A Szovjetunióban, majd Oroszországban a szupermély kutak fúrásának programja a világon először a Föld litoszférájának átfogó tanulmányozására kidolgozott projekt , amely széles körű gyakorlati alkalmazást kapott az ásványok kitermelésében és a geológiai kutatásokban. folyamatokat.
Az 1950-es évek végén jóváhagyott program [1] irányozta elő a Szovjetunió egész területén 2-3 km mélységű parametrikus kutak hálózatának kiépítését . A Soros Educational Journal szerint a besorolásban 3-7 km tervezési mélységű kutakat mélynek, 7 km-nél nagyobb mélységűnek nevezik [2] . Ugyanakkor a Szovjetunióban az SG indexet (szupermély) több olyan kúthoz is hozzárendelték, amelyek nem érték el a tervezési mélységet (azonban mindegyik legalább 5 km mélységet ért el); a nevekből ítélve más országokban is voltak hasonló esetek.
1960-1962-ben megfogalmazták a világ első átfogó tudományos és műszaki programját "A Föld bélrendszerének tanulmányozása és a szupermély fúrások" [1] . Geológiai szervezetek és tudományos intézetek dolgozták ki, és 1970 májusában kezdték el végezni, amikor a Murmanszk régióban, Zapolyarny városától 10 km-re, a Kola szupermély kút fúrását 15 km-es tervezési mélységgel. kezdődött. 1991-ben 12 261 m mélységben leállították a fúrását , azonban a mai napig (2020-tól) ez a legmélyebb a világon. Aztán 1977-ben megkezdődött a Saatli kút fúrása Azerbajdzsánban 11 km-es tervezési mélységgel (ténylegesen 8324 m fúrt) [2] .
A "Föld bélrendszerének tanulmányozása és a szupermély fúrások" program koordinálására 1986- ban Jaroszlavlban megalakult az Állami Kutatási és Termelő Vállalat (GNPP) " Nedra ". Vezetésével 10 db 4-9 km mélységű kutatókút fúrását végezték el és folytatták. Ezzel egy időben az USA-ban ultramély kutakat fúrtak ( Bertha Rogers ), Németországban pedig valamivel később, 1990-1994-ben Bajorországban a KTB-Oberpfalz kutat 9101 m mélységgel [2] . Az ultramély kutak fúrásának költsége viszonylag magas: például a német kormány 583 millió márkát költött a KTB-Oberpfalzra [ 2 ] és az amerikai Bert Rogers fejlesztőcégre (amely kőolaj keresésére fúrta, és nem azért tudományos célokra) - 15 millió dollár [3] .
Az Orosz Föderációban az ultramély kutak tanulmányozása és fúrása a Geofizikai Referenciaprofilok Állami Hálózatának részévé vált, amelyet 1994 óta hoztak létre [4] .
Hagyományos, több száz méter mély kutak fúrásakor a tetején elhelyezett motor acélcsősort forgat, ennek alsó végére keményötvözetekkel vagy gyémántokkal megerősített fúrószárat rögzítenek. A forgás során egy hengeres kőzetoszlopot vágnak ki - magot , amelyet időszakonként eltávolítanak a belső (mag) csőből, a teljes fúrócsősort a felszínre emelve egy fúróberendezésre szerelt csörlő segítségével (ehhez elég magasnak kell lennie). Szükség esetén a húr felemelésekor a fúrószárat kicserélik [2] .
Ha a fúrást magmintavétel nélkül végzik, a kőzet belsejében több forgó keményfém kúpból álló rendszer zúzza össze, és a kútba pumpált speciális agyagoldattal együtt hordja fel a falak stabilizálására, a szerszám hűtésére stb. Instabil falú kutak minden szakaszon acél csőcsövekkel vannak megerősítve. A fúrás során folyamatosan mérik a képződmények fizikai tulajdonságait: hőmérséklet, elektromos vezetőképesség, mágneses szuszceptibilitás, radioaktivitás. Ezt a folyamatot naplózásnak nevezik .
Az ultramély fúráshoz nem szokványos mérnöki megoldásokat alkalmaznak. Például a fúrómotorok miniturbinák vagy csavaros mechanizmusok, amelyeket a fúrósor aljára szerelnek fel, és a kútba nyomás alatt fúrt fúrófolyadék hajtja. Maga a kútszál nem forog. Az oszlop gyártásához, súlyának csökkentése érdekében, speciális könnyű, de erős és hőálló ötvözeteket használnak - alumíniumot (Kola kút) vagy titánt. Kétszer vagy többször is könnyebbek lehetnek, mint az acél [2] .
Ezek közül az első a fúrófolyadék-oszlop hidrosztatikus nyomása és a kőzet litosztatikus (kőzet)nyomása közötti különbség . Ennek kiegyensúlyozása érdekében a speciális töltőanyagoknak köszönhetően a fúrófolyadék sűrűsége körülbelül 2 g/cm³-re nő [2] .
Mivel a képződési hőmérséklet nagy mélységben meghaladja a 100-200 fokot, az ilyen kutak munkáihoz speciális berendezések szükségesek: fém alkatrészek és csatlakozások, kenőanyagok, fúrófolyadék, speciális mérőberendezések (a hagyományos elektronika már 150 °C-on meghibásodik). A 230-250°C feletti hőmérsékletű vizes fúrófolyadékok elveszítik technológiai tulajdonságaikat, ezért olajalapú oldatokra kell cserélni [2] .
Nagy műszaki nehézségeket okoz a fúrólyuk spontán görbülete a szelvény geológiai inhomogenitása és egyéb okok miatt. Így a Kola-kút mintegy 12 km mélységben lévő feneke 840 m-rel tért el a függőlegestől A KTB-Oberpfalz fúrásakor a német szakemberek a kút függőleges helyzetben tartása érdekében speciális technikák alkalmazásának köszönhetően sikerült 7500 m mélységig függőlegesen tartani, de ebben a mélységben a berendezés a magas hőmérséklet és nyomás miatt már elérte, ezért maximálisan 9101 m mélységben 300 m volt az alsó lyuk eltérése a függőlegestől [2] .
Az ultramély kutak fúrásának becsült sebessége 1-3 méter óránként. A kioldási műveletek egy ciklusa alatt 6-10 m-rel mélyülnek, A fúrócső szál emelési sebessége átlagosan 0,3-0,5 m/s. Az idő legalább 10%-át a kútban végzett mérések töltik, ami valójában a kutatás célja. A Föld vastagságából kinyert 5-20 cm átmérőjű magokat gondosan dokumentálják és speciális helyiségekben tárolják. Ezt követően nagy tudományos csoportok vesznek részt a tanulmányukban. Így a KTB-Oberpfalz fúrása során nyert anyag mintegy 400 tudós kétezer tudományos cikkének alapjául szolgált [2] .
A magas hőmérséklet és a rendellenes nyomások többnyire megnehezítik a részletes vizsgálatokat, mivel a műszerek egyszerűen meghibásodnak, vagy elvesznek az arcukba.
A felmerülő szövődmények két csoportra oszthatók.
1) A szelvény geológiai és geofizikai adottságaiból (magas hőmérsékletek és nyomások, nagy áteresztőképességű gáz-vizet hordozó képződmények jelenléte, a kőzetek igénybevett állapota és fizikai tulajdonságaik anizotrópiája) adódó komplikációk, amelyek megnehezítik használjon bizonyos fúrófolyadékokat, fúrómotorokat, geofizikai műszereket.
2) Folyamatok és jelenségek nagy mélységben végzett fúrási műveletek során: a fúrófolyadék nyomásának többirányú hatásai a kutak falára a kioldási műveletek és a keringés helyreállítása során, az oldat és a kút falai közötti interakció idejének növekedése és az idő növekedése kipiruláshoz.
Ezek és más tényezők kombinációja növeli a kútépítés idejét és a differenciáltapadás veszélyét, mivel fúrólyuk körülmények között nagyon nehéz szabályozni a kútképző rendszer nyomásesését és az agyaglepény vastagságát.
Az ultramély kutak fúrása előtt megjósolt geológiai szelvény mindenesetre nem igazolódott be teljes mértékben, egyes esetekben az előrejelzés és a valóság közötti eltérések radikálisak voltak. A tudósok úgy vélik, hogy a jelenlegi ismeretek a kontinentális kéreg mélyszerkezetéről hozzávetőlegesek maradnak, ami ismét megerősíti a mély tudományos kutak létrehozásának szükségességét [2] .
Így a Krivoy Rog kút fúrásakor azt feltételezték, hogy a vastartalmú kvarcitok , amelyek körülbelül 120 km hosszú csík formájában kerülnek a felszínre, 6-8 km mélységig süllyednek, majd meghajlítva ismét a felszínre kerülnek. a felszínre, és ki lehet számítani, hogy pontosan hol, hogy a vasérc fejlesztése az ehhez elérhető mélységekben folytatódjon. Valójában a vasércmedence mélyén nem egy ívelt redőt találtak, hanem egy sor párhuzamos ferde réteget, amelyek több mint 10 km-es mélységig terjednek [2] .
Az ultramély fúrások eredményei segítettek új adatokhoz jutni a litoszféra szerkezetére vonatkozó geofizikai adatok értelmezéséhez, valamint a Föld mélyhidroszféra kialakulásának általános feltételeinek újragondolásához és a korábban fennmaradt jelenségek magyarázatához. megmagyarázhatatlan: a túlnyomásos mély zónák megjelenése, amelyek nem felelnek meg a fedő kőzetek súlyának, az agyagos rétegek tömörödéssel szembeni ellenállása a nagy mélységbe süllyedés során, amikor a hagyományos szűk víztartókból porózus olaj- és gáztározókká alakulnak. Ez utóbbi tényező segített megérteni a mély olajlelőhelyek kialakulásának mechanizmusát: először a Saatlinskaya kútnál azt találták, hogy a felszín alatti víz behatolhat a kezdetben száraz kristályos kőzetekbe a fedőrétegekből (leszálló szűrési mechanizmus), majd a Tyumenskaya -nál. nos, 6424 m-től az alsó lyuk mélységéig nagyon porózus és mikrorepedt bazaltrétegek kerültek felszínre , amelyek korukban és összetételükben hasonlóak a Kelet-Szibéria felszínén feltárt kőzetekhez. A kémiailag és fizikailag megkötött víz és más illékony vegyületek 60-100°C hőmérsékleten hidraulikus repedések képződésével és a kőzetek részleges feloldódásával szabad állapotba kerülnek. A fedő üledékrétegek tömörülése során felszabaduló víz kölcsönhatásba került az alatta lévő száraz bazaltokkal, így azok végül áteresztő mély tározókká alakultak, amelyek kedvezőek a gázkondenzátum és gázlerakódások felhalmozódására [2] .
Kiderült az is, hogy az ércek nagyon nagy mélységben is előfordulhatnak - például a Kola-kútnál körülbelül 10 km mélységben rendellenesen magas arany- és ezüsttartalmat találtak, ami azt mutatta, hogy a geokémiai vándorlási folyamatok kialakulása érctelepek nemcsak a Föld felszíne közelében fordulnak elő. Ezt mutatták a világ legnagyobb aranylelőhelye, Muruntau közelében , a Kyzylkum sivatagban végzett geológiai feltárás, majd mélyfúrások eredményei is : ott 1100 m mélységig nyomon követték az ipari arany ásványosodását, a mélyhorizontokban lévő aranykészleteket pedig 3-ra becsülhetjük. ezer tonna, bár még nem ismerhető fel hasznosítható [2] .
A Vorotilovskaya mélykút fúrása nemcsak a Pucsezs-Katunszkij kráter képződésének tisztázása érdekében történt , amely egy 200 millió évvel ezelőtti meteorithullás következtében alakult ki, hanem azért is, hogy tisztázzák az Ural mobil alagsorával kapcsolatos információkat. öv [2] .
A mély- és ultramély kutakban végzett termofizikai mérések segítettek megérteni a hőmérséklet-eloszlást és a mélységi hőáram nagyságát, ami jelentősen meghaladta a felszínközeli zóna adatainak extrapolálásával kapott becsléseket. Például a Kola-kút fenékhőmérséklete csaknem megduplázta a számítottat: 120 helyett 212 fokot, ami az ott nagy mélységben talált radioaktív kőzetek hatásával függ össze [2] .
| Hát név | A kód | Elhelyezkedés | Komplikációk [5] | Több éves fúrás |
Mélység, méter |
Mélység (terv) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Aralsor szupermély | SG-1 | Kaszpi alföld | Bár a 6000-6806 m-es intervallumban lévő nyitott lyukat egy 127 mm-es köpenyzsinórral sikeresen rögzítettük, a fúrás felső részének további burkolására készülve a beépített zsinórt eltolással megzavartuk, majd a fúrást leállítottuk. | 1962-1971 | 6806 | |
| Biikzhalskaya ultra-mély | SG-2 | Kaszpi alföld | 1962-1971 | 6700 | ||
| Kola Superdeep | SG-3 | Murmanszk régió , Zapolyarny ( Balti Pajzs ) városától 10 km-re nyugatra . | Fúrólyuk görbülete, megnövekedett mag törhetőség (önelakadás), kavitáció | 1970-1990 | 12262 | 15000 |
| Ural szupermély [6] [7] | SG-4 | Szverdlovszki régió , Verkhnyaya Turától 5 km-re nyugatra | Törzsgörbület, esztrichek, földcsuszamlások | 1985-2004 | 6015 | 15000 |
| Timan-Pechora szupermély | SG-5 | Komi Köztársaság , Vuktilszkij kerület | Törzs görbülete | 1984-1993 | 6904 | 7000 |
| Tyumen szupermély [8] | SG-6 | Nyugat-Szibéria, Korotcsaevo falu ( Novy Urengoytól 70 km-re keletre ) | A törzs torzulása, esztrichek, összeesések, kavitáció, a fúrószerszám beragadása | 1987-1996 | 7502 | 8000 |
| Krivoy Rog ultramély | SG-8 | Ukrajna, Krivoy Rog ( ukrán pajzs ) városa közelében | 1984-1994 | 5432 | 12000 | |
| Dnyeper-Donyec szupermély | SG-9 | Kelet-Ukrajna | 1983-n/a | 5691 | 8000 | |
| Muruntau szupermély kút | SG-10 | Üzbegisztán, Muruntau falu közelében | 1984-n/a | 3000 | 7000 | |
| Saatly szupermély [9] | SG-1 | Azerbajdzsán, 10 km-re Saatly városától ( Kura depresszió ) | 1977-1982 | 8324 | 15000 | |
| Sevcsenkovszkaja-1 [10] | Kárpátok régió (Nyugat-Ukrajna) | 1982-n/a | 7520 | |||
| Novo-Elkhovskaya szupermély [11] | Tatarstan | 1988-n/a | 5881 | 7000 | ||
| Vorotilovskaya mély kút [12] | Nyizsnyij Novgorod terület , a Pucsezs-Katunszkij kráter központja | 1989-1992 | 5374 |
Az Orosz Föderáció geológiai és altalajhasználati bizottságának 1994. 11. 18-i 195. számú rendelete a fő ásványi tartományok területén a Geofizikai Referenciaprofilok, Paraméteres és Szupermélykutak Állami Hálózata létrehozásának kiindulópontja. Oroszország általános geológiai és speciális célú munkáinak alapjaként. Elfogadása óta újraindul a tudományos és gyakorlati kutatás mind a kontinensen, mind a Barents-, a Kara-, a Kelet-Szibéria- és az Ohotszki-tenger vizein, a Jeges-tenger mélyén. A létrehozott állami referenciaprofil-hálózatot kiterjesztett (több mint ezer kilométeres) mély profilok összekapcsolt kereteként valósítják meg, mély és ultramély kutak alapján, és lefedik Oroszország teljes területét szárazföldön és vizeken (beleértve a szárazföldieket is). ) [4] .
Az ultramély kutak kutatásának folytatásának szükségességét a modern orosz gazdaság, mint olaj- és gáztermelő ország igényei is megszabják. Mindeddig a lerakódások kialakulása viszonylag sekély mélységekre korlátozódott. Az új távlatok kialakításához pedig számos technikai és technológiai probléma feltárására és megoldására van szükség, különös tekintettel arra, hogy megtanuljuk, hogyan lehet megelőzni a komplikációkat a mélyben fekvő horizontok megnyitásakor, megjósolni a kútfúrást és megtanulni a vészhelyzetek megelőzését [5] .
| Hát név | A kód | Elhelyezkedés | Több éves fúrás |
Hát hossza, méter | Megjegyzések |
|---|---|---|---|---|---|
| En-Yakhinskaya szupermély kút [13] | SG-7 | Nyugat-Szibéria, Novy Urengoytól 150 km-re északra . A gáz- és olajtartalékok tanulmányozására fúrták. Munkavégzés közben a törzs meggörbült, roncsolódott, összeesett, megtapadt. [5] A munka befejezése után a kutat leszerelték és rekultiválták. | 2000-2006 | 8250 | terv 6900 |
| Odoptu | VAGY-11 | Az Odoptu mezőt az Exxon Neftegas fejleszti . A vízszintes tengely hosszának rekordja 11 475 méter . A kút mindössze két hónap alatt épült meg, hossza 2011 januárjában elérte a 12 345 métert [3] . | 2010-2011 | 12 345 | A vertikális mélypontra jutás világrekordja |
| Chayvo | Z-44 | A Rosneft Orlan fúróplatformja a Szahalin talapzaton . Rendkívül összetett kategóriájú kút: a DDI index (Directional drilling index) 8,0 pont, a függőlegestől való eltérés (ERD - kiterjesztett nyúlványú fúrás) 14 129 m [14] . A függőleges mélységet nehéz megbecsülni, de nem több 1 km-nél. | 2017 | 15000 | Új világrekord a függőlegesből való visszahúzódásban |
| Yangiyugan parametrikus kút | 45808 | Yangiyugan település , Poláris Urál , Jamal-nyenyec autonóm körzet [15] | 2009-2011 (1 szakasz) | 2500 | terv 4000 |
| Chumpalovskaya 1 | Prokhladnensky kerület a Kabard-Balkár Köztársaságban . A fúráshoz speciális fúrófolyadékot fejlesztettek ki, amely ellenáll a magas hőmérsékletnek és nyomásnak, és lehetővé teszi, hogy áthaladjon a sólerakódásokon, a gipszeten, és ellenálljon minden lehetséges szennyeződés behatolásának. A technológiának nincs analógja a világon. A kút a Kaukázus orosz területén lesz a legmélyebb [16] . | 2018-2020 | 4850
(1. szakasz) |
terv 6250 | |
| Kolvin mély parametrikus | Nyenec Autonóm Kerület, Narjan-Mar városa közelében [17] . Lehetővé tette az olajtermelés mélyfúrásának alacsony kilátásait, mivel több mint 6 km-es mélységben termikusan összeomlik [1] . | 7057 | |||
| Novoyakimovskaya parametrikus kút N 1 | A Novoyakimov kiemelkedés déli lejtője, Krasznojarszk Terület, Transbaikalia [18] . | 2019- jelen | 1600
(1. szakasz) |
terv 5000 |
Szintén 2016-ra befejeződött a Tyrnyauz (4001 m), a Severo-Molokovskaya (3313 m), a Voronezh (3000 m) és az Onega (3500 m) parametrikus kutak fúrása [4] .
Az Oroszországban felállított új világrekordok ellenére a kút hosszát illetően a mélységi rekord továbbra is a Kola szupermélyen maradt.
A nyugati országokban kutatások folynak az ultramély fúrások hatékonyságának javítására. Új fúrófolyadékokat fejlesztenek ki nanotechnológiával (PYRODRILL, CARBO-DRILL, MAGMA-TEQ stb.), stabil könnyűsúlyú fúrócsöveket gyártanak titánötvözetek felhasználásával, és új PDC biteket gyártanak. Az innovatív fúrási módszerek között a kőzetek plazma általi érintésmentes megsemmisítését tartják számon. Az Egyesült Államokban 2003-ban erre a célra elfogadták a „DeepTrek” nemzeti programot, amelynek egyik eszköze az űrtechnológiák alkalmazása az ultramély fúrások során [5] .