanie wiodącego i całego ciągu rur, zarówno pod względem ciężaru, jak i podczas procesu wiercenia;
- rozmieszczenie odcinków (świec) rur wiertniczych, w tym rur wiertniczych z obciążeniem (kołnierzy wiertniczych) i układu jezdnego.
W wewnętrznej przestrzeni wieży znajdował się także sprzęt i narzędzia SP (zejście-wyjście). Znajdowało się tu także wyposażenie zabezpieczające i ewentualna ewakuacja jeźdźca (asystenta wiertarki).
2. Urządzenia energetyczne i technologiczne, zespoły napędowe i pompowe.
3. System kontroli cyrkulacji i wydmuchu, sprzęt cementujący.
4. System automatyzacji, zarządzania, kontroli procesów.
5. Sprzęt elektryczny, sprzęt mechanizacyjny.
6. Zestaw sprzętu pomiarowego, sprzętu laboratoryjnego i wiele więcej.
W 2008 roku odwiert Kola został całkowicie opuszczony, cały cenny sprzęt został zdemontowany i wywieziony (w większości sprzedany na złom).
Do 2012 roku zdemontowano wieżę główną wiertnicy.
Obecnie działa tylko Centrum Naukowe Kola Rosyjskiej Akademii Nauk, gdzie do dziś bada się rdzeń wydobyty z ultragłębokiej studni.
Sam rdzeń został usunięty do miasta Jarosławia, gdzie jest obecnie przechowywany.
Film dokumentalny o studni supergłębokiej Kola
Nowe rekordy w odwiertach ultragłębokich
Do 2008 roku supergłęboki odwiert Kola uznawany był za najgłębszy na świecie.
W 2008 roku pod ostrym kątem do powierzchni ziemi w basenie naftowym Al Shaheen odwiercono odwiert naftowy Maersk Oil BD-04A o długości 12 290 metrów.
W styczniu 2011 roku rekord ten został pobity, a pobił go odwiert naftowy w Kopule Północnej (morze Odoptu – złoże gazowo-naftowe w Rosji), odwiert ten również został wykonany pod ostrym kątem do powierzchni złoża ziemi długość wynosiła 12 345 metrów.
W czerwcu 2013 roku odwiert Z-42 na złożu Czajwińskoje ponownie pobił rekord głębokości, osiągając długość 12 700 metrów.
Już w 1990 roku w południowej części Niemiec grupa naukowców postanowiła zajrzeć w głąb naszej planety na styku dwóch płyt tektonicznych, które zderzyły się ponad 300 milionów lat temu, kiedy powstawał kontynent. Ostatecznym celem naukowców było wykonanie jednego z najgłębszych odwiertów na świecie, aż do 10 km.
Początkowo zakładano, że studnia stanie się czymś w rodzaju „teleskopu”, który umożliwi lepsze poznanie głębin naszej planety i próbę poznania jądra Ziemi. Proces wierceń odbywał się w ramach programu Continental Deep Drilling i trwał do października 1994 roku, kiedy to program musiał zostać ograniczony ze względu na problemy finansowe.
Odwiert nazwano Kontinentales Tiefbohrprogramm der Bundesrepublik, w skrócie KTB, a do zakończenia programu odwiercono go na głębokość ponad 9 km, co nie dodało entuzjazmu naukowcom. Sam proces wiercenia nie był łatwy. Przez 4 lata naukowcy, inżynierowie i robotnicy musieli stawić czoła całej masie trudnych sytuacji i dość skomplikowanych zadań. Przykładowo wiertło musiało przechodzić przez skały nagrzane do temperatury około 300 stopni Celsjusza, ale nawet w takich warunkach wiertnikom udało się schłodzić otwór ciekłym wodorem.
Jednak mimo ograniczenia programu eksperymenty naukowe nie ustały i były prowadzone do końca 1995 roku, i warto zaznaczyć, że nie były one prowadzone na próżno. W tym czasie udało się odkryć nowe, dość nieoczekiwane fakty dotyczące budowy naszej planety, opracowano nowe mapy rozkładu temperatur i uzyskano dane dotyczące rozkładu ciśnienia sejsmicznego, co umożliwiło stworzenie modeli warstwowej struktury planety. górna część powierzchni Ziemi.
Jednak najciekawsze naukowcy zostawili na koniec. Holenderski naukowiec Lott Biorąc, który wraz z inżynierami akustyki i naukowcami z Centrum Badań Geofizycznych (Niemcy) zrobił to, o czym wielu marzyło - niemal w dosłownym tego słowa znaczeniu „usłyszał bicie serca Ziemi”. Aby tego dokonać, on i jego zespół musieli przeprowadzić pomiary akustyczne, dzięki którym zespół badawczy odtworzył dźwięki, które słyszeliśmy na głębokości 9 kilometrów. Jednak teraz i Ty możesz usłyszeć te dźwięki.
Pomimo tego, że KTB jest obecnie uważana za najgłębszą studnię na świecie, istnieje kilka podobnych studni, które jednak zostały już zasypane. A wśród nich wyróżnia się studnia, która w czasie swojego istnienia obrosła legendami; jest to studnia Kola, lepiej znana jako „Droga do piekła”. W odróżnieniu od innych konkurentów KTB, odwiert Kola osiągnął głębokość 12,2 km i został uznany za najgłębszy na świecie.
Wiercenia rozpoczęły się w 1970 roku w obwodzie murmańskim (Związek Radziecki, obecnie Federacja Rosyjska), 10 kilometrów na zachód od miasta Zapolyarny. Podczas wiercenia doszło do kilku wypadków, w wyniku których pracownicy musieli zabetonować studnię i rozpocząć wiercenie ze znacznie mniejszej głębokości i pod innym kątem. Co ciekawe, to z serią wypadków i awarii, które nawiedzają grupę, wiąże się przyczyna pojawienia się legendy, że studnia została wywiercona aż do prawdziwego piekła.
Jak głosi tekst legendy, po przekroczeniu 12 km naukowcy za pomocą mikrofonów mogli usłyszeć odgłosy krzyków. Postanowili jednak kontynuować wiercenie i mijając kolejny znak (14 km), nagle natknęli się na pustki. Gdy naukowcy opuścili mikrofony, usłyszeli krzyki i jęki mężczyzn i kobiet. A po pewnym czasie zdarzył się wypadek, po którym postanowiono przerwać prace wiertnicze
I pomimo tego, że wypadek wydarzył się naprawdę, naukowcy nie słyszeli żadnych krzyków ludzi, a cała rozmowa o demonach była niczym innym jak fikcją, powiedział David Mironovich Guberman, jeden z autorów projektu, pod którego przewodnictwem studnia został wywiercony.
Po kolejnym wypadku w 1990 r., po osiągnięciu głębokości 12 262 m, zakończono wiercenie, a w 2008 r. zarzucono projekt i zdemontowano urządzenia. Dwa lata później, w 2010 roku, odwiert został zamknięty.
Przypomnijmy, że projekty takie jak odwierty KTV i Kola są obecnie dla geologów jedynym sposobem i szansą na zbadanie wnętrza planety.
