Человек стремится изучить все. Любая поверхность постепенно
становится подвластна ему - будь то вода или воздух. О земле, на
которой живет человек, строит на ее поверхности дома, и говорить
не приходится. Но на самом деле, сама земля представляет чуть ли
не большую загадку, чем вода и воздух. Человек знаком только с
поверхностью земли, долгое время люди не имели возможности
заглянуть «внутрь». Сведения о строении земли сводятся к
косвенным данным, догадкам и теориям. Оттого и стремятся ученые
проникнуть как можно дальше в глубь земных недр.
Устройство бурильной установки
Единственный способ буквально «заглянуть» в недра земли - это
пробурить скважины. Современная техника делать их глубиной до 15
километров. Чаще всего бурильные установки применяются для
добычи полезных ископаемых. В скважинах добывают большое
количество нефти, пресной воды и газа. Не стоит сомневаться в
том, что на глубине этих драгоценных ископаемых гораздо больше,
чем на поверхности земли.
Глубокие скважины используются и для научных исследований -
многие теоретические представления, существовавшие пару веков
назад, были полностью пересмотрены с развитием технологий
бурения.
Буровая установка - аппарат мудреный. На поверхности установлен
мощный двигатель, который вращает колону стальных бурильных
труб. Если бурение происходит на глубине, не превышающей 7
километров, двигатель устанавливается на поверхности. Если
глубина больше, то целесообразнее располагать его в нижней части
буровой колонны, причем сам двигатель при этом остается
неподвижным. На нижнем конце этих труб - коронка, армированная
твердыми, но при том очень легкими сплавами. Вращаясь, коронка
вырезает породу, которая «уходит» вверх по стальной трубе.
Иногда используются буровые головки, которые значительно
повышают скорость работ. Эти насадки представляют собой
несколько вращающихся конусов, сделанных из прочного сплава.
Если стенки скважины неустойчивые, то во избежание оседания, в
скважину опускают стальную трубу, которая поддерживает их. Кроме
того, для придания устойчивости в скважину постоянно
закачивается глинистый раствор.
Время от времени колону буровых труб поднимают на поверхность
для того, чтобы очистить их или заменить на новые. Процесс
бурения сопровождается постоянными измерениями температуры,
влажности, электропроводимости и радиоактивности. Для этого
вместе с бурильными установками вниз в скважину опускаются
измерительные приборы.
Надо отметить, что бурение начинается с большего диаметра, затем
ширина скважины постепенно сужается. Так в Кольской скважине
начальный диаметр составляет 91 сантиметр, а конечный - 21.
Механическая скорость бурения составляет от 1 до 3 метров в час.
За один рейс самой развитой аппаратурой удается продвинуться на
6 - 10 метров. Поднимается бурильная установка со скоростью 0, 5
метров в секунду.
Специалисты во всем мире признают, что работы по бурению скважин
далеки от совершенства. Главный недостаток: оборудование не
может работать при сверхвысокой температуре, которая
увеличивается вместе с глубиной. Уже на 4-х километрах от
поверхности температура земли составляет 355 градусов Цельсия,
при этом термоустойчивость современных аппаратов не превышает
200 градусов. При работе на такой глубине оборудование
приходится постоянно вынимать на поверхность и ждать, когда оно
полностью остынет - времени уходит очень много. Кроме того, само
бурильное устройство при действии высоких температур быстро
выходит из строя. Устранение поломок в бурильных установках -
процесс очень сложный. Если авария произошла внутри самой
скважины, вероятность, что ствол удастся вытащить, скорее всего,
придется бурить новую.
Есть и еще трудности. Например, большие неудобства вызывают
самопроизвольные искривления скважин из-за того, что грунт
постоянно разрушается. Так, забой Кольской скважины отклонился
на 800 метров от первоначальной оси.
После того, как бурение завершено, работа со скважинами только
начинается - они превращаются в постоянно действующую
лабораторию. Специалисты проводят необходимые замеры и
специальные расчеты.
Работы со скважинами
Начало буровым работам было положено в 1960-х годах. Лестно для
нас то, что первые разработки таких работ были оформлены именно
в СССР еще в 1960 -1962 годах. В мае 1970 года на севере
Мурманской области началось бурение Кольской сверхглубокой
скважины. В 1991 году работы были завершены - к этому моменту
глубина составила 12 261 километр. До сих пор эта скважина
остается одной из самых глубоких на Земле.
Бурение может совершаться на небольшую глубину - до 6 километров
(это так называемые глубокие скважины), но есть и сверхглубокие
скважины, которые могут уходить в глубину до 9 километров. Самая
глубокая скважина - Берта Роджерс, пробуренная всего за 502 дня
в период с 1973 по 1974 год. Очень редко скважины роют так
быстро. Конечно, здесь все зависит от техники (на сегодняшний
день самая совершенная бурильная техника у США). Еще одна
причина - качество самого грунта.
В 1968 году в США на воду было спущено первое судно, в котором
была вмонтирована огромная бурильная установка. Так началась
масштабная программа по освоению океанических недр. За 30 лет в
мировом океане было сделаны сотни скважин. Самую большую
пробурили у берегов Коста-Рики. Ее глубина составляет более, чем
2 100 метров.
