Кольская сверхглубокая СГ-3

Кольская сверхглубокая скважина СГ-3 была предложена и реализована в СССР в 1970-х годах. Она была частью программы "Мировая глубокая скважина и сейсмологические исследования". Программа была разработана с целью получения новых данных о составе, структуре и физических свойствах глубинных горных пород. Одним из основных методов исследования было бурение глубоких и сверхглубоких скважин.

Ключевые задачи программы включали:
1. Изучение геологического строения и сравнение данных существующих моделей строения земной коры
2. Исследование различных физических и химических свойств горных пород на больших глубинах, включая давление, температуру и состав
3. Изучение геотермального градиента и тепловых процессов в земной коре
4. Определение возможности сейсмической активности и изучение связанных событий

Одним из главных результатов программы было получение ценных данных о глубинной структуре и составе земной коры. Также полученные данные помогли уточнить модели формирования и эволюции планеты Земля

Идея бурения скважины возникла в начале 1960-х годов, когда советский геолог Михаил Марков предложил использовать глубокое бурение для изучения земной коры. Он предложил, что такая скважина может предоставить ценную информацию о физических и химических свойствах глубинных горных пород.

Крестным отцом сверхглубокого бурения в СССР, наверное, можно назвать Н.С. Хрущева. Именно он, несмотря на возражения скептиков, утвердил в 1963 г. государственную программу сверхглубокого бурения (т.е., бурение скважин глубиной свыше 6 тыс. м). Но его, скорее, интересовали политические, а не научные результаты. В США к тому времени была принята программа исследований Северо-Американского континента путем бурения скважин глубиной до 15 км, а никакого отставания от Америки в науке и технике Хрущев не допускал. Чего бы это ни стоило. Отсюда и необычайный размах – для организации работ по глубинному изучению земных недр в СССР привлекли более 150 научных и производственных организаций.

Первую сверхглубокую скважину заложили в Северном Казахстане, но в конечном итоге там достигли только 5600-6806 м (по разным источникам). Это была Аралсорская сверхглубокая СГ-1. Вторая сверхглубокая скважина была расположена территориально там же, Биикжальская сверхглубокая. Ее глубина 5504-6700 м. (по разным источникам).

Реализация проекта Кольская Сверхглубокая СГ-3 началась в 1970 году. В процессе бурения использовались различные инновационные методы и технологии, включая использование специальных буровых труб, а также бентонитовой глины, которая помогала предотвратить обвалы стенок скважины.

Место для уникального бурового комплекса и научного центра одновременно выбрали в 10 км от города Заполярного. Там на поверхность выходят древнейшие изверженные породы возрастом около 3 млрд. лет. Они еще мало изучены, потому что чаще всего скрыты под толщей осадочных пород.

Бурение началось в мае 1970 г. и сначала велось серийной установкой «Уралмаш-4Э». Проходка до глубины 7263 м заняла 4 года. Затем был перерыв в 1 год для монтажа специально спроектированной и изготовленной к тому времени установки для сверхглубокого бурения «Уралмаш-15000». (Позже были изготовлены еще 3 такие буровые для Саатлинской, Уренгойской и Уральской скважин).

По отзывам специалистов Кольской геологоразведочной экспедиции, буровая получилась высокопроизводительная и надежная. Автоматизация (спуск и подъем бурового инструмента, подача долота) и привод постоянного тока позволили в несколько раз, по сравнению с серийными установками, увеличить скорость бурения. Над проектом уникальной буровой работали многие специалисты, назову только тех, кто внес наибольший вклад. Прежде всего, это, конечно, Г.В. Алексеевский. Для него «Уралмаш-15000» стала лебединой песней. В то время он уже достиг преклонного возраста и прекрасно сознавал: это его последняя крупная конструкторская разработка.

Мощные насосы для буровой (1820 лс), спроектировали Ю.С. Корнильцев, Л.Н. Горонович, В.В. Герасимов, вышку – А.Г. Спирюков, лебедку – В.А. Малофеева, механизмы автоматизации спуско-подъемных операций – В.Н. Грамолин (будущий главный конструктор бурового оборудования), тали – В.И. Разуваев, вертлюг – А.И. Лазарев и В.А. Казанцев.

Многие конструктивные решения, реализованные на буровых «Уралмаш-15000», нашли в дальнейшем свое воплощение и на серийных установках. Технология проходки скважины была разработана специалистами ВНИИБТ. На СГ-3 использовалось турбинное бурение: через колонну под давлением подавался буровой раствор, вращающий многоступенчатую турбину с буровой головкой диаметром 214 мм. Головка имела кольцевую форму, поэтому в середине оставался неразбуренный столбик породы – керн диаметром 60 мм. Через все секции турбины проходила труба – керноприемник, где собирались столбики добытой породы – одна из главных целей экспедиции.

Чем дальше уходила в глубину Кольская скважина, тем сложнее шло бурение. Ранее считалось, что даже на глубине 15 км температура не будет превышать 150^oС. Но уже на 8 км было 169^oС, а 12 км встретили 230-градусным жаром. ВНИИБТ пришлось разрабатывать новые технологии, новые термостойкие высокопрочные и в то же время легкие, трубы, изобретать новые приборы.

На больших глубинах возникли сложности с доставкой керна на поверхность. Порода, выбуренная с большой глубины и освобожденная от горного давления, разрушалась под действием мощных внутренних сил, порожденных сжатием многокилометровой толщи пород. Выход керна оказался невелик: с глубин более 5 км – только 30%, а когда прошли 9 км, удавалось извлекать лишь отдельные бляшки толщиной 2-3 см из наиболее прочных пород.

В 1983 г., когда скважина достигла глубины 12 км, Международному геологическому конгрессу в Москве представили образцы керна с СГ-3. Туда же доставили обычную буровую головку со стертыми твердосплавными зубьями. Никто не ожидал, что она вызовет ажиотаж, но, как оказалось, многие ученые полагали увидеть чудо техники, нечто вроде гиперболоида инженера Гарина. У некоторых даже возникло сомнение – не выдумка ли все эти достижения? Ученым пошли навстречу, им показали буровую в действии, при них поднимали колонну из скважины, отсоединяя от нее 33-метровые секции. Пересчитав их, ученые убедились: действительно достигнута глубина 12000 м. Причем, именно тем инструментом, который им показали на конгрессе – рядом с буровой лежала целая куча точно таких же истертых буровых головок. Но самый большой эффект произвело заявление советских ученых о том, что образцы пород, извлеченные из скважины, оказались почти полностью идентичными тем, что были доставлены космическими кораблями с Луны.

– Видимо, Луна когда-то оторвалась от Земли, осталось только определить конкретное место, откуда она оторвалась, – пошутил кто-то.

Фотографии и статьи о СГ-3 обошли тогда газеты и журналы почти всех стран мира. О ней были выпущены книги и даже почтовая марка, организовано спецгашение конвертов. Не счесть было и лауреатов разных премий и кавалеров государственных наград. Правда, этот дождь наград почему-то не пролился на конструкторов, работавших над проектом «Уралмаш-15000» (за исключением одного, который к моменту награждения работал в райкоме КПСС).