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HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA, TECNOLOGÍA, OBJETOS ALREDEDOR DE NOSOTROS
Perforación de pozos superprofundos. Historia de la invención y la producción.
Directorio / La historia de la tecnología, la tecnología, los objetos que nos rodean. La tierra como objeto de investigación geológica está disponible para la observación directa solo desde la superficie. Su composición y estructura sólo pueden juzgarse por datos indirectos. Es por eso que los geólogos se esfuerzan por penetrar lo más profundo posible en la Tierra con la ayuda de la perforación. La tecnología moderna permite perforar pozos en los continentes a una profundidad de 10-15 kilómetros. Las perforaciones se realizan con mayor frecuencia para la exploración de depósitos minerales, para la extracción de agua, petróleo y gas de las entrañas, así como para estudios de ingeniería y otros fines aplicados. Además, desde la década de 1970, la perforación se ha utilizado cada vez más como método para resolver los problemas científicos fundamentales de la geología moderna. Por cierto, los propios resultados de la perforación científica resultaron inesperados en muchos aspectos y obligaron a revisar los conceptos teóricos que antes parecían obvios e inquebrantables. El comienzo de la perforación científica sistemática se remonta a la década de 1960. En 1968, se lanzó un barco de perforación especial en los Estados Unidos y se inició un programa internacional de perforación en aguas profundas en los océanos. Durante más de treinta años de historia, se han perforado cientos de pozos en los océanos, que atravesaron los sedimentos sueltos del fondo oceánico y se adentraron en los basaltos subyacentes. El más profundo de los pozos fue perforado en el Océano Pacífico al sur de la costa de Costa Rica. Su profundidad alcanzó los 2105 metros bajo el fondo del océano. La perforación oceánica abrió una nueva página en geología, ya que antes prácticamente no había datos precisos sobre la estructura del fondo del océano.
Ahora sobre la perforación en tierra. Los pozos de perforación científica en los continentes generalmente se clasifican como profundos (3-7 kilómetros) o ultraprofundos (más de 7 kilómetros). En este sentido, solo pueden compararse con los pozos que se perforan para la búsqueda, exploración y explotación de campos profundos de petróleo y gas en los Estados Unidos. El pozo más profundo de ellos, Berta Rogers (9583 metros), se perforó en 1973-1974 en solo 502 días. Esta alta tasa de penetración se debe a dos factores. El primero son las capacidades de la tecnología estadounidense. La segunda, la perforación se llevó a cabo sin muestreo de núcleo, es decir, sin sacar muestras de roca a la superficie. El muestreo de núcleos requiere mucho tiempo adicional, pero es absolutamente necesario para la perforación científica. Por esta razón, los pozos de prospección y exploración profundos y ultraprofundos tienen un valor bastante limitado como fuentes de información científica. El primer programa de perforación continental ultra profunda sistemática con fines científicos se desarrolló e implementó en la URSS. Las bases de este programa se formularon ya en 1960-1962. En mayo de 1970, en el norte de la región de Murmansk, a diez kilómetros de la ciudad de Zapolyarny, comenzó la perforación del pozo superprofundo de Kola. Su profundidad de diseño se fijó en quince kilómetros, pero no fue posible alcanzarla, en 1991 se detuvo la perforación a una profundidad de 12261 metros. Sin embargo, el pozo de Kola sigue siendo el más profundo del mundo.
Los éxitos de la Unión Soviética no podían sino estimular a otros países. Aceleramos el desarrollo de programas de perforación científica continental en Alemania, Francia, Estados Unidos, Canadá, Japón y Reino Unido. Uno de los mejores resultados lo lograron los alemanes que perforaron el pozo ultraprofundo KTB-Oberpfalz en Baviera (1990-1994), que alcanzó una profundidad de 9101 metros. "Existen diferentes métodos de perforación", escriben V. S. Popov y A. A. Kremenetsky en el Soros Educational Journal. "Si la profundidad de los pozos es pequeña (cientos de metros), entonces el motor ubicado en la superficie hace girar una tubería de perforación de acero que hace girar un taladro una broca reforzada con aleaciones duras o diamantes se une al extremo inferior de la tubería. Al girar, la broca corta una columna cilíndrica de roca, que llena gradualmente una tubería interna especial (núcleo). , que son un sistema de varios conos giratorios, reforzados Si las paredes del pozo son inestables, se baja una tubería de revestimiento de acero. Durante el proceso de perforación, la bomba bombea constantemente una solución de arcilla especial al pozo, que es necesaria para estabilizar las paredes , enfriar la herramienta, remover pequeñas partículas de roca (lodos) y para otros fines, la sarta de tubería de perforación se eleva a la superficie con la ayuda de un cabrestante instalado en la plataforma de perforación, el núcleo se descarga, si es necesario, la broca desgastada se reemplaza por una nueva y el taladro se baja nuevamente al fondo. La perforación va acompañada de mediciones de las propiedades físicas de las rocas a lo largo del pozo. Para hacer esto, los instrumentos se bajan al pozo en un cable especial, que registran la temperatura, la conductividad eléctrica, la susceptibilidad magnética, la radiactividad y otras propiedades de las rocas. Este proceso se denomina registro de pozos. La experiencia de perforación en los EE. UU. y otros países ha demostrado lo siguiente. Debido a la potencia de los motores y la presión de las bombas que inyectan el lodo de perforación, así como al aumento de la capacidad de carga de los cabrestantes y la resistencia de las tuberías de perforación de acero, se pueden perforar pozos de hasta 9-10 kilómetros de profundidad. Por aquí. La perforación de pozos más profundos requiere otras soluciones de ingeniería no convencionales. Y tales soluciones se propusieron e implementaron en el curso de la implementación de programas de perforación científica ultra profunda. Resultó que en los casos en que el pozo de fondo se encuentra a una profundidad de muchos kilómetros, es recomendable utilizar motores de fondo de pozo instalados no en la superficie, sino en la parte inferior de la sarta de perforación, que en sí misma no gira. Los motores de fondo de pozo son turbinas en miniatura o mecanismos de tornillo que son accionados por fluido de perforación inyectado bajo presión en el pozo. Para reducir el peso de la sarta de tubería de perforación, que alcanza una longitud de varios kilómetros, están hechos de aleaciones especiales livianas, pero suficientemente fuertes y resistentes al calor. Las aleaciones de aluminio utilizadas en la perforación del pozo Kola eran 2,4 veces más ligeras que el acero. Cuando se alcanza una gran profundidad, existe una diferencia significativa entre la presión hidrostática de la columna de fluido de perforación y la presión litostática (roca) debido al peso de las rocas. Esto puede conducir a la destrucción de las paredes del pozo y esto, a su vez, provoca serias complicaciones durante la perforación. Para lograr un equilibrio de la presión de la roca, se aumenta la densidad del fluido de perforación al agregarle rellenos especiales. "Uno de los desafíos técnicos más difíciles", escriben Popov y Kremenetsky, "es garantizar el funcionamiento confiable de los equipos de perforación a altas temperaturas que existen en pozos ultraprofundos. Esto se aplica a las piezas metálicas, sus conexiones, lubricantes, fluidos de perforación y equipo de medición Aunque en el fondo, es decir, en el punto más bajo del pozo Salton Sea en los EE. UU. A una profundidad de 3220 metros, se registró una temperatura de 355 grados centígrados, y en otro pozo perforado a 1440 metros en uno de las estructuras volcánicas jóvenes en el oeste de los Estados Unidos, la temperatura medida alcanzó los 465 grados, los medios técnicos modernos no permiten perforar pozos ultraprofundos a temperaturas tan altas durante mucho tiempo, ya que la estabilidad térmica del equipo de perforación existente no supera los 200- 300 grados.Los mayores problemas surgen con los equipos de medición, especialmente con la electrónica, que ya fallan a 150 grados.Fluidos de perforación acuosos conservar las propiedades tecnológicas hasta 230-250 grados. A una temperatura más alta, es necesario cambiar a una solución a base de aceite y usar mezclas más complejas. La alta temperatura del interior de la tierra sigue siendo uno de los principales factores que limitan la profundidad de la perforación científica. Serias dificultades técnicas están asociadas con la curvatura espontánea de los pozos profundos durante la perforación debido a la destrucción desigual de las rocas en el fondo del pozo, las faltas de homogeneidad geológica de la sección y otras razones. Por ejemplo, el fondo del pozo de Kola a una profundidad de unos 12 kilómetros se desvió de la vertical en 840 metros. Existen técnicas para mantener el pozo en posición vertical. Entonces, gracias al exitoso diseño de un dispositivo especial, el pozo KTB-Oberpfalz en Alemania siguió siendo el pozo más vertical del mundo hasta una profundidad de 7500 metros. Sin embargo, a mayor profundidad, este accesorio falló debido a la alta temperatura y presión, y el pozo siguió su propio camino; como resultado, a una profundidad de 9101 metros, se desvió de la vertical en 300 metros. La perforación ultra profunda requirió la creación de equipos de medición especiales que controlan las condiciones a lo largo del pozo y en el fondo. La tecnología de registro convencional con sensores que se introducen en el pozo en un cable resistente al calor resultó ser de poca utilidad. Como resultado de búsquedas a largo plazo, fue posible desarrollar equipos de telemetría y otros electrónicos montados en una sarta de perforación, así como instrumentos de medición autónomos que descienden y son transportados por el flujo del fluido de perforación. Ahora, las señales de los sensores se pueden transmitir hidráulicamente en lugar de por cables creando pulsos de presión en el fluido de perforación. Cabe señalar que los pozos profundos y ultraprofundos tienen un diseño telescópico. La perforación comienza con el diámetro más grande y luego pasa a los más pequeños. Entonces, en el pozo de Kola, el diámetro de 92 centímetros en la parte superior disminuyó a 21,5 centímetros. Y en el pozo KTB-Oberpfalz, de 71 centímetros a 16,5 centímetros. La velocidad mecánica de perforación de pozos ultraprofundos es de 1 a 3 metros por hora. Para un viaje entre viajes de ida y vuelta, puede profundizar entre 6 y 10 metros. La velocidad promedio de elevación de la sarta de tubería de perforación es de 0,3 a 0,5 metros por segundo. En general, la perforación de un solo pozo ultraprofundo lleva años y es muy costosa. Por ejemplo, perforar un pozo ultraprofundo en Alemania costó 583 millones de marcos alemanes. El costo de la perforación ultraprofunda en nuestro país no fue menor. Al perforar pozos profundos, por supuesto, no está exento de accidentes. La mayoría de las veces son causados por la barra muerta de la sarta de perforación. La resolución de problemas lleva mucho tiempo. A veces no te dejan seguir trabajando y tienes que empezar a perforar un nuevo eje. Uno puede entender cuán costosa, tanto literal como figurativamente, una columna central de varios kilómetros con un diámetro de 5 a 20 centímetros, que es uno de los principales, pero no el único resultado de la perforación científica. El núcleo se documenta cuidadosamente y se almacena en salas especiales. Luego es estudiado en detalle por grandes equipos de especialistas. Entonces, el material obtenido durante la perforación de un pozo súper profundo alemán fue estudiado por unos 400 científicos. ¡Más tarde publicaron 2000 artículos científicos basados en ellos! Cuando se completa la perforación real, el trabajo en el pozo ultraprofundo no se detiene. El pozo se convierte en un laboratorio permanente. Los especialistas continúan monitoreando el cambio en el régimen del interior de la tierra a lo largo del pozo y en el espacio cercano al pozo, y realizan varios experimentos. Dichos laboratorios se crearon sobre la base de los pozos Kola y Vorotilovskaya en Rusia y el pozo KTB-Oberpfalz en Alemania. Autor: Musskiy S.A.
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