Если коротко, то рекорд Кольской сверхглубокой, начавшей прокладываться в 1970, в 1990 году достигшей глубины 12262 метра и с тех пор остающейся самым протяжённым по вертикали сооружением, не побит, ввиду того что за последние полвека в области технологий бурения не совершено революционных открытий. Причём, именно история эксперимента показала, что 12 километров – предел. На существенно большее в обозримом будущем рассчитывать не стоит.
И это к вопросу длительности бурения скважины – 20 лет. Просто, нужно представлять с какими затруднениями бурение связано, и почему сложности по мере увеличения глубины возрастают не линейно, а экспоненциально.
Проходится же порода, – а нужно отметить, что в данной области Россия традиционно, с царских ещё времён, впереди планеты всей, – с помощью турбобура с головкой из сверхтвёрдых материалов. Головки, в зависимости от прочности породы, хватает на дни или на часы, – конкретно в случае Кольской, на четыре часа хватало. Приводится же бур во вращение напором подаваемой с поверхности бурильной смеси, одновременно выполняющей и много других функций. Раствор смазывает и охлаждает бур. Вниз он закачивается по трубе, на которой крепится турбобур, – «колонне», – наружу же выходит в зазор между колонной и стенками скважины… Стенки ещё могут укрепляться обсадной трубой, но не суть. Важно, что перемолотый материал выносится из скважины током раствора.
Тут уже появляется повод напрячься. Отколотая буром песчинка должна проследовать с током жидкости на 12 километров вверх. Очевидно, в таких масштабах надругательство над законом Архимеда даётся непросто. Затем, из описания становится ясно, что колонна в буквальном смысле «висит». Она закреплена только сверху, и на что-либо на всём протяжении не опирается. В случае сверхглубоких скважин колонны делаются из лёгких сплавов, – стальные рвались бы под собственным весом. Но, помимо собственного веса, на колонну передаётся вибрация с бура, вес бура, а также динамические нагрузки при работе буровой установки.
Работа же доставляет особо. По условию задачи бур имеет больший диаметр, чем колонна. Да и просто ни к чему, кроме колонны, не крепится. Соответственно, когда коронка срабатывается, за колонну, разбирая её (внутри видимой на снимках буровой вышки) звено за звеном, турбобур поднимается на поверхность. После смены коронки, операции проводятся в обратном порядке. Легко понять, что с увеличением глубины скважины операции требуют всё больших затрат времени. Вероятность же обрыва колонны растёт прогрессивно. Прочность цепи определяется прочностью самого слабого её звена, секции чем далее вниз должны становиться всё легче, количество их переваливает за тысячу… Если же колонна оборвётся, получится очень неприятно. Сама по себе она, в принципе, разрушима. Но там же где-то внизу ещё и старый бур и коронка – а это очень прочная штука. Скважину приходится с некоторого уровня заново бурить под наклоном, чтобы препятствие обойти.
Стоит отметить, что конкретно при бурении Кольской скважины работы продвигались ещё медленнее, так как турбобур приспосабливался для взятия керна. Бурение проводилось так чтобы узкий стержень из породы оставался внутри бура. Затем, вместе с буром, – за 4 часа удавалось пройти и получить керн длиной 6 метров, – проба породы извлекалась на поверхность. И спешить с этим было нельзя, чтобы керн при падении давления не взорвался от распирающих поры газов.
...Обрыв колонны в 1990 году при достижении глубины 12262 метра был не первым. Первый случился в 1984 году на рубеже 12066 метров. Для того чтобы превзойти этот результат, заново начав бурение с глубины 7 километров, потребовалось 6 лет. Затем, – в 90-х с финансированием возникли проблемы, но оно не прекратилось, попытки продолжались ещё 4 года. Хотя уже ясно было, что превышение глубины в 12 километров, успех, скорее, случайный. Где-то на этом уровне колонны рвались.
С тех пор ничего не изменилось. Теоретически, исходя из прочности материалов, вертикальная колонна может иметь длину 15 000 метров. Но это – теоретически. На практике всегда найдётся слабое звено, или неровность, за которую зацепится бур при подъёме.
...И что касается «взрыва» керна. Главным открытием, совершённым в результате бурения, стало изменение свойств пород на глубине примерно 7 километров. До этого уровня гранит, – а пройти до базальта, как планировалось, буровикам не удалось, – упрочняется. Где-то на рубеже 5 километров в микротрещин и полостей в нём уже нет. Но ниже, чем дальше тем в большей мере, порода становится пористой, – а затем даже, скорее, слоистой. Поры заполнены находящейся под огромным давлением перегретой до 212 градусов водой, насыщенной органикой, солями и газами.
В лаве содержатся летучие вещества, образующие поток газов из жерл вулканов, и окончательно покидающие камень при застывании на поверхности. Но застывание вещества мантии происходит и на нижней границе коры, – с аналогичными, в принципе, последствиями. Как минимум, часть летучих веществ при этом выделяется, образуя пузырьки жидкости в породе. И по закону Архимеда, – в глубинах камень очень текуч, – эти пузырьки всплывают. Разумеется, с характерной для геологических процессов скоростью. Скапливаются они там, где давление падает настолько, что текучесть пород становится недостаточной.
В прошлом, пока кора оставалась тонкой и горячей, всё было проще. Но сейчас мантийные воды, – в виде чёрного от примесей «бульона» – выходят только в океанических впадинах.
И нужно подчеркнуть, что это совершенно безжизненные воды. Литосферные бактерии при бурении скважины обнаруживались только до глубины трёх километров. Гранит, всё-таки. В осадочные породы они проникают глубже.