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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
슈퍼딥 우물 시추. 발명과 생산의 역사
지질학 연구의 대상인 지구는 표면에서만 직접 관찰이 가능하다. 그것의 구성과 구조는 간접적인 자료로만 판단할 수 있다. 그렇기 때문에 지질 학자들은 시추를 통해 가능한 한 지구 깊숙이 침투하려고 노력합니다. 현대 기술을 통해 대륙에서 10-15km 깊이의 우물을 시추할 수 있습니다. 시추공은 광물 매장지 탐사, 창자에서 물, 기름 및 가스 추출, 엔지니어링 조사 및 기타 응용 목적을 위해 가장 자주 만들어집니다. 또한 1970년대 이후 현대 지질학의 근본적인 과학적 문제를 해결하는 방법으로 드릴링이 점점 더 많이 사용되었습니다. 그건 그렇고, 과학적 시추의 결과는 여러면에서 예상치 못한 것으로 판명되었고 이전에는 분명하고 흔들리지 않는 것처럼 보였던 이론적 개념을 재고하도록 강요했습니다. 체계적인 과학 시추의 시작은 1960년대로 거슬러 올라간다. 1968년 미국에서 특수 시추선이 진수되었고 바다에서 국제 심해 시추 프로그램이 시작되었습니다. 2105년이 넘는 역사 동안 세계 해양에는 해저의 느슨한 퇴적물을 가로질러 밑에 있는 현무암 깊숙이 파고든 수백 개의 우물이 뚫렸습니다. 가장 깊은 우물은 코스타리카 해안 남쪽 태평양에 뚫었습니다. 그 깊이는 해저 아래 XNUMXm에 달했습니다. 해양 시추는 지질학의 새로운 장을 열었습니다. 이전에는 해저 구조에 대한 정확한 데이터가 거의 없었기 때문입니다.
이제 육지 드릴링에 대해. 대륙의 과학적 시추 우물은 일반적으로 심심(3-7km) 또는 초심(7km 이상)으로 분류됩니다. 이와 관련하여 그들은 미국의 심해 유전 및 가스전을 검색, 탐사 및 개발하기 위해 뚫은 우물과만 비교할 수 있습니다. 그들 중 가장 깊은 우물인 Berta Rogers(9583m)는 1973-1974년에 단 502일 만에 시추되었습니다. 이러한 높은 침투율은 두 가지 요인에 기인합니다. 첫 번째는 미국 기술의 능력입니다. 두 번째 드릴링은 코어 샘플링 없이, 즉 암석 샘플을 표면으로 들어 올리지 않고 수행되었습니다. 코어 샘플링은 많은 추가 시간이 필요하지만 과학적 시추에는 절대적으로 필요합니다. 이러한 이유로 깊고 매우 깊은 탐사 및 탐사 우물은 과학적 정보의 출처로서 다소 제한적인 가치가 있습니다. 과학적 목적을 위한 체계적인 초심층 대륙 시추의 첫 번째 프로그램은 소련에서 개발 및 구현되었습니다. 이 프로그램의 기초는 일찍이 1960-1962년에 공식화되었습니다. 1970년 1991월, 무르만스크 지역 북쪽, Zapolyarny 시에서 12261km 떨어진 곳에서 콜라 초심도 시추 작업이 시작되었습니다. 설계 깊이는 XNUMXkm로 결정되었지만 도달할 수 없었고 XNUMX년 XNUMXm 깊이에서 시추가 중단되었습니다. 그럼에도 불구하고 콜라 우물은 여전히 세계에서 가장 깊습니다.
소련의 성공은 다른 나라들에게 박차를 가할 수밖에 없었습니다. 우리는 독일, 프랑스, 미국, 캐나다, 일본, 영국에서 과학적 대륙 시추를 위한 프로그램 개발을 가속화했습니다. 최고의 결과 중 하나는 1990m 깊이에 도달한 바이에른(1994-9101)의 매우 깊은 우물 KTB-Oberpfalz를 시추한 독일인에 의해 달성되었습니다. V.S. Popov와 A.A. Kremenetsky는 Soros Educational Journal에 "다른 드릴링 방법이 있습니다. 우물의 깊이가 작으면(수백 미터) 표면에 위치한 엔진이 단단한 합금으로 강화된 드릴 비트를 회전시킵니다. 또는 다이아몬드가 파이프의 하단에 부착됩니다. 회전하는 비트는 원통형 암석 기둥을 절단하여 점차적으로 특수 내부(코어) 파이프를 채웁니다. 코어링 없이 드릴링할 때 드릴 헤드가 자주 사용됩니다. 강화 된 여러 개의 회전 원뿔 우물의 벽이 불안정하면 강철 케이싱 파이프가 내려갑니다. 드릴링 중에 펌프는 벽을 안정시키고 도구를 식히고 제거하는 데 필요한 특수 점토 용액을 우물에 지속적으로 펌핑합니다. 암석의 작은 입자(슬러지) 및 기타 목적을 위해 드릴 파이프 스트링이 윈치의 도움으로 표면으로 들어 올려집니다. 드릴링 장비에 설치되면 코어가 언로드되고 필요한 경우 마모 된 비트가 새 것으로 교체되고 드릴 스트링이 다시 바닥으로 내려갑니다. 시추 작업에는 유정을 따라 암석의 물리적 특성을 측정하는 작업이 수반됩니다. 이를 위해 온도, 전기 전도도, 자화율, 방사능 및 암석의 기타 특성을 기록하는 특수 케이블의 우물로 도구를 내려 놓습니다. 이 프로세스를 웰 로깅이라고 합니다. 미국 및 기타 국가에서의 시추 경험은 다음과 같습니다. 엔진의 힘과 드릴링 진흙을 주입하는 펌프의 압력, 윈치의 운반 능력 증가 및 강철 드릴 파이프의 강도로 인해 최대 9-10km 깊이의 우물을 뚫을 수 있습니다. 이 방법. 더 깊은 우물을 시추하려면 기존에 없던 다른 엔지니어링 솔루션이 필요합니다. 그리고 이러한 솔루션은 초심도 과학 시추 프로그램을 구현하는 과정에서 제안되고 구현되었습니다. 바닥 구멍이 수 킬로미터 깊이에있는 경우 표면이 아니라 자체 회전하지 않는 드릴 스트링의 하단에 설치된 다운 홀 모터를 사용하는 것이 좋습니다. 다운홀 모터는 압력을 받아 유정에 주입되는 시추 유체에 의해 구동되는 소형 터빈 또는 나사 메커니즘입니다. 길이가 수 킬로미터에 달하는 드릴 파이프 스트링의 무게를 줄이기 위해 특수 경량이지만 충분히 강하고 내열성 합금으로 만들어졌습니다. 콜라 유정을 시추하는 데 사용된 알루미늄 합금은 강철보다 2,4배 가볍습니다. 큰 깊이에 도달하면 암석의 무게로 인해 시추 유체 기둥의 정수압과 암석(암석) 압력 사이에 상당한 차이가 있습니다. 이것은 우물 벽의 파괴로 이어질 수 있으며 이는 시추 중에 심각한 합병증을 유발합니다. 암석 압력의 평형을 이루기 위해 특수 필러를 추가하여 시추 유체의 밀도를 높입니다. Popov와 Kremenetsky는 "가장 어려운 기술 과제 중 하나는 매우 깊은 우물에 존재하는 고온에서 드릴링 장비의 안정적인 작동을 보장하는 것입니다. 이는 금속 부품, 연결부, 윤활유, 시추 유체 및 미국 Salton Sea 유정의 바닥, 즉 가장 낮은 지점인 수심 3220m에도 불구하고 섭씨 355도의 온도가 기록되었고, 또 다른 유정에서는 1440m까지 뚫린 미국 서부의 젊은 화산 구조물에서 측정된 온도는 465도에 이르렀고 현대 기술 수단은 기존 시추 장비의 열 안정성이 200- 300도.가장 큰 문제는 측정 장비, 특히 이미 150도에서 작동하지 않는 전자 장치에서 발생합니다.수성 굴착 유체 기술 속성을 230-250도까지 유지합니다. 더 높은 온도에서는 유성 솔루션으로 전환하고 더 복잡한 혼합물을 사용해야 합니다. 지구 내부의 고온은 과학적 시추 깊이를 제한하는 주요 요인 중 하나입니다. 심각한 기술적 어려움은 바닥 구멍에서 암석의 고르지 않은 파괴, 섹션의 지질 이질성 및 기타 이유로 인해 시추 중 깊은 우물의 자발적인 곡률과 관련이 있습니다. 예를 들어, 약 12km 깊이에 있는 콜라 우물의 바닥 구멍은 수직에서 840m 벗어났습니다. 우물을 수직으로 유지하는 기술이 있습니다. 따라서 특수 장치의 성공적인 설계 덕분에 독일의 KTB-Oberpfalz 유정은 최대 7500m 깊이까지 세계에서 가장 수직적인 유정을 유지했습니다. 그러나 더 깊은 곳에서는 높은 온도와 압력으로 인해 이 고정 장치가 고장났고 우물은 나름대로 진행되었습니다. 그 결과 9101m 깊이에서 수직에서 300m 벗어났습니다. 매우 깊은 시추 작업에는 유정과 바닥의 상태를 제어하는 특수 측정 장비가 필요했습니다. 내열 케이블을 통해 센서를 우물 안으로 낮추는 기존의 로깅 기술은 거의 사용되지 않는 것으로 나타났습니다. 오랜 탐색의 결과, 굴착 스트링에 장착된 원격 측정 및 기타 전자 장비와 굴착 유체의 흐름에 의해 아래로 이동하고 위로 올라가는 자동 측정 기기를 개발할 수 있었습니다. 이제 센서 신호는 와이어가 아닌 드릴링 유체에 압력 펄스를 생성하여 유압 수단으로 전송할 수 있습니다. 깊은 우물과 매우 깊은 우물은 망원경으로 설계되었습니다. 드릴링은 가장 큰 직경으로 시작한 다음 더 작은 직경으로 이동합니다. 그래서 콜라 우물에서는 윗부분의 직경이 92센티미터에서 21,5센티미터로 줄었습니다. 그리고 우물 KTB-Oberpfalz에서 - 71cm에서 16,5cm까지. 매우 깊은 우물을 시추하는 기계적 속도는 시간당 1-3m입니다. 왕복 여행 사이에 한 번 여행하면 6-10m 깊이까지 갈 수 있습니다. 드릴 파이프 스트링을 들어 올리는 평균 속도는 초당 0,3-0,5m입니다. 일반적으로 하나의 매우 깊은 유정을 시추하는 데는 수년이 걸리고 매우 비쌉니다. 예를 들어, 독일에서 매우 깊은 우물을 시추하는 데 드는 비용은 583억 XNUMX만 마르크입니다. 우리나라의 초심 시추 비용은 그다지 적지 않았습니다. 물론 깊은 우물을 파는데 사고가 없는 것은 아니다. 대부분 드릴 스트링의 데드 스틱으로 인해 발생합니다. 문제 해결에는 시간이 오래 걸립니다. 때때로 그들은 당신이 작업을 계속하는 것을 허용하지 않으며 당신은 새로운 샤프트를 뚫기 시작해야 합니다. 문자 그대로 그리고 비 유적으로 직경 5 ~ 20cm의 수 킬로미터 코어 기둥이 얼마나 비싼 지 이해할 수 있습니다. 이는 과학적 시추의 유일한 결과는 아니지만 주요 결과입니다. 코어는 신중하게 문서화되어 특별한 방에 보관됩니다. 그런 다음 대규모 전문가 팀에서 자세히 연구합니다. 그래서 약 400명의 과학자들이 독일의 초저유정 시추 중에 얻은 재료를 연구했습니다. 그들은 나중에 그것들을 기반으로 2000개의 과학 논문을 출판했습니다! 실제 시추가 완료되면 초심도 유정 작업은 멈추지 않는다. 우물은 영구 실험실로 바뀝니다. 전문가들은 유정을 따라 그리고 유정 근처 공간에서 지구 내부 체제의 변화를 계속 모니터링하고 다양한 실험을 수행합니다. 이러한 실험실은 러시아의 Kola 및 Vorotilovskaya 우물과 독일의 KTB-Oberpfalz 우물을 기반으로 만들어졌습니다. 저자: Musskiy S.A.
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