Покорители земных недр
Шрифт:
Чем же новым дополнила «Вега-2» наши знания о Венере, выполнив бурение на поверхности этой планеты?
В самом деле, предшественницы станций «Вега» — автоматические межпланетные станции «Венера-13 и -14» уже провели основательную рекогносцировку «Утренней звезды». Они сообщили на Землю первые геологические данные о нашей небесной соседке. На базе этих данных учеными были сделаны выводы об условиях формирования там геологических структур, о процессах эрозии и т. д. Но для более полного понимания эволюции планеты и ее сопоставления с геологической жизнью Земли нужны более тонкие и точные исследования. А это возможно выполнить только с помощью более точных приборов.
Такие задачи и были поручены
Итак, штурм космоса и… бурение вне Земли продолжаются. Интересно,—
Над чем думают ученые и инженеры
Все нововведения и экспериментальные разработки, известные в буровом деле, невозможно не только рассмотреть, но и просто перечислить. Сейчас те или иные усовершенствования уже не в состоянии охватить весь процесс бурения в целом; они затрагивают, как правило, отдельные составляющие этого процесса.
Одна серия разработок относится к поискам принципиально новых методов разрушения горных пород, другая — к усовершенствованию бурового инструмента, третья — к внедрению электронно-вычислительной техники, четвертая — к созданию контрольно-измерительной аппаратуры и т. д. и т. п. Каждый ряд исследований необозрим сейчас и бесконечен в будущем. Поэтому говорить, что бурение через 50 — 100 лет будет таким-то и только таким — очень трудно. Ясно одно: бурение будет и разнообразнее, и производительнее, и совершеннее, чем сейчас.
И все же давайте отметим хотя бы некоторые современные разработки и изобретения в буровом деле. Например, новые способы разрушения пород. Как и чем — кроме долбления и истирания — их можно разрушить? И можно ли отказаться от традиционных долот и кольцевых коронок?
Да, можно, причем не только теоретически, но и практически. В частности, сейчас уже применяется взрывной метод. Он заключается в том, что скважина бомбардируется капсулами-зарядами (заключенными в пластмассовую оболочку), которые подаются на забой потоком промывочной жидкости. Метод пока еще слишком дорог и экономически не оправдывает себя, но скорость бурения при таком способе в несколько раз выше, чем при вращательном.
Известен также метод, основанный на кавитации — образовании пустот в движущейся жидкости. Если опустить на забой скважины полые стеклянные шарики и раздавить их там, то в буровом растворе возникнет огромное давление, энергия которого многократно превысит даже энергию капсул-зарядов.
Проводятся эксперименты и частично применяются такие методы, как гидромониторный (с использованием напора жидкости, подаваемой под сверхвысоким давлением) и электрофизический (основанный на воздействии разряда высокого потенциала на предварительно ионизированный слой). Разрабатываются также термические методы: огнеструйный, электродуговой, атомный, плазменный, электроннолучевой и многие другие.
В США запатентован проект бурового снаряда с миниатюрным атомным реактором, диаметр которого не превышает 400 мм. Снаряд рассчитан на плавление пород при температуре 1250–1500 °C. Стенки скважин после такого плавления покрываются пленкой, подобной застывшему стеклу, и ствол не требует дополнительного крепления металлическими трубами.
К термическим способам относится и лазерное бурение. «Гиперболоид», считавшийся еще в начале нашего века не более чем фантастикой, сейчас уже существует. Правда, мощности лазеров пока что не хватает для расплавления всей массы пород в скважине. Лучом прожигается лишь кольцевая канавка по окружности забоя, а оставшийся столбик породы разрушается механическим способом. Но лазерные породоразрушающие инструменты (наконечники)
О преимуществах термических способов бурения говорить не надо: наконечник у них не имеет непосредственного контакта с горными породами, и потому его износоустойчивость практически неограниченна. Твердость разрушаемых пород также не играет существенной роли для такого инструмента. Правда, есть у термических способов и существенный недостаток: в таких скважинах невозможно получить информацию о разрезе горных пород (ни керн, ни шлам в естественном виде из них не извлекаются, а стенки целиком оплавлены). Поэтому термические способы могут использоваться для бурения только эксплуатационных, в частности нефтедобывающих, скважин.
Интересны проекты, относящиеся к усовершенствованию способов доставки бурового инструмента на забой скважины, т. е. к максимальному упрощению наиболее трудоемких операций — спуско-подъемных. Специалисты СССР и Франции вместе разработали методику шланго-кабельного бурения. Вместо стальных бурильных труб, которые при подъеме приходится развинчивать на секции — свечи и составлять их внутри вышки, применен бронированный шланг. В процессе бурения под давлением промывочной жидкости шланг приобретает жесткость, достаточную для передачи нагрузки на буровой снаряд, а при подъеме становится настолько гибким и эластичным, что его можно наматывать на барабан.
Успеху работ способствовал созданный в СССР усовершенствованный турбобур, конструкция же прочного гибкого шланга разработана французскими специалистами. Конечно, такому устройству до широкого внедрения в практику еще далеко, но оно перспективно, а значит, за ним и будущее. Надо сказать, что уже сейчас на Каспийском море в объединении «Каспморнефть» действует буровое судно, оснащенное установкой для такого шланго-кабельного бурения.
В последние годы глубокие и сверхглубокие скважины наряду с основной своей ролью поставщика первичной геологической информации (керна горных пород) становятся теми «информационными окнами» (по определению академика Г. Н. Флёрова), через которые с помощью различных скважинных приборов можно «увидеть» строение и свойства земной коры. Ствол скважины — это своеобразная лаборатория, где проводится множество очень тонких и сложных исследований и измерений. Трудность работы в таких лабораториях заключается в том, что измерительные приборы должны иметь ограниченные размеры и очень высокую термо-, вибро- и баростойкость; кроме того, они должны обеспечивать передачу информации о пересекаемых скважиной геологических разрезах с глубин в несколько километров. Поэтому такие приборы нередко называют «спутниками вниз», запускаемыми (опускаемыми) в «геокосмос» — в земные недра. Особенно сложные задачи стоят перед такими «спутниками» при поисках, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений, когда нужно исследовать свойства горных пород через экраны — металлические обсадные трубы и цементные оболочки, крепящие стенки скважин. Новые прогрессивные методы скважинных исследований — этого союза физики и геологии — должны поднять научную и практическую ценность буровых скважин на еще более высокий уровень.
Обширной и вполне самостоятельной отраслью в буровом деле является телевизионное обслуживание стволов скважин и всего производственного процесса. Мы уже говорили, что основные операции при бурении проводятся вслепую: по косвенным признакам, на слух, на ощупь, по показаниям приборов. Испокон веков бурильщики мечтали иметь всепроницающий глаз, который можно было бы опустить в ствол на любую глубину, заглянуть туда, воочию убедиться в правильности своих догадок и предположений. На первых порах в этих целях использовалась скважинная фотосъемка. Однако она не может удовлетворить всем требованиям: не дает кругового обзора, ориентирование снимков часто случайное, и, что главное, — обработка материалов занимает слишком много времени, в результате такая информация сильно отстает от бурения.