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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Perfuração de poços superprofundos. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor A terra como objeto de pesquisa geológica está disponível para observação direta apenas da superfície. Sua composição e estrutura podem ser julgadas apenas por dados indiretos. É por isso que os geólogos se esforçam para penetrar o mais fundo possível na Terra com a ajuda de perfuração. A tecnologia moderna permite perfurar poços nos continentes de até 10 a 15 quilômetros de profundidade. Os furos são mais frequentemente feitos para a exploração de jazidas minerais, para a extração de água, petróleo e gás das entranhas, bem como para levantamentos de engenharia e outros fins aplicados. Além disso, desde a década de 1970, a perfuração tem sido cada vez mais utilizada como um método para resolver os problemas científicos fundamentais da geologia moderna. A propósito, os próprios resultados da perfuração científica acabaram sendo inesperados em muitos aspectos e nos forçaram a reconsiderar conceitos teóricos que antes pareciam óbvios e inabaláveis. O início da perfuração científica sistemática remonta à década de 1960. Em 1968, um navio de perfuração especial foi lançado nos Estados Unidos e um programa internacional de perfuração em alto mar começou nos oceanos. Por mais de trinta anos de história, centenas de poços foram perfurados no Oceano Mundial, que atravessaram os sedimentos soltos do fundo do oceano e penetraram profundamente nos basaltos subjacentes. O mais profundo dos poços foi perfurado no Oceano Pacífico, ao sul da costa da Costa Rica. Sua profundidade atingiu 2105 metros abaixo do fundo do oceano. A perfuração oceânica abriu uma nova página na geologia, já que antes não havia praticamente dados precisos sobre a estrutura do fundo do oceano.
Agora sobre a perfuração em terra. Os poços de perfuração científica nos continentes são geralmente classificados como profundos (3-7 quilômetros) ou ultraprofundos (mais de 7 quilômetros). Nesse sentido, eles só podem ser comparados com poços que são perfurados para a busca, exploração e exploração de campos profundos de petróleo e gás nos Estados Unidos. O poço mais profundo deles - Bertha Rogers (9583 metros) foi perfurado em 1973-1974 em apenas 502 dias. Essa alta taxa de penetração se deve a dois fatores. A primeira são as capacidades da tecnologia americana. A segunda - a perfuração foi realizada sem amostragem de testemunho, ou seja, sem levantar amostras de rochas à superfície. A amostragem de testemunho requer muito tempo adicional, mas é absolutamente necessária para a perfuração científica. Por esta razão, poços de prospecção e exploração profundos e ultraprofundos são de valor bastante limitado como fontes de informação científica. O primeiro programa de perfuração continental ultraprofunda sistemática para fins científicos foi desenvolvido e implementado na URSS. As bases deste programa foram formuladas já em 1960-1962. Em maio de 1970, no norte da região de Murmansk, a dez quilômetros da cidade de Zapolyarny, começou a perfuração do poço superprofundo Kola. Sua profundidade de projeto foi determinada em quinze quilômetros, mas não foi possível alcançá-la, em 1991 a perfuração foi interrompida a uma profundidade de 12261 metros. No entanto, o poço Kola ainda é o mais profundo do mundo.
Os sucessos da União Soviética não podiam deixar de estimular outros países. Aceleramos o desenvolvimento de programas de perfuração científica continental na Alemanha, França, EUA, Canadá, Japão e Reino Unido. Um dos melhores resultados foi alcançado pelos alemães que perfuraram o poço ultraprofundo KTB-Oberpfalz na Baviera (1990-1994), que atingiu a profundidade de 9101 metros. “Existem diferentes métodos de perfuração”, escrevem V.S. Popov e A.A. Kremenetsky no Soros Educational Journal. “Se a profundidade dos poços é pequena (centenas de metros), então o motor localizado na superfície gira uma corda de aço uma broca reforçado com ligas duras ou diamantes é anexado à extremidade inferior do tubo.Girando, a broca corta uma coluna cilíndrica de rocha, que preenche gradualmente um tubo interno especial (núcleo). que são um sistema de vários cones rotativos, reforçados Se as paredes do poço são instáveis, um tubo de revestimento de aço é abaixado. Durante o processo de perfuração, a bomba bombeia constantemente uma solução de argila especial no poço, necessária para estabilizar as paredes, arrefecer a ferramenta, remover pequenas partículas de rocha (lodo) e para outros fins. tempo, a coluna do tubo de perfuração é levantada para a superfície com a ajuda de um guincho instalado no equipamento de perfuração, o núcleo é descarregado, se necessário, a broca desgastada é substituída por uma nova e a coluna de perfuração é novamente abaixada até o fundo. A perfuração é acompanhada por medições das propriedades físicas das rochas ao longo do poço. Para fazer isso, os instrumentos são abaixados no poço em um cabo especial, que registra a temperatura, condutividade elétrica, suscetibilidade magnética, radioatividade e outras propriedades das rochas. Este processo é chamado de perfilagem de poço. A experiência de perfuração nos EUA e em outros países mostrou o seguinte. Devido à potência dos motores e à pressão das bombas que injetam o fluido de perfuração, além do aumento da capacidade de carga dos guinchos e da resistência dos tubos de perfuração de aço, poços de até 9 a 10 quilômetros de profundidade podem ser perfurados em Por aqui. A perfuração de poços mais profundos requer outras soluções de engenharia não convencionais. E tais soluções foram propostas e implementadas no decorrer da implementação de programas de perfuração científica ultraprofunda. Descobriu-se que, nos casos em que o furo inferior está a uma profundidade de muitos quilômetros, é aconselhável usar motores de fundo de poço instalados não na superfície, mas na parte inferior da coluna de perfuração, que não gira. Motores de fundo de poço são turbinas em miniatura ou mecanismos de parafuso que são acionados por fluido de perfuração injetado sob pressão no poço. Para reduzir o peso da coluna do tubo de perfuração, atingindo um comprimento de vários quilômetros, eles são feitos de ligas especiais leves, mas suficientemente fortes e resistentes ao calor. As ligas de alumínio usadas na perfuração do poço Kola eram 2,4 vezes mais leves que o aço. Quando uma grande profundidade é atingida, há uma diferença significativa entre a pressão hidrostática da coluna de lama de perfuração e a pressão litostática (rocha) devido ao peso das rochas. Isso pode levar à destruição das paredes do poço, e isso, por sua vez, causa sérias complicações durante a perfuração. Para alcançar um equilíbrio de pressão da rocha, a densidade do fluido de perfuração é aumentada pela adição de cargas especiais a ele. “Um dos desafios técnicos mais difíceis”, escrevem Popov e Kremenetsky, “é garantir a operação confiável de equipamentos de perfuração em altas temperaturas que existem em poços ultraprofundos. Isso se aplica a peças metálicas, suas conexões, lubrificantes, fluido de perfuração e Embora no fundo, ou seja, no ponto mais baixo do poço Salton Sea nos EUA a uma profundidade de 3220 metros, foi registrada uma temperatura de 355 graus Celsius, e em outro poço perfurado a 1440 metros em um dos as estruturas vulcânicas jovens no oeste dos Estados Unidos, a temperatura medida atingiu 465 graus, os meios técnicos modernos não permitem a perfuração de poços ultraprofundos em temperaturas tão altas por muito tempo, pois a estabilidade térmica dos equipamentos de perfuração existentes não excede 200- 300 graus.Os maiores problemas surgem com equipamentos de medição, especialmente com eletrônicos, que já falham em 150 graus. Fluidos de perfuração aquosos reter propriedades tecnológicas até 230-250 graus. Em uma temperatura mais alta, é necessário mudar para uma solução à base de óleo e usar misturas mais complexas. A alta temperatura do interior da Terra continua sendo um dos principais fatores que limitam a profundidade da perfuração científica. Dificuldades técnicas sérias estão associadas à curvatura espontânea de poços profundos durante a perfuração devido à destruição irregular de rochas no fundo do poço, heterogeneidades geológicas da seção e outros motivos. Por exemplo, o fundo do poço Kola a uma profundidade de cerca de 12 quilômetros se desviou da vertical em 840 metros. Existem técnicas para manter o poço na posição vertical. Assim, graças ao projeto bem-sucedido de um dispositivo especial, o poço KTB-Oberpfalz na Alemanha permaneceu o poço mais vertical do mundo até uma profundidade de 7500 metros. No entanto, mais profundo este acessório falhou devido à alta temperatura e pressão, e o poço seguiu seu próprio caminho; como resultado, a uma profundidade de 9101 metros, desviou-se da vertical em 300 metros. A perfuração ultraprofunda exigiu a criação de equipamentos de medição especiais que controlam as condições ao longo do poço e no fundo. A tecnologia de perfilagem convencional com sensores que são abaixados no poço em um cabo resistente ao calor acabou sendo de pouca utilidade. Como resultado de pesquisas de longo prazo, foi possível desenvolver telemetria e outros equipamentos eletrônicos montados em uma coluna de perfuração, além de instrumentos de medição autônomos que descem e são transportados pelo fluxo de lama de perfuração. Agora os sinais do sensor podem ser transmitidos não por fios, mas por meios hidráulicos, criando pulsos de pressão no fluido de perfuração. Deve-se notar que os poços profundos e ultraprofundos têm um design telescópico. A perfuração começa com o maior diâmetro e depois passa para os menores. Assim, no poço Kola, o diâmetro de 92 centímetros na parte superior diminuiu para 21,5 centímetros. E no poço KTB-Oberpfalz - de 71 centímetros a 16,5 centímetros. A velocidade mecânica de perfuração de poços ultraprofundos é de 1-3 metros por hora. Para uma viagem entre ida e volta, você pode ir de 6 a 10 metros de profundidade. A velocidade média de elevação da coluna do tubo de perfuração é de 0,3 a 0,5 metros por segundo. Em geral, perfurar um único poço ultraprofundo leva anos e é muito caro. Por exemplo, perfurar um poço ultraprofundo na Alemanha custou 583 milhões de marcos alemães. O custo da perfuração ultraprofunda em nosso país não foi menor. Ao perfurar poços profundos, é claro, não é sem acidentes. Na maioria das vezes, eles são causados pela haste morta da coluna de perfuração. A solução de problemas leva muito tempo. Às vezes, eles não permitem que você continue trabalhando e você precisa começar a perfurar um novo poço. Pode-se entender o quão caro literal e figurativamente uma coluna de núcleo de vários quilômetros com um diâmetro de 5 a 20 centímetros, que é um dos principais, mas não o único resultado da perfuração científica. O núcleo é cuidadosamente documentado e armazenado em salas especiais. Em seguida, é estudado em detalhes por grandes equipes de especialistas. Assim, o material obtido com a perfuração de um poço superprofundo alemão foi estudado por cerca de 400 cientistas. Mais tarde, eles publicaram 2000 artigos científicos baseados neles! Quando a perfuração real é concluída, o trabalho no poço ultraprofundo não para. O poço se transforma em um laboratório permanente. Especialistas continuam a monitorar a mudança no regime do interior da Terra ao longo do poço e no espaço próximo ao poço e conduzem vários experimentos. Esses laboratórios foram criados com base nos poços Kola e Vorotilovskaya na Rússia e no poço KTB-Oberpfalz na Alemanha. Autor: Musskiy S.A.
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