Научное бурение - Scientific drilling

Научное бурение Земли - это способ для ученых исследовать земные отложения , кору и верхнюю мантию . В дополнение к образцам горных пород, технология бурения может обнаруживать образцы связанных флюидов и подземной биосферы , в основном микробной жизни , сохраненные в пробуренных образцах. Большинство технологий, используемых для бурения, основано на достижениях нефтегазовой отрасли . Научное бурение на суше осуществляется Международной континентальной программой научного бурения (ICDP), а на море - Комплексной программой морского бурения (IODP). Научное бурение на континентах включает бурение в твердую почву, а также бурение с небольших лодок на озерах. Отбор проб толстых ледников и ледяных щитов для получения кернов льда связан с этим, но не будет здесь описываться далее.

Подобно зондам, отправляемым в космос , научное бурение - это технология, используемая для получения образцов из мест, недоступных для людей. Люди спустились на глубину 2 212 м (7 257 футов) в пещеру Веревкина , самую глубокую из известных пещер в мире, расположенную в горах Кавказа в Грузии . Золотодобытчики в Южной Африке регулярно спускаются на глубину более 3400 м, но ни один человек никогда не спускался на большую глубину, чем эта под твердой поверхностью Земли. По мере увеличения глубины Земли температура и давление повышаются. Температура земной коры увеличивается примерно на 15 ° C на километр, что делает невозможным существование людей на глубинах более нескольких километров, даже если каким-то образом можно было держать шахты открытыми, несмотря на огромное давление.

Научное бурение носит междисциплинарный и международный характер. Отдельные ученые, как правило, не могут заниматься научными проектами бурения в одиночку. Совместная работа ученых, инженеров и администраторов часто требуется для успешного планирования и выполнения проекта бурения, анализа проб, интерпретации и публикации результатов в научных журналах.

Цели

Научное бурение используется для решения широкого круга проблем, которые не могут быть решены с использованием горных пород, обнаженных на поверхности или на морском дне. Программа океанического бурения имеет широкий набор научно - исследовательских целей, которые могут быть разделены на три основные темы:

  1. Природа глубинной биосферы и океанического подводного дна
  2. Понимание изменений окружающей среды, процессов и последствий
  3. Циклы и геодинамика твердой Земли

ICDP фокусируется на научном бурении, чтобы ответить на следующие вопросы об истории, химии и физике Земли и биосферы:

  1. Какие физические и химические процессы вызывают землетрясения и извержения вулканов и как лучше всего минимизировать их последствия?
  2. Как изменился климат Земли в недавнем прошлом и каковы причины таких изменений?
  3. Какое влияние оказали удары метеоритов ( болиды ) на климат и массовое вымирание жизни?
  4. Какова природа глубинной биосферы и ее связи с геологическими процессами , такими как углеводородное созревания, руды осаждение и эволюция из жизни на Земле ?
  5. Как можно безопасно утилизировать радиоактивные и другие токсичные отходы ?
  6. Как возникают и развиваются осадочные бассейны и ресурсы ископаемого топлива ?
  7. Как образуются месторождения минеральных и металлических руд ?
  8. Что такое фундаментальная физика тектоники плит и переноса тепла, массы и жидкости через земную кору?
  9. Как люди могут лучше интерпретировать геофизические данные, используемые для определения структуры и свойств земной коры?

Глубочайшие сверления

Кольская сверхглубокая скважина на Кольском полуострове России достигла 12,262 метров (40,230 футов) и является самым глубоким проникновением твердой поверхности Земли. Deep Drilling Program немецкой Continental на 9,1 км (5,7 миль) показал земную кору , чтобы быть в основном пористыми. Сверление так глубоко , как 2,1 км (1,3 миль) в морское дно было достигнуто при DSDP / ODP / IODP отверстие 504b. Поскольку толщина континентальной коры в среднем составляет около 45 км, тогда как толщина океанической коры составляет 6–7 км, глубокое бурение проникло только в верхние 25–30% обеих корок.

Безрайзерное и грязевое бурение

Бурение в океане

Буровой , который был использован в течение последних 20 и более лет, разрешение JOIDES , сверла без стояка. При бурении без стояка в качестве основного бурового раствора используется морская вода, которая закачивается через бурильную трубу. Это очищает и охлаждает буровое долото и поднимает стружку из отверстия, собирая их конусом вокруг отверстия. Новое буровое судно Японии Chikyu использует для бурения райзер . Система райзера включает в себя внешнюю обсадную колонну, которая окружает бурильную трубу, для обеспечения обратной циркуляции бурового раствора для поддержания баланса давления внутри ствола скважины. Противовыбросового превентора (ВОР) защищает судно и окружающую среду от любого неожиданного выпуска газа и нефти. Эта технология необходима для бурения на несколько тысяч метров вглубь Земли и для бурения толстых отложений, где могут находиться нефть и газ.

Рекомендации

Внешние ссылки