Зачем нужно бурение

Зачем нужно бурение

Где оно используется и применяется? Недаром мы начали с геологической эмблемы. Действительно, геология, а точнее геологоразведка, является самой мощной, самой развитой ветвью раскидистого бурового дерева (рис. 5). Собственно в геологии это дерево родилось, на геологической почве выросло, и сейчас бурение здесь является основой основ. С его помощью ведутся поиски и разведка всех месторождений полезных ископаемых, выполняется геологическая съемка для составления геологических карт, проводятся самые разнообразные (и в первую очередь геофизические) исследования земной коры. Так что в современной геологии буровик — первый человек.

Рис. 5. «Буровое дерево».

А у нефтяников? Здесь буровик — основной исполнитель и истинный хозяин. Без бурения вообще нет ни нефти, ни газа. Единственный простой и надежный способ извлечения этих бесценных полезных ископаемых — через буровую скважину. Других способов нет и вряд ли когда-нибудь будут… (Сразу оговоримся, — за очень редкими исключениями. Так, в районе Ухты нефть добывают не из скважин, а из шахт. Но там особый случай — тяжелая нефть, которая ни самотеком, ни под давлением не может подняться по скважине на поверхность.)

Формально и исторически нефтегазоразведка должна входить в общегеологическую ветвь, но фактически она давно уже превратилась в самостоятельную отрасль. Здесь свои особые методы и своя специфика, здесь самые глубокие скважины и самые мощные станки, здесь разведка и добыча неразрывно связаны между собой. И недаром у нас существуют три отдельных министерства: Министерство геологии (Мингео), ведающее поисками и разведкой в основном твердых полезных ископаемых, Министерство нефтяной промышленности (Миннефтепром) и Министерство газовой промышленности (Мингазпром); последние два занимаются только горючими жидкими и газообразными полезными ископаемыми и всем, что с ними связано. На буровом дереве эти две отрасли правильнее изображать примерно так, как на рис. 6.

Рис. 6. Ветвь «бурового дерева».

О геологии и геологоразведке нам предстоит говорить более подробно, поэтому давайте пока отвлечемся от них и посмотрим на другие ветви бурового дерева.

Вот, например, строительная ветвь. Любое крупное строительство, любое сооружение, будь то высотное здание, дамба, канал, тоннель, мост, гранитная набережная, аэропорт, железная дорога… (далее может следовать перечень на несколько страниц), начинается не с проекта. Нет. Оно начинается с исследовательского бурения, с буровых скважин, которые выясняют все инженерно-геологические условия в заданном районе: физические свойства грунтов и коренных горных пород, их крепость и устойчивость, баланс подземных вод, наличие каверн в породах и многое другое. Десятки, сотни скважин… Только они могут дать однозначный ответ на главный вопрос — быть сооружению или не быть, а если быть, то где именно и каким. По их результатам устанавливают допустимые параметры сооружения. Лишь после этого можно приступать к проектированию. В противном случае любой самый грандиозный проект может оказаться радужным мыльным пузырем, а скажем, высотное здание может уподобиться падающей башне в итальянском городе Пиза.

Кстати, до сих пор эта башня (точнее, колокольня) продолжает «падать». Ежегодно она накреняется еще на 8 угловых минут, и уже возникла реальная угроза разрушения этого уникального памятника архитектуры (начало строительства ее относится к 1174 г.). По одному из проектов спасение башни будет осуществляться также с помощью бурения. Спустя восемь веков предполагается выполнить тот обязательный комплекс работ, который не был сделан перед началом строительства (как говорится, «лучше поздно, чем никогда»). Правда, сейчас перед бурением стоят уже не исследовательские, а аварийно-спасательные задачи. По проекту намечено пробурить систему дренажных скважин (рис. 7). После откачка воды понизится давление в порах подстилающего глинистого пласта. По расчетам колокольня хоть и не выровняется, но угол наклона стабилизируется.

Далее, прокладывание всевозможных трасс: автомобильных, железнодорожных, нефтеперегонных. Здесь тоже всегда и везде впереди идут буровики. Идут на мобильной самоходной технике: автомобилях, вездеходах, тракторах. Идут небольшими так называемыми «летучими» отрядами. Они намечают будущие трассы своеобразными и не совсем обычными вехами — вехами, направленными не только вверх, но и (что гораздо важнее) вниз (рис. 8). Они отыскивают профили надежности и прокладывают «дорогу»… строителям дорог. Кстати, буровики-дорожники на каждом отрезке отбуривают в заданном направлении не один, а два-три различных профиля, а потом уже специалисты (при проектировании) выберут наилучший из них.

Аналогичные работы ведутся и при строительстве магистральных газопроводов; например, при прокладке газопровода Уренгой — Помары — Ужгород («Восток— Запад») протяженностью 4451 км. Стройка, которую называют «проектом века», на своем пути из Западной Сибири пересекает два горных хребта и 561 реку. На протяжении 121 км газопровод следует по вечной мерзлоте, более 1000 км — по болотам и топям. Чтобы достичь Западной Европы, он пересекает пять часовых поясов. Стройка велась в сложнейших условиях на огромной территории Тюменской области (размером с Испанию, Францию и Италию вместе взятые). С Уренгойского газового месторождения начинается трасса.

Рис. 7. Вариант «спасения» Пизанской башни.

Рис. 8. «Провешивание» скважинами железнодорожной трассы или шоссе.

Этот трансконтинентальный газопровод — только часть создаваемого комплекса: в СССР сооружается шесть ниток газопроводов протяженностью от трех до четырех тысяч километров. Темпы строительства газопроводов, а они самые высокие в мире, обеспечиваются самой современной технологией, уникальной техникой и… заблаговременной и тщательной инженерно-геологической подготовкой трассы, которая проходит по болотным топям, горным кручам, по дну рек (например, по дну Волги на глубине 16 м).

А строительство плотин — красивейших и ответственнейших из творений рук человеческих, строящихся на века, меняющих лик Земли — ее климат и географию. Сколько инженерных и технических знаний вкладывается в их сооружение! В то же время имеется и печальная статистика: за последние 50 лет в странах Западной Европы и Америки было прорвано более тысячи плотин. 3 декабря 1959 г. во Франции в результате прорыва одной такой плотины, подпиравшей водохранилище объемом более 50 млн. м3 воды, практически был уничтожен город Фрежюс.

В Советском Союзе не было ни одной подобной катастрофы с плотинами благодаря тому, что советские строители, прежде чем строить такие ответственные сооружения, проводят тщательные и в большом объеме инженерно-геологические изыскания с отбором из скважин образцов грунта и горных пород. Эти образцы детально изучаются и подвергаются всесторонним нагрузочным испытаниям; межскважинное пространство исследуется радиоактивными, акустическими и другими методами.

Тоннели. Сложнейшие горно-технические сооружения. Наиболее известные из них: 20-километровый горный Симплонский тоннель между Швейцарией и Италией — самое длинное из существующих сооружений такого рода, проложенных на суше; тоннель Сейкан протяженностью 53,8 км — самый длинный в мире, он соединяет японские острова Хонсю и Хоккайдо, только подводная его часть (23,3 км) уже превосходит по длине Симплон.

Важность при строительстве тоннелей тщательной инженерно-геологической подготовки, базирующейся на данных бурения скважин, подтверждают следующие примеры.

Строительство тоннеля Сейкан было начато с проходки вспомогательной выработки, сечение которой составляло четверть главного. Вспомогательный тоннель помог сократить время сооружения главного. Строительство велось стандартным способом крепления штрека стальными арками (на их изготовление ушло 16 800 тонн металла) с последующим бетонированием стенок. Объем земляных работ составил 6,3 млн. м3, было израсходовано 1,5 млн. м3 бетона.

В процессе работ приходилось предугадывать геологическое строение толщ горных пород и степень их водопроницаемости, а также предупреждать обвалы. Единственным способом получения точных данных о лежащей впереди породе на участке морского дна являлось бурение горизонтальных опережающих проходку тоннеля скважин. Такие скважины требуют гораздо большего умения, чем вертикальные, поскольку под действием веса бурового снаряда ствол скважины искривляется и, если породы мягкие и неустойчивые, то стенки скважины могут обвалиться.

Когда была начата первая пробная выработка, удавалось пробуривать скважины длиной максимум 300 м. В дальнейшем этот показатель был увеличен до 2150 м. Такой результат представлял собой большое достижение, поскольку позволял заранее знать строение пород, которые строителям предстояло проходить через два (!) года.

Мягкие или трещиноватые породы надо было укреплять перед началом проходки тоннеля. Технология укрепления заключалась в цементации трещин. Для этого бурилось множество неглубоких скважин-отверстий, куда под большим давлением закачивался быстротвердеющий раствор, проникавший в трещины и пустоты. В результате получалась прочная бетонная оболочка, предохранявшая от обвалов во время проходки тоннеля. И все же невозможность в ряде случаев закачать достаточное количество вяжущего раствора привела к четырем крупным обвалам.

Во время самого большого из них, происшедшего в 1976 г., вода поступала из геологического разлома в горных породах во вспомогательный тоннель со скоростью 70 м3 в минуту. Все, что смогли сделать строители, — это заблокировать аварийный участок тоннеля и ждать, пока ситуация стабилизируется сама. Такое решение оправдалось: инженерам помогло горное давление (между тоннелем и дном моря было 100 м породы), сжавшее стенки разлома и трещины, через которые проникала вода.

Если первоначально стройку тоннеля Сейкан предполагалось осуществить за 10 лет, то из-за различных геологических неожиданностей времени потребовалось вдвое больше, а стоимость тоннеля более чем утроилась. Этот крупнейший проект японские инженеры и рабочие завершили в апреле 1985 г.

Другой пример.

На трассе Байкало-Амурской магистрали строителям предстояло пробить на участке в районе Байкала подземные коридоры общей протяженностью около 30 км — тоннели Байкальский (6700 м), Северомуйский (15 300 м), Кодарский (1940 м), Нагорный (1200 м) и другие (5400 м). Сложность заключалась в том, что надо было пройти вечную мерзлоту, горячие и ледяные подземные реки, твердейшие граниты и предательские сыпучие разломы. Все это усугублялось повышенной сейсмичностью зоны; например, при землетрясении в 1957 г. Северомуйский хребет сместился на 1,5 м. В таких условиях тоннели не сооружались нигде в мире.

Полученный при разведочном бурении керн предупреждал: наряду с породами гранитной твердости в ряде мест будущего Северомуйского тоннеля встретятся породы перемятые, крошащиеся, есть зоны плывунов, разломов, трещиноватых пород. Но все осложнения предусмотреть не удалось. В результате проходчики тоннеля неоднократно оказывались в труднейших ситуациях. Так, однажды в тоннельную выработку хлынул селевой поток — смесь воды с каменной массой, который все смел на своем пути, а 8-тонную породопогрузочную машину выбросил из тоннеля, точно щепку. Позднее выяснилось, что проходчики вышли под дно огромного подземного озера — 600 м в диаметре и 200 м в глубину. Это было, по мнению ученых, древнее русло реки Ангаракан, разорванной землетрясением миллион лет назад и запрятанной в гору.

В конечном счете тоннельщики укротили и этот разрыв, и другие осложнения (не раз они оказывались в неожиданно хлынувшем потоке горячей воды). В преодолении всех трудностей сложился коллектив, равного которому по уровню профессионализма отечественное тоннелестроение не знало.

Самым же длинным тоннелем в Европе (протяженность свыше 23 км) станет Архотский тоннель, который будет сооружен при строительстве Кавказской перевальной железной дороги от Орджоникидзе до Тбилиси. Трасса будущей дороги проходит среди угрюмых скал, головокружительных обрывов, бездонных ущелий. И поэтому второй уникальной особенностью этого тоннеля является то, что он пройдет на отметке 1400 м над уровнем моря.

По всей трассе дороги уже ведутся изыскательские работы, в которых участвуют топографы, проектировщики, сейсмологи, геофизики, геологи и, конечно, буровики. С помощью вертолетов подняты в горы, за облака, буровые установки. Работая в чрезвычайно сложных условиях, буровики прошли уже первые метры инженерных скважин. Получены ценные данные о геологической структуре горного массива, через который проляжет Архотский тоннель.

Архотский тоннель будет самым крупным, но далеко не единственным на трассе Кавказской перевальной дороги. Хотя от Тбилиси до Орджоникидзе всего 180 км, строительство будет нелегким — надо пробиться через Главный Кавказский хребет. Горные толщи прорежет еще 21 тоннель общей протяженностью почти 42 км. Кроме тоннелей буровикам и геологам предстоит разведать на трассе и подготовить основания под 72 железнодорожных моста и виадука с опорами высотой с 20-этажный дом, 26 автодорожных и железнодорожных путепроводов, три автодорожных моста, 26 противолавинных и противообвальных галерей, свыше 11 км подпорных стенок…

А чтобы обеспечить такой фронт работ, необходимо проложить автомобильные дороги, провести линии электропередачи, построить подстанции, карьеры стройматериалов, бетонные заводы, поселки для строителей, склады, гаражи. Все это предстоит соорудить в ущельях, в горах, где каждый метр бурильщикам, взрывникам, проходчикам придется брать с боем. И при этом надо будет не повредить неповторимую красоту высокогорной природы.

Сколько трудной, но интересной работы!

Непосредственно при строительстве зданий и сооружений бурение применяется не только в исследовательских целях. В некоторых случаях (например, в районах с заболоченными либо слабоустойчивыми почвами) специально оборудованные скважины заменяют фундаменты и являются основой всей конструкции. Особое значение такие скважины имеют на Крайнем Севере, за Полярным кругом. Раньше (еще два-три десятилетия назад) считалось, что крупное строительство на Севере практически невозможно. «Вечная» мерзлота.[1] Летом в верхних слоях она оттаивает, образуя талики, зимой же вспучивается от мороза (как говорят, «взрывается»), и кирпичное здание может разрушиться подобно карточному домику. Поэтому испокон веков там строили только бревенчатые избы высотой в один-два этажа. Не больше. А сейчас?

Сейчас в Заполярье и Сибири продолжают расти вполне современные, европейского облика города, такие как Норильск, Талнах, Якутск, Тикси, Певек, Сургут. Высотные здания, бетон, стекло, алюминий. И все это исключительно благодаря бурению. На месте фундаментов заранее отбуривают скважины. Десятки, сотни скважин диаметром около полуметра каждая. Скважины заливают бетоном и оставляют года на два на проморозку. Потом на этих вмороженных в грунт сваях возводят дома.

В результате получаются «висячие» дома (рис. 9) без массивных оснований в соответственно без подвалов. Ветер, свободно обдувающий пространство между подошвой дома и поверхностью земли, не позволяет почве прогреваться и оттаивать, т. е. таликовые зоны здесь просто не возникают. В остальном же это обычные дома. Крепкие дома любых размеров, любой высоты. Они стоят и будут стоять десятилетия и века. Так что северные города сейчас — это города на скважинах, победивших вечную мерзлоту — этого «северного сфинкса», как называют ее ученые.

В таком городе, как Норильск, существует специальная организация под названием «Фундаментстрой». Она имеет на вооружении больше 40 тяжелых станков ударного бурения; 40 буровых бригад (по четыре смены в каждой) работают круглосуточно и круглогодично только на строительстве жилых и производственных зданий.

Рис. 9. Многоэтажные дома на скважинах — сваях.

Подобная технология успешно применена и при строительстве мостов на Байкало-Амурской магистрали. Как известно, трасса, проходящая в горных районах с многочисленными пересечениями рек, потребовала сооружения более 2500 мостов. Первые мосты, построенные по традиционной технологии, потребовали огромных затрат на сооружение фундаментов и опор. Кроме того, это вело к нарушению природной среды — оттаивали многолетнемерзлые грунты, изменялся режим поверхностных и грунтовых вод. Сроки строительства мостов значительно удлинялись.

Необходимо было создать принципиально новые конструкции опор, новую технологию их установки. И соответствующие технические решения были найдены. Наиболее существенными звеньями в опорах мостов стали фундаменты из железобетонных цилиндрических столбов-свай, заделываемых в скважины, заранее пробуренные в грунте с помощью высокопроизводительных станков. Все операции по установке и сборке опор механизированы. Улучшилось качество строительства, сведены до минимума нарушения окружающей среды.

А есть ли работа для буровика-строителя в городе, который стоит уже века? Ответ на этот вопрос мы нашли в московском репортаже журналиста Н. Коршуновой, озаглавленном «На чем город стоит».

В разных концах столицы работают буровые установки и изыскательские группы специалистов «Мосгоргеотреста». Геологические условия города необычайно сложны и разнообразны, но нет такого места, где бы не поработали геологи, буровики, гидрогеологи, геофизики. Они бурят скважины, зондируют почву, ведут исследования грунтов, ищут подземные воды, которые могут преподнести сюрпризы.

В результате стало известно, что в Люблино, Марьино, Нагатино имеются слабые грунты (торф, водонасыщенные пластичные глины), которые требуют специальных инженерных решений при закладке многоэтажных зданий. А в районе Дорогомилова, Кутузовского проспекта, Яузского бульвара, Замоскворечья залегают известняки — устойчивые, прочные породы, которые служат идеальным фундаментом. Но подземные воды точат и эту опору города, да и Москва-река иногда добирается до нее, вымывая пустоты — каверны и пещеры, которые могут дать о себе знать обрушением верхнележащих слабых грунтов, возникновением провалов на поверхности. Редко, но бывает такое…

Несколько лет назад случилось ЧП, взволновавшее специалистов-геологов и градостроителей. На одной из улиц на глазах оторопевшего постового милиционера и изумленных прохожих начал медленно погружаться в землю, стоя как свеча, тополь, пока не скрылся весь в глубине недр.

Чтобы подобное не повторилось, бурят скважины, изучают несущую способность подстилающих грунтов и горных пород под фундаментами памятников истории и архитектуры, под зданиями, которые предстоит надстроить, передвинуть, реконструировать. Ни один жилой дом, заводской корпус, памятник, мост, ни одна гранитная набережная, эстакада, линия метро, теплотрасса, транспортная артерия не могут быть возведены или проложены без заключения геологов, основанного на результатах инженерного бурения.

Далее, гидрогеология и подземное водоснабжение. Ни для кого не секрет, что земная кора буквально насыщена подземными водами. Запасы грунтовых вод на площади в один квадратный километр измеряются сотнями тысяч кубических метров. На любой доступной нам глубине, в любых (даже самых засушливых) районах по крупным и мельчайшим трещинам в породах постоянно циркулирует вода. Вода различной степени минерализации, с различным напором. Кое-где она скапливается в огромных полостях-линзах… И даже небольшое нарушение подземного водяного баланса может привести к очень тяжелым последствиям на земной поверхности. Именно поэтому вся территория нашей страны покрыта густой сетью наблюдательных гидрогеологических скважин. Особенно в крупных городах. Эта сеть постоянно развивается и совершенствуется.

Впрочем, дело не только в наблюдениях. Подземные воды — это и ценные полезные ископаемые, которые сейчас успешно добываются, так же как нефть, газ, минерализованные рассолы. И точно так же подсчитываются запасы этих вод в том или ином месте. Для этого отбуриваются новые и новые скважины, которые находят все новые источники.

Издавна известна удивительная целебная сила минеральной или, как ее еще называют в народе, «живой» воды. Курортов, славящихся своими минеральными водами, в нашей стране более шестидесяти. И все же побывать на них человеку удается в лучшем случае лишь один раз в году, во время отпуска. А этого для лечения порой бывает недостаточно.

Между тем крупные бассейны минерализованной воды открыты в Сибири, на Урале, Дальнем Востоке, в Закарпатье, даже в заполярных широтах. Так, например, в Закарпатской области разведано 360 минеральных источников. И почти четыре пятых из них не уступают по исцеляющим свойствам знаменитым Нарзану, Ессентуки, Боржоми, Арзни. Отсюда встает задача перед специалистами — приблизить такие минеральные источники к потребителю, содействовать созданию в городах и селах бальнеологических лечебниц, заводских профилакториев и здравниц.

Так, несколько лет назад в трех километрах от Мончегорска геологи, бурившие скважины, обнаружили на глубине 400 м солоноватую на вкус воду. Пробы воды отправили для исследований в Центральный научно-исследовательский институт курортологии и физиотерапии. Специалисты определили: найденный источник — целебный. Сейчас воду из местного источника получают отдыхающие в санаториях-профилакториях комбината «Североникель».

А вот как это было в Москве. Слава бальнеологических курортов не давала ей покоя еще в прошлом веке. «Первые в России искусственные минеральные воды… открыты над Москвой-рекой, близ Крымского брода», — сообщается в книге, изданной в то время. А вот строки из письма П.А.Вяземского к А.С.Пушкину (17 июня 1831 г.): «Жуковский… говорят, очень болен. Убеди его куда-нибудь съездить, хоть в Москву к искусственным водам». Еще в одной старой книге, посвященной столице, читаем: «Долго ли продержится эта страсть к водопитию, но предсказываю, что воды наши год от года будут все славнее и славнее…»

Эти предсказания оказались прозорливыми. Москва сейчас — одна из известных бальнеологических здравниц, использующая не только искусственные, но в первую очередь природные целебные воды. Многие пробовали «Московскую минеральную воду», но не все знают, что «черпают» ее из Московского артезианского бассейна, занимающего территорию не только столицы, но и ряда примыкающих к ней областей. Площадь этого «подземного моря» 700 тыс. км2, центр его — город Москва, улица Талалихина. Выводят эти воды из подземных источников на поверхность путем бурения скважин.

Так, в частности, поступили в Центральном институте курортологии и физиотерапии, на территории которого пробурили (всего в нескольких шагах от оживленного проспекта Калинина) две скважины. Из одной скважины, глубиной 350 м, лечебная вода поступает в специальную галерею, где ее пьют пациенты, Из другой, с глубины 1100 м, бьет также целебная вода, но не питьевая, а для наружного применения (слишком высока ее минерализация): из нее готовят лечебную иловую грязь, наполняют ванны, заливают в бассейн. Меняя минерализацию воды, медики могут имитировать условия Северного Кавказа, Черного моря, Прибалтики…

Воды этого полностью закрытого и избавленного от каких-либо загрязнений, т. е. в сущности законсервированного, резервуара могут не только лечить, но и отапливать или охлаждать помещения, давать ценные соли, не говоря уже о снабжении питьевой водой. Работы по изучению и освоению этого уникального моря продолжаются.

Продолжаются они не только в Московском бассейне. Во всех, даже самых глухих и отдаленных, уголках нашей страны отбуриваются гидрогеологические скважины. Скажем, в совхозах и колхозах они используются для снабжения животноводческих комплексов чистой и прохладной водой. В засушливых районах с помощью скважин получают напорные артезианские воды. А на прославленных курортах, таких как Боржоми, Ессентуки, для добычи минеральной воды пройдены целые шахты. И не просто пройдены — обычным способом, а именно пробурены (!) мощными буровыми установками.

Еще сравнительно недавно запасы воды на Земле считались неограниченными. Но за последние 30–40 лет это представление изменилось коренным образом. Во всем мире значительно возрос расход воды промышленностью, сельским хозяйством и на коммунальные нужды. Из неисчерпаемого дара природы вода стала фактором, лимитирующим развитие не только отдельных стран, но и более обширных территорий земного шара. Вот почему столь велико внимание к изучению водных ресурсов.

Сколько же на Земле воды?

Согласно полученным данным[2] общие запасы воды на Земле составляют 1386 млн. км3. Из них пресных вод — всего около 2,5 %, включая труднодоступные для использования воды ледниковых покровов в Антарктиде и Арктике. В озерах содержится 0,25 % всей пресной воды, а в реках — лишь 0,006 %. Но зато 30 % пресных вод залегает в поверхностных слоях Земли (остальное — в более глубоких слоях и в ледниках). Это наибольшие запасы из наиболее доступной их части. Доступной — при умелом строительстве и оборудовании гидрогеологических водозаборных скважин.

В июне 1931 г. газета «Правда» писала: «Москва является крайне отсталым городом по сравнению со столицами Западной Европы и Америки как в отношении общего потребления воды, так и в отношении расхода воды на одного жителя. Если в Париже на одного жителя в сутки приходится 400, в Лондоне — 200, в Берлине — 200 литров, то Москва дает всего лишь 128 литров на человека. К водопроводной сети присоединено лишь 42 % всех домов».

Давно отошли в прошлое колонки, у которых вереницами стояли люди с ведрами. Ныне в Москве создана крупнейшая в мире система централизованного водоснабжения. На одного жителя приходится теперь более 600 литров воды.

С каждым годом все большее значение приобретает использование подземных вод как источника хозяйственного и технического водоснабжения городов, промышленных центров и сельскохозяйственных районов, а также в бальнеологических (лечебных) целях. В нашей стране с 1937 г. (со времени проведения в Москве XVII сессии Международного геологического конгресса) разведано более 2000 месторождений пресных вод и свыше 400 месторождений термальных, минеральных и промышленных вод. Водоснабжение городов страны обеспечивается преимущественно за счет подземных вод.

Но без буровых скважин подземной воды для нас как бы и нет. Без скважин она может только покоиться в своих резервуарах либо бессмысленно циркулировать по трещинам в породах. Без смысла, без толку, без пользы для нас.

Особую роль гидрогеологические исследования играют при разведке и добыче полезных ископаемых. Отработка любого месторождения невозможна без самых тщательных исследований. Сколько воды в данном месте, куда девать излишки, как их удалять из горных выработок? Все это не праздные вопросы, а целые проблемы, иногда практически трудноразрешимые. Так что при эксплуатации месторождений бурение также стоит на правом фланге. Впрочем здесь оно применяется не только для гидрогеологических целей.

При открытой разработке месторождений буровики проходят серии скважин или камер для массовых взрывов, для отваливания стенок карьеров. Кстати, аналогичные взрывные камеры нужны при строительстве плотин и дамб, при создании уступов на склонах гор и при других монументальных сооружениях. Буровзрывное дело — мощная и раскидистая ветвь бурового дерева.

При подземной добыче полезных ископаемых отбуриваются особые — инженерные — скважины для вентиляции выработок, отвода подземных вод, корректировки направления и для других целей. Так что в штреках, штольнях, квершлагах практически на всех рудниках и шахтах можно увидеть самые разнообразные буровые станки (рис. 10). Рама их обычно упирается в кровлю выработки, блок крепится в стенке, а рядом — бригада вездесущих и незаменимых бурильщиков.

Собственно, горняк или шахтер-проходчик, в тех случаях когда выработки идут по крепким, скальным породам, является не кем иным, как бурильщиком. В руках у него пневматический бурильный молоток — буровой станок в миниатюре. Снова разрушение горных пород, снова цилиндрические отверстия в них. Цель — проходка шпуров-камер для закладки взрывчатого вещества — патронированного аммонита либо детонита.

Где еще необходимо бурение? В районах активной вулканической деятельности, в частности на Камчатке, Курилах, Сахалине. Использование скважин идет здесь по трем основным направлениям.

Во-первых, прогнозирование землетрясений. Сеть наблюдательных скважин. Исследования, проведенные на Курильских островах, дали любопытные результаты. Оказалось, что за несколько суток до начала землетрясения уровень воды в наблюдательных скважинах неизменно падает (как будто земные недра делают глубокий «вдох»), а за несколько часов до первого толчка уровень воды начинает быстро подниматься («выдох»). По интенсивности подъема можно определять силу предстоящих колебаний земли и своевременно предупреждать население городов и сел, расположенных в опасной близости от эпицентра. Метод прост, достаточно надежен и поэтому очень необходим.

Рис. 10. Бурение из подземных горных выработок.

Во-вторых, гидротермальная энергетика. Не следует забывать, что в недрах Земли таятся не только такие источники энергии, как нефть и газ, но и колоссальные энергетические ресурсы в виде горячих вод и пара. Пароводяная смесь, поступающая по скважинам, пробуренным в районе горячих источников, может служить для отопления жилых и производственных зданий, может обеспечивать работу довольно крупных термальных электростанций (ТЭС). Так, много лет горячей водой из скважин снабжается все коммунальное хозяйство Рейкьявика — столицы Исландии. У нас же, на юге Камчатки,[3] построена и около 20 лет действует первая в СССР Паужетская ГеоТЭС. Здесь вода и пар (с температурой около 200 °C) поступают по скважинам и приводят в движение турбины электростанции. Удобно и выгодно. Затраты необходимы только на бурение и на монтаж вспомогательного оборудования. «Топливо» бесплатное. Здесь же создан теплично-парниковый комбинат, круглый год обогреваемый горячим источником.

Велики запасы энергии недр в полосе Байкало-Амурской магистрали. Так, председатель комиссии по изучению подземных вод Сибири и Дальнего Востока при Сибирском отделении Академии наук профессор Е. Пиннекер в интервью корреспонденту газеты «Правда» сказал: «Стальная магистраль будто по заказу строится там, где можно извлечь глубинное тепло недр. По обе стороны дороги обнаружено около 100 месторождений».

Но эти месторождения залегают в разных по сложности геологических условиях, в ряде случаев ставящих перед бурением новые проблемы и трудности. Так, на многих участках вдоль трассы БАМ горячие моря скрыты под мощным панцирем вечной мерзлоты. В этом случае проблемой для бурения является проходка мерзлых горных пород, вскрытие которых скважиной приводит к их растеплению, оплыванию стенок скважины. Для бурения таких скважин нужно иметь специальное буровое оборудование и породоразрушающий инструмент, специальные незамерзающие промывочные жидкости, необходимо владеть специальной технологией проходки.

В других случаях, как, например, в Амуро-Зейской межгорной впадине, горячие воды залегают под 2 — 3-километровой толщей осадочных и вулканических пород. Здесь появляются уже две другие проблемы для буровиков: бурение скважин глубиной более 2–3 км пока освоено еще не повсеместно, и бурение в среде агрессивных вод (а такими являются высокоминерализованные горячие воды) вызывает дополнительные трудности для работы бурового оборудования и инструмента, предъявляет дополнительные требования к технике безопасности для бурильщиков.

Мощные источники горячих вод с температурой до 75 °C обнаружены на северо-востоке Станового нагорья — на правом берегу Олёкмы. Значит, здесь есть и месторождения таких вод. Они перспективны, так как БАМ пройдет всего в 30 км отсюда. Горячие ключи бьют у берегов Байкала, в долинах Верхней Ангары, Бурей, Чары; богаты гидротермами межгорные впадины — Баргузинская, Куандннская, Кичерская, Муйская.

Но использование этого богатства пока еще далеко не отвечает возможностям и потребностям этих мест. Ученые подсчитали, что в полосе БАМ только от Байкальского хребта до долины Бурей из открытых источников выделяется за год столько же тепла, сколько его можно получить при сжигании 170 тыс. тонн угля. И когда удастся комплексно разведать и наладить комплексное освоение этих колоссальных геотермальных ресурсов, каков же будет народнохозяйственный эффект! Ради этого стоит потрудиться буровикам и гидрогеологам. Но надо стремиться именно к комплексности в данном вопросе, ибо термальные воды — это, как правило, крепкие рассолы или «жидкие руды».

Первые работы по освоению термальных вод в этих районах уже начаты. Институтом земной коры Сибирского отделения АН СССР выданы рекомендации по использованию подземных термальных вод для отопления поселков Дзелинда и Тансимо, расположенных на магистрали, а специалистами «Главбамстроя» подготовлен проект теплофикации. Итак, в районах БАМ первые шаги по освоению геотермальных ресурсов сделаны. Но сколько еще не открыто не менее экзотических в этом отношении районов.

А бывает и так… Итальянские бурильщики были весьма разочарованы, когда вместо ожидавшейся нефти из скважины, пробуренной ими близ города Феррара, забил фонтан обыкновенной горячей воды. Но в наши дни, когда в Италии цены за отопление кзартир резко подскочили, горячая вода из огромного подземного резервуара оказалась более чем кстати для населения этого города.

И наконец, в-третьих, бурение в зоне действующих вулканов, проникновение в очаги с температурой свыше 100 °C. Такое бурение пока что относится к числу очень дерзких проектов. Но технически оно вполне осуществимо, и буровые вышки на вулкане — это уже реальность. Предполагается из безопасного места пробурить наклонные скважины и провести комплекс необходимых исследований, в том числе для предсказания возможных извержений. Если же в одну из таких скважин закачать воду, то образующийся перегретый пар можно будет отводить через соседние скважины и использовать для технических нужд, в частности для обеспечения ГеоТЭС, подобных Паужетской.

Насколько мы убедились, буровики необходимы повсюду: в городах и поселках, в тайге и тундре, в экзотических районах действующих вулканов. Где еще может оказаться бурильщик? В Арктике и Антарктике? Конечно. Гляциологические исследования. Бурение под водой подошв айсбергов, ледовое бурение в районе Северного полюса и во льдах Антарктиды.

Где еще есть бурение? На воде? Разумеется. Морское бурение — буровые станки на судах, на сваях, погружные и полупогружные установки. Толща воды достигает нескольких сотен метров и даже несколько километров, а под ней буровой инструмент углубляется в породы дна еще на 1000 м и более. Кстати, морские буровые установки относятся к числу самых крупных искусственных сооружений, созданных когда-либо человечеством (за всю его историю). Стационарные конструкции, даже для средних глубин, по размерам в два-три раза превосходят самые грандиозные здания и сооружения на поверхности.

А космические исследования? Первые астронавты на Луне — члены экспедиций «Аполлон-11, -12, -14» — были по совместительству и космическими буровиками. В экспедиции «Аполлон-12» из трех часов, проведенных на Луне, астронавты занимались бурением 35–40 минут (четверть лунной жизни!) и отобрали пробы грунта с глубины 70 см. А наши космические установки «Луна-16, -20 и -24»? Это уже не просто космические корабли, а буровые станки с ракетными двигателями. Здесь буровая техника опережает на планете даже людей. Полная автоматика, безотказность в работе и заслуженный успех.

Более подробно о бурении во льдах, о морском и космическом бурении как о перспективах развития профессии бурильщика мы поговорим отдельно, а сейчас ответим на вопросы —