Буріння глибокої свердловини
Буріння глибокої свердловини і тим більше надглибокої - складне і дороге підприємство. У світовій практиці глибокі свердловини бурять дуже потужними і дорогими установками вантажопідйомністю 600-800 тонн.
Таких установок виготовлено досі всього кілька штук, менше, ніж пальців на одній руці.
Наш проект передбачає проведення свердловини великої глибини за допомогою звичайної бурової установки.
При цьому зберігається класична схема руйнування і виносу породи на поверхню землі, але застосовуються нові технологічні прийоми, деякі нові інструменти і, головне, новий підхід до проблеми глибокого буріння.
Найважливіший елемент в комплексі обладнання - бурові насоси, що примушують бурової (глинистий) розчин під великим тиском циркулювати вниз по бурильних трубах, а потім вгору по кільцевому зазору між колоною труб і стінками свердловини.
Енергія насосів перетворюється в корисну роботу турбобура, що обертає на забої долото, і забезпечує підйом разбуренной породи на поверхню землі.
Виходить з Кольської надглибокої свердловини розчин очищають від шматочків породи і знову закачують в бурильні труби. Циркуляція йде по замкнутому циклу.
Якщо ви опинитеся на буровій під час підйому бурильної колони, то побачите всередині вишки вертикальні ряди «свічок» - окремі труби, на які розчленовується колона. Зазвичай колону складають «свічки» висотою 36 метрів. Їх діаметр близько 15 сантиметрів.
Зносилося долото - піднімають всю колону, нагвинчують нове і в зворотному порядку спускають «свічки» в свердловину. Таких рейсів при бурінні глибоких свердловин долото робить кілька сотень, а при проходці надглибоких - понад тисячу!
При цьому треба зберегти вертикальність стовбура в межах певних допусків, своєчасно закріплювати розкриті породи обсадними трубами, відбирати з забою зразки породи - керни, проводити комплекс внутрішньосвердловинним геофізичних досліджень і багато інших робіт.
Бурова для проходки глибокої свердловини - по суті справи, великий сучасний завод. Весь комплекс обладнання призначається для того, щоб пробурити в земній корі неширокий циліндричний хід довжиною в кілька кілометрів. Це всього лише укол в надра Землі. Але як важко його зробити ...
Зазвичай глибоку свердловину починають бурити долотом великого діаметру. Буріння ведуть до тих пір, поки в свердловині не народжуються якісь ускладнення (приплив води, нафти і газу, відходи бурового розчину, обвали стінок), які унеможливлюють подальше поглиблення свердловини.
Тоді в стовбур спускають спеціальні труби, а простір між трубами і стінками свердловини заливають цементним розчином.
Тепер свердловина одягнена в броню, і буріння можна продовжувати (долотами трохи меншого діаметру) до тих пір, поки будь-які нові ускладнення не перепинять шлях долоту.
Тоді в свердловину спускають і цементують ще одну колону труб, меншим діаметром, ніж перша. Таких труб в свердловину спускають стільки, скільки зустрінеться зон ускладнень.
Кожна глибока свердловина схожа на підземний телескоп, спрямований у бік, протилежний від зірок. За кількістю ступенів (труб) в цьому телескопі судять про ступінь складності і дорожнечі буріння.
Заздалегідь визначити потрібну кількість ланок телескопа і співвідношення їх розмірів дуже важко. Практично неможливо передбачити, на якій глибині відбудеться ускладнення, яке вимагатиме спуску в свердловину обсадної колони - чергового ланки телескопа.
Надра дуже мінливі: буквально сусідні свердловини можуть відрізнятися один від одного за умовами проходки. Те несподівано зустрінеться напірний водоносний горизонт, від якого слід захиститися обсадними трубами, то попадеться прошарок тріщинуватих порід, і буровий розчин почне витікати з ним замість того, щоб нести наверх зруйновану породу, то раптом стінки свердловини почнуть критикувати, то утворюються каверни ...
Неможливо передбачити всі труднощі на майбутньому підземному шляху. Прямуючи в подорож, космонавти, напевно, більше знають про свої трасах, ніж атакуючі земні надра буровики ...
Адже не випадково зараз в лабораторіях багатьох країн вчені зайняті дослідженням кернового матеріалу, доставленого з Місяця радянськими та американськими літальними апаратами, але ні в одній лабораторії світу поки немає зразків земних порід, витягнутих з глибини хоча б 10 кілометрів!
Кольська надглибока. технологія буріння
Для СГ-3 потрібно розробити таку технологію, яка забезпечувала б свободу маневру в разі будь-яких ускладнень на глибині.
Була запропонована нова технологічна схема - буріння випереджаючим стволом. Що це таке?
Кольському надглибоких почали проходити долотом діаметром 920 міліметрів. Заглибилися на 40 метрів і обсадили пройдений відрізок трубами 720 міліметрів.
Потім на відміну від загальноприйнятої технології спустили в свердловину ще одну металеву колону діаметром 245 міліметрів.
Її було зміцнювали і не цементировали. Вийшло щось на зразок захисного чохла - колона в колоні. Причому внутрішню, незцементовані колону при необхідності можна витягти. І тільки після цього, слідуючи новій технології, почалося просування в надра СГ-3 відкритим стволом.
Діаметр бура взяли невеликий (214 міліметрів). Це дає, по-перше, найкращі техніко-економічні показники, а по-друге, якщо десь на глибині зустрінеться ускладнення (каверна, водоносний шар і т. П.), То стовбур можна буде розширити і перекрити ланкою телескопа, обраним з урахуванням реальних умов, а не по умоглядним припущеннями.
Таким чином, стратегією буріння СГ-3 передбачалася проходка відкритим випереджаючим стволом на максимальну глибину при мінімальному діаметрі долота з тим, щоб не вичерпати всі ланки телескопа передчасно.
Чи був в цьому ризик? Адже чим більше глибина, тим сильніше тиск верхніх земних шарів і тим більша напруга на стінках відкритого стовбура. Небезпека того, що у відкритому стовбурі породи можуть обрушитися і завалити стовбур, збільшується з глибиною ще й від фізико-хімічного впливу промивної рідини, і від тертя бурильних труб об стінки свердловини, і тому, що з глибиною зростає температура навколишнього середовища.
Звичайно, певний ризик був, але не безрозсудний, а з тверезим розрахунком, обґрунтованим всім досвідом нашого інституту та буровиків Кольської геологорозвідувальної експедиції. Залишивши ствол «голим», ми зберегли за собою свободу маневру на великих глибинах. І така потреба прийшла.
Бурової телескоп може мати досить великий початковий діаметр і цілком певний кінцевий. Тому стратегія буріння насамперед передбачала якомога глибше бурити долотами найменшого діаметра - 214 міліметрів.
Ось чому в хід пустили це ж долото і досягли глибини 7263 метра. Вперше у світовій практиці проходка «голим» стволом склала більше 5200 метрів. У буровиків на Кольської надглибокої в запасі залишилося ще одна ланка телескопа, що для настільки глибокої свердловини - велике досягнення.
Незцементовані труби знімною колони 245 міліметрів грають роль першої оборонної лінії. Усередині них рухається вгору-вниз буровий інструмент, тече буровий розчин.
Звичайно, труби зношуються, протираються, але зате не піддаються зносу стоять за ними цементовані труби. Їх-то витягти не можна, і якщо б вони виявилися протертими, то мрії про 15-кілометровій глибині - кінець.
А знімну колону можна замінити. Зараз, після закінчення першого етапу буріння СГ-3, її витягли - труби виявилися з граничним зносом. Перед тим, як почати наступний етап буріння, в свердловину опустять нову знімну колону.