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STORIA DELLA TECNOLOGIA, DELLA TECNOLOGIA, DEGLI OGGETTI INTORNO A NOI
Perforazione di pozzi superprofondi. Storia dell'invenzione e della produzione
Elenco / La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano La terra come oggetto di ricerca geologica è disponibile per l'osservazione diretta solo dalla superficie. La sua composizione e struttura possono essere giudicate solo da dati indiretti. Ecco perché i geologi si sforzano di penetrare il più possibile in profondità nella Terra con l'aiuto della perforazione. La moderna tecnologia consente di perforare pozzi nei continenti fino a 10-15 chilometri di profondità. I pozzi sono spesso realizzati per l'esplorazione di giacimenti minerari, per l'estrazione di acqua, petrolio e gas dalle viscere, nonché per indagini ingegneristiche e altri scopi applicati. Inoltre, dagli anni '1970, la perforazione è stata sempre più utilizzata come metodo per risolvere i problemi scientifici fondamentali della geologia moderna. A proposito, i risultati stessi della perforazione scientifica si sono rivelati inaspettati per molti aspetti e ci hanno costretto a riconsiderare concetti teorici che in precedenza erano sembrati ovvi e incrollabili. L'inizio della perforazione scientifica sistematica risale agli anni '1960. Nel 1968 fu varata una nave di perforazione speciale negli Stati Uniti e iniziò l'attuazione di un programma internazionale di perforazione in acque profonde negli oceani. Per più di trent'anni di storia, negli oceani sono stati perforati centinaia di pozzi, che hanno attraversato i sedimenti sciolti dei fondali oceanici e sono andati in profondità nei basalti sottostanti. Il più profondo dei pozzi è stato perforato nell'Oceano Pacifico a sud della costa del Costa Rica. La sua profondità ha raggiunto i 2105 metri sotto il fondo dell'oceano. La perforazione oceanica ha aperto una nuova pagina in geologia, poiché prima non c'erano praticamente dati accurati sulla struttura del fondo oceanico.
Ora sulla perforazione a terra. I pozzi di perforazione scientifica nei continenti sono generalmente classificati come profondi (3-7 chilometri) o ultra-profondi (più di 7 chilometri). A questo proposito, possono essere paragonati ad essi solo i pozzi perforati per la ricerca, l'esplorazione e lo sfruttamento di giacimenti di petrolio e gas in profondità negli Stati Uniti. Il pozzo più profondo di loro - Bertha Rogers (9583 metri) è stato perforato nel 1973-1974 in soli 502 giorni. Questo alto tasso di penetrazione è dovuto a due fattori. Il primo sono le capacità della tecnologia americana. Il secondo: la perforazione è stata eseguita senza carotaggio, cioè senza sollevare campioni di roccia in superficie. Il carotaggio richiede molto tempo aggiuntivo, ma è assolutamente necessario per la perforazione scientifica. Per questo motivo, i pozzi di prospezione ed esplorazione profondi e ultra-profondi hanno un valore piuttosto limitato come fonti di informazione scientifica. Il primo programma di perforazione continentale sistematica ultra-profonda per scopi scientifici è stato sviluppato e implementato in URSS. Le basi di questo programma furono formulate già nel 1960-1962. Nel maggio 1970, nel nord della regione di Murmansk, a dieci chilometri dalla città di Zapolyarny, iniziò la perforazione del pozzo superprofondo di Kola. La sua profondità di progetto è stata determinata in quindici chilometri, ma non è stato possibile raggiungerla: nel 1991 la perforazione è stata interrotta a una profondità di 12261 metri. Tuttavia, il pozzo di Kola è ancora il più profondo del mondo.
I successi dell'Unione Sovietica non potevano che stimolare altri paesi. Abbiamo accelerato lo sviluppo di programmi per la perforazione scientifica continentale in Germania, Francia, Stati Uniti, Canada, Giappone e Regno Unito. Uno dei migliori risultati è stato ottenuto dai tedeschi che hanno perforato il pozzo ultra profondo KTB-Oberpfalz in Baviera (1990-1994), che ha raggiunto una profondità di 9101 metri. "Esistono diversi metodi di perforazione", scrivono V.S. Popov e A.A. Kremenetsky sul Soros Educational Journal. "Se la profondità dei pozzi è piccola (centinaia di metri), il motore situato sulla superficie fa ruotare una corda di acciaio con una punta da trapano rinforzato con leghe dure o diamanti è fissato all'estremità inferiore del tubo.Ruotando, la punta ritaglia una colonna cilindrica di roccia, che riempie gradualmente uno speciale tubo interno (anima).Quando si perfora senza carotaggio, vengono spesso utilizzate teste di perforazione, che sono un sistema di più coni rotanti, rinforzati Se le pareti del pozzo sono instabili, viene calato un tubo di rivestimento in acciaio. Durante il processo di perforazione, la pompa pompa costantemente nel pozzo una speciale soluzione di argilla, necessaria per stabilizzare le pareti, raffreddare l'utensile, rimuovere piccole particelle di roccia (fango) e per altri scopi, il tubo di perforazione viene sollevato in superficie con l'aiuto di un argano installato sulla perforatrice, il carotaggio viene scaricato, se necessario, la punta usurata viene sostituita con una nuova e il trapano viene nuovamente abbassato fino al fondo. La perforazione è accompagnata da misurazioni delle proprietà fisiche delle rocce lungo il pozzo. Per fare ciò, gli strumenti vengono calati nel pozzo su un cavo speciale, che registra la temperatura, la conduttività elettrica, la suscettibilità magnetica, la radioattività e altre proprietà delle rocce. Questo processo è chiamato registrazione del pozzo. L'esperienza di perforazione negli Stati Uniti e in altri paesi ha dimostrato quanto segue. Grazie alla potenza dei motori e alla pressione delle pompe che iniettano il fluido di perforazione, nonché all'aumento della capacità di carico degli argani e alla resistenza delle aste di perforazione in acciaio, è possibile perforare pozzi fino a 9-10 chilometri di profondità Da questa parte. La perforazione di pozzi più profondi richiede altre soluzioni ingegneristiche non convenzionali. E tali soluzioni sono state proposte e implementate nel corso dell'attuazione di programmi di perforazione scientifica ultra-profondi. Si è scoperto che nei casi in cui il foro inferiore si trova a una profondità di molti chilometri, è consigliabile utilizzare motori a fondo pozzo installati non sulla superficie, ma nella parte inferiore della batteria di perforazione, che di per sé non ruota. I motori downhole sono turbine in miniatura o meccanismi a vite azionati dal fluido di perforazione che viene iniettato sotto pressione nel pozzo. Per ridurre il peso della serie di tubi di perforazione, che raggiungono una lunghezza di diversi chilometri, sono realizzati con leghe speciali leggere, ma sufficientemente forti e resistenti al calore. Le leghe di alluminio utilizzate nella perforazione del pozzo di Kola erano 2,4 volte più leggere dell'acciaio. Quando si raggiunge una grande profondità, c'è una differenza significativa tra la pressione idrostatica della colonna di fango di perforazione e la pressione litostatica (roccia) dovuta al peso delle rocce. Ciò può portare alla distruzione delle pareti del pozzo e questo, a sua volta, causa gravi complicazioni durante la perforazione. Per ottenere l'equilibrio della pressione della roccia, la densità del fluido di perforazione viene aumentata aggiungendo speciali riempitivi. "Una delle sfide tecniche più difficili", scrivono Popov e Kremenetsky, "è garantire il funzionamento affidabile delle apparecchiature di perforazione ad alte temperature che esistono nei pozzi ultra-profondi. Questo vale per le parti metalliche, i loro collegamenti, i lubrificanti, il fluido di perforazione e apparecchiature di misurazione Sebbene sul fondo, cioè nel punto più basso del pozzo Salton Sea negli Stati Uniti a una profondità di 3220 metri, sia stata registrata una temperatura di 355 gradi Celsius e in un altro pozzo perforato a 1440 metri in uno dei le giovani strutture vulcaniche negli Stati Uniti occidentali, la temperatura misurata ha raggiunto i 465 gradi, i moderni mezzi tecnici non consentono di perforare pozzi ultra profondi a temperature così elevate per molto tempo, poiché la stabilità termica delle apparecchiature di perforazione esistenti non supera i 200- 300 gradi.I problemi maggiori sorgono con le apparecchiature di misura, in particolare con l'elettronica, che si guastano già a 150 gradi. conservare le proprietà tecnologiche fino a 230-250 gradi. A una temperatura più alta, è necessario passare a una soluzione a base di olio e utilizzare miscele più complesse. L'elevata temperatura dell'interno della terra rimane uno dei principali fattori che limitano la profondità delle perforazioni scientifiche. Gravi difficoltà tecniche sono associate alla curvatura spontanea di pozzi profondi durante la perforazione a causa della distruzione irregolare delle rocce nel fondo pozzo, disomogeneità geologiche della sezione e altri motivi. Ad esempio, il pozzo di fondo del pozzo Kola a una profondità di circa 12 chilometri deviava dalla verticale di 840 metri. Esistono tecniche per mantenere il pozzo in posizione verticale. Quindi, grazie alla progettazione di successo di un dispositivo speciale, il pozzo KTB-Oberpfalz in Germania è rimasto il pozzo più verticale del mondo fino a una profondità di 7500 metri. Tuttavia, più in profondità questo dispositivo si è guastato a causa della temperatura e della pressione elevate e il pozzo è andato per la sua strada; di conseguenza, a una profondità di 9101 metri, deviava dalla verticale di 300 metri. La perforazione ultra profonda ha richiesto la creazione di speciali apparecchiature di misurazione che controllano le condizioni lungo il pozzo e sul fondo. La tecnologia di registrazione convenzionale con sensori calati nel pozzo su un cavo resistente al calore si è rivelata di scarsa utilità. A seguito di ricerche a lungo termine, è stato possibile sviluppare la telemetria e altre apparecchiature elettroniche montate su una stringa di perforazione, nonché strumenti di misura autonomi che scendono e vengono trasportati dal flusso di fango di perforazione. Ora, i segnali dei sensori possono essere trasmessi idraulicamente anziché tramite cavi creando impulsi di pressione nel fluido di perforazione. Va notato che i pozzi profondi e ultra profondi hanno un design telescopico. La perforazione inizia con il diametro più grande, per poi passare a quelli più piccoli. Quindi, nel pozzo Kola, il diametro da 92 centimetri nella parte superiore è sceso a 21,5 centimetri. E nel pozzo KTB-Oberpfalz - da 71 centimetri a 16,5 centimetri. La velocità meccanica della perforazione di pozzi ultra profondi è di 1-3 metri all'ora. Per un viaggio tra andata e ritorno, puoi andare in profondità di 6-10 metri. La velocità media di sollevamento della serie di tubi di perforazione è di 0,3-0,5 metri al secondo. In generale, la perforazione di un singolo pozzo ultra profondo richiede anni ed è molto costosa. Ad esempio, la perforazione di un pozzo ultra profondo in Germania è costata 583 milioni di DM. Il costo delle perforazioni ultra profonde nel nostro paese non è stato inferiore. Quando si perforano pozzi profondi, ovviamente, non è senza incidenti. Molto spesso sono causati dal bastone morto della batteria di perforazione. La risoluzione dei problemi richiede molto tempo. A volte non ti permettono di continuare a lavorare e devi iniziare a perforare un nuovo pozzo. Si può capire quanto sia costosa sia in senso letterale che figurato una colonna centrale di molti chilometri con un diametro da 5 a 20 centimetri, che è uno dei principali, ma non l'unico risultato della perforazione scientifica. Il nucleo è accuratamente documentato e conservato in stanze speciali. Quindi viene studiato in dettaglio da grandi squadre di specialisti. Quindi, il materiale ottenuto durante la perforazione di un pozzo super profondo tedesco è stato studiato da circa 400 scienziati. Successivamente hanno pubblicato 2000 articoli scientifici basati su di essi! Quando la perforazione vera e propria è completata, il lavoro sul pozzo ultra profondo non si interrompe. Il pozzo si trasforma in un laboratorio permanente. Gli specialisti continuano a monitorare il cambiamento nel regime dell'interno della terra lungo il pozzo e nello spazio vicino al pozzo e conducono vari esperimenti. Tali laboratori sono stati creati sulla base dei pozzi Kola e Vorotilovskaya in Russia e del pozzo KTB-Oberpfalz in Germania. Autore: Musskiy SA
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