Когда я был на конференции в Геологическом институте Кольского Научного Центра РАН, моё внимание привлекли витрины, на которых были выставлены образцы керна, извлечённого из глубин Кольской сверхглубокой скважины. Меня всегда впечатляли амбициозные научные проекты, будь то отправка человека в космос, или глубинное бурение. Здесь я попробую рассказать об одном из самых масштабных научных проектов СССР - бурении Кольской сверхглубокой скважины.
Кто руководил проектом сверхглубокого бурения?
Руководство масштабным проектом министерство геологии СССР доверило действующему академику СССР, Давиду Мироновичу Губерману (09.06.1929-14.10.2011). В 1957 году окончил горно-нефтяной факультет Московского нефтяного института им. И. М. Губкина. В 1949—1964 годах работал буровым мастером, начальником геологоразведочных экспедиций Мингео СССР и Минтоппрома РСФСР. С 1964 года научный сотрудник Всесоюзного научно-исследовательского института буровой техники в Москве. В 1968 году назначен начальником Кольской геологоразведочной экспедиции сверхглубокого бурения и занимал этот пост до конца жизни (материал из википедии).
Почему был выбран Кольский полуостров?
Скважина была заложена именно на Кольском полуострове не случайно. Во-первых требовалось уточнение глубинного строения Балтийского щита, во-вторых, "щит" сам по себе является благоприятным местом для глубинного бурения. Обычно, коренные породы фундамента перекрыты мощной осадочной толщей (5-10 и более километров). Таким образом, чтобы уменьшить необходимую глубину бурения, был выбран участок где можно сразу начать бурить коренные породы.
Общая хронология буровых работ:
- 1970 год — начались первые буровые работы;
- 1974 год — после достижения глубины 7 263 м серийную установку «Уралмаш-4Э» для добычи нефти и газа заменили на специализированное оборудование;
- 1979 год — скважина достигла глубины 9 583 м и побила мировой рекорд, который принадлежал скважине Берта Роджерс в штате Оклахома, США;
- 1984 год — бурение остановили на глубине 12 066 м из-за обвала — пришлось начать заново с 7000 м;
- 1990 год — была достигнута максимальная глубина — 12 262 метра;
- 1992 год — бурение было окончательно остановлено после новых аварий, а в середине 1990-х скважину закрыли.
Каким методом бурилась скважина?
При проходке Кольской сверхглубокой скважины использовалось турбинное бурение — метод, по которому внутри скважины под давлением поступающей жидкости вращается только буровая коронка. Через колонну под давлением подавался буровой раствор, вращающий стоящую внизу многоступенчатую турбину.
Первую часть пробурили серийной установкой «Уралмаш-4Э», её обычно использовали для бурения нефтяных скважин. Модификация установки позволила достичь глубины 7 километров 263 метра, на это ушло четыре полных года. Затем установку сменили на «Уралмаш-15000», названную так в честь запланированной глубины скважины — 15 километров. Новая буровая была разработана специально для Кольской сверхглубокой: бурение на таких больших глубинах требовало серьёзной доработки техники и используемых в её изготовлении материалов.
Ежедневно на само бурение на большой глубине уходило всего около четырёх часов — остальное время тратилось на подъём труб на поверхность для выемки керна. За это время бур успевал проходить от семи до десяти метров породы.
Главные научные результаты бурения Кольской сверхглубокой скважины
- Изучено глубинное строение земной коры и пересмотрена интерпретация данных глубинных сейсмических исследований;
- Установлены закономерные изменения с глубиной состава и свойств пород;
- Впервые в едином разрезе выявлена вертикальная зональность метаморфических пород;
- Экспериментально выяснен геотермический режим древней земной коры. Установлен более высокий, чем предполагалось, геотермический градиент;
- На глубинах 9–12 км встретились высокопористые трещиноватые породы, насыщенные подземными сильно минерализованными водами. Эти воды — один из источников рудообразования;
- Обнаружены более 17 видов микроорганизмов, что позволило отодвинуть официальную дату зарождения жизни на земле ещё на 1,5 млрд лет;
- На глубине 1600–1900 м выявлен горизонт промышленных медно-никелевых руд, изучение которых позволило открыть в этом районе два новых месторождения: Верхнее и Тундровое.
- Чем обогатила науку Кольская сверхглубокая и может ли она принести практическую пользу нашей стране?
- В научном мире справедливо считают, что на 12 тысяч пробуренных нами метров приходится 12 тысяч научных открытий, по одному на каждый метр. Впервые об этом написал в своей публикации министр геологии СССР, доктор технических наук Евгений Козловский. Приведу хотя бы два примера. Прежде геологи полагали, что рудные месторождения распространяются не глубже 3-5 километров. Мы обнаружили их признаки на всем протяжении скважины. Анализируя полученную информацию, пришли к выводу, что вся земная кора, толщина которой более 40 километров, насыщена полезными ископаемыми. Значит, человечеству не грозит сырьевой голод. Ведь наша страна уже 45 лет обладает технологией добычи этих ископаемых через стволы буровых скважин, то есть можно обходиться без рудников и карьеров, не уродуя окружающую среду. В нашем хранилище на стеллажах в специальных ящиках, в своего рода каменной библиотеке, уложено 4,5 километра керна. На глубине 9450 – 10500 метров обнаружено целое поле металлов, есть золото, серебро, палладий, никель, уран и многие другие. Помните «Гиперболоид инженера Гарина» Алексея Толстого? Не такая уж, оказывается, фантастика. И важно еще, что в процессе исследований выявляются поисковые признаки, по которым легче находить металлы на поверхности и малых глубинах. Я надеюсь, что доживу до тех дней, когда на Кольской земле начнется золотой бум, чему мы очень способствуем. Наши образцы из скважины показали, что местами на тонну породы приходится до 6,7 грамма золота. А промышленное значение имеют месторождения с содержанием всего 5 граммов на тонну. И вот второй пример. Преодолев 12 с лишним километров, мы подтвердили предположение, что с глубиной увеличивается температура. На максимально достигнутом уровне она значительно превышает 200 градусов. Тепловая энергия, которая заключена в недрах, имеет колоссальные запасы. Если предположить, что человечество когда-нибудь станет употреблять только этот вид энергии, отказавшись от сжигания угля, нефти и расщепления ядра атома, то за 40 миллионов лет сможет израсходовать лишь одну сотую часть этого тепла. Вот возможный путь решения энергетических и экологических проблем.
Из беседы журналистов с Д.М. Губерманом, https://b-port.com/guests/376?ysclid=maw496949d351700354
Мифы вокруг Кольской сверхглубокой скважины
Разумеется, такой масштабный и таинственный проект как бурение сверхглубокой скважины просто не мог не обрасти мифами и легендами.
Согласно наиболее популярной версии городской легенды, в 1989 году на шахте произошло чрезвычайное происшествие. Достигнув глубины около 14 километров, бурильщики обнаружили огромную полость. На этой глубине температура превышала тысячу градусов по Цельсию, поэтому решено было опустить в скважину уникальный термоустойчивый микрофон. Из-за очень высокой температуры он проработал всего несколько секунд, но за это время успел записать ужасающие звуки — стоны и вопли проклятых душ, низвергнутых в ад. После этого большинство рабочих бежали, а руководитель работ категорически отказался продолжать бурение. В итоге скважину было решено законсервировать, а запись засекретить.
Разумеется, никаких врат ада Кольская сверхглубокая не вскрывала, однако после нескольких серьёзных аварий, скважину действительно было решено законсервировать. Впоследствии, посёлок был заброшен и сейчас керн, хранящийся в Ги КНЦ РАН - единственное что осталось после этого масштабного проекта. Кольская сверхглубокая, вне всякого сомнения, огромное достижение советской науки и техники, позволившая в полном объёме раскрыть человеческие возможности в освоении недр Земли.