קידוח באר עמוק במיוחד. היסטוריה של המצאות וייצור

ספריה טכנית בחינם

היסטוריה של טכנולוגיה, טכנולוגיה, אובייקטים מסביב לנו
ספרייה חינם / מדריך / ההיסטוריה של הטכנולוגיה, הטכנולוגיה, החפצים סביבנו

קידוח באר עמוק במיוחד. היסטוריה של המצאות וייצור

ההיסטוריה של הטכנולוגיה, הטכנולוגיה, החפצים סביבנו

מדריך / ההיסטוריה של הטכנולוגיה, הטכנולוגיה, החפצים סביבנו

הערות למאמר

כדור הארץ כמושא למחקר גיאולוגי זמין לתצפית ישירה רק מפני השטח. ניתן לשפוט את ההרכב והמבנה שלו רק לפי נתונים עקיפים. לכן גיאולוגים שואפים לחדור כמה שיותר לעומק כדור הארץ בעזרת קידוח. הטכנולוגיה המודרנית מאפשרת קידוח בארות ביבשות לעומק של 10-15 קילומטרים.

קידוחים נעשים לרוב לחיפוש מרבצי מינרלים, להפקת מים, נפט וגז מהמעיים, וכן לסקרים הנדסיים ולמטרות יישומיות אחרות. בנוסף, מאז שנות ה-1970 נעשה שימוש יותר ויותר בקידוח כשיטה לפתרון הבעיות המדעיות הבסיסיות של הגיאולוגיה המודרנית. אגב, עצם התוצאות של הקידוח המדעי התבררו כבלתי צפויות מבחינות רבות והצריכו לשנות את המושגים התיאורטיים שנראו קודם לכן ברורים ובלתי מעורערים.

תחילתו של קידוח מדעי שיטתי החל משנות ה-1960. ב-1968 הושקה בארצות הברית ספינת קידוח מיוחדת והחלה תוכנית קידוחים בינלאומית בעומק הים באוקיינוסים. במשך יותר משלושים שנות היסטוריה נקדחו מאות בארות באוקיינוסים, שחצו את המשקעים הרופפים של קרקעית האוקיינוס ונכנסו עמוק לתוך הבזלות הבסיסיות. העמוקה שבבארות נקדחה באוקיינוס השקט מדרום לחוף קוסטה ריקה. עומקו הגיע ל-2105 מטר מתחת לקרקעית האוקיינוס. קידוחי אוקיינוס פתחו דף חדש בגיאולוגיה, מכיוון שלא היו נתונים מדויקים על מבנה קרקעית האוקיינוס לפני כן.

קידוח באר עמוק במיוחד
מבט כללי על ספינת הקידוח: 1 - ספינה; 2 - מנוף מטען; 3 - מנחת מסוקים; 4 - אסדת קידוח

עכשיו לגבי הקידוח על החוף. קידוחי קידוח מדעיים ביבשות מסווגים בדרך כלל כעומקים (3-7 קילומטרים) או עמוקים במיוחד (יותר מ-7 קילומטרים). בהקשר זה, ניתן להשוות אותם רק לבארות שנקדחות לצורך חיפוש, חיפוש וניצול של שדות נפט וגז עמוקים בארצות הברית. הבאר העמוקה שבהם - ברטה רוג'רס (9583 מטר) נקדח בשנים 1973-1974 תוך 502 ימים בלבד. שיעור החדירה הגבוה הזה נובע משני גורמים. הראשון הוא היכולות של הטכנולוגיה האמריקאית. השני - הקידוח בוצע ללא דגימת ליבות, כלומר ללא הרמת דגימות סלע אל פני השטח. דגימת ליבות דורשת הרבה זמן נוסף, אבל היא הכרחית לחלוטין לקידוח מדעי. מסיבה זו, קידוחי חיפוש וחיפוש עמוקים ואולטרה עמוקים הם בעלי ערך מוגבל למדי כמקורות מידע מדעיים.

התוכנית הראשונה של קידוח יבשתי שיטתי במיוחד למטרות מדעיות פותחה ויושמה בברית המועצות. יסודות תכנית זו גובשו כבר בשנים 1960-1962. במאי 1970, בצפון מחוז מורמנסק, עשרה קילומטרים מהעיר זפוליארני, החלו קידוח הבאר הקולה-עמוק במיוחד. עומק התכנון שלו נקבע לחמישה עשר ק"מ. אך לא ניתן היה להגיע אליו, בשנת 1991 הופסק הקידוח בעומק 12261 מטר. אף על פי כן, באר קולה היא עדיין העמוקה ביותר בעולם.

קידוח באר עמוק במיוחד
Kola Superdeep Well

ההצלחות של ברית המועצות לא יכלו אלא לדרבן מדינות אחרות. האצנו את הפיתוח של תוכניות לקידוח יבשתי מדעי בגרמניה, צרפת, ארה"ב, קנדה, יפן ובריטניה. אחת התוצאות הטובות ביותר הושגה על ידי הגרמנים שקדחו את הבאר העמוקה במיוחד KTB-Oberpfalz בבוואריה (1990-1994), שהגיעה לעומק של 9101 מטר.

"ישנן שיטות קידוח שונות", כותבים ו.ס. פופוב וא.א. קרמנצקי בכתב העת Soros Educational Journal. "אם עומק הבארות קטן (מאות מטרים), אזי המנוע הממוקם על פני השטח מסובב מחרוזת צינור תרגיל פלדה למקדחה. ביט מחוזק בסגסוגות קשות או יהלומים מחובר לקצה התחתון של הצינור. בסיבוב, הקצה חותך עמוד גלילי של סלע, אשר ממלא בהדרגה צינור פנימי (ליבה) מיוחד. בעת קידוח ללא ליבה, לרוב משתמשים בראשי מקדחה , שהם מערכת של מספר קונוסים מסתובבים, מחוזקים אם קירות הבאר אינם יציבים, מורידים פנימה צינור מעטפת פלדה. במהלך הקידוח, המשאבה שואבת כל הזמן תמיסת חרסית מיוחדת לבאר, הנחוצה לייצוב הקירות, לקרר את הכלי, הסר חלקיקי סלע קטנים (בוצה) ולמטרות אחרות. זמן, מחרוזת הקידוח מורמת אל פני השטח בעזרת כננת מותקן על אסדת הקידוח, הליבה נפרקת, במידת הצורך, החלק השחוק מוחלף בחדש והמקדחה מורידה שוב לתחתית.

הקידוח מלווה במדידות של התכונות הפיזיקליות של סלעים לאורך צינור הקידוח. לשם כך, מורידים מכשירים לתוך הבאר על גבי כבל מיוחד, המתעדים את הטמפרטורה, המוליכות החשמלית, הרגישות המגנטית, הרדיואקטיביות ותכונות אחרות של הסלעים. תהליך זה נקרא רישום באר.

ניסיון בקידוח בארה"ב ובמדינות אחרות הראה את הדברים הבאים. בשל עוצמת המנועים ולחץ המשאבות המחדירות את נוזל הקידוח, כמו גם עלייה בכושר הנשיאה של כננות וחוזק צינורות קידוח פלדה, ניתן לקדוח בארות בעומק של עד 9-10 קילומטרים. בדרך זו. קידוח בארות עמוקות יותר דורש פתרונות הנדסיים לא שגרתיים אחרים. ופתרונות כאלה הוצעו ויושמו במהלך יישום תוכניות קידוח מדעיות עמוקות במיוחד.

התברר שבמקרים שבהם החור התחתון ממוקם בעומק של קילומטרים רבים, רצוי להשתמש במנועים למטה המותקנים לא על פני השטח, אלא בחלק התחתון של מחרוזת הקידוח, שבעצמה אינה מסתובבת. מנועים למטה הם טורבינות מיניאטוריות או מנגנוני בורג המונעים על ידי נוזל קידוח המוזרק בלחץ לבאר.

כדי להפחית את המשקל של מחרוזת צינור הקידוח, המגיע לאורך של מספר קילומטרים, הם עשויים מסגסוגות קלות מיוחדות, אך חזקות מספיק ועמידות בחום. סגסוגות האלומיניום ששימשו בקידוח הבאר קולה היו קלות פי 2,4 מפלדה.

כאשר מגיעים לעומק גדול, יש הבדל משמעותי בין הלחץ ההידרוסטטי של עמוד נוזל הקידוח ללחץ הליטוסטטי (סלע) עקב משקל הסלעים. זה יכול להוביל להרס של קירות הבאר, וזה, בתורו, גורם לסיבוכים רציניים במהלך הקידוח. כדי להשיג שיווי משקל של לחץ הסלע, צפיפות נוזל הקידוח מוגברת על ידי הוספת חומרי מילוי מיוחדים אליו.

"אחד האתגרים הטכניים הקשים ביותר", כותבים פופוב וקרמנצקי, "הוא להבטיח את פעולתו האמינה של ציוד קידוח בטמפרטורות גבוהות הקיימות בבארות עמוקות במיוחד. זה חל על חלקי מתכת, חיבוריהם, חומרי סיכה, נוזל קידוח ו ציוד מדידה. אמנם בתחתית, כלומר בנקודה הנמוכה ביותר של באר סלטון בארה"ב בעומק של 3220 מטר, נרשמה טמפרטורה של 355 מעלות צלזיוס, ובבאר נוספת שנקדחה עד 1440 מטר באחד מ- המבנים הוולקניים הצעירים במערב ארצות הברית, הטמפרטורה הנמדדת הגיעה ל-465 מעלות, אמצעים טכניים מודרניים אינם מאפשרים קידוח בארות עמוקות במיוחד בטמפרטורות גבוהות כל כך במשך זמן רב, שכן היציבות התרמית של ציוד הקידוח הקיים אינה עולה על 200- 300 מעלות.הבעיות הגדולות מתעוררות עם ציוד מדידה, במיוחד עם אלקטרוניקה, שנכשלים כבר ב-150 מעלות. נוזלי קידוח מימיים לשמור על תכונות טכנולוגיות עד 230-250 מעלות. בטמפרטורה גבוהה יותר, יש צורך לעבור לתמיסה על בסיס שמן ולהשתמש בתערובות מורכבות יותר. הטמפרטורה הגבוהה של פנים כדור הארץ נותרה אחד הגורמים העיקריים המגבילים את עומק הקידוח המדעי.

קשיים טכניים חמורים קשורים לעקמומיות ספונטנית של בארות עמוקות במהלך הקידוח עקב הרס לא אחיד של סלעים בבור התחתון, אי-הומוגניות גיאולוגית של הקטע וסיבות אחרות. לדוגמה, החור התחתון של באר קולה בעומק של כ-12 קילומטרים סטה מהאנכי ב-840 מטר. ישנן טכניקות לשמירה על הבאר במצב אנכי. לכן, הודות לעיצוב המוצלח של מכשיר מיוחד, באר KTB-Oberpfalz בגרמניה נותרה הבאר האנכית ביותר בעולם עד לעומק של 7500 מטר. עם זאת, עמוק יותר מתקן זה נכשל עקב טמפרטורה ולחץ גבוהים, והבאר הלכה בדרכה; כתוצאה מכך, בעומק של 9101 מטר, הוא סטה מהאנכי ב-300 מטר.

קידוח עמוק במיוחד הצריך יצירת ציוד מדידה מיוחד השולט על התנאים לאורך הקידוח ובתחתית. טכנולוגיית רישום קונבנציונלית עם חיישנים המוורדים לתוך הבאר על גבי כבל עמיד בחום התבררה כשימושית מועטה. כתוצאה מחיפושים ארוכי טווח, ניתן היה לפתח טלמטריה וציוד אלקטרוני אחר המורכב על מיתר קידוח, וכן מכשירי מדידה אוטונומיים היורדים ונושאים למעלה על ידי זרימת נוזל הקידוח. כעת ניתן להעביר את אותות החיישן לא באמצעות חוטים, אלא באמצעים הידראוליים על ידי יצירת פעימות לחץ בנוזל הקידוח.

יש לציין כי בארות עמוקות ואולטרה עמוקות יש עיצוב טלסקופי. הקידוח מתחיל עם הקוטר הגדול ביותר, ולאחר מכן עובר לקוטר הקטנים יותר. אז, בבאר קולה, הקוטר מ-92 ס"מ בחלק העליון ירד ל-21,5 ס"מ. ובבאר KTB-Oberpfalz - מ-71 ס"מ ל-16,5 ס"מ.

המהירות המכנית של קידוח בארות עמוקות במיוחד היא 1-3 מטר לשעה. לטיול אחד בין הלוך ושוב ניתן להגיע לעומק של 6-10 מטר. המהירות הממוצעת של הרמת מיתר צינור הקידוח היא 0,3-0,5 מטר לשנייה. באופן כללי, קידוח באר אחת עמוקה במיוחד לוקח שנים והוא יקר מאוד. לדוגמה, קידוח באר עמוקה במיוחד בגרמניה עלתה 583 מיליון ד"מ. עלות הקידוח העמוק במיוחד בארצנו לא הייתה פחותה.

כשקודחים בארות עמוקות, זה כמובן לא חף מתאונות. לרוב הם נגרמים על ידי המקל המת של מחרוזת המקדחה. פתרון התקלות לוקח הרבה זמן. לפעמים הם לא מאפשרים להמשיך לעבוד, ואתה צריך להתחיל לקדוח פיר חדש. אפשר להבין עד כמה יקר, מילולית ופיגורטיבית, עמוד ליבה רב קילומטרים בקוטר של 5 עד 20 סנטימטרים, שהיא אחת התוצאות העיקריות, אך לא היחידה, של קידוח מדעי. הליבה מתועדת בקפידה ומאוחסנת בחדרים מיוחדים. לאחר מכן הוא נלמד בפירוט על ידי צוותים גדולים של מומחים. אז, החומר שהושג במהלך הקידוח של באר גרמנית סופר עמוקה נחקר על ידי כ-400 מדענים. מאוחר יותר הם פרסמו 2000 מאמרים מדעיים המבוססים עליהם!

עם סיום הקידוח בפועל, העבודה על הבאר העמוקה במיוחד לא נפסקת. הבאר הופכת למעבדה קבועה. מומחים ממשיכים לעקוב אחר השינוי במשטר הפנים של כדור הארץ לאורך צינור הבאר ובמרחב הקרוב לקידוח, ולערוך ניסויים שונים. מעבדות כאלה נוצרו על בסיס בארות קולה ווורוטילובסקיה ברוסיה ובאר KTB-Oberpfalz בגרמניה.

מחבר: Musskiy S.A.

אנו ממליצים על מאמרים מעניינים סעיף ההיסטוריה של הטכנולוגיה, הטכנולוגיה, החפצים סביבנו:

▪ הולוגרפיה

▪ טורבינת קיטור

▪ סקוטש

ראה מאמרים אחרים סעיף ההיסטוריה של הטכנולוגיה, הטכנולוגיה, החפצים סביבנו.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

קיומו של כלל אנטרופיה להסתבכות קוונטית הוכח 09.05.2024

מכניקת הקוונטים ממשיכה להדהים אותנו עם התופעות המסתוריות והתגליות הבלתי צפויות שלה. לאחרונה הציגו ברטוס רגולה ממרכז RIKEN למחשוב קוונטי ולודוביקו לאמי מאוניברסיטת אמסטרדם תגלית חדשה הנוגעת להסתבכות קוונטית והקשר שלה לאנטרופיה. להסתבכות קוונטית יש תפקיד חשוב במדע ובטכנולוגיה של מידע קוונטי מודרני. עם זאת, מורכבות המבנה שלו הופכת את ההבנה והניהול שלו למאתגרים. התגלית של רגולוס ולמי מראה שההסתבכות הקוונטית פועלת לפי כלל אנטרופיה דומה לזה של מערכות קלאסיות. תגלית זו פותחת נקודות מבט חדשות בתחום מדע וטכנולוגיה של מידע קוונטי, ומעמיקה את הבנתנו את ההסתבכות הקוונטית והקשר שלה לתרמודינמיקה. תוצאות המחקר מצביעות על אפשרות הפיכה של טרנספורמציות של הסתבכות, מה שיכול לפשט מאוד את השימוש בהן בטכנולוגיות קוונטיות שונות. פתיחת כלל חדש ... >>

מזגן מיני Sony Reon Pocket 5 09.05.2024

הקיץ הוא זמן להירגעות ולנסיעות, אבל לעתים קרובות החום יכול להפוך את הזמן הזה לייסורים בלתי נסבלים. הכירו מוצר חדש מבית סוני - מזגן המיני Reon Pocket 5, המבטיח להפוך את הקיץ לנוח יותר עבור המשתמשים בו. סוני הציגה מכשיר ייחודי - המיני-מרכך Reon Pocket 5, המספק קירור הגוף בימים חמים. בעזרתו, המשתמשים יכולים ליהנות מקרירות בכל זמן ובכל מקום פשוט על ידי לענוד אותו על צווארם. מזגן מיני זה מצויד בהתאמה אוטומטית של מצבי פעולה, כמו גם בחיישני טמפרטורה ולחות. הודות לטכנולוגיות חדשניות, Reon Pocket 5 מתאים את פעולתו בהתאם לפעילות המשתמש ולתנאי הסביבה. משתמשים יכולים להתאים בקלות את הטמפרטורה באמצעות אפליקציה ייעודית לנייד המחוברת באמצעות Bluetooth. בנוסף, זמינים לנוחות חולצות טי ומכנסיים קצרים בעיצוב מיוחד, אליהם ניתן לחבר מזגן מיני. המכשיר יכול הו ... >>

אנרגיה מהחלל עבור ספינת הכוכבים 08.05.2024

ייצור אנרגיה סולארית בחלל הופך לאפשרי יותר עם כניסתן של טכנולוגיות חדשות ופיתוח תוכניות חלל. ראש הסטארט-אפ Virtus Solis שיתף את החזון שלו להשתמש בספינת הכוכבים של SpaceX כדי ליצור תחנות כוח מסלוליות המסוגלות להניע את כדור הארץ. הסטארט-אפ Virtus Solis חשף פרויקט שאפתני ליצירת תחנות כוח מסלוליות באמצעות ספינת הכוכבים של SpaceX. רעיון זה עשוי לשנות באופן משמעותי את תחום הפקת האנרגיה הסולארית, ולהפוך אותו לנגיש וזול יותר. ליבת התוכנית של הסטארט-אפ היא להפחית את עלות שיגור לוויינים לחלל באמצעות Starship. פריצת דרך טכנולוגית זו צפויה להפוך את ייצור אנרגיה סולארית בחלל לתחרותי יותר עם מקורות אנרגיה מסורתיים. Virtual Solis מתכננת לבנות פאנלים פוטו-וולטאיים גדולים במסלול, באמצעות Starship כדי לספק את הציוד הדרוש. עם זאת, אחד האתגרים המרכזיים ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

משך החיים של נויטרון חופשי נמדד 27.10.2021

חוקרים מאוניברסיטת אינדיאנה, יחד עם עמיתיהם ממוסדות מדעיים אחרים וממדינות אחרות, ביצעו את המדידות המדויקות ביותר של חייהם של נויטרונים חופשיים, נויטרונים שנמצאים מחוץ לגבולות גרעיני אטום. לתוצאות שהתקבלו על ידי מדענים יש רמת שגיאה של פחות מעשירית האחוז, והדיוק הזה כמעט פי שניים מזה של מדידות קודמות דומות.

"תהליך ריקבון הנייטרונים, המייצר פרוטון, אלקטרון וחלקיק כמעט חסר משקל הנקרא נייטרינו, הוא אחד התהליכים המרגשים ביותר הידועים לפיזיקאים גרעיניים", כותבים החוקרים. "מדידה דיוק גבוהה של חייו של נויטרונים חופשיים הם גם חלק חשוב מהמדע המודרני, כיצד ידע זה יכול לשפוך אור על כמה מהתעלומות של היווצרות והתפתחות היקום, בנוסף, הוא יאפשר לפיזיקאים לגלות פגמים במודלים קיימים המתארים את ה"עבודה" של היקום ברמה התת-אטומית."

הנייטרונים שהיו הנושא של מחקרים אלה הופקו על ידי מקור הניוטרונים האולטרה-קרים של ניוטרונים לוס אלמוס, הממוקם במעבדה הלאומית של לוס אלמוס. התקן UCNtau לוכד את הנייטרונים הללו, מקרר אותם לטמפרטורה הקרובה לאפס המוחלט, ומחזיק אותם בתא ואקום עם 4 מגנטים היוצרים שדה מגנטי בעל תצורה מורכבת. לאחר 30-90 דקות של המתנה, מדענים מחשבים מחדש את מספר הנייטרונים ה"שורדים" שנלכדו במלכודת.

העיצוב הייחודי של מתקן UCNtau מאפשר לאחסן נויטרונים "קפואים" למשך 11 ימים, הרבה יותר ממה שמתקנים דומים אחרים יכולים לעשות. במשך יותר משנתיים, החוקרים ספרו כ-40 מיליון נויטרונים, וניתוח הנתונים שנאספו איפשר לקבוע את משך החיים של נויטרון חופשי, שעמד על 877.75 שניות עם שגיאה סטטיסטית של 0.28 שניות ושגיאת מערכת של + 0.22/-0.16 אחוזים.

הערכים שישיגו מדענים יאפשרו להם בעתיד הקרוב לאשר או להפריך את הלגיטימיות של מה שמכונה מטריצת CKM (מטריקס Cabibbo-Kobayashi-Maskawa), תיאוריה הנוגעת לחלקיקים תת-אטומיים הנקראים קווארקים, ומשחקת תפקיד חשוב ב המודל הסטנדרטי של חלקיקי יסוד בפיזיקה.

כל זה יכול גם לעזור לפיסיקאים לבחון רעיונות חדשים, כמו האפשרות של ריקבון נויטרונים לחלקיקי חומר אפל, מה שייתן תנופה חדשה לתיאוריות על התפתחות היקום ויספק הזדמנות להסביר את המנגנונים שבאמצעותם גרעיני אטומים ראשונים נוצרו ביקום המוקדם.

עוד חדשות מעניינות:

▪ אלטרנטיבה למסכי מגע מסורתיים

▪ קוטל חרקים גינקו

▪ האייפון הבא יקבל את השינויים הגדולים ביותר

▪ גישה למערכות בית חכם מהמכונית

▪ סוג חדש של בזלת התגלה

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ חלק של האתר אנציקלופדיה גדולה לילדים ולמבוגרים. בחירת מאמרים

▪ מאמר מצבי חירום בטבע, אמצעי מניעה ופעולות עדיפות. יסודות חיים בטוחים

▪ מאמר איך גדל עץ בננה? תשובה מפורטת

▪ כתבה מפעיל מכונת עיבוד עץ העוסק בחיתוך רוחבי של עצים ועיבוד חלקים לפי מידה. הוראה סטנדרטית בנושא הגנת העבודה

▪ מאמר טיולים מנורת LED. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר פס תדר סינתיסייזר 144 מגה-הרץ. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר