СВЕРХГЛУБОКОЕ БУРЕНИЕ

СВЕРХГЛУБОКОЕ БУРЕНИЕ, бурение скважин на глубины 6000 м и более в целях изучения земной коры и верхней мантии, а также для выявления залежей полезных ископаемых. Термин ‘‘С. б." появился в лит-ре в 50-х гг. 20 в.; до начала 60-х гг. употреблялся для обозначения процесса бурения скважин глубиной не менее 4500 м. В 70-х гг. С. б. ведётся в соответствии с международным "Геодинамическим проектом", предусматривающим получение прямых данных о вещественном составе, физических свойствах нижних слоев литосферы, а также выяснение их строения, происхождения и развития. С. б. позволяет определять возраст геохимич. и геофизич. характеристик слагающих литосферу горных пород, изучать газовые и жидкие эманации, имеющие глубинное происхождение, а также устанавливать геологич. природу физич. полей, границ и слоев, температурного режима недр и их теплового излучения.

С помощью С. б. оцениваются перспективы нефтегазоносности глубоких осадочных бассейнов, ведутся поиски, разведка и последующая эксплуатация залежей нефти и газа. Предполагается использовать С. б. для изучения строения очагов землетрясений.

К 1974 в мире пройдено св. 400 сверхглубоких скважин, в т. ч.: на суше-№ 1 Берта-Роджерс, 9583 м; Бейден-Юнит, 9160 м (обе - штат Оклахома, США); № 1 - Шевченково, 7024 м (Зап. Украина, СССР); Аралсорская, 6806 м (Прикаспийская низм., СССР). Проектируются скважины С. б. на суше глубиной до 15 000 м (напр., на Балтийском щите, на территории СССР) и в океане (при глуб. водной толщи неск. км) -проект "Мохол" (США).

С. б. осуществляется роторным способом (за рубежом), турбинным или сочетанием этих способов (СССР). Осн. трудности обусловлены гл. обр. высокими значениями темп-р и давлений на больших глубинах, повышенной массой бурильных и обсадных труб в скважине. Процесс С. б. совершенствуется за счёт использования термостойких породоразрушающих инструментов и промывочных агентов, управления давлениями в скважине, повышения прочности и надёжности бурильных труб и др. См. также Бурение, Опорное бурение, Параметрическое бурение.

Ю. Г. Апанович, А. В. Орлов.




Смотреть больше слов в «Большой советской энциклопедии»

СВЕРХДАЛЬНЕЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕЗВУКА →← СВЕРХГИГАНТЫ

Смотреть что такое СВЕРХГЛУБОКОЕ БУРЕНИЕ в других словарях:

СВЕРХГЛУБОКОЕ БУРЕНИЕ

        бурение скважин на глубины 6000 м и более в целях изучения земной коры и верхней мантии, а также для выявления залежей полезных ископаемых. Тер... смотреть

СВЕРХГЛУБОКОЕ БУРЕНИЕ

        (a. ultradeep drilling; н. ubertiefes Bohren, Abteufen ubertiefer Bohrungen; ф. sondage super profond, forage а grande profondeur; и. perforaci... смотреть

СВЕРХГЛУБОКОЕ БУРЕНИЕ

(a. ultradeep drilling; н. ubertiefes Bohren, Abteufen ubertiefer Bohrungen; ф. sondage super profond, forage а grande profondeur; и. perforacion superprofunda, taladrado superprofunda) - процесс сооружения скважин в земной коре на глубины, близкие к предельным для совр. науки и практики. C. б. предназначено для поиска и разведки глубокозалегающих м-ний п. и., изучения геол.-физ. параметров земных недр, закономерностей образования и размещения минерального сырья и др. практических и науч. целей. Oбъекты изучения посредством C. б. - все характерные типы земной коры. Mировой рекорд глубины бурения достиг отметки 12 066 м (Kольская скважина, CCCP, 1984). Tемп-pa на этой глубине 210В°C, a давление 132 МПa. Дo этого рекордная скважина имела глубину 9583 м (США, 1974). Hачиная c 60-x гг. к разряду сверхглубоких относят скважины, достигшие 6000 м и более. Eжегодно в мире бурится неск. десятков таких скважин, гл. обр. для поиска и разведки м-ний нефти и газа. C. б. получило развитие в связи c реализацией национальных программ изучения земной коры континентального (CCCP) и океанического (США) типов. C. б. рассматривается как наиболее достоверный метод (по сравнению c известными косвенными) изучения земных недр, способный кардинально повлиять на уточнение представлений, лежащих в основе геол. науки. C. б. основывается на технологии вращательного бурения и последовательного закрепления пройденных интервалов колоннами обсадных труб. Xарактерные особенности C. б.: возрастание c глубиной темп-ры и гидростатич. давления; потеря устойчивости пород под действием разности между горн. и гидростатич. давлениями; увеличение массы бурильной и обсадных колонн; замедление темпов углубления за счёт увеличения времени спуска-подъёма бурильной колонны и ухудшения буримости пород; возрастание потерь энергии при передаче силовых воздействий c поверхности на забой; необходимость отбора керна в больших объёмах и проведения внутрискважинных геофиз. исследований. Прогресс в увеличении глубин бурения достигается в осн. благодаря повышению грузоподъёмности и мощности буровых установок, улучшению термостойкости инструментов и материалов, снижению напряжённого состояния бурильной колонны, преодолению проявлений горн. и пластового давлений, совершенствованию методов и средств управления процессом бурения по поступающей из забоя информации, предотвращению опасного износа обсадных колонн и др. Для C. б. созданы и применяются буровые установки грузо- подъёмностью до 11 MH (1100 т) общей мощностью до 18 тыс. кBт c насосами (2-4 шт.) на рабочее давление 40-50 МПa мощностью до 1600 кBт каждый. Kак правило, такие уникальные установки имеют электрич. привод от источника постоянного тока, что позволяет осуществить бесступенчатое регулирование работы осн. механизмов. Cпуск-подъём бурильной колонны ведётся преим. c удлинёнными до 37 м "свечами" при макс. механизации и автоматизации процесса. При C. б. применяют роторный или турбинный способ бурения; возможны оба c поинтервальным чередованием. Первый из них нашёл широкое распространение на Западе, второй - в CCCP. Tурбинный способ позволяет успешно применять бурильные трубы из лёгких сплавов (ЛБТ). Пo критерию допустимых напряжений в трубах турбинный способ в сочетании c ЛБТ даёт возможность в 1,5-2 раза увеличить глубину бурения по сравнению c роторным способом в сочетании co стальными трубами (СБТ) при той же грузоподъёмности. Указанное преимущество подтверждено практикой бурения Kольской скважины (см. Кольская сверхглубокая скважина), при проводке к-рой применена составная колонна из ЛБТ (низ) и СБТ (верх, примерно 2000 м). Прогресс в C. б. сдерживается низкой термостойкостью эластомеров, используемых в забойных двигателях и совр. долотах. Kак правило, темп-pa увеличивается на 2,5-3,5В°C на каждые 100 м глубины. He в полной мере удовлетворяет термостабильность буровых растворов. Дo 240В°C применяются растворы на водной основе, в диапазоне 240-300В°C - нефте-эмульсионные, a при 300-350В°C - на нефт. основе. Перспективы повышения термостойкости алюминиевых сплавов (ЛБТ) связываются c достижениями порошковой металлургии. Cохранение устойчивости г. п. на стенках ствола скважины в условиях проявления горн. и пластового давлений достигается в осн. поддержанием необходимого противодавления "столба" промывочной жидкости и её качества, a при встрече пластов c низким давлением - изоляцией их спуском промежуточных обсадных колонн. При C. б. в осадочных породах конструкция скважины, как правило, включает 6-8 обсадных колонн, a в кристаллических - 2-4 колонны. Oтсутствие точных сведений об ожидаемом горн. и пластовом давлениях на больших глубинах и данных o сопротивляемости пород гидроразрыву затрудняет выбор оптимальной конструкции скважины и технологии её проводки. Предотвращение искривления сверхглубоких скважин - важное условие успешной их проводки. Для поддержания сил сопротивления движению бурильной колонны и износа обсадных колонн в допустимых пределах стремятся, чтобы интенсивность искривления не превышала 2-3В° на 1 км при соблюдении постоянства азимута искривления, a абс. величина зенитного угла не превышала 10-12В°. Oсобо жёсткие требования предъявляются к вертикальности верх. части ствола. Для борьбы c кривизной обычно используют жёсткие компоновки низа бурильной колонны (КНБК) c полноразмерными центраторами, a при отсутствии должного эффекта - КНБК маятникового типа. B верх, части скважин (до 3-4 км) при бурении ствола большого диаметра успешно применяют реактивно-турбинные буры. Oсобое внимание при C. б. уделяется отбору керна. Гл. препятствие эффективному отбору керна - его заклинивание в керноприёмнике. Зарубежные страны ориентируются в осн. на применение канатной техники в сочетании co съёмным керноприёмником. B CCCP используются снаряды c системой гидротранспорта на валу турбобура и не исключается применение съёмных керно- приёмников и забойных двигателей c полым валом. B зависимости от конкретных геол.-техн. условий используются бурильные головки как шарошечного, так и истирающего типа. Получают развитие три вида забойной техники для повышения информативности отбираемого керна: ориентатор керна; керноприёмник для консервации керна в забойных условиях; средства отбора образцов из стенки ствола. Pазвитие C. б. в обозримом будущем, по всей видимости, будет основываться на технологии вращательного бурения. Пo мере увеличения глубин (более 10 км) забойный привод долота будет вытеснять роторный способ, открывая дорогу для реализации принципиальных преимуществ бурильных труб из лёгких металлич. сплавов на основе алюминия и титана. B центре внимания, вероятно, окажется термостойкий редукторный турбобур. Oжидается концентрация усилий исследователей на совершенствовании технологии преодоления проявлений горн. и гидростатич. давлений. Прогресс будет определяться новыми идеями, направленными прежде всего на оперативное увеличение сопротивляемости гидроразрыву зон слабых пород без уменьшения диаметра скважины. Это расширит возможности для проводки открытого ствола через "несовместимые" зоны, не прибегая к спуску в скважину обсадных колонн, и тем самым существенно упростит процесс C. б. Значимость проблемы борьбы c кривизной потребует строго науч. обоснования допусков на искривление по глубине скважины и создания нового поколения забойных средств управления направлением бурения, по всей вероятности, c полу- и автоматич. принципом действия. Управление процессом бурения по получаемой из забоя информации c использованием гидравлич. или проводной линии связи станет необходимым условием C. б. ниже отметки 8-9 км. B наземном буровом оборудовании принципиальных изменений не ожидается. Повысится внимание к совершенствованию систем автоматизации процесса спуско-подъёмных операций. Большее распространение должен завоевать автономный агрегат для спуска тяжёлых обсадных колонн. Oбъёмы C. б. в будущем будут увеличиваться. Oсобые перспективы (наряду c отмеченными) возлагаются на C. б. в связи c проблемой вовлечения в сферу хоз. деятельности человека запасов тепла из недр Земли. Пo экспертным оценкам, к 2000 году будет достигнута глуб. 15 км. Литература: Pезанов И. А., Cверхглубокое бурение, M., 1981; Kольская сверхглубокая, M., 1984. M. И. Bорожбитов.... смотреть

СВЕРХГЛУБОКОЕ БУРЕНИЕ

СВЕРХГЛУБОКОЕ БУРЕНИЕ, бурение скважин на глубину св. 6 км для изучения строения и состава земной коры и верхней мантии, а также разведки на нефть и газ. Самая глубокая скважина в мире пробурена в Российской Федерации на Кольском п-ове, ее глубина в 1994 достигла 12 262 м.<br><br><br>... смотреть

СВЕРХГЛУБОКОЕ БУРЕНИЕ

СВЕРХГЛУБОКОЕ бурение - бурение скважин на глубину св. 6 км для изучения строения и состава земной коры и верхней мантии, а также разведки на нефть и газ. Самая глубокая скважина в мире пробурена в Российской Федерации на Кольском п-ове, ее глубина в 1994 достигла 12 262 м.<br>... смотреть

СВЕРХГЛУБОКОЕ БУРЕНИЕ

СВЕРХГЛУБОКОЕ БУРЕНИЕ , бурение скважин на глубину св. 6 км для изучения строения и состава земной коры и верхней мантии, а также разведки на нефть и газ. Самая глубокая скважина в мире пробурена в Российской Федерации на Кольском п-ове, ее глубина в 1994 достигла 12 262 м.... смотреть

СВЕРХГЛУБОКОЕ БУРЕНИЕ

СВЕРХГЛУБОКОЕ БУРЕНИЕ, бурение скважин на глубину св. 6 км для изучения строения и состава земной коры и верхней мантии, а также разведки на нефть и газ. Самая глубокая скважина в мире пробурена в Российской Федерации на Кольском п-ове, ее глубина в 1994 достигла 12 262 м.... смотреть

СВЕРХГЛУБОКОЕ БУРЕНИЕ

- бурение скважин на глубину св. 6 км для изучениястроения и состава земной коры и верхней мантии, а также разведки на нефтьи газ. Самая глубокая скважина в мире пробурена в Российской Федерации наКольском п-ове, ее глубина в 1994 достигла 12 262 м.... смотреть

СВЕРХГЛУБОКОЕ БУРЕНИЕ

бурение скважин на глуб. св. 6 км для изучения строения и состава земной коры и верхней мантии, а также разведки на нефть и газ. Самая глубокая скважин... смотреть

СВЕРХГЛУБОКОЕ БУРЕНИЕ

(на глубину свыше 7000 м) ultradeep drilling

СВЕРХГЛУБОКОЕ БУРЕНИЕ

надглибо́ке свердлі́ння

СВЕРХГЛУБОКОЕ БУРЕНИЕ СКВАЖИН

Земля как объект исследования геологии доступна для прямого наблюдения только с поверхности. О ее составе и строении можно судить лишь по косвенным данным. Оттого и стремятся геологи проникнуть как можно дальше в глубь Земли с помощью бурения. Современная техника позволяет бурить скважины на континентах глубиной до 10-15 километров. Буровые скважины чаще всего делают для разведки месторождений полезных ископаемых, для извлечения из недр воды, нефти и газа, а также для инженерных изысканий и других прикладных целей. Кроме того, с 1970-х годов бурение все шире используется как метод решения фундаментальных научных проблем современной геологии. Кстати, сами результаты научного бурения во многом оказались неожиданными и заставили пересмотреть теоретические представления, которые до этого казались очевидными и незыблемыми. Начало систематического научного бурения относится к 1960-м годам. В 1968 году в США было спущено на воду специальное буровое судно, и началась реализация международной программы глубоководного бурения в океанах. За более чем тридцатилетнюю историю в Мировом океане пробурили сотни скважин, которые пересекли рыхлые осадки океанского дна и углубились в подстилающие базальты. Самая глубокая из скважин была пробурена в Тихом океане к югу от берегов Коста-Рики. Ее глубина достигла 2105 метров ниже океанского дна. Океанское бурение открыло новую страницу в геологии, поскольку раньше точных данных о строении дна океанов практически не было. Теперь о бурении на суше. Скважины научного бурения на континентах, как правило, относятся к категориям глубоких (3-7 километров) или сверхглубоких (более 7 километров). В этом отношении с ними можно сопоставить лишь скважины, которые бурятся для поисков, разведки и эксплуатации глубоко залегающих месторождений нефти и газа в США. Самая глубокая скважина из них – Берта Роджерс (9583 метра) была пробурена в 1973—1974 годах всего за 502 дня. Столь высокая скорость проходки обусловлена двумя факторами. Первый – возможности американской техники. Второй – бурение осуществлялось без отбора керна, то есть без подъема образцов горных пород на поверхность. Отбор керна требует большого дополнительного времени, но совершенно необходим при научном бурении. По этой причине глубокие и сверхглубокие поисковые и разведочные скважины имеют достаточно ограниченное значение как источники научной информации. Первая программа систематического сверхглубокого континентального бурения с научными целями разработана и осуществлена в СССР. Основы этой программы были сформулированы еще в 1960—1962 годах. В мае же 1970 года на севере Мурманской области в десяти километрах от города Заполярного началось бурение Кольской сверхглубокой скважины. Ее проектную глубину определили в пятнадцать километров Но достичь ее не удалось, в 1991 году бурение прекратили на глубине 12261 метр. Тем не менее Кольская скважина до сих пор остается самой глубокой в мире. Успехи Советского Союза не могли не подстегнуть другие страны. Ускорили разработку программ научного континентального бурения в Германии, Франции, США, Канаде, Японии, Великобритании. Одного из лучших результатов добились немцы, пробурившие сверхглубокую скважину КТБ-Оберпфальц в Баварии (1990—1994 годы), которая достигла глубины 9101 метр. «Существуют разные способы бурения, – пишут в «Соросовском образовательном журнале» В.С. Попов и А.А. Кременецкий. – Если глубина скважин невелика (сотни метров), то двигатель, находящийся на поверхности, вращает колонну стальных бурильных труб, на нижнем конце трубы крепится буровая коронка, армированная твердыми сплавами или алмазами. Вращаясь, коронка вырезает цилиндрический столбик породы, который постепенно заполняет специальную внутреннюю (колонковую) трубу. При бурении без отбора керна часто используют буровые головки, которые представляют собой систему нескольких вращающихся конусов, армированных твердыми сплавами. Если стенки скважины неустойчивы, в нее опускают стальную обсадную трубу. В процессе бурения насос постоянно закачивает в скважину специальный глинистый раствор, необходимый для придания устойчивости стенкам, охлаждения инструмента, выноса мелких частиц породы (шлама) и для других целей. Время от времени колонну буровых труб поднимают на поверхность с помощью лебедки, установленной на буровой вышке, выгружают керн, если необходимо, заменяют изношенную коронку на новую и опять опускают буровой снаряд на забой. Бурение сопровождается измерениями физических свойств пород вдоль ствола скважины. Для этого на специальном кабеле в скважину опускают приборы, которые фиксируют температуру, электропроводность, магнитную восприимчивость, радиоактивность и другие свойства пород. Этот процесс называют каротажем скважин». Опыт бурения в США и других странах показал следующее. За счет мощности двигателей и давления насосов, нагнетающих буровой раствор, а также увеличения грузоподъемности лебедок и прочности стальных буровых труб, таким способом можно бурить скважины глубиной до 9-10 километров. Для бурения более глубоких скважин необходимы другие нетрадиционные инженерные решения. И такие решения были предложены и реализованы в ходе выполнения программ сверхглубокого научного бурения. Выяснилось, что в тех случаях, когда забой скважины находится на многокилометровой глубине, целесообразно использовать забойные двигатели, установленные не на поверхности, а в нижней части буровой колонны, которая при этом сама не вращается. Забойные двигатели – это миниатюрные турбины или винтовые механизмы, которые приводятся во вращение буровым раствором, нагнетаемым под давлением в скважину. Для уменьшения веса колонны буровых труб, достигающих длины несколько километров, их изготавливают из специальных легких, но достаточно прочных и термостойких сплавов. Алюминиевые сплавы, использованные при бурении Кольской скважины, были в 2,4 раза легче стали. При достижении большой глубины возникает значительная разница между гидростатическим давлением столба бурового раствора и литостатическим (горным) давлением, обусловленным весом горных пород. Это может привести к разрушению стенок скважины, а это, в свою очередь, вызывает серьезные осложнения при бурении. Для достижения равновесия горного давления увеличивают плотность бурового раствора, добавляя в него специальные наполнители. «Одна из наиболее сложных технических задач, – пишут Попов и Кременецкий, – заключается в том, чтобы обеспечить надежную работу бурового оборудования при высоких температурах, существующих в сверхглубоких скважинах. Это касается металлических деталей, их соединений, смазок, бурового раствора и измерительной аппаратуры. Хотя на забое, то есть в самой нижней точке скважины Солтон-Си в США на глубине 3220 метров была зафиксирована температура 355 градусов Цельсия, а в другой скважине, пробуренной до 1440 метров в одной из молодых вулканических структур на западе США, измеренная температура достигала 465 градусов, современные технические средства не позволяют бурить сверхглубокие скважины при столь высоких температурах в течение длительного времени, поскольку термостойкость существующего бурового оборудования не превышает 200—300 градусов. Самые большие проблемы возникают с измерительной аппаратурой, особенно с электроникой, которая отказывает уже при 150 градусов. Водные буровые растворы сохраняют технологические свойства до 230—250 градусов. При более высокой температуре приходится переходить на нефтяную основу растворов и применять более сложные смеси. Высокая температура земных недр остается одним из главных факторов, ограничивающих глубину научного бурения. Серьезные технические трудности связаны с самопроизвольным искривлением глубоких скважин в процессе бурения из-за неравномерного разрушения пород на забое, геологических неоднородностей разреза и других причин. Например, забой Кольской скважины на глубине около 12 километров отклонился от вертикали на 840 метров. Существуют технические приемы удержания скважины в вертикальном положении. Так, благодаря удачной конструкции специального приспособления скважина КТБ-Оберпфальц в Германии оставалась до глубины 7500 метров самой вертикальной скважиной в мире. Однако глубже это приспособление вышло из строя из-за высокой температуры и давления, и скважина пошла своим путем; в результате на глубине 9101 метр она отклонилась от вертикали на 300 метров». Сверхглубокое бурение потребовало создания специальной измерительной аппаратуры, контролирующей условия вдоль ствола и на забое. Малопригодной оказалась обычная технология каротажа с датчиками, которые опускают в скважину на термостойком кабеле. В результате длительных поисков удалось разработать телеметрическую и другую электронную аппаратуру, крепящуюся на буровом снаряде, а также автономные измерительные приборы, которые опускаются вниз и выносятся наверх потоком бурового раствора. Теперь сигналы датчиков могут передаваться не по проводам, а гидравлическим способом путем создания импульсов давления в буровом растворе. Надо отметить, что глубокие и сверхглубокие скважины имеют телескопическую конструкцию. Бурение начинают с самого большого диаметра, а затем переходят на меньшие. Так, в Кольской скважине диаметр с 92 сантиметров в верхней части снизился до 21,5 сантиметров. А в скважине КТБ-Оберпфальц – с 71 сантиметра до 16,5 сантиметров. Механическая скорость бурения сверхглубоких скважин составляет 1-3 метра в час. За один рейс между спуско-подъемными операциями можно углубиться на 6-10 метров. Средняя скорость подъема колонны буровых труб равна 0,3-0,5 метров в секунду. В целом бурение одной сверхглубокой скважины занимает годы и стоит очень дорого. Например, бурение сверхглубокой скважины в Германии обошлось в 583 миллиона немецких марок. Затраты на сверхглубокое бурение в нашей стране были не меньше. При бурении глубоких скважин не обходится, конечно, и без аварий. Наиболее часто они вызваны мертвым прихватом бурового снаряда. На устранение аварий требуется много времени. Порою же они не позволяют продолжить работу, и приходится начинать бурение нового ствола. Можно понять, насколько дорог и в прямом, и переносном смысле многокилометровый столбик керна диаметром от 5 до 20 сантиметров, который является одним из основных, но не единственным результатом научного бурения. Керн тщательно документируют и хранят в специальных помещениях. Затем его подробно изучают большие коллективы специалистов. Так, материал, полученный при бурении немецкой сверхглубокой скважины, изучали около 400 ученых. Позднее они опубликовали на их основе 2000 научных работ! Когда собственно бурение завершено, работа на сверхглубокой скважине не прекращается. Скважина превращается в постоянно действующую лабораторию. Специалисты продолжают следить за изменением режима земных недр вдоль ствола скважины и в околоскважинном пространстве, проводят различные эксперименты. Такие лаборатории были созданы на базе Кольской и Воротиловской скважин в России и скважины КТБ-Оберпфальц в Германии.... смотреть

T: 220