Покорители земных недр

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.

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.