Бурение глубоких скважин: история и технологии¶
Бурение — процесс создания вертикальных, наклонных или горизонтальных скважин в земной коре с помощью специального оборудования. Технология применяется при разведке и добыче нефти и газа, геологических исследованиях, строительстве, водоснабжении и научных экспериментах. Глубочайшая рукотворная точка на планете — сверхглубокая Кольская скважина, пробурённая в Мурманской области России, — достигла отметки 12 262 метра, что сопоставимо с масштабами земной коры.
¶История бурения
¶Древние методы
Первые свидетельства искусственного бурения относятся к III тысячелетию до н. э. В Древнем Китае с помощью примитивных долот, приводимых в движение рычажным механизмом и водяным колесом, бурили солёные и газовые скважины глубиной до нескольких сотен метров. Технология достигла особого развития в провинции Сычуань, где из глубинных горизонтов добывали природный газ, который сжигался для выпаривания соли.
В Европе первые известные глубокие скважины появились в XVI–XVII веках. В Австрии в 1546 году была пробурена шахта в Зальцкаммергуте для добычи соли. В России первые промышленные источники нефти разрабатывались в Прикаспии ещё в XIX веке, а в 1846 году на Апшеронском полуострове вблизи Баку была пробурена первая в мире нефтяная скважина с применением порохового взрыва для разрушения породы.
¶Эпоха стальных долот и роторного бурения
В 1859 году в Пенсильвании (США) была пробурена первая коммерческая нефтяная скважина, что дало толчок массовому развитию буровых технологий. В конце XIX века появилось роторное бурение — способ, при котором крутящий момент передаётся через ротор на бурильную колонну. Этот метод стал основой современного глубокого бурения и применяется до сих пор.
¶Основные виды бурения
| Вид | Принцип | Применение |
|---|---|---|
| Роторное | Вращение бурильной колонны через ротор | Нефтегазовое, глубокое |
| Ударно-канатное | Разрушение породы ударом долота с высоты | Водозаборы, твёрдые породы |
| Вибрационное | Вибрационное погружение трубы | Мягкие грунты, инженерные изыскания |
| Гидравлическое | Размыв породы струёй жидкости под давлением | Твёрдые породы, научные скважины |
| Турбинное | Привод долота забойным турбином | Глубокое бурение в сложных условиях |
| Пневмоударное | Разрушение сжатым воздухом и ударом | Горнодобыча, мерзлые породы |
¶Колонковое бурение
Отдельное место занимает колонковое бурение, при котором извлекается цилиндрический образец породы — керн. Этот метод применяется в геологоразведке, поскольку позволяет получить непрерывный разрез пород для анализа. Именно колонковым способом набирались керны на Кольской сверхглубокой скважине.
¶Кольская сверхглубокая скважина
Кольская сверхглубокая скважина (СГ-3) — научно-исследовательская скважина, пробурённая в 1970–1992 годах на Кольском полуострове в Мурманской области. Проект осуществлялся под руководством геолога Юрия Смирнова и стал одним из символов советской науки.
¶Ход работ
Бурение началось 24 мая 1970 года. К 1980 году глубина достигла 12 060 метров, к 1986-го — 12 262 метра, после чего работы были остановлены. Общая протяжённость ствола с учётом ответвлений составила более 15 километров. Для сравнения: гора Эльбрус, высочайшая точка Европы, возвышается на 5 642 метра — Кольская скважина глубже почти вдвое.
¶Научные результаты
В ходе работ было получено множество данных, изменивших представления о строении литосферы. Геофизические измерения показали, что скорость сейсмических волн на глубине 7 километров заметно выше прогнозов, а гранитные породы на глубине 9–10 километров оказались пронизаны трещинами и насыщены водой. Были обнаружены микроорганизмы, обитающие на глубине более 3 километров, что расширило представления о границах жизни.
¶Причины остановки
Работы прекращены в 1992 году по совокупности причин: исчерпание финансирования после распада СССР, технические сложности — на глубине температура достигла 180 °C, что превышало расчётные значения, и износ оборудования. С 2008 года объект находится на консервации, в 2020-е годы обсуждались планы возобновления работ.
¶Современные технологии
Современное бурение использует управляемое горизонтальное бурение, позволяющее менять направление ствола на глубине. Технология гидроразрыва пласта (ГРП) применяется для повышения притока нефти и газа из низкопроницаемых коллекторов. Развивается бурение с забойными двигателями, телеметрией и автоматизацией процесса.
В России крупнейшие буровые проекты реализуются на шельфе и в Западной Сибири. Государственная программа «Развитие континентального шельфа» предусматривает бурение в Арктике, где условия работы значительно сложнее, чем на суше.
¶Интересные факты
- Кольская скважина официально названа «всесоюзной», однако фактически она находится на территории Мурманской области, вблизи посёлка Заполярный.
- На глубине 12 километров давление превышает 4000 атмосфер.
- Глубочайшая морская скважина — в Мексиканском заливе, её забой находится ниже уровня моря более чем на 10 километров.
- Для бурения Кольской скважины потребовалось более 15 лет непрерывной работы, за это время были извлечены десятки тысяч метров керна.
¶Источники
- Большая российская энциклопедия: статьи о бурении и Кольской сверхглубокой скважине
- Смирнов Ю. А. «Кольская сверхглубокая: итоги и перспективы»
- Сборник материалов Института геологии Кольского научного центра РАН
- ГОСТ Р 56044-2014 «Нефтегазовое дело. Термины и определения»