|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Надглибоке буріння свердловин. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас Земля як об'єкт дослідження геології доступна прямого спостереження лише з поверхні. Про її склад і будову можна судити лише за непрямими даними. Тому і прагнуть геологи проникнути якнайдалі в глиб Землі за допомогою буріння. Сучасна техніка дозволяє бурити свердловини на континентах завглибшки до 10-15 кілометрів. Бурові свердловини найчастіше роблять для розвідки родовищ корисних копалин, для вилучення з надр води, нафти і газу, а також для інженерних досліджень та інших прикладних цілей. Крім того, з 1970-х років буріння використовується як метод вирішення фундаментальних наукових проблем сучасної геології. До речі, самі результати наукового буріння багато в чому виявилися несподіваними та змусили переглянути теоретичні уявлення, які до цього здавалися очевидними та непорушними. Початок систематичного наукового буріння належить до 1960-х років. У 1968 році в США було спущено на воду спеціальне бурове судно і почалася реалізація міжнародної програми глибоководного буріння в океанах. За більш ніж тридцятирічної історії в Світовому океані пробурили сотні свердловин, які перетнули пухкі опади океанського дна і заглибилися в базальти, що підстилають. Найглибша із свердловин була пробурена в Тихому океані на південь від берегів Коста-Ріки. Її глибина досягла 2105 метрів нижче за океанське дно. Океанське буріння відкрило нову сторінку в геології, оскільки раніше точних даних про будову дна океанів практично не було.
Тепер про буріння на суші. Свердловини наукового буріння на континентах, як правило, належать до категорій глибоких (3-7 кілометрів) або надглибоких (понад 7 кілометрів). У цьому відношенні з ними можна порівняти лише свердловини, які буряться для пошуків, розвідки та експлуатації родовищ нафти і газу, що глибоко залягають, в США. Найглибша свердловина з них - Берта Роджерс (9583 метри) була пробурена в 1973-1974 роках лише за 502 дні. Така висока швидкість проходки обумовлена двома факторами. Перший – можливості американської техніки. Другий буріння здійснювалося без відбору керна, тобто без підйому зразків гірських порід на поверхню. Відбір керна вимагає великого додаткового часу, але необхідний для наукового буріння. З цієї причини глибокі та надглибокі пошукові та розвідувальні свердловини мають досить обмежене значення як джерела наукової інформації. Перша програма систематичного надглибокого континентального буріння з науковими цілями розроблена та здійснена у СРСР. Основи цієї програми було сформульовано ще 1960-1962 роках. У травні ж 1970 року на півночі Мурманської області за десять кілометрів від міста Заполярного почалося буріння Кольської надглибокої свердловини. Але досягти її не вдалося, в 1991 році буріння припинили на глибині 12261 метр. Проте Кольська свердловина досі залишається найглибшою у світі.
Успіхи Радянського Союзу не могли не підштовхнути інших країн. Прискорили розробку програм наукового континентального буріння у Німеччині, Франції, США, Канаді, Японії, Великій Британії. Одного з найкращих результатів досягли німці, які пробурили надглибоку свердловину КТБ-Оберпфальц у Баварії (1990-1994 роки), що досягла глибини 9101 метр. "Існують різні способи буріння, - пишуть в "Соросовському освітньому журналі" В.С. Попов та О.А. Кременецький. - Якщо глибина свердловин невелика (сотні метрів), то двигун, що знаходиться на поверхні, обертає колону сталевих бурильних труб, на В нижньому кінці труби кріпиться бурова коронка, армована твердими сплавами або алмазами. твердими сплавами Якщо стінки свердловини нестійкі, в неї опускають сталеву обсадну трубу.В процесі буріння насос постійно закачує в свердловину спеціальний глинистий розчин, необхідний для надання стійкості стінкам, охолодження інструменту, винесення дрібних частинок породи (шламу) та інших цілей. часу колону бурових труб піднімають на поверхню за допомогою лебідки , встановленій на буровій вежі, вивантажують керн, якщо необхідно, замінюють зношену коронку на нову і знову опускають буровий снаряд на забій. Буріння супроводжується вимірами фізичних властивостей порід вздовж стовбура свердловини. Для цього на спеціальному кабелі свердловину опускають прилади, які фіксують температуру, електропровідність, магнітну сприйнятливість, радіоактивність та інші властивості порід. Цей процес називають каротажем свердловин. Досвід буріння у США та інших країнах показав таке. За рахунок потужності двигунів та тиску насосів, що нагнітають буровий розчин, а також збільшення вантажопідйомності лебідок та міцності сталевих бурових труб, таким способом можна бурити свердловини глибиною до 9-10 кілометрів. Для буріння глибших свердловин потрібні інші нетрадиційні інженерні рішення. І такі рішення було запропоновано та реалізовано в ході виконання програм надглибокого наукового буріння. З'ясувалося, що в тих випадках, коли забій свердловини знаходиться на багатокілометровій глибині, доцільно використовувати забійні двигуни, встановлені не на поверхні, а в нижній частині свердловини, яка при цьому сама не обертається. Вибійні двигуни - це мініатюрні турбіни або гвинтові механізми, які приводяться в обертання буровим розчином, що нагнітається під тиском у свердловину. Для зменшення ваги колони бурових труб, що досягають довжини кілька кілометрів, їх виготовляють із спеціальних легких, але досить міцних та термостійких сплавів. Алюмінієві сплави, використані під час буріння Кольської свердловини, були в 2,4 рази легшими за сталі. При досягненні великої глибини виникає значна різниця між гідростатичним тиском стовпа бурового розчину та літостатичним (гірським) тиском, зумовленим вагою гірських порід. Це може призвести до руйнування стін свердловини, а це, своєю чергою, викликає серйозні ускладнення при бурінні. Для досягнення рівноваги гірського тиску збільшують щільність бурового розчину, додаючи до нього спеціальні наповнювачі. "Одне з найскладніших технічних завдань, - пишуть Попов і Кременецький, - полягає в тому, щоб забезпечити надійну роботу бурового обладнання за високих температур, що існують у надглибоких свердловинах. Це стосується металевих деталей, їх з'єднань, мастил, бурового розчину та вимірювальної апаратури. Хоча на вибої, тобто у найнижчій точці свердловини Солтон-Сі в США на глибині 3220 метрів була зафіксована температура 355 градусів Цельсія, а в іншій свердловині, пробуреній до 1440 метрів в одній із молодих вулканічних структур на заході США, виміряна температура сягала 465 градусів, сучасні технічні засоби не дозволяють бурити надглибокі свердловини за таких високих температур протягом тривалого часу, оскільки термостійкість існуючого бурового обладнання не перевищує 200-300 градусів Найбільші проблеми виникають з вимірювальною апаратурою, особливо з електронікою, яка відмовляє вже при 150 градусів. Водні бурові розчини зберігають технологічні властивості до 230-250 градусів. За більш високої температури доводиться переходити на нафтову основу розчинів і застосовувати складніші суміші. Висока температура земних надр залишається одним із головних факторів, що обмежують глибину наукового буріння. Серйозні технічні проблеми пов'язані з мимовільним викривленням глибоких свердловин у процесі буріння через нерівномірне руйнування порід на вибої, геологічних неоднорідностей розрізу та інших причин. Наприклад, забій Кольської свердловини на глибині близько 12 кілометрів відхилився від вертикалі на 840 метрів. Існують технічні прийоми утримання свердловини у вертикальному положенні. Так, завдяки вдалій конструкції спеціального пристосування свердловина КТБ-Оберпфальц у Німеччині залишалася до глибини 7500 метрів найвертикальнішою свердловиною у світі. Однак глибше цей пристрій вийшов з ладу через високу температуру і тиск, і свердловина пішла своїм шляхом; в результаті на глибині 9101 метр вона відхилилася від вертикалі на 300 метрів. Надглибоке буріння вимагало створення спеціальної вимірювальної апаратури, яка контролює умови вздовж стовбура та на вибої. Малопридатною виявилася звичайна технологія каротажу з датчиками, які опускають у свердловину на термостійкому кабелі. Внаслідок тривалих пошуків вдалося розробити телеметричну та іншу електронну апаратуру, що кріпиться на буровому снаряді, а також автономні вимірювальні прилади, які опускаються вниз і виносяться нагору потоком бурового розчину. Тепер сигнали датчиків можуть передаватися не проводами, а гідравлічним способом шляхом створення імпульсів тиску в буровому розчині. Слід зазначити, що глибокі та надглибокі свердловини мають телескопічну конструкцію. Буріння починають із найбільшого діаметра, а потім переходять на менші. Так, у Кольській свердловині діаметр із 92 сантиметрів у верхній частині знизився до 21,5 сантиметрів. А у свердловині КТБ-Оберпфальц – з 71 сантиметра до 16,5 сантиметрів. Механічна швидкість буріння надглибоких свердловин становить 1-3 метри на годину. За один рейс між спуско-підйомними операціями можна заглибитись на 6-10 метрів. Середня швидкість підйому колони бурових труб дорівнює 0,3-0,5 метрів в секунду. Загалом буріння однієї надглибокої свердловини займає роки і коштує дуже дорого. Наприклад, буріння надглибокої свердловини в Німеччині коштувало 583 мільйони німецьких марок. Витрати на надглибоке буріння нашій країні були менше. При бурінні глибоких свердловин не обходиться, звісно, без аварій. Найчастіше вони викликані мертвим прихопленням бурового снаряда. На усунення аварій потрібно багато часу. Часом вони не дозволяють продовжити роботу, і доводиться починати буріння нового ствола. Можна зрозуміти, наскільки дорогий і в прямому, і переносному сенсі багатокілометровий стовпчик керна діаметром від 5 до 20 сантиметрів, який є одним із основних, але не єдиним результатом наукового буріння. Керн ретельно документують та зберігають у спеціальних приміщеннях. Потім докладно вивчають великі колективи фахівців. Так, матеріал, отриманий під час буріння німецької надглибокої свердловини, вивчали близько 400 учених. Пізніше вони опублікували на їх основі 2000 наукових праць! Коли власне буріння завершено, робота на надглибокій свердловині не припиняється. Свердловина перетворюється на постійно діючу лабораторію. Фахівці продовжують стежити за зміною режиму земних надр вздовж стовбура свердловини та в навколосвердловині, проводять різні експерименти. Такі лабораторії були створені на базі Кольської та Воротилівської свердловин у Росії та свердловини КТБ-Оберпфальц у Німеччині. Автор: Муський С.А.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Гель, що дозволяє приклеювати датчики до внутрішніх органів. ▪ Одяг з точкою доступу Wi-Fi, MP3-плеєром та GPS-навігацією ▪ Фізкультура не всім допомагає
▪ розділ сайту Моделювання. Добірка статей ▪ стаття Маленькі хитрощі великого монтажу Мистецтво відео ▪ Які були причини, етапи, підсумки буржуазної революції Англії? Детальна відповідь ▪ стаття Геленіум. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Вічний блок живлення. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page