El programa de perforación de pozos superprofundos en la URSS, y luego en Rusia , es un proyecto desarrollado por primera vez en el mundo para un estudio exhaustivo de la litosfera terrestre , que ha recibido una amplia aplicación práctica en la extracción de minerales y el estudio de la geología. procesos.
La construcción de una red de pozos paramétricos con una profundidad de 2 a 3 km en toda la Unión Soviética fue prevista por un programa aprobado a fines de la década de 1950 [1] . Según el Soros Educational Journal, los pozos con una profundidad de diseño de 3 a 7 km en la clasificación se denominan profundos, más de 7 km - superprofundos [2] . Al mismo tiempo, el índice SG (superdeep) en la URSS también se asignó a varios pozos que no alcanzaron la profundidad de diseño (sin embargo, todos alcanzaron una profundidad de al menos 5 km); a juzgar por los nombres, hubo casos similares en otros países.
En 1960-1962, se formuló el primer programa científico y técnico integral del mundo "Estudio de las entrañas de la Tierra y perforación superprofunda" [1] . Fue elaborado por organizaciones geológicas e institutos científicos y comenzó a llevarse a cabo en mayo de 1970, cuando en la región de Murmansk, a 10 km de la ciudad de Zapolyarny, la perforación del pozo superprofundo Kola con una profundidad de diseño de 15 km. empezó. En 1991 se detuvo su perforación a una profundidad de 12.261 m , sin embargo, hasta el día de hoy (al 2020), es la más profunda del mundo. Luego, en 1977, comenzó la perforación del pozo Saatli en Azerbaiyán con una profundidad de diseño de 11 km (8324 m realmente perforados) [2] .
Para coordinar el programa "Estudio de las entrañas de la Tierra y perforación súper profunda" en 1986, se estableció en Yaroslavl la Empresa Estatal de Investigación y Producción (GNPP) " Nedra ". Bajo su liderazgo, se llevó a cabo y continuó la perforación de 10 pozos de investigación con una profundidad de 4 a 9 km. Al mismo tiempo, se perforaron pozos ultraprofundos en los EE. UU. ( Bertha Rogers ), y en Alemania un poco más tarde, en 1990-1994, se perforó el pozo KTB-Oberpfalz en Baviera con una profundidad de 9101 m [2] . El costo de perforar pozos ultraprofundos es relativamente alto: por ejemplo, el gobierno alemán gastó 583 millones de marcos en KTB-Oberpfalz [ 2 ] , y en la compañía de desarrollo estadounidense Bert Rogers (que lo perforó en busca de petróleo, y no por fines científicos) - 15 millones de dólares [3 ] .
En la Federación Rusa, el estudio y la perforación de pozos ultraprofundos se han convertido en parte de la Red Estatal de Perfiles Geofísicos de Referencia, que se ha creado desde 1994 [4] .
Al perforar pozos convencionales de cientos de metros de profundidad, un motor ubicado en la parte superior hace girar una sarta de tubos de acero, una broca reforzada con aleaciones duras o diamantes se fija en el extremo inferior de esta sarta. Durante la rotación, se corta una columna cilíndrica de roca: núcleo , que se retira periódicamente de la tubería interna (núcleo), elevando toda la cadena de tuberías de perforación a la superficie con la ayuda de un cabrestante montado en una plataforma de perforación (para esto debe ser lo suficientemente alto). Si es necesario, al levantar la sarta, se reemplaza la broca [2] .
Si la perforación se lleva a cabo sin muestreo de núcleo, la roca se tritura en el interior mediante un sistema de varios conos de carburo giratorios y se transporta hacia arriba junto con una solución especial de arcilla que se bombea al pozo para estabilizar las paredes, enfriar la herramienta, etc. Pozos con paredes inestables están reforzados con tubos de revestimiento de acero en todo tramo. Durante el proceso de perforación se miden constantemente las propiedades físicas de las formaciones: temperatura, conductividad eléctrica, susceptibilidad magnética, radiactividad. Este proceso se llama registro .
Para la perforación ultra profunda, se utilizan soluciones de ingeniería no convencionales. Por ejemplo, los motores de fondo de pozo son miniturbinas o mecanismos de tornillo instalados en la parte inferior de la sarta de perforación y accionados por fluido de perforación inyectado a presión en el pozo. La sarta del pozo en sí no gira. Para la fabricación de la columna, para reducir su peso, se utilizan aleaciones especiales ligeras, pero fuertes y resistentes al calor: aluminio (pozo de Kola) o titanio. Pueden ser 2 o más veces más ligeros que el acero [2] .
El primero de ellos es la diferencia entre la presión hidrostática de la columna de fluido de perforación y la presión litostática (roca) de la roca. Para equilibrarlo, debido a rellenos especiales, la densidad del fluido de perforación se incrementa a aproximadamente 2 g/cm³ [2] .
Dado que la temperatura de formación a grandes profundidades supera los 100–200 grados, se necesita equipo especial para trabajar en dichos pozos: piezas y conexiones metálicas, lubricantes, fluido de perforación, equipo de medición especializado (la electrónica convencional ya falla a 150 °C). Los fluidos de perforación acuosos a temperaturas superiores a 230-250 °C pierden sus propiedades tecnológicas y deben cambiarse a soluciones a base de aceite [2] .
Las grandes dificultades técnicas son causadas por la curvatura espontánea del pozo debido a las faltas de homogeneidad geológica de la sección y otras razones. Por lo tanto, el fondo del pozo de Kola a una profundidad de aproximadamente 12 km se desvió de la vertical en 840 m Al perforar el KTB-Oberpfalz , los especialistas alemanes, gracias al uso de técnicas especiales para mantener el pozo en posición vertical, lograron para mantenerlo vertical a una profundidad de 7500 m, pero a esta profundidad el equipo ya ha alcanzado debido a la alta temperatura y presión, por lo tanto, a una profundidad máxima de 9101 m, la desviación del fondo del pozo de la vertical fue de 300 m [2] .
La velocidad estimada de perforación de pozos ultraprofundos es de 1 a 3 metros por hora. Para un ciclo de operaciones de viaje, se profundizan entre 6 y 10 m La velocidad promedio de elevación de la sarta de tubería de perforación es de 0,3 a 0,5 m/s. Al menos el 10% del tiempo se dedica a las mediciones en el pozo, que, de hecho, son el objetivo de la investigación. Los núcleos con un diámetro de 5 a 20 cm extraídos del espesor de la Tierra se documentan cuidadosamente y se almacenan en salas especiales. Grandes equipos científicos se dedican posteriormente a su estudio. Así, el material obtenido durante la perforación del KTB-Oberpfalz sirvió de base para dos mil artículos científicos de unos 400 científicos [2] .
Las altas temperaturas y las presiones anómalas dificultan la mayoría de los estudios detallados, ya que los instrumentos simplemente fallan o se pierden en la cara.
Las complicaciones que surgen se diferencian en dos grupos.
1) Complicaciones debidas a las características geológicas y geofísicas de la sección (altas temperaturas y presiones, presencia de formaciones gasíferas de alta permeabilidad, estado tensional de las rocas y anisotropía de sus propiedades físicas), que dificultan la usar ciertos fluidos de perforación, motores de fondo de pozo, instrumentos geofísicos.
2) Procesos y fenómenos durante las operaciones de perforación a grandes profundidades: efectos multidireccionales de la presión del fluido de perforación sobre las paredes de los pozos durante las operaciones de disparo y restauración de la circulación, aumento del tiempo de interacción de la solución con las paredes del pozo y del tiempo para enjuagar.
La combinación de estos y otros factores aumenta el tiempo de construcción del pozo y el riesgo de atascamiento diferencial, ya que es muy difícil controlar la caída de presión en el sistema de formación del pozo y el espesor del revoque de arcilla en condiciones de fondo de pozo.
La sección geológica prevista antes de la perforación de los pozos ultraprofundos no se confirmó plenamente en ningún caso, y en algunos casos las discrepancias entre la previsión y la realidad fueron radicales. Los científicos creen que el conocimiento actual sobre la estructura profunda de la corteza continental sigue siendo aproximado, lo que confirma una vez más la necesidad de crear pozos científicos profundos [2] .
Por lo tanto, al perforar el pozo Krivoy Rog , se supuso que las cuarcitas ferruginosas , que salen a la superficie en forma de una franja de unos 120 km de largo, se hunden a una profundidad de 6–8 km y luego, doblándose, vuelven a salir a la superficie. la superficie, y es posible calcular dónde exactamente para continuar el desarrollo del mineral de hierro a profundidades accesibles para esto. De hecho, en las profundidades de la cuenca de mineral de hierro, no se encontró un pliegue curvo, sino una serie de capas inclinadas paralelas que se extendían a una profundidad de más de 10 km [2] .
Los resultados de la perforación ultraprofunda ayudaron a obtener nuevos datos para la interpretación de datos geofísicos sobre la estructura de la litosfera , así como a repensar las condiciones generales para la formación de la hidrosfera profunda de la Tierra y explicar los fenómenos que antes permanecían . inexplicables: la aparición de zonas profundas de exceso de presión que no corresponde al peso de las rocas suprayacentes, la resistencia de los estratos arcillosos a la compactación durante su hundimiento a grandes profundidades al transformarse de los tradicionales acuicludos compactos en reservorios porosos de petróleo y gas. Este último factor ayudó a comprender el mecanismo de formación de los depósitos profundos de petróleo: primero, en el pozo Saatlinskaya , se descubrió que el agua subterránea puede penetrar en las rocas cristalinas inicialmente secas de los estratos sedimentarios suprayacentes (mecanismo de filtración descendente), y luego en el pozo Tyumenskaya. bien, a profundidades desde 6424 m hasta el fondo del pozo, se expusieron capas de basalto muy porosas y microfracturadas , similares en edad y composición a las rocas expuestas en la superficie en el este de Siberia. A una temperatura de 60 a 100 °C, el agua química y físicamente unida y otros compuestos volátiles pasan a un estado libre con la formación de fracturas hidráulicas y la disolución parcial de las rocas. El agua liberada durante la compactación de los estratos sedimentarios suprayacentes interactuó con los basaltos secos subyacentes de modo que al final se convirtieron en reservorios profundos permeables, favorables para la acumulación de gas condensado y depósitos de gas [2] .
También resultó que los minerales pueden ocurrir a muy grandes profundidades; por ejemplo, en el pozo de Kola, a una profundidad de unos 10 km, se encontraron contenidos anómalamente altos de oro y plata, lo que mostró que los procesos de migración geoquímica con la formación de Los depósitos de minerales ocurren no solo cerca de la superficie de la Tierra. Esto también fue demostrado por los resultados de la exploración geológica y luego de la perforación profunda cerca del depósito de oro más grande del mundo, Muruntau , en el desierto de Kyzylkum : la mineralización de oro industrial se rastreó allí hasta una profundidad de 1100 m, y las reservas de oro en horizontes profundos se pueden estimar en 3 miles de toneladas, aunque aún no se puede reconocer como recuperable [2] .
La perforación del pozo profundo Vorotilovskaya se llevó a cabo no solo para aclarar la imagen de la formación del cráter Puchezh-Katunsky , formado como resultado de la caída de un meteorito hace 200 millones de años, sino también para aclarar información sobre el sótano del Ural móvil . cinturón [2] .
Las mediciones termofísicas en pozos profundos y ultraprofundos ayudaron a comprender la distribución de temperatura y la magnitud del flujo de calor profundo, que superó significativamente las estimaciones obtenidas al extrapolar datos de la zona cercana a la superficie. Por ejemplo, la temperatura de fondo de pozo en el pozo de Kola casi duplicó la calculada: 212 grados en lugar de 120, lo que está asociado a la influencia de rocas radiactivas que se encuentran allí a grandes profundidades [2] .
| bien nombre | El código | Ubicación | Complicaciones [5] | años de perforación |
profundidad, metros |
Profundidad (plano) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Aralsor superprofundo | SG-1 | Tierras bajas del Caspio | Aunque el pozo abierto en el intervalo de 6000-6806 m se aseguró con éxito con una sarta de revestimiento de 127 mm, en preparación para el revestimiento adicional de la parte superior del pozo, la sarta instalada se alteró con una compensación, después de lo cual se detuvo la perforación. | 1962-1971 | 6806 | |
| Biikzhalskaya ultra profundo | SG-2 | Tierras bajas del Caspio | 1962-1971 | 6700 | ||
| Kola superprofundo | SG-3 | Región de Murmansk , 10 km al oeste de la ciudad de Zapolyarny ( Escudo Báltico ). | Curvatura del pozo, mayor triturabilidad del núcleo (autobloqueo), cavitación | 1970-1990 | 12262 | 15000 |
| Superprofundo Ural [6] [7] | SG-4 | Región de Sverdlovsk , 5 km al oeste de Verkhnyaya Tura | Curvatura del tronco, pedregales, deslizamientos | 1985-2004 | 6015 | 15000 |
| Superprofunda Timan-Pechora | SG-5 | República de Komi , región de Vuktyl | Curvatura del tronco | 1984-1993 | 6904 | 7000 |
| Tyumen superprofundo [8] | SG-6 | Siberia occidental, el pueblo de Korotchaevo (70 km al este de Novy Urengoy ) | Deformación del tronco, pedregales, derrumbes, cavitación, atascamiento de la herramienta de perforación | 1987-1996 | 7502 | 8000 |
| Krivoy Rog ultraprofundo | SG-8 | Ucrania, cerca de la ciudad de Krivoy Rog ( escudo ucraniano ) | 1984-1994 | 5432 | 12000 | |
| Dniéper-Donetsk superprofundo | SG-9 | Este de Ucrania | 1983—n/a | 5691 | 8000 | |
| Pozo superprofundo de Muruntau | SG-10 | Uzbekistán, cerca del pueblo de Muruntau | 1984—n/a | 3000 | 7000 | |
| Saatly superprofundo [9] | SG-1 | Azerbaiyán, a 10 km de la ciudad de Saatly ( depresión de Kura ) | 1977-1982 | 8324 | 15000 | |
| Shevchenkóvskaya-1 [10] | Región de los Cárpatos (Oeste de Ucrania) | 1982-n/a | 7520 | |||
| superprofunda Novo-Elkhovskaya [11] | Tartaristán | 1988-n/a | 5881 | 7000 | ||
| Pozo profundo Vorotilovskaya [12] | Óblast de Nizhny Novgorod , centro del cráter Puchezh-Katunsky | 1989-1992 | 5374 |
El Decreto del Comité de la Federación Rusa sobre Geología y Uso del Subsuelo No. 195 del 18/11/1994 se convirtió en el punto de partida para la creación de la Red Estatal de Perfiles Geofísicos de Referencia, Pozos Paramétricos y Superprofundos en el territorio de las principales provincias minerales. de Rusia como base para trabajos de geología general y propósitos especiales. Desde su adopción, la investigación científica y práctica se ha reanudado tanto en el continente como en las aguas de los mares de Barents, Kara, Siberia Oriental y Okhotsk, en la parte profunda del Océano Ártico. La red estatal creada de perfiles de referencia se está implementando como un marco interconectado de perfiles profundos extendidos (más de mil kilómetros), basado en pozos profundos y ultraprofundos y que cubre todo el territorio de Rusia en tierra y en aguas (incluidas las interiores). ) [4] .
La necesidad de continuar el trabajo de investigación sobre pozos ultraprofundos también está dictada por las necesidades de la economía rusa moderna como país productor de petróleo y gas. Hasta ahora, el desarrollo de yacimientos se limita a profundidades relativamente poco profundas. Y para desarrollar nuevos horizontes, es necesario explorar y resolver muchos problemas técnicos y tecnológicos, especialmente aprender a prevenir complicaciones al abrir horizontes profundos, predecir la perforación de pozos y aprender a prevenir emergencias [5] .
| bien nombre | El código | Ubicación | años de perforación |
Longitud del pozo, metros | notas |
|---|---|---|---|---|---|
| Pozo superprofundo En-Yakhinskaya [13] | SG-7 | Siberia occidental, 150 km al norte de Novy Urengoy . Perforado para estudiar reservas de gas y petróleo. En el curso del trabajo, hubo una curvatura del tronco, pedregal, se derrumba, se pega. [5] Después de la finalización del trabajo, el pozo fue desmantelado y recultivado. | 2000-2006 | 8250 | plano 6900 |
| odoptú | O-11 | El campo Odoptu que está desarrollando Exxon Neftegas . El récord de longitud de un eje horizontal es de 11.475 metros . El pozo se construyó en solo dos meses, alcanzando una longitud de 12.345 m en enero de 2011 [3] . | 2010-2011 | 12 345 | Récord mundial de tocar fondo desde la vertical |
| Chayvo | Z-44 | Plataforma de perforación Orlan de Rosneft en la plataforma Sakhalin . Un pozo de una categoría extremadamente compleja: el índice DDI (Índice de perforación direccional) es de 8,0 puntos, la desviación de la vertical (ERD - perforación de alcance extendido) es de 14.129 m [14] . La profundidad vertical es difícil de estimar, pero no supera 1 km. | 2017 | 15000 | Nuevo récord mundial de retirada de fondo de pozo desde la vertical |
| Pozo paramétrico Yangiyugan | 45808 | Asentamiento de Yangiyugan , Urales polares , distrito autónomo de Yamal-Nenets [15] | 2009-2011 (1 etapa) | 2500 | plano 4000 |
| Chumpalovskaya 1 | Distrito Prokhladnensky de la República Kabardino-Balkaria . Para la perforación, se ha desarrollado un fluido de perforación especial que puede soportar altas temperaturas y presiones y le permite atravesar depósitos de sal, yeso y soportar la entrada de todos los contaminantes potenciales. La tecnología no tiene análogos en el mundo. El pozo será el más profundo del territorio ruso del Cáucaso [16] . | 2018-2020 | 4850
(Nivel 1) |
plano 6250 | |
| Kolvin profundo paramétrico | Okrug autónomo de Nenets, cerca de la ciudad de Naryan-Mar [17] . Permitió establecer las bajas perspectivas de perforación profunda para la producción de petróleo, ya que a más de 6 km de profundidad comienza a colapsar térmicamente [1] . | 7057 | |||
| Pozo paramétrico Novoyakimovskaya N 1 | Ladera sur del levantamiento de Novoyakimov, Territorio de Krasnoyarsk, Transbaikalia [18] . | 2019-presente | 1600
(Nivel 1) |
plano 5000 |
También en 2016, se completó la perforación de los pozos paramétricos Tyrnyauz (4001 m), Severo-Molokovskaya (3313 m), Voronezh (3000 m) y Onega (3500 m) [4] .
A pesar de los nuevos récords mundiales establecidos en Rusia para la longitud del pozo, el récord de profundidad se mantiene en Kola Superdeep.
En los países occidentales, se están realizando investigaciones para mejorar la eficiencia de la perforación ultra profunda. Se desarrollan nuevos fluidos de perforación usando nanotecnología (PYRODRILL, CARBO-DRILL, MAGMA-TEQ, etc.), se producen tubos de perforación livianos y estables usando aleaciones de titanio y se producen nuevas modificaciones de brocas PDC. Entre los métodos innovadores de perforación, se considera la destrucción de rocas sin contacto por plasma. En los Estados Unidos, en 2003, se adoptó para este fin el programa nacional "DeepTrek", una de cuyas herramientas es el uso de tecnologías espaciales en la perforación ultraprofunda [5] .